天輪襯墊應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)及要求
《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)程》)規(guī)定：“6.3.5.7 天輪的輪緣應(yīng)高于繩槽內(nèi)的鋼絲繩，高出部分應(yīng)大于鋼絲繩直徑的 1.5 倍。帶襯墊的天輪，襯墊應(yīng)緊密固定。襯墊磨損深度相當(dāng)于鋼絲繩直徑，或沿側(cè)面磨損達(dá)到鋼絲繩直徑的一半時(shí)，應(yīng)立即更換”。銅興公司及其他礦山采用天輪襯墊數(shù)十年的實(shí)踐表明，采用襯墊須嚴(yán)格執(zhí)行《規(guī)程》規(guī)定并應(yīng)符合以下標(biāo)準(zhǔn)及要求。
襯墊的安裝與更換標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)《規(guī)程》規(guī)定，襯墊的軸向和徑向外形尺寸應(yīng)大于其安裝槽的尺寸，使其裝配后產(chǎn)生一定的過(guò)盈而緊密固定，其公差 G 的值應(yīng)視襯墊材質(zhì)而定。熱塑性聚氯乙烯塑料 (PVC)及新型 PVC、尼龍 6 和超高分子聚乙烯應(yīng)較小，G 值＜1.0 mm 為宜；聚氨酯宜居中，G 值為 1.0～ 1.8 mm 合適；利用報(bào)廢的運(yùn)輸膠帶或由一般橡膠的制成品可稍大，G 值 ＞ 1.8 mm 為宜。此外，為緊密排列，還應(yīng)根據(jù)襯墊安裝的最后周向間隙值，制作合適的“間隙襯墊”，以手錘打入，保證襯墊的周向緊密固定。
襯墊的更換要嚴(yán)格按《規(guī)程》規(guī)定執(zhí)行，以盡量減小提升中心的變化，減輕罐道及其導(dǎo)向槽 (器)的磨損，延長(zhǎng)天輪使用壽命，保護(hù)鋼絲繩等。
襯墊徑向厚度
無(wú)襯墊的天輪由礦山自行安裝襯墊后，鋼絲繩提升中心的變化一般在 28～40 mm。這是因?yàn)?，天輪直徑?2.5～4.0 m，其鋼絲繩直徑 d 為 28～40 mm。《規(guī)程》6.3.3.8 對(duì)提升容器的導(dǎo)向槽 (器)與罐道之間的間隙做出規(guī)定，《規(guī)程》6.3.3.9 對(duì)導(dǎo)向槽 (器)和罐道之間的磨損更換程度做出規(guī)定。這些間隙和磨損的累計(jì)之和，如木罐道的最大值為 10＋15=25 mm，仍然無(wú)法彌補(bǔ)因安裝襯墊而產(chǎn)生的鋼絲繩提升中心的變化值，因此必將增加容器在罐道上的摩擦力，加劇容器導(dǎo)向裝置與罐道的磨損。對(duì)于鋼絲繩罐道單繩多段提升而言，提升中心的變化也是造成“卡罐”的原因之一。
減輕導(dǎo)向裝置與罐道磨損的有效方法，就是選擇一個(gè)比較合理的襯墊徑向厚度 H，以盡量縮小鋼絲繩提升中心的變化值。H 值應(yīng)為 d 與襯墊更換前的最小厚度 e 之和，即 H＝d＋e。筆者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，若天輪原無(wú)襯墊，e 取 0～10 為宜；若天輪原有襯墊，考慮到新襯墊性能一般優(yōu)于原襯墊，故取新襯墊更換前的最小厚度 e′＜ e。顯然，當(dāng) H 或 H′值居中時(shí)，鋼絲繩提升中心與提升容器設(shè)計(jì)提升中心相重合 (原有襯墊時(shí))或接近 (原無(wú)襯墊時(shí))。采用聚氨酯時(shí)，當(dāng) H′與H 相差較大時(shí)，襯墊減薄值 f (f＝e－e′=H－H′)可安裝為“固定墊層”，這樣既可保持鋼絲繩提升中心不變或少變，又可減薄新襯墊厚度，以降低其購(gòu)價(jià)。
1 襯墊擬減薄示例 1
圖1 括號(hào)內(nèi) 40.5 為襯墊減薄后數(shù)值。原 e＝Hd＝86.5－37＝49.5，太厚；故取 e′=H′-d＝40.5 -37=3.5，合適；則 f＝e -e′=H -H′=46。
f 安裝為固定墊層后，既可保持鋼絲繩提升中心不變，亦可減薄新襯墊厚度，減少聚氨酯用料，降低采購(gòu)成本。廉價(jià)材質(zhì)的襯墊不必考慮安裝固定墊層。
2 襯墊擬減薄示例 2
由圖 2 可得，tan 30°=x/13，x=7.5。H=40 -7.5=32.5，d=28，e＝H－d＝4.5；則圖 3 括號(hào)內(nèi) 32為襯墊減薄后數(shù)值。原 e＝H－d＝50－28＝22，較厚；故取 e′=H′-d＝32－28＝4，合適；則 f＝ee′=H -H′=18。
應(yīng)當(dāng)指出，圖 1 襯墊中繩槽深度與繩槽半徑均設(shè)計(jì)為 50% d＝18.5 不合理。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)和銅興公司近 30 a 的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知：
(1)繩槽深度取 25% d＝9.25 或 30% d ＝11.1，較合理，原設(shè)計(jì) 18.5 比 9.25 或 11.1 分別深 9.25 或7.40，不合理。襯墊高度可減小至 95.75 或 93.9，H與 H′均不改變；
(2)繩槽半徑取 55%d＝20.35 較合理，原設(shè)計(jì)18.5 比 20.35 小 1.85，鋼絲繩會(huì)產(chǎn)生一定程度的擠壓；
(3)天輪襯墊與卷筒襯木 (塑襯)的繩槽深度與繩槽半徑的技術(shù)要求相同。
繩槽尺寸
1 繩槽深度
按要求，“卷筒襯木繩槽深度應(yīng)為鋼絲繩直徑的 30%”。根據(jù)銅興公司經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)繩槽深度約為 25% d 時(shí)，即可滿(mǎn)足使用要求。原洛陽(yáng)礦山機(jī)器廠(chǎng)設(shè)計(jì)的繩槽深度僅為 18% d。繩槽隨著使用會(huì)逐漸加深，不會(huì)出現(xiàn)鋼絲繩“跳槽”現(xiàn)象。銅興公司 5 臺(tái)提升機(jī)按 (20%～25%) d 銑削的卷筒襯木或定制的卷筒塑襯，使用 30 余年從未出現(xiàn)過(guò)鋼絲繩跳槽現(xiàn)象，故繩槽深度取 (20%～25%) d 比較合理。
2 繩槽半徑
繩槽半徑過(guò)小會(huì)引起鋼絲繩過(guò)度擠壓而提前斷絲；過(guò)大又會(huì)使鋼絲繩支撐面積減小，增大其接觸應(yīng)力而導(dǎo)致繩與繩槽的加速磨損。合理的繩槽半徑，應(yīng)使鋼絲繩與槽底緊密貼合并保持必要的間隙，此間隙是考慮到鋼絲繩在工作時(shí)有向兩側(cè)分開(kāi)的傾向。根據(jù)要求，繩槽半徑取 55% d 比較合理。
襯墊材質(zhì)的選擇
天輪襯墊的主要功能是避免天輪與鋼絲繩之間直接接觸而產(chǎn)生互相磨損，因而性能指標(biāo)要求少且低。我國(guó)從 20 世紀(jì) 80 年代初開(kāi)始使用熱塑性聚氯乙烯(PVC)襯墊，由于其價(jià)格低，沿用近 30 a。由于 PVC襯墊是硬質(zhì)無(wú)彈性塑料制品，使用中襯墊間出現(xiàn)較大的間隙，噪聲大，安全性能受影響。后在原生產(chǎn)工藝及配方的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，研制出新型的 PVC 襯墊，比原 PVC 襯墊性能提高 20%，同時(shí)推出聚氨酯及超高分子聚乙烯襯墊，解決了 PVC 材料的不足，成為天輪襯墊的首選材質(zhì)。根據(jù)銅興公司采用襯墊數(shù)十年的經(jīng)驗(yàn)和有關(guān)文獻(xiàn)及廠(chǎng)家的介紹，筆者認(rèn)為，聚氨酯襯墊雖價(jià)格較高，但使用壽命較長(zhǎng)；超高分子聚乙烯襯墊雖價(jià)格便宜，但使用壽命不如前者。各礦山可依據(jù)使用環(huán)境及工況，將二者作為天輪襯墊的首選材質(zhì)。
