双筒提升机液压调绳离合器的改进.pdf

第 48 卷 2020 年第 2 期 提运 编 辑 安 秀 清 24 双筒提升机液压调绳离合器的改进 朱有良1，牛国强1，苏文洲1，寇保福2 1鹤壁万丰矿山机械制造有限公司 河南鹤壁 456761 2太原科技大学机械工程学院 山西太原 030024 摘要由于液压调绳离合器中拨动环与移动毂之间的转动配合及润滑方式不合理，常引起油液泄漏， 影响制动效果；环境恶劣或润滑不充分时，局部易干枯发生胶合事故。针对以上问题，将拨动环与移 动毂之间的滑动面摩擦转动配合方式改为双滚珠滚动摩擦，减少了接触摩擦面积，增加了润滑空间； 增设专用润滑脂储存及输送通道，改善其工作条件。经模拟分析及实践应用表明，液压调绳离合器的 改进效果良好。 关键词调绳离合器；拨动环；移动毂；润滑方式；转动接触摩擦 中图分类号TD444 文献标志码B 文章编号1001-3954202002-0024-04 Improvement of hydraulic rope adjusting clutch for dual-drum hoist ZHU Youliang1, NIU Guoqiang1, SU Wenzhou1, KOU Baofu2 1Hebi Wanfeng Mining Machinery Manufacturing Co., Ltd., Hebi 456761, Henan, China 2School of Mechanical Engineering, Taiyuan University of Science in the case of severe surroundings and poor lubrication, local drying easily leads to scuffing. In view of above problems, the rotation fitness of sliding friction between the toggle ring and the moving hub was altered to rolling friction of dual balls, so as to reduce the contact friction area and increase the lubrication area; special grease storage and conveyance channel was set up to improve the working conditions. Simulation analysis and practical application showed the excellent improvement effects of the hydraulic rope adjusting clutch. Key Wordsrope adjusting clutch; toggle ring; moving hub; lubrication mode; rotating contact friction 基金项目山西省重点研发计划指南项目国际合作专项 201803 D421041；山西省应用基础研究项目 201701D121071 作者简介朱有良，男，1966 年生，工程师，主要从事矿山提 升机的机械设计和研发工作。 双 筒提升机主轴装置工作时经常需要调绳，尤 其是用于多水平提升作业时，调绳次数较为频 繁[1]。液压调绳装置是该部件中的重要机构，其结构 合理性及安全可靠性直接关系到整机提升作业任务的 完成和工作效率的高低[2]。 常用的双筒调绳离合机构包括支轮连接式、蜗 轮蜗杆式、轴向齿轮式和径向齿轮式等[3]。其中，支 轮连接式调绳离合机构操作繁琐，作业人员劳动强度 大；蜗轮蜗杆式调绳离合机构调整耗工费时，且由于 结构不对称，易造成主轴装置旋转时产生不平衡力 矩；轴向齿轮式调绳离合机构的调绳液压缸除完成离 合动作外，还负责传递力矩，使用一段时间后其缸体 挤压变形，从而导致漏油严重，泄漏的油液极易流到 制动盘上，影响制动效果[4]；径向齿轮式调绳离合机 构对齿方便，调绳更加安全、快速、精确、可靠，且 易于实现自动化控制。因此，径向齿轮式调绳离合机 构是目前双筒提升机上较为先进的调绳离合器。 径向齿轮式调绳离合器有几处关键的润滑点 万方数据 第 48 卷 2020 年第 2 期 提运 编 辑 安 秀 清 25 移动毂与轮毂之间的滑动配合面、齿块与滑槽的滑动 配合面、拨动环与移动毂之间的转动配合面。目前， 拨动环与移动毂之间的转动配合面通常采用滑动摩擦 副，由于一直处于频繁转动工作状态，必须给予充分 润滑，以降低其磨损，并防止出现胶合卡阻事故。现 场应用稀油润滑过程中，多余溢出的润滑油时常会甩 出，甚至附着于制动盘导致制动效果下降。 笔者针对以上问题，通过现场调研，提出了一种 新型的径向调绳离合机构，从而解决了调绳离合机构 中拨动环与移动毂之间磨损、胶合或稀油润滑甩出等 难题。 1 径向调绳离合器结构及工作原理 1.1 离合器结构 径向调绳离合器是双筒提升机调节钢丝绳长度的 重要机构，安装于游动卷筒的左侧 见图 1。右侧的 固定卷筒与主轴之间通过支轮过盈连接，提升时与主 轴一起转动；游动卷筒与主轴之间为间隙配合，游动 卷筒与主轴一起转动的动力源自于调绳离合器上齿块 与主轴刚性连接内齿圈之间的啮合；调绳离合器的轮 毂与主轴采用过盈连接。 提升机运行过程中，当提升容器无法到达指定 装卸位置或提升钢丝绳产生弹塑性伸长时，会严重影 响物料或人员的准确到位，这时需通过调绳离合器将 游动卷筒与主轴分离，从而调节钢丝绳的长度，更换 提升位置或更换钢丝绳。该离合器的调绳精度达 50 mm。 径向齿块式调绳离合器由齿块、内齿圈等工作机 构，液压缸、移动毂等驱动机构，操作联锁等控制机 构 3 部分组成，如图 2 所示。此外，内齿圈与游动卷 筒的腹板通过高强度螺栓刚性连接。 1.2 工作原理 1 日常提升作业时，固定在左端轴承座上的驱 动液压缸推动移动轮毂沿主轴在固定轮毂滑动，从而 带动连杆，并使齿块沿固定轮毂的垂直方向滑槽滑 动，使齿块与内齿圈啮合，处于如图 2 中 a 的工作状 态。此时，动力从主轴传递至外齿圈，再到齿块上， 通过两侧滑槽传递到活动滚筒上。主轴带动滚筒一起 转动，完成提升或下放任务。 2 调节绳长时，制动器先锁紧卷筒制动盘，驱 动液压缸拉动移动轮毂沿主轴在固定轮毂滑动，从而 带动连杆，使齿块与内齿圈分离，处于如图 2 中 b 的 工作状态。此时，即可进行调绳操作。 2 存在问题及分析 2.1 润滑方式的问题分析 提升机正常工作 非调绳状态 下，拨动环与移 动毂之间始终处于完全滑动摩擦副的转动，两者之间 的充分润滑非常重要，通常在此设有油杯稀油润滑。 为保证充分润滑，需要时常为其补油或充油，但由于 无收油及储油结构，所以加注润滑油时易产生泄漏， 泄漏出的油液甩至制动盘上，影响制动效果，为提升 机停车制动带来了极大的安全隐患。 2.2 转动配合方式的问题分析 提升机运行时，拨动环与移动毂之间始终处于 完全滑动摩擦副的转动，一旦润滑不及时，两者之间 磨损严重；环境恶劣时，拨动环与移动毂之间局部易 出现缺油干枯，发生胶合现象，进而造成转动不畅， 甚至出现不同程度的卡阻情况；极端情况下，将会导 1. 驱动液压缸 2. 移动毂 3. 开关 4. 拨动环 5. 固定轮毂 6. 齿块 7. 内齿圈 8. 连杆 9. 开关 10. 电磁阀 11. 联锁阀 12. 截止阀 图 2 调绳离合器的组成 Fig. 2 Construction of rope adjusting clutch 1. 调绳离合器 2. 游动卷筒 3. 固定卷筒 4. 支轮 5. 主轴 图 1 双筒矿井提升机的主轴装置 Fig. 1 Spindle of mine dual-drum hoist 万方数据 第 48 卷 2020 年第 2 期 提运 编 辑 安 秀 清 26 致调绳离合机构中的齿块和内齿圈无法可靠啮合或脱 离，从而引起安全事故。 3 液压调绳离合器的改进 针对液压调绳装置机构存在的问题，笔者提出了 一种新型的调绳离合机构，将液压调绳装置的拨动环 与移动毂之间的转动配合改为滚珠轴承点接触滚动配 合，以减少两者之间的摩擦；将稀油润滑改为润滑脂 润滑，并辅以储油通道。 3.1 新型调绳离合器组成 新型双筒提升机液压调绳离合器结构如图 3 所 示。 新型调绳离合器与原有调绳离合器的不同之处在 于移动毂、拨动环以及固定轮毂三者之间的配合及 润滑方式。 1 固定轮毂与移动毂之间的滑动动作较少，仅 在需要调绳的情况下进行滑动动作；润滑方式采用具 有储油通道的润滑脂润滑，其润滑脂储存及供脂通道 如图 3b 所示。 2 移动毂与拨动环之间的配合方式由原来的完 全滑动摩擦改为双列滚珠轴承点接触滚动配合。拨动 环嵌入到移动毂的环形槽内，且拨动环与移动毂之间 增设有滚珠，在移动毂上设有滚珠槽，滚珠可在滚珠 槽内自由转动。拨动环、滚珠及移动毂之间采用润滑 脂润滑，且设有专用储存润滑脂通道。调绳驱动液压 缸推拉拨动环后，拨动环通过移动毂上环形槽的 2 个 端面将推拉力传递给移动毂。 3 润滑脂通道包括压注油杯安装口、加注通 道、移动通道和润滑通道。压注油杯位设在滑套的外 端侧，压注油杯位与竖向的加注通道连通，加注通道 与横向的移动通道连通。移动通道的一端设有焊接封 堵，另一端与竖向的润滑通道连通。润滑通道的一端 通至移动毂与拨动环之间，另一端通至移动毂与固定 轮毂之间。 3.2 工作原理 新型调绳离合器的工作原理与现有调绳装置的工 作原理类似。日常提升作业时，调绳液压缸推动拨动 环，拨动环通过移动毂上环形槽的右端面将推力传递 给移动毂，从而带动与移动毂铰接的连杆，连杆再带 动齿块在固定轮毂的导向槽内上移，进而完成齿块与 内齿圈的啮合。提升机正常工作状态下，移动毂与拨 动环之间采用润滑脂润滑的双列滚珠轴承灵活转动、 不卡阻，大大降低其摩擦损伤，从而改善了其安全稳 定性。 调绳作业时，调绳液压缸拉动拨动环，拨动环 通过移动毂上环形槽的左端面将拉力传递给移动毂， 从而带动与移动毂铰接的连杆，连杆再带动齿块在固 定轮毂的导向槽内下移，进而完成齿块与内齿圈的脱 离，方便调绳。 移动毂上增设通道，移动毂与拨动环之间、移动 毂与固定轮毂之间。加注通道、移动通道和润滑通道 均为直孔，以便于在移动毂上钻孔。 3.3 关键参数分析 新型调绳离合器中的移动毂、拨动环以及固定轮 毂三者之间的摩擦因数是调绳离合器在提升机正常工 作状态下重要的参数，决定了它们之间的摩擦损伤程 度，对调绳离合器的故障率及安全性产生重要影响。 原调绳离合器的拨动环与移动毂之间为滑动摩 擦，滑动摩擦因数与接触物体的材料、表面光滑程 度、干湿程度、表面温度、相对运动速度等都有关 系[5]。因此，原调绳离合器对润滑要求极高，对温升 a 整体结构示意 b 局部放大 1. 轴承座 2. 固定轮毂 3. 滚珠 4. 拨动环 5. 连杆 6. 齿块 7. 内齿圈 8. 游动卷筒 9. 润滑管 10. 套筒 11. 主轴 12. 移动毂 图 3 新型双筒提升机液压调绳离合器 Fig. 3 New-type rope adjusting clutch for dual-drum hoist 万方数据 第 48 卷 2020 年第 2 期 提运 编 辑 安 秀 清 27 也极其敏感，一旦润滑不足或局部温升过大，就极易 产生严重磨损，甚至发生胶合事故。 新型调绳离合器中的拨动环与移动毂之间为滚 动摩擦。文献 [6] 建立了基于摩擦界面热力耦合过程 的滑动摩擦因数计算模型，计算结果表明滑动摩擦 因数随相对滑动速度增大而增大；当摩擦界面实际接 触面积与载荷呈线性关系时，滑动摩擦因数与接触面 积无关；当实际接触面积接近名义接触面积时，滑动 摩擦因数随载荷的增加而减小。物体滚动时其接触面 一直处于变化状态，物体所受的摩擦力实质上是静摩 擦力。接触面软，形状变化愈大，则滚动摩擦力就愈 大。物体之间的滚动摩擦力远小于滑动摩擦力。由此 可见，新型调绳离合器中的拨动环与移动毂之间的接 触工况得到了大幅改善，大大降低了两者间的摩擦磨 损。 原调绳器中，拨动环与移动毂之间滑动摩擦因数 钢-铸铁 在充分润滑状态下为 0.05～0.15；拨动环与 移动毂之间滚动摩擦因数 淬火钢-淬火钢 在有润滑 状态下为 0.001。改进前后的滑动摩擦力与滚动摩擦 力之比为 0.05/0.001 50，即同等作业工况下，原调 绳离合器中拨动环与移动毂之间摩擦力是现有的 50 倍。 3.4 新型调绳离合器优点及现场应用情况 新型调绳离合器将拨动环与移动毂之间的转动配 合方式改为双列滚珠轴承点接触滚动配合，即滑动面 摩擦改为滚动摩擦后，减少了接触面积，同时增加了 润滑空间，大大降低了摩擦磨损程度；设置了专用的 润滑脂储存及供脂通道，进一步改善拨动环与移动毂 之间的配合条件，从而避免了由于调绳离合器引起的 提升安全事故，大幅减少了调绳离合器的维护成本和 时间，延长了其使用寿命。 新型调绳离合器已在山东省宁阳县某矿的 2JK 3.01.5P 双筒单绳缠绕式提升机得到应用，使用后 没有出现异响及故障，使用效果良好。 4 结论 针对目前双筒单绳缠绕式提升机液压调绳离合器 存在漏油、磨损严重等问题，对其进行了改进设计， 重点对调绳离合器中拨动环与移动毂之间的转动配合 方式和润滑方式进行了设计。改进后的新型调绳离合 器有效降低了其故障率，节约了维护成本，提高了提 升系统运行的安全可靠性，理论分析和现场应用均验 证了其合理性。 参 考 文 献 [1] 于励民．矿山固定设备选型使用手册 [M]．北京煤炭工业出 版社，2007343-598. 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