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單繩纏繞式提升機(jī)天輪裝置解析

發(fā)布時(shí)間：

2025-01-02

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單繩纏繞式提升機(jī)天輪裝置解析

一、引言

在單繩纏繞式提升機(jī)系統(tǒng)中，天輪裝置猶如高懸于井架之上的關(guān)鍵樞紐，承擔(dān)著引導(dǎo)鋼絲繩平穩(wěn)轉(zhuǎn)向的重要使命，其性能優(yōu)劣直接關(guān)乎整個(gè)提升系統(tǒng)的安全與高效運(yùn)行。天輪裝置類型多樣，包括固定天輪、游動(dòng)天輪、鑿井天輪等，每種類型在不同工況下各顯神通，而其設(shè)計(jì)、制造與安裝均遵循著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募夹g(shù)規(guī)范和原則，本文將對(duì)其進(jìn)行全面且深入的闡述。

二、天輪裝置相關(guān)要求與規(guī)格確定原則

（一）《安全規(guī)程》關(guān)鍵要求

提升機(jī)天輪等部件與鋼絲繩直徑的比值在安全規(guī)程中有明確且細(xì)致的規(guī)定，這是保障設(shè)備安全運(yùn)行的重要量化指標(biāo)

  • 井上提升機(jī)
    滾筒和圍抱角大于 90° 的天輪，兩直徑比值不得小于 80；圍抱角小于 90° 的天輪，兩直徑比值不得小于 60。此規(guī)定旨在確保天輪對(duì)鋼絲繩的支撐與導(dǎo)向作用穩(wěn)定可靠，防止因天輪直徑過(guò)小導(dǎo)致鋼絲繩過(guò)度彎曲疲勞，從而延長(zhǎng)鋼絲繩使用壽命，減少斷繩風(fēng)險(xiǎn)，保障井上提升作業(yè)的安全進(jìn)行。
  • 井下提升絞車等
    井下提升絞車和鑿井提升絞車的滾筒、井下架空乘人裝置的摩擦輪和尾導(dǎo)輪、圍抱角大于 90° 的天輪，兩直徑比值不得小于 60；圍抱角小于 90° 的天輪，兩直徑比值不得小于 40。井下環(huán)境復(fù)雜，工況較為惡劣，適當(dāng)降低的比值要求在滿足基本安全的前提下，兼顧了設(shè)備的成本與實(shí)用性，但仍需嚴(yán)格遵循以確保設(shè)備在井下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。
  • 矸石山絞車
    其滾筒和導(dǎo)向輪，兩直徑比值不得小于 50。矸石山絞車工作強(qiáng)度大，且矸石運(yùn)輸過(guò)程中可能對(duì)設(shè)備產(chǎn)生較大沖擊，合理的直徑比值可有效抵御這些不利因素，保障絞車系統(tǒng)的可靠性。
  • 密封式提升鋼絲繩情況
    若使用密封式提升鋼絲繩，各相應(yīng)的比值需增加 20%。密封式鋼絲繩結(jié)構(gòu)特殊，對(duì)天輪與鋼絲繩的匹配要求更高，增加比值能更好地適應(yīng)其特性，減少鋼絲繩磨損，提升設(shè)備運(yùn)行安全性。
  • 特殊用途部件
    像懸掛水泵、吊盤、管子用的滾筒和天輪，鑿井時(shí)運(yùn)輸物料的絞車滾筒和天輪，傾斜井巷提升絞車的游動(dòng)輪，矸石山絞車的壓繩輪，以及無(wú)極繩運(yùn)輸?shù)膶?dǎo)向滾等，兩直徑比值不得小于 20。這些部件在特定工況下工作，雖比值要求相對(duì)較低，但同樣是經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證的安全底線，確保其在各自的應(yīng)用場(chǎng)景中能夠穩(wěn)定工作，不影響整體提升系統(tǒng)的安全。
  • 鋼絲繩與天輪邊緣高度差
    通過(guò)天輪的鋼絲繩必須低于天輪的邊緣，提升用天輪不得小于鋼絲繩直徑的 1.5 倍；懸吊用天輪不得小于鋼絲繩直徑的 1 倍。這一要求可有效防止鋼絲繩在運(yùn)行過(guò)程中跳出天輪槽，避免發(fā)生嚴(yán)重的安全事故。同時(shí)，當(dāng)天輪的各段襯墊磨損達(dá)到 1 根鋼絲繩直徑的深度時(shí)，或沿側(cè)面磨損達(dá)到鋼絲繩直徑的 1/2 時(shí)，必須更換襯墊，以保證鋼絲繩與天輪之間的良好接觸和摩擦性能，進(jìn)一步確保設(shè)備安全。

（二）單繩纏繞式天輪規(guī)格確定準(zhǔn)則

  1. 豎井提升
    使用固定天輪時(shí)，一般情況下天輪直徑與卷筒直徑相等。這樣的設(shè)計(jì)可以保證鋼絲繩在卷筒與天輪之間的纏繞過(guò)渡更加平穩(wěn)，減少鋼絲繩的彎折次數(shù)和應(yīng)力集中，從而提高鋼絲繩的使用壽命，同時(shí)也便于設(shè)備的安裝調(diào)試與維護(hù)，確保豎井提升作業(yè)的高效進(jìn)行。
  2. 斜井提升
    • 鋼絲繩偏角不超 1.5° 時(shí)
      若能保證鋼絲繩偏角不超過(guò) 1.5°，可使用固定天輪。此時(shí)一般根據(jù)繩徑比（卷筒直徑與鋼絲繩直徑比）的要求確定固定天輪的直徑，以滿足設(shè)備的安全運(yùn)行和基本性能需求，確保鋼絲繩在天輪上的纏繞角度合理，減少鋼絲繩的磨損和偏磨現(xiàn)象。
    • 鋼絲繩偏角超過(guò) 1.5° 時(shí)
      應(yīng)采用游動(dòng)天輪，即天輪可以在天輪軸上沿軸向自由游動(dòng)，游動(dòng)距離根據(jù)偏角值確定。這種設(shè)計(jì)能夠自動(dòng)調(diào)整鋼絲繩的位置，使其始終保持在合理的受力范圍內(nèi)，有效避免因鋼絲繩偏角過(guò)大而產(chǎn)生的過(guò)度磨損、卡繩等問(wèn)題，保障斜井提升作業(yè)的安全穩(wěn)定。

三、天輪裝置的結(jié)構(gòu)類型詳解

（一）固定天輪裝置

單繩纏繞式提升機(jī)的固定天輪裝置猶如一座精密構(gòu)建的機(jī)械堡壘，由多個(gè)關(guān)鍵部件協(xié)同組成。其輪緣和輪轂采用鑄鋼材質(zhì)，經(jīng)精湛工藝鑄就堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，兩者之間用輪輻槽鋼焊接為一體，形成穩(wěn)固的鑄焊式結(jié)構(gòu)天輪。隨后，天輪整體歷經(jīng)退火工藝，有效消除焊接應(yīng)力，再進(jìn)行精細(xì)加工，確保各部件的尺寸精度和表面質(zhì)量，為后續(xù)的可靠運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。
輪緣槽內(nèi)精心裝配有聚氯乙烯或尼龍襯墊（或其他優(yōu)質(zhì)材料），這些襯墊如同鋼絲繩的 “守護(hù)鎧甲”，有效避免鋼絲繩與鑄鋼輪緣直接摩擦，大幅降低鋼絲繩的磨損速率，顯著提高其使用壽命。襯墊設(shè)計(jì)為成對(duì)楔形分體結(jié)構(gòu)，這種巧妙設(shè)計(jì)使得襯墊能夠便捷地安裝在天輪輪槽內(nèi)。每圈襯墊的最后一對(duì)可通過(guò)輪緣的缺口精準(zhǔn)安裝到位，然后用螺栓固定的壓塊將其壓緊，確保襯墊在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)松動(dòng)移位，始終為鋼絲繩提供穩(wěn)定可靠的保護(hù)。
固定天輪軸選用優(yōu)質(zhì)中碳鋼或優(yōu)質(zhì)合金鋼，在制造過(guò)程中經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的超聲檢測(cè)，確保軸體內(nèi)部無(wú)缺陷，具備出色的強(qiáng)度和韌性。天輪軸與天輪的連接部位加工有平鍵槽，天輪與天輪軸通過(guò)平鍵緊密固定連接，這種連接方式能夠可靠地傳遞扭矩，保證天輪與軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，確保設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。
軸承座采用鑄鋼或鑄鐵材質(zhì)，通過(guò)螺栓牢固地固定在井架上，為天輪裝置提供穩(wěn)定的支撐。軸承座兩側(cè)邊為加工面，該面與井架上焊接的擋板之間設(shè)置有成對(duì)調(diào)整楔鐵，利用這些楔鐵可以精確調(diào)整并固定軸承座位置，確保天輪裝置的安裝精度，滿足設(shè)備運(yùn)行的高精度要求。
軸承采用承載力大、維護(hù)方便、具有調(diào)心性能的調(diào)心滾子軸承，這種軸承能夠自動(dòng)適應(yīng)一定程度的軸的撓曲和不對(duì)中，有效減少設(shè)備運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)和噪聲，提高設(shè)備的可靠性和使用壽命，為固定天輪裝置的穩(wěn)定運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)保障。
 

（二）游動(dòng)天輪裝置

單繩纏繞式提升機(jī)的游動(dòng)天輪與固定天輪在結(jié)構(gòu)上 “同宗同源” 卻又獨(dú)具特色。它同樣由襯墊、輪緣、輪輻槽鋼、銅瓦、銅瓦螺栓、游動(dòng)天輪軸、軸承座和軸承等部件組成，但在關(guān)鍵連接部位有著精妙的設(shè)計(jì)差異。天輪與天輪軸之間摒棄了平鍵連接方式，而是創(chuàng)新性地裝設(shè)有銅瓦。銅瓦內(nèi)孔與天輪軸之間采用較大間隙的間隙配合，并且專門設(shè)有潤(rùn)滑油口，這一設(shè)計(jì)使得天輪可在天輪軸上沿軸向自由游動(dòng)，能夠根據(jù)鋼絲繩的受力變化靈活調(diào)整位置，有效避免鋼絲繩因偏角問(wèn)題而產(chǎn)生的過(guò)度磨損和受力不均現(xiàn)象，極大地提升了斜井提升作業(yè)在復(fù)雜工況下的安全性和穩(wěn)定性。

（三）分體式天輪裝置

在實(shí)際應(yīng)用中，由于運(yùn)輸空間或安裝空間的限制，天輪的外形尺寸可能受到嚴(yán)格約束，此時(shí)分體式天輪應(yīng)運(yùn)而生。一般情況下，采用兩半式天輪基本能夠滿足外形尺寸的苛刻要求。這種天輪在主體結(jié)構(gòu)上與常規(guī)天輪基本保持一致，其獨(dú)特之處在于：在天輪的結(jié)合面部位精心設(shè)置有連接法蘭，兩半輪體通過(guò)法蘭的螺栓緊密連接在一起，形成一個(gè)完整的天輪裝置。分體式天輪既有固定天輪的穩(wěn)定可靠，也有游動(dòng)天輪的靈活多變，能夠在有限空間條件下為提升系統(tǒng)提供高效的鋼絲繩導(dǎo)向服務(wù)，廣泛應(yīng)用于各類空間受限的礦井提升場(chǎng)景.

（四）輻板式天輪裝置

傳統(tǒng)的輻條式天輪結(jié)構(gòu)雖已歷經(jīng)多年實(shí)踐應(yīng)用，但也暴露出結(jié)構(gòu)復(fù)雜、焊縫數(shù)量多、整體剛性偏弱、槽鋼易銹蝕等弊端。為克服這些問(wèn)題，輻板式天輪應(yīng)運(yùn)而生。這種天輪的輪轂和輪緣依然采用鑄鋼材質(zhì)，兩者之間采用完整的輻板焊接在一起，并在圓周上等分設(shè)置雙側(cè)加強(qiáng)筋，形成十字形截面的支承結(jié)構(gòu)，猶如為天輪賦予了一副堅(jiān)固的 “骨架”，顯著增強(qiáng)了天輪的剛度。同時(shí)，為了減輕質(zhì)量，輻板開(kāi)有減重孔，在保證強(qiáng)度的前提下實(shí)現(xiàn)了輕量化設(shè)計(jì)。在加工制造方面，輻板式天輪下料、焊接、加工各環(huán)節(jié)都相對(duì)更加簡(jiǎn)便易行，且其剛度較輻條式天輪有明顯提升。通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，可確保輻板式天輪與輻條式天輪相比質(zhì)量相當(dāng)，實(shí)現(xiàn)了性能與成本的完美平衡，為現(xiàn)代礦井提升機(jī)天輪裝置提供了一種更具優(yōu)勢(shì)的選擇方案。輻板式天輪同樣可以分為整體式和分體式，以滿足不同的安裝和使用需求，在礦井提升領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。
通過(guò)對(duì)單繩纏繞式提升機(jī)天輪裝置從安全規(guī)程、規(guī)格確定到各類結(jié)構(gòu)的詳細(xì)解析，我們?nèi)嫔钊氲亓私饬诉@一關(guān)鍵設(shè)備部件的技術(shù)內(nèi)涵和應(yīng)用要點(diǎn)，為其設(shè)計(jì)選型、制造安裝、維護(hù)檢修等工作提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐指導(dǎo)，有助于推動(dòng)礦井提升作業(yè)朝著更加安全、高效、可靠的方向不斷邁進(jìn)。

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