聂虹

（洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司，河南洛阳　471039；矿山重型装备国家重点实验室，河南洛阳　471039）

　　摘　要：天轮装置是矿井提升机的关键部件，其设计水平的高低直接影响着矿山的安全和生产效率。根据天轮装置的工作原理和结构特点，分别介绍了采用轴瓦结构和滚动轴承结构的天轮装置的各自特点，并阐述了润滑对天轮装置的重要性。

　　【关键词】天轮装置；游动轮；轴瓦；轴承；润滑

　　天轮装置是多绳摩擦式提升机的重要承力部件之一，其作用是支托提升机摩擦轮到提升容器之间的钢丝绳，用来改变钢丝绳的方向，即起导向作用。近年来随着提升机技术的不断发展，天轮装置的制造技术也在不断完善。

　　天轮装置由固定轮、游动轮、天轮轴和两端的主轴承等组成，如图1所示。固定轮通过平键与轴联接，当提升机运转时，摩擦轮带动钢丝绳运动，钢丝绳通过与天轮衬垫之间的摩擦力带动固定轮转动，从而带动天轮轴同时转动。当各钢丝绳的线速度不完全相同时，每个游动轮与天轮轴之间可以相对转动，以消除各轮子因线速度差异而产生的附加力矩。

　　1　常规结构

　　天轮装置通常采用铸焊式结构，即每个轮体由铸造的轮缘和轮毂与槽钢组成的辐条焊接而成(见图1)。每个游动轮内孔与轴之间装有两瓣结构的铜合金轴瓦，轴瓦与游动轮毂利用端面螺钉固定，使轴瓦与游动轮同时运转。在每个游动轮毂上留有注油孔，使润滑脂能够注入轴瓦与轴的接触面。由于轴瓦是易损件，为方便轴瓦在使用现场的更换，在天轮装置的一侧留有轴瓦轴向移动的空间。当轴瓦损坏时，可先将挡环取下，然后将损坏的半轴瓦从轴向移出更换，更换过程中每个游动轮可依次进行。

　　国外的一些提升机制造商将游动轮的轮毂与轴瓦之间采用键联接的方式进行定位，如图2、3所示。为便于键的安装，这种联接方式的每个轮体均为两瓣剖分式结构。

　　以上3种结构形式在我国使用的矿井提升机中同时并存，主要是根据不同的提升机制造商的习惯结构来决定的，均属于成熟结构。

　　2　新型结构

　　滚动轴承是机械设备中应用Z为广泛的部件，尤其在旋转机械中更是得到了大量的应用。新型结构的天轮装置，其游动轮内孔处采用滚动轴承取代铜轴瓦，如图4所示。

　　每个游动轮的轮毂与轴之间各装有2个滚动轴承作为支承，各轴承之间通过轴套进行轴向定位，当各钢绳的线速度不完全相同时，每个游动轮与轴之间通过轴承可自由灵活地相对转动。在每个游动轮毂上留有注油孔，使润滑脂能够定期注入到轴承内。由于该部位的轴承运转速度极低，该轴承的理论使用寿命可达15年以上。

　　该结构在研发之初是考虑将天轮轴固定不转，仅让所有的轮子与轴相对转动，每个轮体内孔与天轮轴之间利用滚动轴承来完成上述运动。其优点是节省了天轮轴两端支点处的主轴承，大大降低了制造成本；缺点是由于该运转方式要求每个轮子内孔处的轴承外圈与提升机同转速而内圈静止不动，因此对轴承的运转使用寿命有较高要求。由于该轴承尺寸的选择受天轮轴、游动轮轮毂内孔和天轮钢丝绳间距的制约，不能按其实际承受的载荷和使用寿命的要求进行更为合理的选择，使得轴承使用寿命较低，影响整个天轮装置的使用寿命，因此，采用图4所示的结构更为安全合理。

　　天轮装置设计时除了在结构上应满足强度和刚度要求外，还应重视工艺和安装方面的特点。该结构在设计制造过程中需要注意的是滚动轴承内外圈与天轮轴及游动轮毂的合理配合，如果配合选择不当，会造成无法正确安装或无法正常使用。

　　3　结构比较

　　天轮装置的设计方法和结构形式对其制造工艺会带来较大影响，也会直接影响到天轮装置的制造成本和使用性能。表1对2种结构的天轮装置进行了分析对比，并指出了各自的特点和不足。

　　4　润滑

　　天轮装置安装在几十米高的井架上，虽有天棚遮挡，仍阻挡不了风吹日晒雨淋。由于其使用环境恶劣，润滑问题显得尤为重要。天轮装置中需要进行润滑的部位有轴瓦和滚动轴承。

　　4.1　滚动轴承润滑

　　天轮装置两侧的主轴承作为天轮装置的重要部件，承载着提升机运行中各种工况下的动载荷。对轴承进行定期润滑，能够防止滚动体、滚道及保持架之间有直接金属接触，减少摩擦，降低轴承温度，延长使用寿命。

　　在润滑脂组成中，一般包含3种成分，即基础油(80％～90％)、形成半固定状润滑脂的稠化剂(10％～20％)以及为提高耐久性或润滑性能的各种添加剂[4]。基础油的性能直接影响润滑脂各方面的性能，稠化剂能够将基础油增稠至半固态，它和基础油一样决定了润滑脂的性质。

　　合理选择润滑脂的种类和牌号至关重要。选择润滑脂时，应根据轴承的使用工况和环境条件。在高温下工作时，要选择抗氧化能力好，滴点较高的润滑脂。在低温下工作时，应选用启动阻力小、黏度较低的润滑脂。对于工作环境变化较大的设备，则应二者兼顾，如选用合成脂。

　　2号锂基脂和复合锂基脂是Z常用的润滑脂，复合锂基脂比锂基脂性能好一些，它具有优良的机械安定性，轴承漏失量少，并具有优良的抗水性、防锈性和氧化安定性。复合锂基润滑脂是目前我国润滑脂产品发展的一个主流品种。而目前广泛应用的2号复合锂基润滑脂具有较好的润滑优势，其高低温性能更好，不仅具有更好的低温泵送性(冬季可以在-30℃启动)；并且具有更高的滴点，其滴点可达283℃，比锂基润滑脂的滴点提高100℃左右，使用温度可达160℃。夏季抗甩脱、黏附力好，能够使轴承保持在较低温度状态下运行，并且可以延长润滑脂加脂周期。选择轴承润滑脂时，建议其基础油的黏度在320~500cst之间较好。

　　对于有条件的矿山，特别是采用进口轴承的用户，美孚公司生产的合成复合锂基脂力富Mobilith SHC系列是一种很好的选择，如Mobilith SHC 460，在许多矿山使用情况良好。

　　在使用中应定期补充润滑脂。润滑脂的补充周期取决于多种因素，包括轴承的类型和大小、转速、工作温度、润滑脂的类型、轴承座的内腔空间和工作环境等，因此补充间隔通常由使用单位视具体情况而定。另外轴承座的内腔空间装填的润滑脂不能过多，一般应为1/2～1/3为宜。否则会增大阻力，造成轴承温度升高。

　　在补充润滑脂时，必须考虑新加入的润滑脂与轴承内原有的润滑脂是否相容。如果把互不相容的润滑脂混合在一起，稠度肯定会发生很大的变化，润滑脂还可能因此大量流失，导致润滑不良。因此如果新加注的润滑脂与原有的不兼容时，应先清除掉原有的，再加入新的润滑脂，而不是仅仅按一般方法来补充。

　　具有相同稠化剂和类似基础油的润滑脂，一般可以混合且不会有不良的反应，例如锂基矿物油润滑脂通常可以与另一种锂基矿物油润滑脂混合。

　　另外还应注意，使用的油脂一定要注意保持清洁，避免尘埃和水分侵入，加注润滑脂时，不能将杂质带入轴承和轴承箱内。润滑剂中的尘埃颗粒和灰尘等异物会显著降低轴承的寿命，增加轴承的磨损和噪声。

　　很多用户普遍易犯的错误是：使用低黏度矿物基础油的普通2号锂基脂以降低成本，过低的黏度使润滑脂无法形成厚的油膜，造成轴承磨损加速，夏季润滑脂易流淌、甩出，造成轴承高温，缩短轴承寿命。选择优质的润滑脂有助于延长润滑脂的补充周期并可延长轴承的使用寿命。特别是对于安装在露天井架上的天轮，根据使用地区的不同，其温度可能会在-30～+50℃不等。

　　4.2　轴瓦润滑

　　轴瓦作为天轮装置的主要承力件，其润滑状况直接决定其使用寿命。当轴瓦润滑不良时会将游动轮与轴瓦之间的端面固定螺栓剪断，引起轴瓦轴向窜动，产生异常响声。另外轴瓦缺油时会造成磨损，严重时会与轴产生干摩擦引起烧瓦现象，造成天轮整体失效。良好的润滑能够使轴瓦与天轮轴之间始终处在油膜状态，防止和减少轴瓦摩擦表面的损伤，延长其使用寿命。因此定期加注润滑脂非常重要，建议注油周期为3～7天。由于通用锂基脂价格适中，可采用2号或3号通用锂基脂。

　　5　结语

　　笔者分析了多绳摩擦式提升机天轮装置的结构和润滑问题，旨在探讨改善和提高天轮装置的使用寿命。科学技术的快速发展推动了现代设计和制造能力的提高，激烈的市场竞争也越来越依赖于技术的竞争。随着提升机市场的逐步化，对天轮装置的性能要求也会越来越高，这将会促使提升机的设计者们不断创新，生产出更加优良的高效、节能、便于使用维护的天轮装置。

来源：《矿山机械》2015年第8期