一、主軸裝置的核心地位與組成架構
在多繩摩擦式提升機系統中,主軸裝置占據著舉足輕重的地位,它既是核心的工作機構,也是關鍵的主要承載部件。其肩負著提升與下放載荷時產生的全部轉矩,同時穩穩承受著搭附在摩擦輪兩側鋼絲繩的拉力 。
從結構組成來看,主軸裝置涵蓋了主軸、摩擦輪、制動盤、滾動軸承、軸承座、軸承蓋、軸承端蓋、軸承梁、摩擦襯墊、固定塊以及壓塊等眾多部件。各部件緊密協作,共同保障提升機的穩定運行。
二、主軸裝置的多元結構類型
依據多繩摩擦式提升機不同的傳動形式,主軸裝置衍生出了多種各具特色的結構類型:
- 帶減速器提升機的單法蘭結構
在此結構類型中,主軸上直接鍛出一個法蘭。在傳動側,摩擦輪的輻板與主軸法蘭通過高強度螺栓以單摩擦面的形式進行聯接,依靠兩端面間產生的摩擦力來實現力矩的傳遞。在非傳動側,輪轂內孔與主軸采用過盈配合的方式,并且輪轂上設有油孔和密封圈,這樣在組裝時就能借助高壓油擴張輪轂內孔,方便安裝。主軸傳動端則采用熱裝法安裝齒輪聯軸器,主軸與齒輪聯軸器通過切向鍵傳遞轉矩。
該類型的主軸裝置在主軸上直接鍛出兩個法蘭,摩擦輪與主軸通過高強度螺栓雙夾板連接,依靠兩夾板與摩擦輪及主軸法蘭間的摩擦力傳遞力矩。值得一提的是,此類型主軸裝置在傳動端與齒輪聯軸器的聯接結構,和帶減速器提升機的單法蘭結構保持一致。
這類主軸裝置中,主軸與摩擦輪的組裝方式和帶減速器提升機的單法蘭結構相同。不過,其主軸傳動端并非和齒輪聯軸器相連,也沒有強力切向鍵槽,而是設計有一錐面,該錐面與低速直聯的電動機的轉子通過錐面過盈聯接在一起,形成獨特的傳動連接方式。
此類型的主軸裝置,主軸與摩擦輪的聯接方式與帶減速器提升機的雙法蘭結構一致,而主軸傳動端的聯接方式則和直聯結構提升機的單法蘭結構相同,兼具兩者特點。
三、主軸裝置的關鍵部件剖析
- 摩擦輪
作為工作機構,多繩摩擦式提升機的摩擦輪上裝配有壓塊、固定塊和襯墊。它不僅承擔著傳遞轉矩的重任,還承受著兩側鋼絲繩的拉力。摩擦輪采用全焊接結構,由筒殼、左右輻板、左右輪轂、支環、擋繩板焊接而成。對于大型提升機(直徑大于或等于 2.8m),為增強整個筒殼的剛度,筒殼內焊有支環;而對于小型提升機(直徑小于 2.8m),則不添加支環,以保持結構簡單、制造便捷的優勢。
制動盤的配置數量根據使用盤形制動器的數量而定,可配置一個或兩個。小型提升機多數采用不可拆的焊接式制動盤,即直接將制動盤焊接在摩擦輪端部。但這種方式在加工、運輸過程中存在諸多不便,且制動盤更換難度較大。與之不同,大型提升機一般采用可拆的裝配式制動盤,將制動盤做成兩半,成對活裝在摩擦輪端部,摩擦輪與制動盤通過高強度螺栓連接。同時,制動盤與摩擦輪之間利用配合止口做徑向定位,兩半制動盤之間用鍵做軸向定位。如此一來,既便于加工和運輸,又能輕松更換制動盤。
主軸承載著整個主軸裝置的自重、外載荷,并負責傳遞全部轉矩。其材料通常選用 45 鋼或性能更優的優質合金鋼,經鍛造加工后,還需進行熱處理和無損檢測,以確保機械性能達到較高要求。由于主軸受到彎扭組合載荷,因此需驗算疲勞安全系數,一般取值范圍在 n = 1.5~1.8 。在軸上直接鍛出一個法蘭盤,通過高強度螺栓與摩擦輪聯接,為減小應力集中,在小圓角處均采用內凹圓角設計。
主軸承組件作為承受整個主軸裝置自重和鋼絲繩上全部載荷的支承部件,由滾動軸承、軸承蓋、軸承座、軸承端蓋等零部件構成。兩個滾動軸承一般均采用圓柱孔、調心滾子軸承,該軸承允許繞軸承中心做微量轉動,能夠有效補充由于軸受力彎曲而帶來的角位移。這種軸承不僅調心性能良好,能承載較大的徑向負載,具備較高抗沖擊能力,還能承受少量的軸向力,具有使用壽命長、效率高、維護方便的優點,并且對安裝誤差和主軸撓度要求較低。一端滾動軸承由兩端蓋壓緊,不允許有軸向竄動;另一端滾動軸承外圈兩端面與端蓋止口之間則留有 1~2mm 間隙,以適應因主軸受力彎曲和熱脹冷縮而產生的軸向位移。每側軸承端蓋上下都設有油孔,用于清洗軸承時注放油,清洗完畢后,用油孔用螺塞堵住,防止臟物侵入。另外,由于井塔式多繩摩擦式提升機和落地式多繩摩擦式提升機的受力情況有所不同,其軸承座和軸承蓋結構也存在一定差異。
摩擦襯墊堪稱多繩摩擦式提升機的關鍵零件,其使用性能對提升機的性能參數、提升能力及安全可靠性有著直接影響。多繩摩擦式提升機系列產品所采用的摩擦襯墊,在使用環境溫度為 5~40℃的情況下,一般要求襯墊比壓不得小于 2MPa,并且在干凈、淋水或有專用摩擦脂的情況下,摩擦系數都要滿足相應要求。襯墊截面呈直角梯形,為安放提升鋼絲繩,襯墊上車削有繩槽。塔式多繩摩擦式提升機一周襯墊上車削一個繩槽,落地式多繩摩擦式提升機一周襯墊上車削兩個繩槽。摩擦襯墊通過固定塊和壓塊,借助螺栓固定在摩擦輪上,固定塊和壓塊采用非金屬材料酚醛壓鑄而成,無需再進行機械加工,其強度和尺寸不受浸水影響,十分適合礦山環境使用。
摩擦襯墊的性能要求極為嚴苛,除了要承受鋼絲繩比壓、張力差之外,還需承擔兩側提升鋼絲繩運行時產生的各種動載荷與沖擊載荷。因此,它必須具備足夠的抗壓強度,與鋼絲繩之間必須具有足夠的摩擦系數,以滿足設計生產能力,并防止提升過程中的滑動。具體而言,摩擦襯墊應具備以下性能:
1)與鋼絲繩對偶摩擦時有較高的摩擦系數,且該摩擦系數受水、油等的影響較小。
3)具有較好的耐磨性能,磨損時產生的粉塵對人和設備無害。
5)應具有一定的彈性,能在一定程度上起到調整張力偏差的作用,并減少鋼絲繩與襯墊之間的蠕動量。
在這些性能當中,摩擦系數最為關鍵,提高摩擦系數將顯著提升提升設備的經濟效果和安全性。