离心式逆止托辊的特性研究

李超LI Chao；张侗ZHANG Dong；许晓旭XU Xiao-xu

（①兖矿集团大陆机械有限公司，兖州 272000；②兖州东升精细化工有限公司，兖州 272000）

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

0 引言

随着大倾角带式输送机的大量应用以及矿井安全生产的需要，越来越多矿井企业选择使用逆止托辊。逆止托辊作为上运带式输送机逆止器和段带抓捕器的辅助设备，可以将逆止器所承担的逆止力矩的一部分均匀分配在输送机沿程布置的逆止托辊上，以防止倾斜井巷带式输送机在负载运行时因故障停机或发生胶带断裂造成胶带和物料快速下滑，带来的经济损失和人员伤亡的严重后果。

目前常用的逆止托辊按结构原理的不同分为多种形式，主要有机械棘轮式、楔块式、逆止轴承式等。我公司顺应市场需要并结合自身的生产制造经验，开发出了离心式逆止托辊，该种辊子在我公司现有的复合密封托辊基础上利用重心及离心力原理将逆止机构呈轴对称焊接在托辊辊皮上、挡块焊接在托辊转轴两侧改造而成，具有旋转阻力小、结构简单、逆止性能可靠、成本低廉等特点，投放市场以来，深受用户欢迎。

1 离心式逆止托辊的工作过程和原理

对于应用离心式逆止托辊的带式输送机，由于皮带机铺设时托辊的安装有一定的随意性和随机性，在带式输送机开启前的初始状态下，每个离心式逆止托辊内部逆止机构摆臂的转轴与挡块之间连线形成的夹角A 各不相同。带式输送机正常运行时，由于逆止机构很轻，在离心力的作用下逆止机构紧贴在辊皮上，不与挡块相撞，没有产生额外的阻力和噪声，和普通托辊无异。

在输送机运行中如果出现特殊情况导致带式输送机发生停机甚至胶带断裂物料下滑时。离心式逆止托辊的转速迅速下降，发生反转，进入逆止工况。在此过程中托辊转速ω 首先迅速下降，逆止机构摆臂所受到的离心力F1迅速减小。

图1 正常运行状态下离心式逆止托辊的示意图

逆止机构摆臂受到的离心力

式中m——逆止机构摆臂的重量，（kg）；

ω——托辊旋转的角速度，（rad/s）；

r——逆止机构摆臂重心距离托辊轴心的直线距离，（m）。

逆止机构摆臂的自重

式中g——重力加速度，9.8m/s2。

当逆止托辊转速转速ω 下降时离心力F1随转速的降低而加速降低，直至下降到小于逆止机构摆臂自重G，即F1＜G 时，rω2＜g（根据逆止托辊的直径D 不同，式中r 的值是确定的常量，从而可以解出摆臂下垂时的临界角速度）。摆臂在重力作用下下垂，运行在逆止角度附近的托辊由于摆臂下垂并接触挡块会率先进入逆止状态（图2（a）托辊），并对下滑的胶带产生阻力F’。

单个逆止托辊组所受的载荷

单个逆止托辊组所受到胶带和物料的下滑力

单个逆止托辊组受到的摩擦力

其中qG——单位长度胶带上的载重量，（kg/m）；

qB——单位长度胶带的自重，（kg/m）；

l——托辊间距，（m）；

f——胶带与逆止托辊之间的摩擦系数；

α——带式输送机的倾角。

此时如果产生的逆止阻力不足以阻止胶带和物料继续下行，已经逆止的托辊和胶带之间产生阻止胶带下滑的摩擦力F’。而运行在其他角度的托辊（如图2（b）托辊）随胶带下滑继续逆转，直到运转到逆止角度，摆臂与挡块接触并卡死（图2（a）托辊）。这个过程中达到逆止工位的托辊逐渐增多，托辊和胶带之间的摩擦力会逐渐增大，最后托辊组的摩擦力F’合力大于整个皮带机承载部分胶带和物料的下滑力，从而阻止了胶带和物料的下滑。

图2 输送机逆止工况下不同旋转位置的逆止托辊状态示意图

离心式逆止托辊由于其自身特殊的设计结构，在带式输送机整机进入逆止工况时虽然不能做到同步逆止，但从托辊减速到反转停止所需的时间和距离均非常短。在极端状况下，进入逆止工况时，一部分逆止托辊的摆臂恰好反转越过逆止角度，由于离心式逆止托辊内部逆止机构的摆臂有两组呈轴对称布置，托辊会在继续反转半圈直到下一组摆臂到达逆止角度后停止。根据托辊直径D 的不同，从第一个托辊逆止到最后一个托辊逆止，胶带下行的距离等于托辊的周长的一半，即

2 离心式逆止托辊相比其他结构的特点

图3 非接触式逆止托辊

其他几种常见结构的逆止托辊，如机械棘轮式、楔块式、逆止轴承式，有如下优缺点：①棘轮式：应用比较广泛，较适用于低转速工况，但是运行的噪音大，而且机械结构磨损较快。②楔块式：结构紧凑、逆止转矩大，可靠性好，属于非接触式逆止托辊。缺点是楔块制造要求较高，需要专用设备。③逆止轴承式：托辊生产安装简单，轴承价格较贵。相比以上这些逆止托辊结构，离心式逆止托辊利用现有成熟托辊的旋转和密封结构，而没有像其他几种逆止托辊一样在内部采用复杂的机械机构，大大减少了大批量加工和制造的成本。在上运带式输送机出现突然停机、断带等特殊状况而产生胶带和物料下滑时，随着实现逆止托辊个数的增多，其对胶带产生的摩擦阻力逐渐增大，起到软制动的效果，直至胶带停止下滑，整个过程时间短、距离短，可以起到保护胶带的作用。

3 结语

离心式逆止托辊原理简单，逆止效果好，生产成本较低，目前已有多家矿井企业使用，适合大规模推广。

[1]DTⅡ型固定带式输送机设计选用手册.北京起重运输机械研究所.

[2]李秀云，于希波，李成章.离心式逆止托辊的设计[J].煤矿机械，2006，27（4）.

[3]蒋春鹏.新型楔块式逆止托辊的设计[J].煤矿机械,2014(04).