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    雙筒提升機液壓調繩離合器的改進

    2020-04-28  來自: 洛陽弘實機械設備有限公司 瀏覽次數:777

    雙 筒提升機主軸裝置工作時經常需要調繩,尤其是用于多水平提升作業時,調繩次數較為頻繁。液壓調繩裝置是該部件中的重要機構,其結構合理性及安全可靠性直接關系到整機提升作業任務的完成和工作效率的高低。

    常用的雙筒調繩離合機構包括支輪連接式、蝸輪蝸桿式、軸向齒輪式和徑向齒輪式等。其中,支輪連接式調繩離合機構操作繁瑣,作業人員勞動強度大;蝸輪蝸桿式調繩離合機構調整耗工費時,且由于結構不對稱,易造成主軸裝置旋轉時產生不平衡力矩;軸向齒輪式調繩離合機構的調繩液壓缸除完成離合動作外,還負責傳遞力矩,使用一段時間后其缸體擠壓變形,從而導致漏油嚴重,泄漏的油液極易流到制動盤上,影響制動效果;徑向齒輪式調繩離合機構對齒方便,調繩更加安全、快速、精確、可靠,且易于實現自動化控制。因此,徑向齒輪式調繩離合機構是目前雙筒提升機上較為先進的調繩離合器。

    徑向齒輪式調繩離合器有幾處關鍵的潤滑點:移動轂與輪轂之間的滑動配合面、齒塊與滑槽的滑動配合面、撥動環與移動轂之間的轉動配合面。目前,撥動環與移動轂之間的轉動配合面通常采用滑動摩擦副,由于一直處于頻繁轉動工作狀態,必須給予充分潤滑,以降低其磨損,并防止出現膠合卡阻事故?,F場應用稀油潤滑過程中,多余溢出的潤滑油時常會甩出,甚至附著于制動盤導致制動效果下降。

    筆者針對以上問題,通過現場調研,提出了一種新型的徑向調繩離合機構,從而解決了調繩離合機構中撥動環與移動轂之間磨損、膠合或稀油潤滑甩出等難題。

    1 徑向調繩離合器結構及工作原理

    1.1 離合器結構

    徑向調繩離合器是雙筒提升機調節鋼絲繩長度的重要機構,安裝于游動卷筒的左側(見圖 1)。右側的固定卷筒與主軸之間通過支輪過盈連接,提升時與主軸一起轉動;游動卷筒與主軸之間為間隙配合,游動卷筒與主軸一起轉動的動力源自于調繩離合器上齒塊與主軸剛性連接內齒圈之間的嚙合;調繩離合器的輪轂與主軸采用過盈連接

    中實洛陽重型機械有限公司

    圖1 雙筒礦井提升機的主軸裝置
    Fig.1 Spindle of mine dual-drum hoist

    1.調繩離合器 2.游動卷筒 3.固定卷筒 4.支輪 5.主軸

    提升機運行過程中,當提升容器無法到達指定裝卸位置或提升鋼絲繩產生彈塑性伸長時,會嚴重影響物料或人員的準確到位,這時需通過調繩離合器將游動卷筒與主軸分離,從而調節鋼絲繩的長度,更換提升位置或更換鋼絲繩。該離合器的調繩精度達 50 mm。

    徑向齒塊式調繩離合器由齒塊、內齒圈等工作機構,液壓缸、移動轂等驅動機構,操作聯鎖等控制機構 3 部分組成,如圖 2 所示。此外,內齒圈與游動卷筒的腹板通過高強度螺栓剛性連接。

    1.2 工作原理

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    圖2 調繩離合器的組成
    Fig.2 Construction of rope adjusting clutch

    1.驅動液壓缸 2.移動轂 3.開關 4.撥動環 5.固定輪轂 6.齒塊 7.內齒圈 8.連桿 9.開關 10.電磁閥11.聯鎖閥 12.截止閥

    (1)日常提升作業時,固定在左端軸承座上的驅動液壓缸推動移動輪轂沿主軸在固定輪轂滑動,從而帶動連桿,并使齒塊沿固定輪轂的垂直方向滑槽滑動,使齒塊與內齒圈嚙合,處于如圖 2 中 a 的工作狀態。此時,動力從主軸傳遞至外齒圈,再到齒塊上,通過兩側滑槽傳遞到活動滾筒上。主軸帶動滾筒一起轉動,完成提升或下放任務。

    (2)調節繩長時,制動器先鎖緊卷筒制動盤,驅動液壓缸拉動移動輪轂沿主軸在固定輪轂滑動,從而帶動連桿,使齒塊與內齒圈分離,處于如圖 2 中 b 的工作狀態。此時,即可進行調繩操作。

    2 存在問題及分析

    2.1 潤滑方式的問題分析

    提升機正常工作(非調繩狀態)下,撥動環與移動轂之間始終處于完全滑動摩擦副的轉動,兩者之間的充分潤滑非常重要,通常在此設有油杯稀油潤滑。為保證充分潤滑,需要時常為其補油或充油,但由于無收油及儲油結構,所以加注潤滑油時易產生泄漏,泄漏出的油液甩至制動盤上,影響制動效果,為提升機停車制動帶來安全隱患。

    2.2 轉動配合方式的問題分析

    提升機運行時,撥動環與移動轂之間始終處于完全滑動摩擦副的轉動,一旦潤滑不及時,兩者之間磨損嚴重;環境惡劣時,撥動環與移動轂之間局部易出現缺油干枯,發生膠合現象,進而造成轉動不暢,甚至出現不同程度的卡阻情況;極端情況下,將會導致調繩離合機構中的齒塊和內齒圈無法可靠嚙合或脫離,從而引起安全事故。

    3 液壓調繩離合器的改進

    針對液壓調繩裝置機構存在的問題,筆者提出了一種新型的調繩離合機構,將液壓調繩裝置的撥動環與移動轂之間的轉動配合改為滾珠軸承點接觸滾動配合,以減少兩者之間的摩擦;將稀油潤滑改為潤滑脂潤滑,并輔以儲油通道。

    3.1 新型調繩離合器組成

    新型雙筒提升機液壓調繩離合器結構如圖 3 所示。

    中實洛陽重型機械有限公司

    圖3 新型雙筒提升機液壓調繩離合器
    Fig.3 New-type rope adjusting clutch for dual-drum hoist

    1.軸承座 2.固定輪轂 3.滾珠 4.撥動環 5.連桿 6.齒塊 7.內齒圈 8.游動卷筒 9.潤滑管 10.套筒 11.主軸 12.移動轂

    新型調繩離合器與原有調繩離合器的不同之處在于:移動轂、撥動環以及固定輪轂三者之間的配合及潤滑方式。

    (1)固定輪轂與移動轂之間的滑動動作較少,僅在需要調繩的情況下進行滑動動作;潤滑方式采用具有儲油通道的潤滑脂潤滑,其潤滑脂儲存及供脂通道如圖 3(b)所示。

    (2)移動轂與撥動環之間的配合方式由原來的完全滑動摩擦改為雙列滾珠軸承點接觸滾動配合。撥動環嵌入到移動轂的環形槽內,且撥動環與移動轂之間增設有滾珠,在移動轂上設有滾珠槽,滾珠可在滾珠槽內自由轉動。撥動環、滾珠及移動轂之間采用潤滑脂潤滑,且設有專用儲存潤滑脂通道。調繩驅動液壓缸推拉撥動環后,撥動環通過移動轂上環形槽的 2 個端面將推拉力傳遞給移動轂。

    (3)潤滑脂通道包括壓注油杯安裝口、加注通道、移動通道和潤滑通道。壓注油杯位設在滑套的外端側,壓注油杯位與豎向的加注通道連通,加注通道與橫向的移動通道連通。移動通道的一端設有焊接封堵,另一端與豎向的潤滑通道連通。潤滑通道的一端通至移動轂與撥動環之間,另一端通至移動轂與固定輪轂之間。

    3.2 工作原理

    新型調繩離合器的工作原理與現有調繩裝置的工作原理類似。日常提升作業時,調繩液壓缸推動撥動環,撥動環通過移動轂上環形槽的右端面將推力傳遞給移動轂,從而帶動與移動轂鉸接的連桿,連桿再帶動齒塊在固定輪轂的導向槽內上移,進而完成齒塊與內齒圈的嚙合。提升機正常工作狀態下,移動轂與撥動環之間采用潤滑脂潤滑的雙列滾珠軸承靈活轉動、不卡阻,大大降低其摩擦損傷,從而改善了其安全穩定性。

    調繩作業時,調繩液壓缸拉動撥動環,撥動環通過移動轂上環形槽的左端面將拉力傳遞給移動轂,從而帶動與移動轂鉸接的連桿,連桿再帶動齒塊在固定輪轂的導向槽內下移,進而完成齒塊與內齒圈的脫離,方便調繩。

    移動轂上增設通道,移動轂與撥動環之間、移動轂與固定輪轂之間。加注通道、移動通道和潤滑通道均為直孔,以便于在移動轂上鉆孔。

    3.3 關鍵參數分析

    新型調繩離合器中的移動轂、撥動環以及固定輪轂三者之間的摩擦因數是調繩離合器在提升機正常工作狀態下重要的參數,決定了它們之間的摩擦損傷程度,對調繩離合器的故障率及安全性產生重要影響。

    原調繩離合器的撥動環與移動轂之間為滑動摩擦,滑動摩擦因數與接觸物體的材料、表面光滑程度、干濕程度、表面溫度、相對運動速度等都有關系[5]。因此,原調繩離合器對潤滑要求極高,對溫升也極其敏感,一旦潤滑不足或局部溫升過大,就蓉易產生嚴重磨損,甚至發生膠合事故。

    新型調繩離合器中的撥動環與移動轂之間為滾動摩擦。文獻 [6]建立了基于摩擦界面熱力耦合過程的滑動摩擦因數計算模型,計算結果表明:滑動摩擦因數隨相對滑動速度增大而增大;當摩擦界面實際接觸面積與載荷呈線性關系時,滑動摩擦因數與接觸面積無關;當實際接觸面積接近名義接觸面積時,滑動摩擦因數隨載荷的增加而減小。物體滾動時其接觸面一直處于變化狀態,物體所受的摩擦力實質上是靜摩擦力。接觸面軟,形狀變化愈大,則滾動摩擦力就愈大。物體之間的滾動摩擦力遠小于滑動摩擦力。由此可見,新型調繩離合器中的撥動環與移動轂之間的接觸工況得到了大幅改善,大大降低了兩者間的摩擦磨損。

    原調繩器中,撥動環與移動轂之間滑動摩擦因數(鋼-鑄鐵)在充分潤滑狀態下為 0.05~0.15;撥動環與移動轂之間滾動摩擦因數(淬火鋼-淬火鋼)在有潤滑狀態下為 0.001。改進前后的滑動摩擦力與滾動摩擦力之比為 0.05/0.001=50,即同等作業工況下,原調繩離合器中撥動環與移動轂之間摩擦力是現有的 50倍。

    3.4 新型調繩離合器優點及現場應用情況

    新型調繩離合器將撥動環與移動轂之間的轉動配合方式改為雙列滾珠軸承點接觸滾動配合,即滑動面摩擦改為滾動摩擦后,減少了接觸面積,同時增加了潤滑空間,大大降低了摩擦磨損程度;設置了專用的潤滑脂儲存及供脂通道,進一步改善撥動環與移動轂之間的配合條件,從而避免了由于調繩離合器引起的提升安全事故,大幅減少了調繩離合器的維護成本和時間,延長了其使用壽命。

    新型調繩離合器已在山東省寧陽縣某礦的 2JK 3.0×1.5P 雙筒單繩纏繞式提升機得到應用,使用后沒有出現異響及故障,使用效果良好。

    4 結論

    針對目前雙筒單繩纏繞式提升機液壓調繩離合器存在漏油、磨損嚴重等問題,對其進行了改進設計,重點對調繩離合器中撥動環與移動轂之間的轉動配合方式和潤滑方式進行了設計。改進后的新型調繩離合器有效降低了其故障率,節約了維護成本,提高了提升系統運行的安全可靠性,理論分析和現場應用均驗證了其合理性。目前液壓調繩離合器已在中實洛陽重型機械有限公司生產的礦井提升機上應用。

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