離心式逆止托輥的特性研究

李超LI Chao；張侗ZHANG Dong；許曉旭XU Xiao-xu

（①兗礦集團大陸機械有限公司，兗州 272000；②兗州東升精細化工有限公司，兗州 272000）

（①Continent Machinery Co.,Ltd.of Yanzhou Mining Group，Yanzhou 272000，China；②Yanzhou Dongsheng Fine Chemical Co.，Ltd.，Yanzhou 272000，China）

0 引言

隨著大傾角帶式輸送機的大量應用以及礦井安全生產(chǎn)的需要，越來越多礦井企業(yè)選擇使用逆止托輥。逆止托輥作為上運帶式輸送機逆止器和段帶抓捕器的輔助設備，可以將逆止器所承擔的逆止力矩的一部分均勻分配在輸送機沿程布置的逆止托輥上，以防止傾斜井巷帶式輸送機在負載運行時因故障停機或發(fā)生膠帶斷裂造成膠帶和物料快速下滑，帶來的經(jīng)濟損失和人員傷亡的嚴重后果。

目前常用的逆止托輥按結構原理的不同分為多種形式，主要有機械棘輪式、楔塊式、逆止軸承式等。我公司順應市場需要并結合自身的生產(chǎn)制造經(jīng)驗，開發(fā)出了離心式逆止托輥，該種輥子在我公司現(xiàn)有的復合密封托輥基礎上利用重心及離心力原理將逆止機構呈軸對稱焊接在托輥輥皮上、擋塊焊接在托輥轉軸兩側改造而成，具有旋轉阻力小、結構簡單、逆止性能可靠、成本低廉等特點，投放市場以來，深受用戶歡迎。

1 離心式逆止托輥的工作過程和原理

對于應用離心式逆止托輥的帶式輸送機，由于皮帶機鋪設時托輥的安裝有一定的隨意性和隨機性，在帶式輸送機開啟前的初始狀態(tài)下，每個離心式逆止托輥內(nèi)部逆止機構擺臂的轉軸與擋塊之間連線形成的夾角A 各不相同。帶式輸送機正常運行時，由于逆止機構很輕，在離心力的作用下逆止機構緊貼在輥皮上，不與擋塊相撞，沒有產(chǎn)生額外的阻力和噪聲，和普通托輥無異。

在輸送機運行中如果出現(xiàn)特殊情況導致帶式輸送機發(fā)生停機甚至膠帶斷裂物料下滑時。離心式逆止托輥的轉速迅速下降，發(fā)生反轉，進入逆止工況。在此過程中托輥轉速ω 首先迅速下降，逆止機構擺臂所受到的離心力F1迅速減小。

圖1 正常運行狀態(tài)下離心式逆止托輥的示意圖

逆止機構擺臂受到的離心力

式中m——逆止機構擺臂的重量，（kg）；

ω——托輥旋轉的角速度，（rad/s）；

r——逆止機構擺臂重心距離托輥軸心的直線距離，（m）。

逆止機構擺臂的自重

式中g——重力加速度，9.8m/s2。

當逆止托輥轉速轉速ω 下降時離心力F1隨轉速的降低而加速降低，直至下降到小于逆止機構擺臂自重G，即F1＜G 時，rω2＜g（根據(jù)逆止托輥的直徑D 不同，式中r 的值是確定的常量，從而可以解出擺臂下垂時的臨界角速度）。擺臂在重力作用下下垂，運行在逆止角度附近的托輥由于擺臂下垂并接觸擋塊會率先進入逆止狀態(tài)（圖2（a）托輥），并對下滑的膠帶產(chǎn)生阻力F’。

單個逆止托輥組所受的載荷

單個逆止托輥組所受到膠帶和物料的下滑力

單個逆止托輥組受到的摩擦力

其中qG——單位長度膠帶上的載重量，（kg/m）；

qB——單位長度膠帶的自重，（kg/m）；

l——托輥間距，（m）；

f——膠帶與逆止托輥之間的摩擦系數(shù)；

α——帶式輸送機的傾角。

此時如果產(chǎn)生的逆止阻力不足以阻止膠帶和物料繼續(xù)下行，已經(jīng)逆止的托輥和膠帶之間產(chǎn)生阻止膠帶下滑的摩擦力F’。而運行在其他角度的托輥（如圖2（b）托輥）隨膠帶下滑繼續(xù)逆轉，直到運轉到逆止角度，擺臂與擋塊接觸并卡死（圖2（a）托輥）。這個過程中達到逆止工位的托輥逐漸增多，托輥和膠帶之間的摩擦力會逐漸增大，最后托輥組的摩擦力F’合力大于整個皮帶機承載部分膠帶和物料的下滑力，從而阻止了膠帶和物料的下滑。

圖2 輸送機逆止工況下不同旋轉位置的逆止托輥狀態(tài)示意圖

離心式逆止托輥由于其自身特殊的設計結構，在帶式輸送機整機進入逆止工況時雖然不能做到同步逆止，但從托輥減速到反轉停止所需的時間和距離均非常短。在極端狀況下，進入逆止工況時，一部分逆止托輥的擺臂恰好反轉越過逆止角度，由于離心式逆止托輥內(nèi)部逆止機構的擺臂有兩組呈軸對稱布置，托輥會在繼續(xù)反轉半圈直到下一組擺臂到達逆止角度后停止。根據(jù)托輥直徑D 的不同，從第一個托輥逆止到最后一個托輥逆止，膠帶下行的距離等于托輥的周長的一半，即

2 離心式逆止托輥相比其他結構的特點

圖3 非接觸式逆止托輥

其他幾種常見結構的逆止托輥，如機械棘輪式、楔塊式、逆止軸承式，有如下優(yōu)缺點：①棘輪式：應用比較廣泛，較適用于低轉速工況，但是運行的噪音大，而且機械結構磨損較快。②楔塊式：結構緊湊、逆止轉矩大，可靠性好，屬于非接觸式逆止托輥。缺點是楔塊制造要求較高，需要專用設備。③逆止軸承式：托輥生產(chǎn)安裝簡單，軸承價格較貴。相比以上這些逆止托輥結構，離心式逆止托輥利用現(xiàn)有成熟托輥的旋轉和密封結構，而沒有像其他幾種逆止托輥一樣在內(nèi)部采用復雜的機械機構，大大減少了大批量加工和制造的成本。在上運帶式輸送機出現(xiàn)突然停機、斷帶等特殊狀況而產(chǎn)生膠帶和物料下滑時，隨著實現(xiàn)逆止托輥個數(shù)的增多，其對膠帶產(chǎn)生的摩擦阻力逐漸增大，起到軟制動的效果，直至膠帶停止下滑，整個過程時間短、距離短，可以起到保護膠帶的作用。

3 結語

離心式逆止托輥原理簡單，逆止效果好，生產(chǎn)成本較低，目前已有多家礦井企業(yè)使用，適合大規(guī)模推廣。

[1]DTⅡ型固定帶式輸送機設計選用手冊.北京起重運輸機械研究所.

[2]李秀云，于希波，李成章.離心式逆止托輥的設計[J].煤礦機械，2006，27（4）.

[3]蔣春鵬.新型楔塊式逆止托輥的設計[J].煤礦機械,2014(04).