減速器逆止器的選擇與應(yīng)用

逆止器的選擇與應(yīng)用［摘要］本文主要從力學(xué)角度，對大柳塔洗煤廠作為輔助逆止裝臵的皮帶逆止器進(jìn)行了力學(xué)強(qiáng)度校核。［關(guān)鍵詞］皮帶逆止器，力學(xué)校核。一，前言：膠帶機(jī)作為我們洗選中心最普遍的一種洗選設(shè)備，其主要的功能是實(shí)現(xiàn)物料的遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。由于廠房布局設(shè)計(jì)，客觀環(huán)境和現(xiàn)實(shí)需要等原因的存在。膠帶運(yùn)輸物料多數(shù)存在一定的高度提升，當(dāng)膠帶載物料運(yùn)行時(shí)，如果出現(xiàn)突發(fā)性事件，比如突然斷電，突發(fā)事故停車等事件時(shí)，在驅(qū)動(dòng)力停止的瞬間，最初由于慣性膠帶會繼續(xù)運(yùn)行，這樣處在膠帶機(jī)下方的刮板有可能產(chǎn)生堆積煤，影響刮板的正常啟動(dòng)，在膠帶機(jī)正向運(yùn)轉(zhuǎn)停止下來后，由于存在上升角度，這樣由在上升段物料重力所產(chǎn)生的向下運(yùn)動(dòng)的趨勢會導(dǎo)致膠帶的逆運(yùn)行，這種膠帶機(jī)的逆轉(zhuǎn)同樣在生產(chǎn)中是及其有害的，會導(dǎo)致膠帶機(jī)機(jī)尾堆煤，影響正常起車，嚴(yán)重時(shí)如果沒有及時(shí)清理而起車時(shí)，會拽斷膠帶，如果堆積嚴(yán)重外泄則會阻塞膠帶機(jī)走廊，同時(shí)當(dāng)煤粘在皮帶滾筒上時(shí)會帶來運(yùn)行跑偏隱患。所以在生產(chǎn)中應(yīng)該近最大努力消除這種有害現(xiàn)象的發(fā)生。具體的做法就是給膠帶安裝制動(dòng)裝臵和逆止裝臵，制動(dòng)器的主要作用是阻止膠帶正方向運(yùn)行，大柳塔洗煤廠主要使用抱閘；逆止器的主要作用就是實(shí)現(xiàn)皮帶逆運(yùn)行時(shí)的制動(dòng)作用。倆者在實(shí)際生產(chǎn)中是相輔相成的。我們洗選中心下屬大柳塔洗煤廠的膠帶逆止裝臵主要有以下幾種：（1）減速箱自帶逆止器，一般在減速器的高速端，及一級傳動(dòng)軸非驅(qū)動(dòng)側(cè)，如410皮帶道奇減速器；也有在二級傳動(dòng)軸非驅(qū)動(dòng)側(cè)安裝的（2）驅(qū)動(dòng)滾筒非驅(qū)動(dòng)側(cè)逆止器。從2007年7月至今，大柳塔洗煤廠逐步在所有有傾角的膠帶上都配備了作為輔助逆止裝臵的皮帶逆止器。經(jīng)過調(diào)查得到如下資料：大柳塔洗煤廠共有膠帶40條，2號破碎系統(tǒng)4條（115，122，152，153）；篩分系統(tǒng)6條（201，202，250，251，285，299）；活井系統(tǒng)3條（301，302，354）；大井系統(tǒng)2條（410，434）上倉系統(tǒng)8條（801，809，810，811，812，823，871，872）三號破碎系統(tǒng)9條（921，924，932，933，934，931，943，945，947），其中包括手選帶8條，由于帶速低沒有設(shè)臵逆止裝臵，還有10條水平皮帶也沒有安裝逆止器，其余22條都同時(shí)安裝了2種或2種以上的逆止裝臵。經(jīng)過了解在將近一年的使用中所有的上傾角皮帶都沒有出現(xiàn)逆止效果不佳的情況?，F(xiàn)狀分析：由于使用的皮帶式逆止器的設(shè)計(jì)是根據(jù)我洗選中心特殊情況參考相關(guān)皮帶逆止器標(biāo)準(zhǔn)自行制定的，在膠帶機(jī)實(shí)現(xiàn)正常逆止的情況下我們中心還沒有對皮帶逆止器進(jìn)行相關(guān)力學(xué)理論分析，計(jì)算，所以皮帶逆止器在整個(gè)逆止過程中所扮演色到底是什么，即：假設(shè)一條膠帶除皮帶逆止器外其它逆止裝臵都不運(yùn)行時(shí)，皮帶逆止器到底可不可以實(shí)現(xiàn)膠帶逆止？皮帶逆止器能不能滿足強(qiáng)度要求，這就是我想驗(yàn)證的結(jié)果。以大柳塔洗煤廠主廠房410皮帶為例：大柳塔洗煤廠410皮帶相關(guān)信息走向從壓濾車間到主洗車間

逆止器安裝位置減速機(jī)內(nèi)置逆止器，機(jī)頭驅(qū)動(dòng)滾筒處自行加工帶式逆止器。膠帶寬

膠帶寬

輸送機(jī)長

膠帶機(jī)小時(shí)運(yùn)輸能力

膠帶機(jī)運(yùn)行速度

上托輥間距

下托輥間距

輸送機(jī)受料點(diǎn)與卸料點(diǎn)

高差

輸送帶總質(zhì)量

輸送帶每米質(zhì)量

膠帶機(jī)上傾角度

托輥直徑

傳動(dòng)滾筒直徑

驅(qū)動(dòng)頂級級數(shù)

減速器速比（i）及級數(shù)

膠帶類型

膠帶型號1200(mm)196779(mm)1200(t/h)3.15(m/s)1200(mm)3000(mm)15000(mm)7263.72(kg)

15(kg)

12.5(°

133(mm)

1000(mm)4i=31.21三級傳動(dòng)

尼龍膠NN300x1200x5(3+1.5)當(dāng)膠帶機(jī)正常停車時(shí)，及膠帶上沒有物料時(shí)，制動(dòng)器會自動(dòng)制動(dòng)，使膠帶機(jī)停止，由于皮帶自身摩擦力的作用不會出現(xiàn)逆止運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)膠帶機(jī)載有物料時(shí)，可以通過分析得出：對于傾斜輸送機(jī)，通過輸送帶作用于傳動(dòng)滾筒上的最大逆轉(zhuǎn)力出現(xiàn)在輸送機(jī)承載段只有上升段滿載，而其它段為空載的條件下（具體分析見補(bǔ)充說明1），為阻止逆轉(zhuǎn)，傳動(dòng)滾筒上需要逆止力FL,F=F-0.8fgI"L（q+q+2q）+（Hxq）一sin5LstRoRuBGF傾斜阻力FSt=qGXgXH=15555-55n（具體分析在補(bǔ)充說明2）st:q:每米輸送物料質(zhì)量（kg）:105.83Gg:重力加速度，一般取9.8n/kgH：輸送機(jī)受料點(diǎn)與卸料點(diǎn)高差（m）:15f：模擬摩擦系數(shù)（工作環(huán)境好，制造良好，帶速低取0.02;多塵，過載，高帶速，安裝不良，托輥質(zhì)量差，取0.023-0.03；岸標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造，調(diào)整好，取0.022.這里我根據(jù)410工作環(huán)境，帶速取0.026）q輸送機(jī)承載分支每米托輥旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量（kg）:20.8Ro：q?輸送機(jī)回程分支每米托輥旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量（kg）:6.7Ru：L：輸送機(jī)長度（m）：196.779輸送機(jī)上傾傾角（。）：12.5q承載或回程分支每米輸送帶每米質(zhì)量（kg）：15B：F=13801.15N作用于傳動(dòng)滾筒上的逆止力距，M'=（FxD）一2000=6.9kfimLL減速器高速軸上需要的逆止力矩：M二M?？冢?0.244kitoLL現(xiàn)在來計(jì)算僅有皮帶逆止器工作時(shí)的狀況：根據(jù)洗選中心下發(fā)的關(guān)于帶式逆止器安裝標(biāo)準(zhǔn)（2007年6月1日所繪制的圖紙），結(jié)合經(jīng)濟(jì)性，實(shí)用性（使用相同品質(zhì)的尼龍膠帶的好處是：摩擦比較均勻，磨損小，節(jié)約成本，一般使用安裝皮帶剩余皮帶，不能使用帶有鋼絲芯的皮帶作為皮帶逆止器的皮帶，因?yàn)殡S著磨損鋼絲會暴露出來，在正常運(yùn)行時(shí)對皮帶內(nèi)表面起到切割作用，時(shí)間長了會把皮帶切成沿運(yùn)行方向的細(xì)條狀），410選擇了與運(yùn)載皮帶相同規(guī)格的皮帶（NN300X1200x5（3+1.5）作為逆止器用皮帶，皮帶逆止器包括三部分組成：皮帶：M20x45螺栓8顆，1200槽鋼支架。二.皮帶受力分析：分析皮帶逆止器的受力可知道：對于處于逆止作用的皮帶可分為四部分：第一部分是被壓在滾筒和載料皮帶中間主要受壓應(yīng)力的皮帶，第二部分是槽鋼與滾筒之間的皮帶，主要受拉應(yīng)力，第三部分是處于壓應(yīng)力和拉應(yīng)力之間的過度皮帶，第四部分是被螺栓固定的皮帶，這四部份中受集中作用力的是第三部分和第四部分?，F(xiàn)在計(jì)算假設(shè)皮帶逆止器其它裝臵都是理想的情況下第三部分的受力（對于第四部分受力將分為倆部分一部分在螺栓部分驗(yàn)證）：由NN300x1200x5（3+1.5）知道皮帶每層扯斷強(qiáng)度為300NXmm-i層-1,皮帶共有5層，其中上層膠3層（工作面），下層膠1.5層（非工作面），查工具書DTII（A）型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊知道NN300x1200x5（3+1.5）膠帶每層厚度1.25mm,膠帶在受力是會伸長，同樣可查伸長率為1.5%-2%.,取最大伸長率2%,則對于帶寬1200mm的皮帶最小橫截面為s=1200x6.13=7356mm2,拉斷最小橫截面需要拉力F=sx300x5=110340kn?13.80115kn,這說明在皮帶產(chǎn)生最大的傾斜拉力時(shí)皮帶是安全可靠的；對于第四部分（即是被打孔的橫截面的強(qiáng)度）：由M20x45知道每顆螺栓最大直徑20mm，假設(shè)8顆螺栓在同一水平線上,這時(shí)皮帶的抗拉強(qiáng)度最小,最小值F=300x5x6.13x（1200-20x8）=95628kn?13.80115kn,于是我們可以知道皮帶抗拉強(qiáng)度對與物料所產(chǎn)生的拉力是完全可以承受的；三?接下來驗(yàn)證M20x45的工況：在皮帶逆逆止器中螺栓主要受倆個(gè)方向的作用力,分別是沿軸向的力,這個(gè)力主要是預(yù)緊力,和垂直與軸向的剪切力。以Q235鋼材為原料制成的M20x45螺栓的相關(guān)數(shù)據(jù)為：抗拉強(qiáng)度&:410-470MPaB屈服強(qiáng)度&:240MPaS疲勞極限：彎曲&:170-220Mpa-1拉壓&:120-160Mpa-11對于單個(gè)螺栓有（-有11預(yù)緊力的情況下）抗拉:[抗拉:[g]=l=171.43mpa1nn安全系數(shù)，有預(yù)緊力時(shí)取1.2-1.5這里取n=1.4抗剪切:=96mpa抗剪切:=96mpa這里需要注意的是，這里計(jì)算出的抗拉強(qiáng)度，抗剪切強(qiáng)度都是理論最大值，而且對于抗拉強(qiáng)度的安全系數(shù)取的值偏大，從計(jì)算中可以看出，同種螺栓的抗剪切強(qiáng)度小于抗拉強(qiáng)度，考慮到實(shí)際皮帶逆止器螺栓受力主要是受剪切力，而且軸向力是總拉力的一個(gè)分力，假設(shè)總拉力都作用成剪切力，如果能滿足剪切力要求的話，螺栓軸向受力肯定能滿足要求。下面檢驗(yàn)螺栓在最大皮帶拉力作用力全部為剪切力情況下的受力:F13801.15npF13801.15np=I=十mmr=43.95mpav96mpa注意43.95Mpa這個(gè)計(jì)算值是單個(gè)螺栓在受全部載荷時(shí)的剪切力，按照設(shè)計(jì)要求安裝8-10顆M20x45螺栓的要求，所以單個(gè)螺栓受力為4.45-5Mpa.410皮帶逆止器實(shí)際使用8顆螺栓，所以單個(gè)受力為5.5Mpa<<96Mpa.所以螺栓能夠承受理論最大剪切力。下面就螺栓預(yù)緊力對皮帶的壓力影響做一下分析（皮帶部分的補(bǔ)充）:P=gxA=58800n00Sp=螺栓預(yù)緊力O§0=（0.5-0.7）&sA=螺紋危險(xiǎn)截面的面積，查表取245mm2假設(shè)8顆螺栓全部預(yù)加最大拉力，則能產(chǎn)生作用力為:F=8xP=470400n0對于nn300x1200x5（3+1.5）尼倫皮帶在被夾皮帶部分可承受最大作用力為:F=300x0.168x106=50.4x106n0.47x106n所以螺栓滿足強(qiáng)度要求。四.槽鋼的受力分析槽鋼牌號按14a,進(jìn)行驗(yàn)證1.焊接端口的受力由于設(shè)計(jì)要求使用的槽鋼與皮帶托輥支架槽鋼規(guī)格相同，加上皮帶托輥支架槽鋼是槽向內(nèi)開口，所以如果直接安裝的話槽鋼只有上下倆翼緣被焊接，強(qiáng)度肯定不能滿足要求。在實(shí)際安裝過程中都是切除部分翼緣盡可能使腹板和托輥支架槽鋼腹板進(jìn)行焊接從而得到較大的焊接面。

理論焊接面積為S二6x(14°—9-5x2)x0.8二580.8mm2其中：6：槽鋼腹板厚d=6mm；140：槽鋼高h(yuǎn)=140mm9.5:槽鋼翼緣厚；0.8：焊接有效系數(shù)我們通常使用的焊條為E4303型焊條(即是J422)。則能承受的應(yīng)力為：F=580.8x420x106=243936N~243.94kn>13.8kn現(xiàn)在驗(yàn)證槽鋼整體在受到拉力作用時(shí)的受力.通過分析受力可得以下彎矩圖由彎矩圖知道，產(chǎn)生應(yīng)力集中的地方是邊緣焊接點(diǎn)和對稱中心，而且焊接端承受的彎矩為中心的12倍，中心承受最大的變形，邊緣承受最大剪切力：M=竺=17665.472nDm槽鋼受最大彎矩：2F=ql11040.8n槽鋼受最大剪力：xQmax2驗(yàn)證拉力強(qiáng)度：W驗(yàn)證拉力強(qiáng)度：W二占二103.9cm3查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，知道14a槽鋼W=80.5cm3<103.9cm3X所以實(shí)際中槽鋼截面彎曲系數(shù)小于設(shè)計(jì)要求值。驗(yàn)證剪切力強(qiáng)度：_FOST=―xOmaxmaxmaxIOdxFx.max:剪切力Smax:槽鋼簡化尺寸下面積I：14a槽鋼慣性矩，查表的I=564cm4XXd：槽鋼的腹板厚度帶入數(shù)值t=59.6MpavlOOMpa的材料特性可見槽鋼抗剪切滿足要求。五．結(jié)論：從上面驗(yàn)證可以知道，槽鋼的抗拉強(qiáng)度不足，抗剪切力強(qiáng)度滿足，在實(shí)際生產(chǎn)中如果我們采用了雙槽鋼焊接固定的話（即有單個(gè)槽鋼的見面彎曲系數(shù)W=103.9一2=51.95cm3<80.5cm3）,那么槽鋼就能滿足設(shè)計(jì)要求。但是實(shí)際情況是我們只對其中一條槽鋼實(shí)施了焊接，另一條只做背板，做加強(qiáng)使用，所以整個(gè)槽鋼的抗拉特性就處在51.95cm3?103.9cm3之間，即在滿足與不滿足之間徘徊。綜合以上各方面因素，我得出的結(jié)論是（具體到410皮帶逆止器）：對于皮帶逆止器相關(guān)的三要素中，皮帶和螺栓在正常情況下是能滿足強(qiáng)度要求的，只有槽鋼的抗拉力學(xué)特性有范圍的波動(dòng)，在滿足與不滿足之間，所以皮帶逆止器理論的最薄弱環(huán)節(jié)是槽鋼，而且還是在承受拉力時(shí)。還需要注意一點(diǎn)的是，上面的驗(yàn)算沒有考慮槽鋼因?yàn)殚_孔而減少的剛度，所以實(shí)際的波動(dòng)會比最大截面彎曲系數(shù)要求值還要大一些。這和大柳塔洗煤廠檢修班在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)皮帶逆止器最容易出問題的是槽鋼的變形而不是皮帶和緊固螺栓的客觀事實(shí)相吻合。所以加強(qiáng)槽鋼的抗拉力學(xué)特性是提高皮帶逆止器大規(guī)模推廣使用的關(guān)鍵。六．驗(yàn)算相關(guān)說明6.1，皮帶相關(guān)：（1），由于我們洗選中心下設(shè)洗煤廠在選用逆止皮帶時(shí)，考慮經(jīng)濟(jì)型，實(shí)用性只能選用安裝皮帶的剩余或者是更換下來的尼倫皮帶，而不可能為了逆止皮帶專門去選購比運(yùn)輸皮帶更高質(zhì)量的皮帶，所以實(shí)際中皮帶的各方面性能均低于理論計(jì)算數(shù)值。（2），有前面計(jì)算可知，皮帶抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于逆止力，但是考慮到實(shí)際情況很復(fù)雜，比如：皮帶安裝的精度，工作環(huán)境的優(yōu)劣（溫度，適度，煤塵度），皮帶的老化問題等因素，所以實(shí)際皮帶的抗拉肯定遠(yuǎn)小于計(jì)算值；（3），皮帶固定處很關(guān)鍵，雖然進(jìn)行計(jì)算時(shí)，計(jì)算表明即使所有開口都在同一水平時(shí)皮帶強(qiáng)度依然能滿足要求，但是考慮到實(shí)際中開口如果留下應(yīng)力集中處，而且螺栓沒有足夠的預(yù)緊力的話，在受到?jīng)_擊載荷時(shí)是有可能把皮帶扯斷的，所以應(yīng)該定期檢查皮帶磨損情況。皮帶開口盡量使用專門工具，如：孔沖。（4），此處只是從力學(xué)方面驗(yàn)證了皮帶的一些特性，對于設(shè)計(jì)要求中關(guān)于皮帶卷入滾筒300?400mm并沒有進(jìn)行力學(xué)驗(yàn)證，由于皮帶卷入滾筒量和皮帶逆止效果有關(guān)系，是屬于設(shè)計(jì)的范疇，對于力學(xué)強(qiáng)度分析關(guān)系不是很密且，所以不進(jìn)行討論了（經(jīng)過我從大柳塔洗煤廠檢修班得到的了解，這個(gè)300?400mm是實(shí)際中得出的結(jié)論，而對于同一條皮帶在不同的停車情況下，卷入滾筒的長度也是不同的）。6.2，螺栓相關(guān)（1），關(guān)于螺栓的選擇由于設(shè)計(jì)圖紙中關(guān)于螺釘?shù)倪x擇只有M20X45，沒有其它相關(guān)信息，我從《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》,成大先主編，化學(xué)工業(yè)出版社，1998年四月版中查詢得出以下結(jié)論：由于材料不同，螺栓的強(qiáng)度也差異很大，在實(shí)際計(jì)算中我選擇Q235鋼材材料為研究對象，則螺栓的具體選擇為：公稱直徑為20mm，導(dǎo)稱為45mm，中等旋合長度，螺距2.5mm，等級4.8級，右旋粗牙普通螺紋。（螺紋公差等級不做要求）（2），螺栓受力分析時(shí)考慮到螺栓剪切力的強(qiáng)度小于抗拉強(qiáng)度，所以在進(jìn)行了剪切強(qiáng)度校核，得出能夠滿足要求后不需要進(jìn)行抗拉強(qiáng)度校核。（3），對于螺栓預(yù)緊力的計(jì)算是理論計(jì)算，做這個(gè)計(jì)算的目的是為了證明皮帶的強(qiáng)度，實(shí)際工作中很少做到每個(gè)問題都進(jìn)行計(jì)算，而且要做到每顆螺釘都按照計(jì)算進(jìn)行預(yù)緊也是有困難的。（4），螺栓驗(yàn)證時(shí)考慮的等級為4.8級，所以在實(shí)際工作中材料質(zhì)量高于Q235，質(zhì)量等級大于4.8級的螺栓不需要驗(yàn)證可以放心使用。6.3，槽鋼相關(guān)（1），由于是拿具體的410皮帶逆止器來驗(yàn)證，所以槽鋼的選取是按照410皮帶的實(shí)際情況選取的。（2），對于焊接焊條的選取也是按照實(shí)際工作中最普遍使用的E4303（J422）選取的，焊接質(zhì)量取了0.8,在實(shí)際工作中這個(gè)焊接應(yīng)力是很難保證的，由于受焊接個(gè)人水平的影響，實(shí)際中無法做出很可靠的判斷。（3），槽鋼安裝時(shí)，由于拆除了部分翼緣，所以強(qiáng)度肯定有所下降，但是實(shí)際中受具體工作環(huán)境影響是不容易進(jìn)行考核的，所以實(shí)際的承載能力肯定小于計(jì)算值。（4），槽鋼中間的開孔對于整體剛度也是有消弱的，但是由于每個(gè)皮帶逆止器的開口都是不同的，而且槽鋼開孔也不能有效保證，所以理論計(jì)算分析很不實(shí)際。只能在焊接完成受進(jìn)行一些補(bǔ)救工作加強(qiáng)強(qiáng)度。6.4，現(xiàn)有總結(jié)（1），總的說來皮帶逆止器由于其制作簡單，具有一定效果，相對于其它機(jī)械式逆止器來說更是具有幾乎不需要任何維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，在我們洗選中心的作為逆止的輔助措施總的說來是成功的，但是由于自身的一些無法克服的狀況也限制了他的有效推廣。比如：由于皮帶的選擇時(shí)，要考慮的因素很多，皮帶的磨損，皮帶的老化，工作環(huán)境的不同等，在安裝時(shí)受安裝人員水平的影響也有很大差異（尤其是焊接腹板），而且由于整個(gè)制造安裝過程都沒有具體的規(guī)范，所以差異性是很明顯的，穩(wěn)定工