天轮衬垫应用的标准及要求
《金属非金属矿山安全规程》(以下简称《规程》)规定：“6.3.5.7 天轮的轮缘应高于绳槽内的钢丝绳，高出部分应大于钢丝绳直径的 1.5 倍。带衬垫的天轮，衬垫应紧密固定。衬垫磨损深度相当于钢丝绳直径，或沿侧面磨损达到钢丝绳直径的一半时，应立即更换”。铜兴公司及其他矿山采用天轮衬垫数十年的实践表明，采用衬垫须严格执行《规程》规定并应符合以下标准及要求。
衬垫的安装与更换标准
根据《规程》规定，衬垫的轴向和径向外形尺寸应大于其安装槽的尺寸，使其装配后产生一定的过盈而紧密固定，其公差 G 的值应视衬垫材质而定。热塑性聚氯乙烯塑料 (PVC)及新型 PVC、尼龙 6 和超高分子聚乙烯应较小，G 值＜1.0 mm 为宜；聚氨酯宜居中，G 值为 1.0～ 1.8 mm 合适；利用报废的运输胶带或由一般橡胶的制成品可稍大，G 值 ＞ 1.8 mm 为宜。此外，为紧密排列，还应根据衬垫安装的最后周向间隙值，制作合适的“间隙衬垫”，以手锤打入，保证衬垫的周向紧密固定。
衬垫的更换要严格按《规程》规定执行，以尽量减小提升中心的变化，减轻罐道及其导向槽 (器)的磨损，延长天轮使用寿命，保护钢丝绳等。
衬垫径向厚度
无衬垫的天轮由矿山自行安装衬垫后，钢丝绳提升中心的变化一般在 28～40 mm。这是因为，天轮直径在 2.5～4.0 m，其钢丝绳直径 d 为 28～40 mm。《规程》6.3.3.8 对提升容器的导向槽 (器)与罐道之间的间隙做出规定，《规程》6.3.3.9 对导向槽 (器)和罐道之间的磨损更换程度做出规定。这些间隙和磨损的累计之和，如木罐道的最大值为 10＋15=25 mm，仍然无法弥补因安装衬垫而产生的钢丝绳提升中心的变化值，因此必将增加容器在罐道上的摩擦力，加剧容器导向装置与罐道的磨损。对于钢丝绳罐道单绳多段提升而言，提升中心的变化也是造成“卡罐”的原因之一。
减轻导向装置与罐道磨损的有效方法，就是选择一个比较合理的衬垫径向厚度 H，以尽量缩小钢丝绳提升中心的变化值。H 值应为 d 与衬垫更换前的最小厚度 e 之和，即 H＝d＋e。笔者根据经验认为，若天轮原无衬垫，e 取 0～10 为宜；若天轮原有衬垫，考虑到新衬垫性能一般优于原衬垫，故取新衬垫更换前的最小厚度 e′＜ e。显然，当 H 或 H′值居中时，钢丝绳提升中心与提升容器设计提升中心相重合 (原有衬垫时)或接近 (原无衬垫时)。采用聚氨酯时，当 H′与H 相差较大时，衬垫减薄值 f (f＝e－e′=H－H′)可安装为“固定垫层”，这样既可保持钢丝绳提升中心不变或少变，又可减薄新衬垫厚度，以降低其购价。
1 衬垫拟减薄示例 1
图1 括号内 40.5 为衬垫减薄后数值。原 e＝Hd＝86.5－37＝49.5，太厚；故取 e′=H′-d＝40.5 -37=3.5，合适；则 f＝e -e′=H -H′=46。
f 安装为固定垫层后，既可保持钢丝绳提升中心不变，亦可减薄新衬垫厚度，减少聚氨酯用料，降低采购成本。廉价材质的衬垫不必考虑安装固定垫层。
2 衬垫拟减薄示例 2
由图 2 可得，tan 30°=x/13，x=7.5。H=40 -7.5=32.5，d=28，e＝H－d＝4.5；则图 3 括号内 32为衬垫减薄后数值。原 e＝H－d＝50－28＝22，较厚；故取 e′=H′-d＝32－28＝4，合适；则 f＝ee′=H -H′=18。
应当指出，图 1 衬垫中绳槽深度与绳槽半径均设计为 50% d＝18.5 不合理。根据有关文献和铜兴公司近 30 a 的实践经验可知：
(1)绳槽深度取 25% d＝9.25 或 30% d ＝11.1，较合理，原设计 18.5 比 9.25 或 11.1 分别深 9.25 或7.40，不合理。衬垫高度可减小至 95.75 或 93.9，H与 H′均不改变；
(2)绳槽半径取 55%d＝20.35 较合理，原设计18.5 比 20.35 小 1.85，钢丝绳会产生一定程度的挤压；
(3)天轮衬垫与卷筒衬木 (塑衬)的绳槽深度与绳槽半径的技术要求相同。
绳槽尺寸
1 绳槽深度
按要求，“卷筒衬木绳槽深度应为钢丝绳直径的 30%”。根据铜兴公司经验，当绳槽深度约为 25% d 时，即可满足使用要求。原洛阳矿山机器厂设计的绳槽深度仅为 18% d。绳槽随着使用会逐渐加深，不会出现钢丝绳“跳槽”现象。铜兴公司 5 台提升机按 (20%～25%) d 铣削的卷筒衬木或定制的卷筒塑衬，使用 30 余年从未出现过钢丝绳跳槽现象，故绳槽深度取 (20%～25%) d 比较合理。
2 绳槽半径
绳槽半径过小会引起钢丝绳过度挤压而提前断丝；过大又会使钢丝绳支撑面积减小，增大其接触应力而导致绳与绳槽的加速磨损。合理的绳槽半径，应使钢丝绳与槽底紧密贴合并保持必要的间隙，此间隙是考虑到钢丝绳在工作时有向两侧分开的倾向。根据要求，绳槽半径取 55% d 比较合理。
衬垫材质的选择
天轮衬垫的主要功能是避免天轮与钢丝绳之间直接接触而产生互相磨损，因而性能指标要求少且低。我国从 20 世纪 80 年代初开始使用热塑性聚氯乙烯(PVC)衬垫，由于其价格低，沿用近 30 a。由于 PVC衬垫是硬质无弹性塑料制品，使用中衬垫间出现较大的间隙，噪声大，安全性能受影响。后在原生产工艺及配方的基础上加以改进，研制出新型的 PVC 衬垫，比原 PVC 衬垫性能提高 20%，同时推出聚氨酯及超高分子聚乙烯衬垫，解决了 PVC 材料的不足，成为天轮衬垫的首选材质。根据铜兴公司采用衬垫数十年的经验和有关文献及厂家的介绍，笔者认为，聚氨酯衬垫虽价格较高，但使用寿命较长；超高分子聚乙烯衬垫虽价格便宜，但使用寿命不如前者。各矿山可依据使用环境及工况，将二者作为天轮衬垫的首选材质。
