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單繩纏繞式提升機天輪裝置解析
發布時間：
2025-01-08
來源：
單繩纏繞式提升機天輪裝置解析
單繩纏繞式提升機天輪裝置解析
一、引言
在單繩纏繞式提升機系統中，天輪裝置猶如高懸于井架之上的關鍵樞紐，承擔著引導鋼絲繩平穩轉向的重要使命，其性能優劣直接關乎整個提升系統的安全與高效運行。天輪裝置類型多樣，包括固定天輪、游動天輪、鑿井天輪等，每種類型在不同工況下各顯神通，而其設計、制造與安裝均遵循著嚴謹的技術規范和原則，本文將對其進行全面且深入的闡述。
二、天輪裝置相關要求與規格確定原則
（一）《安全規程》關鍵要求
提升機天輪等部件與鋼絲繩直徑的比值在安全規程中有明確且細致的規定，這是保障設備安全運行的重要量化指標
- 井上提升機滾筒和圍抱角大于 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。此規定旨在確保天輪對鋼絲繩的支撐與導向作用穩定可靠，防止因天輪直徑過小導致鋼絲繩過度彎曲疲勞，從而延長鋼絲繩使用壽命，減少斷繩風險，保障井上提升作業的安全進行。
- 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。井下環境復雜，工況較為惡劣，適當降低的比值要求在滿足基本安全的前提下，兼顧了設備的成本與實用性，但仍需嚴格遵循以確保設備在井下長期穩定運行。
- 矸石山絞車其滾筒和導向輪，兩直徑比值不得小于 50。矸石山絞車工作強度大，且矸石運輸過程中可能對設備產生較大沖擊，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，各相應的比值需增加 20%。密封式鋼絲繩結構特殊，對天輪與鋼絲繩的匹配要求更高，增加比值能更好地適應其特性，減少鋼絲繩磨損，提升設備運行安全性。
- 特殊用途部件像懸掛水泵、吊盤、管子用的滾筒和天輪，鑿井時運輸物料的絞車滾筒和天輪，傾斜井巷提升絞車的游動輪，矸石山絞車的壓繩輪，以及無極繩運輸的導向滾等，兩直徑比值不得小于 20。這些部件在特定工況下工作，雖比值要求相對較低，但同樣是經過實踐驗證的安全底線，確保其在各自的應用場景中能夠穩定工作，不影響整體提升系統的安全。
- 鋼絲繩與天輪邊緣高度差通過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行過程中跳出天輪槽，避免發生嚴重的安全事故。同時，當天輪的各段襯墊磨損達到 1 根鋼絲繩直徑的深度時，或沿側面磨損達到鋼絲繩直徑的 1/2 時，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，進一步確保設備安全。
（二）單繩纏繞式天輪規格確定準則
- 豎井提升使用固定天輪時，一般情況下天輪直徑與卷筒直徑相等。這樣的設計可以保證鋼絲繩在卷筒與天輪之間的纏繞過渡更加平穩，減少鋼絲繩的彎折次數和應力集中，從而提高鋼絲繩的使用壽命，同時也便于設備的安裝調試與維護，確保豎井提升作業的高效進行。
- 斜井提升
- 鋼絲繩偏角不超 1.5° 時若能保證鋼絲繩偏角不超過 1.5°，可使用固定天輪。此時一般根據繩徑比（卷筒直徑與鋼絲繩直徑比）的要求確定固定天輪的直徑，以滿足設備的安全運行和基本性能需求，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象。
- 鋼絲繩偏角超過 1.5° 時應采用游動天輪，即天輪可以在天輪軸上沿軸向自由游動，游動距離根據偏角值確定。這種設計能夠自動調整鋼絲繩的位置，使其始終保持在合理的受力范圍內，有效避免因鋼絲繩偏角過大而產生的過度磨損、卡繩等問題，保障斜井提升作業的安全穩定。
三、天輪裝置的結構類型詳解
（一）固定天輪裝置
單繩纏繞式提升機的固定天輪裝置猶如一座精密構建的機械堡壘，由多個關鍵部件協同組成。其輪緣和輪轂采用鑄鋼材質，經精湛工藝鑄就堅實基礎，兩者之間用輪輻槽鋼焊接為一體，形成穩固的鑄焊式結構天輪。隨后，天輪整體歷經退火工藝，有效消除焊接應力，再進行精細加工，確保各部件的尺寸精度和表面質量，為后續的可靠運行奠定基礎。
輪緣槽內精心裝配有聚氯乙烯或尼龍襯墊（或其他優質材料），這些襯墊如同鋼絲繩的 “守護鎧甲”，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。襯墊設計為成對楔形分體結構，這種巧妙設計使得襯墊能夠便捷地安裝在天輪輪槽內。每圈襯墊的最后一對可通過輪緣的缺口精準安裝到位，然后用螺栓固定的壓塊將其壓緊，確保襯墊在運行過程中不會松動移位，始終為鋼絲繩提供穩定可靠的保護。
固定天輪軸選用優質中碳鋼或優質合金鋼，在制造過程中經過嚴格的超聲檢測，確保軸體內部無缺陷，具備出色的強度和韌性。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動，確保設備運行的穩定性和可靠性。
軸承座采用鑄鋼或鑄鐵材質，通過螺栓牢固地固定在井架上，為天輪裝置提供穩定的支撐。軸承座兩側邊為加工面，該面與井架上焊接的擋板之間設置有成對調整楔鐵，利用這些楔鐵可以精確調整并固定軸承座位置，確保天輪裝置的安裝精度，滿足設備運行的高精度要求。
軸承采用承載力大、維護方便、具有調心性能的調心滾子軸承，這種軸承能夠自動適應一定程度的軸的撓曲和不對中，有效減少設備運行時的振動和噪聲，提高設備的可靠性和使用壽命，為固定天輪裝置的穩定運行提供堅實保障。
（二）游動天輪裝置
單繩纏繞式提升機的游動天輪與固定天輪在結構上 “同宗同源” 卻又獨具特色。它同樣由襯墊、輪緣、輪輻槽鋼、銅瓦、銅瓦螺栓、游動天輪軸、軸承座和軸承等部件組成，但在關鍵連接部位有著精妙的設計差異。天輪與天輪軸之間摒棄了平鍵連接方式，而是創新性地裝設有銅瓦。銅瓦內孔與天輪軸之間采用較大間隙的間隙配合，并且專門設有潤滑油口，這一設計使得天輪可在天輪軸上沿軸向自由游動，能夠根據鋼絲繩的受力變化靈活調整位置，有效避免鋼絲繩因偏角問題而產生的過度磨損和受力不均現象，極大地提升了斜井提升作業在復雜工況下的安全性和穩定性。
（三）分體式天輪裝置
在實際應用中，由于運輸空間或安裝空間的限制，天輪的外形尺寸可能受到嚴格約束，此時分體式天輪應運而生。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。這種天輪在主體結構上與常規天輪基本保持一致，其獨特之處在于：在天輪的結合面部位精心設置有連接法蘭，兩半輪體通過法蘭的螺栓緊密連接在一起，形成一個完整的天輪裝置。分體式天輪既有固定天輪的穩定可靠，也有游動天輪的靈活多變，能夠在有限空間條件下為提升系統提供高效的鋼絲繩導向服務，廣泛應用于各類空間受限的礦井提升場景。
（四）輻板式天輪裝置
傳統的輻條式天輪結構雖已歷經多年實踐應用，但也暴露出結構復雜、焊縫數量多、整體剛性偏弱、槽鋼易銹蝕等弊端。為克服這些問題，輻板式天輪應運而生。這種天輪的輪轂和輪緣依然采用鑄鋼材質，兩者之間采用完整的輻板焊接在一起，并在圓周上等分設置雙側加強筋，形成十字形截面的支承結構，猶如為天輪賦予了一副堅固的 “骨架”，顯著增強了天輪的剛度。同時，為了減輕質量，輻板開有減重孔，在保證強度的前提下實現了輕量化設計。在加工制造方面，輻板式天輪下料、焊接、加工各環節都相對更加簡便易行，且其剛度較輻條式天輪有明顯提升。通過合理的結構設計優化，可確保輻板式天輪與輻條式天輪相比質量相當，實現了性能與成本的完美平衡，為現代礦井提升機天輪裝置提供了一種更具優勢的選擇方案。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，在礦井提升領域展現出廣闊的應用前景。
通過對單繩纏繞式提升機天輪裝置從安全規程、規格確定到各類結構的詳細解析，我們全面深入地了解了這一關鍵設備部件的技術內涵和應用要點，為其設計選型、制造安裝、維護檢修等工作提供了堅實的理論基礎和實踐指導，有助于推動礦井提升作業朝著更加安全、高效、可靠的方向不斷邁進。
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