天轮衬垫的应用与效果

天轮是单绳缠绕式矿井提升机的重要部件。天轮使用寿命在很大程度上取决于轮缘使用寿命，故延长轮缘使用寿命即可延长天轮使用寿命。在早期的天轮设计中，除了铸铁轮缘必须采用衬垫外，铸钢和焊接轮缘较少采用衬垫。为了延长天轮和钢丝绳的使用寿命，在提升机及绞车天轮的铸钢轮缘上均采用了衬垫，并对铸铁轮缘原衬垫进行了改造。当衬垫绳槽磨损到影响正常使用时，只需更换衬垫即可，避免了因轮缘过度磨损而导致天轮报废，从而延长了天轮使用寿命。同时，衬垫使钢丝绳处于无磨损摩擦状态，延长了钢丝绳使用寿命。矿山采用天轮衬垫数十年的实践表明，衬垫既延长了天轮和钢丝绳的使用寿命，减小了提升中心变化，也提高了提升系统运行的可靠性。

1 天轮衬垫的应用与效果

天轮衬垫主要有以下几种形式，现简述其应用效果。

1.1 整体方形块

整体方形块衬垫如图 1 所示。其材质原为尼龙6，1983 年 5 月改为耐油橡胶 I4，用于铜兴公司副井KJ2×3×1.5D-20 型提升机 (主轴装置与制动系统已更新为 2JK-3/20A 型提升机结构)φ3.0 m 铸铁轮缘天轮，平均使用寿命约 1.17 a。2003 年 9 月，铜兴公司将衬垫材质改为聚氨酯，其平均使用寿命约 6.83 a。由于衬垫的保护作用，现用重锤和罐笼的天轮迄今分别已使用近 35 a 和 39 a。

图1 整体方形块衬垫

1.2 剖分式楔形块与整体矩形块

剖分式楔形块衬垫如图 2 所示。其材质为榆木，用于铜兴公司副井 2БМ×2.5-20 型提升机 (已整机更新为 2JK-2.5/20A 型提升机)φ2.5 m 铸铁轮缘天轮。木质衬垫的缺点是寿命短，平均使用寿命约 0.83 a。2003 年 10 月，铜兴公司将衬垫改为聚氨酯整体矩形块，如图 3 所示，其平均使用寿命约 6.5 a，使用寿命约为木质衬垫的 7.8 倍。现用 2 个天轮均为 1975 年 5月安装，迄今已使用近 45 a。

图2 剖分式楔形块衬垫

图3 整体矩形块衬垫

1.3 扇形整体块Ⅰ与剖分式楔形块Ⅰ

扇形整体块Ⅰ衬垫如图 4 所示。其为铜兴公司设计，材质为聚氨酯，用于铜兴公司主井 KJ2×4×1.8D-11.5 型提升机 (主轴装置与制动系统已更新为 2JK-4/11.5A 型提升机结构)φ4.0 m 铸钢轮缘天轮。原天轮为铸钢与铆焊两半式结构，总重 7.159 t，因无衬垫，轮缘和钢丝绳磨损严重。曾因此提前报废的 1 号和 2 号天轮，其轮缘绳槽底部磨损均达 22 mm 以上。轮缘绳槽磨损较深后，槽底半径变小，使钢丝绳产生过度挤压，导致其因磨损和断丝超标而提前报废。2个新天轮分别仅使用 9 a 和 5.67 a 时，其轮缘绳槽又分别磨损达 9、6 mm 以上。为提高天轮和钢丝绳使用寿命，2003 年 5 月，铜兴公司在 2 个天轮上均安装了聚氨酯衬垫，其平均使用寿命约 9.5 a，钢丝绳使用寿命也有所延长，同时提高了设备的运转效率。

图4 扇形整体块Ⅰ衬垫

2015 年 7 月，1 号天轮因轴瓦等原因更新时 (已使用近 22 a)，轮缘衬垫采用了如图 5 所示的剖分式楔形块Ⅰ系列产品。其材质为超高分子聚乙烯，使用 4 a 多来效果较好。

图5 剖分式楔形块Ⅰ衬垫

2019 年 9 月，2 号天轮因毂轴连接失效进行更新时 (已使用 22.58 a)，轮缘衬垫仍采用剖分式楔形块Ⅰ，为提高其使用寿命，材质采用了聚氨酯。

1.4 扇形整体块Ⅱ与剖分式楔形块Ⅱ

扇形整体块Ⅱ衬垫如图 6 所示。其为铜兴公司设计，材质为聚氨酯，图 6(a)衬垫用于铜兴公司盲主井 2JK-2.5/20 型提升机 φ2.5 m 铸钢轮缘天轮，其平均使用寿命约 7.5 a；图 6(b)衬垫用于铜兴公司盲副井 2JK-3/11.5 型提升机 φ3.0 m 铸钢轮缘天轮，其平均使用寿命 10 a 以上。原天轮均无衬垫，造成轮缘和钢丝绳磨损严重。2003 年 7 月，铜兴公司在 4 个天轮上均安装了衬垫，迄今 3 个天轮仍正常使用，其中 2个副井天轮均已使用 35 a 以上，主井 1 号天轮已使用30 a 以上。

图6 扇形整体块Ⅱ衬垫

2018 年 5 月，因毂轴连接失效更新主井 2 号天轮时 (已使用 28.5 a)，轮缘衬垫采用了如图 7 所示的剖分式楔形块Ⅱ，材质为超高分子聚乙烯。4 个天轮采用衬垫后，钢丝绳使用寿命均有所延长。

图7 剖分式楔形块Ⅱ衬垫

1.5 剖分式楔形块系列

2017 年 9 月，铜兴公司斜井 JTP-1.6×1.2/20 型提升绞车天轮采用剖分式楔形块系列产品，材质仍为超高分子聚乙烯。

综上所述，天轮是否采用衬垫及其材质的不同，对天轮、钢丝绳及衬垫的使用寿命均影响较大。采用衬垫可延长天轮和钢丝绳的使用寿命；合理选用衬垫材质，是延长其使用寿命、减少更换频次及提高设备效率等的关键。