天輪襯墊應用的標準及要求

《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》(以下簡稱《規(guī)程》)規(guī)定：“6.3.5.7 天輪的輪緣應高于繩槽內的鋼絲繩，高出部分應大于鋼絲繩直徑的 1.5 倍。帶襯墊的天輪，襯墊應緊密固定。襯墊磨損深度相當于鋼絲繩直徑，或沿側面磨損達到鋼絲繩直徑的一半時，應立即更換”。銅興公司及其他礦山采用天輪襯墊數十年的實踐表明，采用襯墊須嚴格執(zhí)行《規(guī)程》規(guī)定并應符合以下標準及要求。

 襯墊的安裝與更換標準

根據《規(guī)程》規(guī)定，襯墊的軸向和徑向外形尺寸應大于其安裝槽的尺寸，使其裝配后產生一定的過盈而緊密固定，其公差 G 的值應視襯墊材質而定。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；利用報廢的運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，還應根據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，減輕罐道及其導向槽 (器)的磨損，延長天輪使用壽命，保護鋼絲繩等。

 襯墊徑向厚度

無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。這是因為，天輪直徑在 2.5～4.0 m，其鋼絲繩直徑 d 為 28～40 mm?！兑?guī)程》6.3.3.8 對提升容器的導向槽 (器)與罐道之間的間隙做出規(guī)定，《規(guī)程》6.3.3.9 對導向槽 (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之和，如木罐道的最大值為 10＋15=25 mm，仍然無法彌補因安裝襯墊而產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，加劇容器導向裝置與罐道的磨損。對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。

減輕導向裝置與罐道磨損的有效方法，就是選擇一個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 值應為 d 與襯墊更換前的最小厚度 e 之和，即 H＝d＋e。筆者根據經驗認為，若天輪原無襯墊，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 H 或 H′值居中時，鋼絲繩提升中心與提升容器設計提升中心相重合 (原有襯墊時)或接近 (原無襯墊時)。采用聚氨酯時，當 H′與H 相差較大時，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，以降低其購價。

1 襯墊擬減薄示例 1

圖1 括號內 40.5 為襯墊減薄后數值。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，降低采購成本。廉價材質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 括號內 32為襯墊減薄后數值。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。

應當指出，圖 1 襯墊中繩槽深度與繩槽半徑均設計為 50% d＝18.5 不合理。根據有關文獻和銅興公司近 30 a 的實踐經驗可知：

(1)繩槽深度取 25% d＝9.25 或 30% d ＝11.1，較合理，原設計 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，原設計18.5 比 20.35 小 1.85，鋼絲繩會產生一定程度的擠壓；

(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為鋼絲繩直徑的 30%”。根據銅興公司經驗，當繩槽深度約為 25% d 時，即可滿足使用要求。原洛陽礦山機器廠設計的繩槽深度僅為 18% d。繩槽隨著使用會逐漸加深，不會出現(xiàn)鋼絲繩“跳槽”現(xiàn)象。銅興公司 5 臺提升機按 (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

繩槽半徑過小會引起鋼絲繩過度擠壓而提前斷絲；過大又會使鋼絲繩支撐面積減小，增大其接觸應力而導致繩與繩槽的加速磨損。合理的繩槽半徑，應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有向兩側分開的傾向。根據要求，繩槽半徑取 55% d 比較合理。

 襯墊材質的選擇

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生互相磨損，因而性能指標要求少且低。我國從 20 世紀 80 年代初開始使用熱塑性聚氯乙烯(PVC)襯墊，由于其價格低，沿用近 30 a。由于 PVC襯墊是硬質無彈性塑料制品，使用中襯墊間出現(xiàn)較大的間隙，噪聲大，安全性能受影響。后在原生產工藝及配方的基礎上加以改進，研制出新型的 PVC 襯墊，比原 PVC 襯墊性能提高 20%，同時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。根據銅興公司采用襯墊數十年的經驗和有關文獻及廠家的介紹，筆者認為，聚氨酯襯墊雖價格較高，但使用壽命較長；超高分子聚乙烯襯墊雖價格便宜，但使用壽命不如前者。各礦山可依據使用環(huán)境及工況，將二者作為天輪襯墊的首選材質。