郭艷軍

(同煤集團 忻州窯礦， 山西 大同 037021)

0 引言

忻州窯礦副井是專門用于人員出入井的立井，其提升機于2006年完成改造，型號為2JK-3×1.5E單繩纏繞式雙滾筒提升機。在2017年的年度停產(chǎn)檢修中，發(fā)現(xiàn)主軸軸承滾動體邊緣出現(xiàn)剝落，期間采取過添加抗磨修復(fù)劑等措施，效果均不明顯。纏繞式提升機主軸軸承是提升機的承載部件[1]，用于支撐主軸、卷筒和提升載荷，提升機所用主軸軸承型號為23172CAC/W33(360×600×192)調(diào)心滾子軸承。由于副井提升機是人員出入井的唯一途徑，為了保證副井提升機上下井人員的安全，決定對損壞的主軸軸承進行更換。主軸軸承位于齒輪聯(lián)軸器與滾筒之間，更換軸承必須先將齒輪聯(lián)軸器取下，根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備狀況，有兩種方案可供選擇。一種方案是將電動機減速機整體軸向移動1 000 mm，再將主軸整體抬高200 mm；另外一種方案是將主軸裝置整體抬高1 200 mm，給更換軸承讓出足夠的作業(yè)空間，電動機減速機無需移動。通過分析研究，認為主軸裝置后期還需要根據(jù)電動機減速機的位置找正，如果整體移動，后期重新安裝電動機減速機和找正的工作量會相當(dāng)大，故選擇了整體抬高而不做軸向位移的方案。但整體抬高方案存在整個主軸裝置重達70 t，而車房內(nèi)的天車只有10 t的起吊能力，無法滿足使用要求。為此決定設(shè)計一種平臺，可安全穩(wěn)妥地將主軸抬起，實現(xiàn)主軸軸承更換工作。

1 方案的可行性研究

1) 采用5600液壓支架立柱作為起降主軸裝置的動力源。由于天車起吊能力無法滿足主軸裝置的起吊工作，根據(jù)提升機滾筒底部地坑的空間限制以及主軸裝置抬起目標(biāo)位移，使用5600液壓支架立柱作為起降主軸裝置的動力源。其5600液壓支架立柱一級缸行程為675 mm，二級缸行程為725 mm，總行程為1 400 mm，而5600液壓支架立柱的工作阻力為1 400 kN，約140 t，這樣完全滿足主軸裝置抬起所需動力的要求。

2) 重新設(shè)計與5600液壓支架立柱配合的底座系統(tǒng)。5600液壓支架立柱在井下使用時是作為整體與支架頂梁、底座、掩護梁等部件配合發(fā)揮作用，而副井提升機房場地限制，無法使用5600支架的底座，為此重新設(shè)計了5600液壓支架立柱的基礎(chǔ)底座系統(tǒng)。其底座系統(tǒng)首先使用工字鋼和水泥混合制作的基礎(chǔ)，將立柱固定在一個合適的位置，其一是避免了使用原有地坑地面可能由應(yīng)力集中引起的損壞，進而造成平臺系統(tǒng)整體失穩(wěn)，其二是可以將立柱的基礎(chǔ)抬高至恰當(dāng)合適的位置，使立柱以最短的伸縮量達到托起要求，避免由于伸縮量太大造成的不穩(wěn)定[2]。針對立柱底座專門設(shè)計的環(huán)裝基座，可以和立柱的球狀地面實現(xiàn)緊密無縫隙的配合，環(huán)裝基座與工字鋼基礎(chǔ)牢固焊接，這樣整套共同配合組成底座系統(tǒng)，使整個平臺的根基牢固可靠[3]。

3) 重新設(shè)計與滾筒及5600液壓支架立柱配合的托架。主軸裝置的滾筒上有繩槽、擋繩板及制動盤，標(biāo)準(zhǔn)《煤礦安全規(guī)程》對制動盤的偏擺度及繩槽等附屬裝置均有很高的精度要求，故恰當(dāng)?shù)剡x擇起托接觸面也是本次方案能否成功的關(guān)鍵[4]。根據(jù)討論研究，決定取擋繩板與制動盤中間的弧面作為起托接觸面，針對起托接觸面，又專門設(shè)計了滾筒托架作為連接立柱與滾筒的中介，使5600液壓支架立柱所產(chǎn)生的力能均勻有效地作用在起托接觸面上。針對滾筒下方的空間狀況，設(shè)計了南北兩個滾筒托架。托架采用20 mm厚的鋼板焊接而成，整體為箱狀結(jié)構(gòu)，托架中間設(shè)計有加強筋。南滾筒托架需要與兩根立柱配合，但由于空間限制和安裝工藝，將南滾筒的托架設(shè)計成了分體箱狀結(jié)構(gòu)，并將南滾筒的兩個托架都運入施工現(xiàn)場后，再使用高強度螺栓將其緊固在一起，作為整體對南滾筒發(fā)揮作用。由于5600液壓支架的頂部為帶孔的球狀結(jié)構(gòu)，在托架底部設(shè)計了環(huán)裝基座、長孔耳板以與立柱頂端球面配合，便于插入螺栓防松。

4) 設(shè)計了立柱穩(wěn)定防倒裝置。根據(jù)地坑的作業(yè)空間以及滾筒對應(yīng)的托架安裝位置，設(shè)計了由3根立柱組成的平臺穩(wěn)定系統(tǒng)[5]。5600支架立柱在各自的位置升降時，雖然設(shè)計了底座系統(tǒng)，但其雙缸全部伸出后，高度接近3 m，為了更加穩(wěn)妥可靠，設(shè)計了立柱防倒裝置。該裝置使用工字鋼，在靠近立柱頂端處圍繞立柱外表面設(shè)計制作框架，然后大范圍地將3根立柱的上部圍在一起制作成平臺第二層。它與底座系統(tǒng)通過工字鋼連接配合，整體呈箱狀框架結(jié)構(gòu)，使液壓支架立柱只能在垂直指定位置工作，避免了平臺在水平方向上的偏擺，整個起托系統(tǒng)更加牢固穩(wěn)妥。

5) 重新設(shè)計了主軸裝置抬起后的保險方案。雖然5600液壓支架立柱在將主軸裝置抬起后能夠完成主軸軸承的更換工作，但為了防止立柱出現(xiàn)自降和設(shè)備損壞,影響施工進度,確保施工安全，確保主軸裝置在抬起后能穩(wěn)定牢靠的固定在指定位置，設(shè)計了井字木垛固定支撐方案。其木垛使用200 mm×200 mm×2 000 mm的紅松木，紅松木為柔性材料，與主軸裝置接觸中能保護接觸面不至擠壓變形，影響提升機精度。關(guān)于紅松木與主軸裝置的接觸面，選擇了南北滾筒靠近中心處的擋繩板和主軸兩端靠近軸承處位置。隨著立柱的升起，井字木垛被打進滾筒及主軸底部，到位后使用木垛及木楔子將主軸裝置固定牢靠。

2 關(guān)鍵技術(shù)點

1) 采用了液壓支架立柱，變吊為托。如果按照以往的經(jīng)驗起吊主軸裝置，肯定要使用大噸位吊車[6]，這樣就不可避免地要拆掉窗戶，實施起吊作業(yè)。但本平臺的研制省去了這些環(huán)節(jié)，直接在滾筒下方的地坑想辦法，既節(jié)約了精力，又創(chuàng)造性的實現(xiàn)了既定目標(biāo)。

2) 重新設(shè)計了一整套更換主軸軸承的解決方案。主要包括設(shè)計基礎(chǔ)底座系統(tǒng)、設(shè)計托架系統(tǒng)、設(shè)計立柱防倒裝置及主軸裝置抬起后的穩(wěn)定系統(tǒng)等，它們與液壓支架立柱、液壓泵站等共同構(gòu)成了主軸軸承更換平臺。該設(shè)計制作時的思路和方法可在任何條件下使用，整套主軸軸承更換平臺的成功研制，也促進了忻州窯礦副井提升機主軸軸承的更換工作按照預(yù)定目標(biāo)圓滿完成。

3 總體性能的比較

整個系統(tǒng)采用了3根5600液壓支架立柱，5600液壓支架立柱的工作阻力為1 400 kN，約140 t，3根立柱的整體能力約在420 t。通過前期與相關(guān)廠家咨詢以及查閱技術(shù)文獻資料，大部分礦用提升機的安裝及改造工程均采用大噸位吊車現(xiàn)場作業(yè)[7]，部分提升機安裝改造采用室內(nèi)天車及搭建臨時塔架的方式[8]。從技術(shù)分析比較可知，該方案很少有施工單位采用液壓支架立柱設(shè)計的起托系統(tǒng)實現(xiàn)主軸裝置的鉛垂方向位移。這種解決方案為礦用提升機安裝改造提供了一種新思路、新方法。

4 經(jīng)濟效益分析

1) 主軸軸承自更換以來，使用狀況良好，經(jīng)相關(guān)單位檢測后，提升機整體性能合格[9]，徹底消除了原軸承滾動體剝落帶來的安全隱患，有力地保證了副井提升機的安全運行[10]。

2) 據(jù)悉,廠家更換軸承一般報價為10萬元，本設(shè)計方案節(jié)省了此項費用。如果租用外單位大噸位吊車完成主軸裝置的更換工作，不但要破拆墻壁窗戶，而且施工完成后恢復(fù)墻壁窗戶等費用價格不菲。因此，使用自己研制的主軸軸承更換平臺，不但節(jié)省了此項費用，而且如果主軸裝置今后有類似情況需要維修，該套裝置仍然可以重復(fù)使用。

5 結(jié)論

1) 通過實踐檢驗，主軸軸承自更換后，運行平穩(wěn)可靠，達到設(shè)計目標(biāo)。該提升機安裝改造可以進行復(fù)制推廣，系統(tǒng)所需的液壓支架立柱、膠管、泵站、鋼板等均為礦山日常使用的材料，方便易得，有推廣前景。

2) 受限于作業(yè)空間及抬起高度的要求，所選5600液壓支架立柱工作能力遠大于主軸裝置的質(zhì)量，整體能力出現(xiàn)大馬拉小車現(xiàn)象。而且系統(tǒng)只能實現(xiàn)鉛垂方向的位移，如果需要在水平方向進行移動作業(yè)，還需要重新設(shè)計。