李超LI Chao；張侗ZHANG Dong；許曉旭XU Xiao-xu

（①兗礦集團(tuán)大陸機(jī)械有限公司，兗州 272000；②兗州東升精細(xì)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(jī)的大量應(yīng)用以及礦井安全生產(chǎn)的需要，越來(lái)越多礦井企業(yè)選擇使用逆止托輥。逆止托輥?zhàn)鳛樯线\(yùn)帶式輸送機(jī)逆止器和段帶抓捕器的輔助設(shè)備，可以將逆止器所承擔(dān)的逆止力矩的一部分均勻分配在輸送機(jī)沿程布置的逆止托輥上，以防止傾斜井巷帶式輸送機(jī)在負(fù)載運(yùn)行時(shí)因故障停機(jī)或發(fā)生膠帶斷裂造成膠帶和物料快速下滑，帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡的嚴(yán)重后果。

目前常用的逆止托輥按結(jié)構(gòu)原理的不同分為多種形式，主要有機(jī)械棘輪式、楔塊式、逆止軸承式等。我公司順應(yīng)市場(chǎng)需要并結(jié)合自身的生產(chǎn)制造經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)出了離心式逆止托輥，該種輥?zhàn)釉谖夜粳F(xiàn)有的復(fù)合密封托輥基礎(chǔ)上利用重心及離心力原理將逆止機(jī)構(gòu)呈軸對(duì)稱焊接在托輥輥皮上、擋塊焊接在托輥轉(zhuǎn)軸兩側(cè)改造而成，具有旋轉(zhuǎn)阻力小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、逆止性能可靠、成本低廉等特點(diǎn)，投放市場(chǎng)以來(lái)，深受用戶歡迎。

1 離心式逆止托輥的工作過(guò)程和原理

對(duì)于應(yīng)用離心式逆止托輥的帶式輸送機(jī)，由于皮帶機(jī)鋪設(shè)時(shí)托輥的安裝有一定的隨意性和隨機(jī)性，在帶式輸送機(jī)開(kāi)啟前的初始狀態(tài)下，每個(gè)離心式逆止托輥內(nèi)部逆止機(jī)構(gòu)擺臂的轉(zhuǎn)軸與擋塊之間連線形成的夾角A 各不相同。帶式輸送機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，由于逆止機(jī)構(gòu)很輕，在離心力的作用下逆止機(jī)構(gòu)緊貼在輥皮上，不與擋塊相撞，沒(méi)有產(chǎn)生額外的阻力和噪聲，和普通托輥無(wú)異。

在輸送機(jī)運(yùn)行中如果出現(xiàn)特殊情況導(dǎo)致帶式輸送機(jī)發(fā)生停機(jī)甚至膠帶斷裂物料下滑時(shí)。離心式逆止托輥的轉(zhuǎn)速迅速下降，發(fā)生反轉(zhuǎn)，進(jìn)入逆止工況。在此過(guò)程中托輥轉(zhuǎn)速ω 首先迅速下降，逆止機(jī)構(gòu)擺臂所受到的離心力F1迅速減小。

圖1 正常運(yùn)行狀態(tài)下離心式逆止托輥的示意圖

逆止機(jī)構(gòu)擺臂受到的離心力

式中m——逆止機(jī)構(gòu)擺臂的重量，（kg）；

ω——托輥旋轉(zhuǎn)的角速度，（rad/s）；

r——逆止機(jī)構(gòu)擺臂重心距離托輥軸心的直線距離，（m）。

逆止機(jī)構(gòu)擺臂的自重

式中g(shù)——重力加速度，9.8m/s2。

當(dāng)逆止托輥轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速ω 下降時(shí)離心力F1隨轉(zhuǎn)速的降低而加速降低，直至下降到小于逆止機(jī)構(gòu)擺臂自重G，即F1＜G 時(shí)，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(shí)的臨界角速度）。擺臂在重力作用下下垂，運(yùn)行在逆止角度附近的托輥由于擺臂下垂并接觸擋塊會(huì)率先進(jìn)入逆止?fàn)顟B(tài)（圖2（a）托輥），并對(duì)下滑的膠帶產(chǎn)生阻力F’。

單個(gè)逆止托輥組所受的載荷

單個(gè)逆止托輥組所受到膠帶和物料的下滑力

單個(gè)逆止托輥組受到的摩擦力

其中qG——單位長(zhǎng)度膠帶上的載重量，（kg/m）；

qB——單位長(zhǎng)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(jī)的傾角。

此時(shí)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(yùn)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(zhuǎn)，直到運(yùn)轉(zhuǎn)到逆止角度，擺臂與擋塊接觸并卡死（圖2（a）托輥）。這個(gè)過(guò)程中達(dá)到逆止工位的托輥逐漸增多，托輥和膠帶之間的摩擦力會(huì)逐漸增大，最后托輥組的摩擦力F’合力大于整個(gè)皮帶機(jī)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(jī)逆止工況下不同旋轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，在帶式輸送機(jī)整機(jī)進(jìn)入逆止工況時(shí)雖然不能做到同步逆止，但從托輥減速到反轉(zhuǎn)停止所需的時(shí)間和距離均非常短。在極端狀況下，進(jìn)入逆止工況時(shí)，一部分逆止托輥的擺臂恰好反轉(zhuǎn)越過(guò)逆止角度，由于離心式逆止托輥內(nèi)部逆止機(jī)構(gòu)的擺臂有兩組呈軸對(duì)稱布置，托輥會(huì)在繼續(xù)反轉(zhuǎn)半圈直到下一組擺臂到達(dá)逆止角度后停止。根據(jù)托輥直徑D 的不同，從第一個(gè)托輥逆止到最后一個(gè)托輥逆止，膠帶下行的距離等于托輥的周長(zhǎng)的一半，即

2 離心式逆止托輥相比其他結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

圖3 非接觸式逆止托輥

其他幾種常見(jiàn)結(jié)構(gòu)的逆止托輥，如機(jī)械棘輪式、楔塊式、逆止軸承式，有如下優(yōu)缺點(diǎn)：①棘輪式：應(yīng)用比較廣泛，較適用于低轉(zhuǎn)速工況，但是運(yùn)行的噪音大，而且機(jī)械結(jié)構(gòu)磨損較快。②楔塊式：結(jié)構(gòu)緊湊、逆止轉(zhuǎn)矩大，可靠性好，屬于非接觸式逆止托輥。缺點(diǎn)是楔塊制造要求較高，需要專(zhuān)用設(shè)備。③逆止軸承式：托輥生產(chǎn)安裝簡(jiǎn)單，軸承價(jià)格較貴。相比以上這些逆止托輥結(jié)構(gòu)，離心式逆止托輥利用現(xiàn)有成熟托輥的旋轉(zhuǎn)和密封結(jié)構(gòu)，而沒(méi)有像其他幾種逆止托輥一樣在內(nèi)部采用復(fù)雜的機(jī)械機(jī)構(gòu)，大大減少了大批量加工和制造的成本。在上運(yùn)帶式輸送機(jī)出現(xiàn)突然停機(jī)、斷帶等特殊狀況而產(chǎn)生膠帶和物料下滑時(shí)，隨著實(shí)現(xiàn)逆止托輥個(gè)數(shù)的增多，其對(duì)膠帶產(chǎn)生的摩擦阻力逐漸增大，起到軟制動(dòng)的效果，直至膠帶停止下滑，整個(gè)過(guò)程時(shí)間短、距離短，可以起到保護(hù)膠帶的作用。

3 結(jié)語(yǔ)

離心式逆止托輥原理簡(jiǎn)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(jī)設(shè)計(jì)選用手冊(cè).北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所.

[2]李秀云，于希波，李成章.離心式逆止托輥的設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械，2006，27（4）.

[3]蔣春鵬.新型楔塊式逆止托輥的設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械,2014(04).