大柳塔选煤厂胶带机带式逆止装置强度分析与安装

大柳塔选煤厂胶带机带式逆止装置强度分析与安装
白刘贵
(神华神东煤炭集团洗选中心，陕西神木719315)
摘要：针对大柳塔选煤厂胶带机带式逆止装置保护在设计、加工安装过程不规范，导致胶带机故障停车时带式逆止装置不起作用。

因此对胶带机带式逆止装置进行了强度计算，并进行分析，提出了对带式逆止装置加工过程材料规格型号、焊接、安装要求等。

从而 提高胶带机保护效果，降低胶带机的故障停车后反转事故，提高选煤厂生产效率。

关键词：胶带机；带式逆止装置；强度校核；安装要求
中图分类号：TD94 文献标志码：A 文章编号= 2095-2945(2018)03-0022-04
Abstract：The belt backstop protection of belt conveyor in Daliuta Coal Preparation Plant is not standard in the process of de­sign, processing and installation, which causes the belt reverse stop device to be ineffective when the belt machine fails to stop. Therefore, the strength of belt reverse stop device of belt conveyor is calculated and analyzed, and the material specification, welding and installation requirements of belt reverse stop device are put forward, in order to improve the protective effect of belt conveyor, re­duce the reverse accident after the fault stop of belt conveyor, and improve the production efficiency of coal preparation plant.
Keywords: belt conveyor; belt backstop; strength check; installation requirements
1概述
胶带机是选煤厂重要的运输设备，其主要的功能是实 现物料的远距离运输。

由于从原煤从筛分、主洗、产品仓通 过胶带机运输，需要一定的倾角，有的胶带机减速器没有 逆止器，在胶带机故障停车，造成倾斜胶带机反向转动，为 此神东洗选中心各选煤厂倾斜胶带机必须安装带式逆止 装置保护，由于带式逆止装置属于非标加工件，在加工时 没有设计、加工标准随意，导致加工出现带式逆止装置不 起作用。

为此对带式逆止装置设计和强度校核，并对加工 材料选择、加工要求进行说明是必不可少，同时明确对带 式逆止装置安装规范。

2胶带机带式逆止装置工作原理
胶带机带式逆止装置工作原理是指带式输送机停车 制动装置装于倾斜带式输送机的头部滚筒奔离点处停车 时逆止带，卷进滚筒与输送带之间从而达到胶带机的制 动。

图1胶带机带式逆止装置
3大柳塔选煤厂胶带机逆止装置现状分析
3.1胶带机运行中存在问题
选煤厂胶带机运输物料多数存在一定的高度提升，当胶带载物料运行时，如果出现突发性事件，比如突然断电，突发事故停车等事故时,在驱动力停止的瞬间，最初由于 惯性胶带会继续运行，这样处在胶带机下方的刮板有可能 产生堆积煤，影响刮板的正常启动，在胶带机正向运转停 止下来后，由于存在上升角度，这样由在上升段物料重力 所产生的向下运动的趋势会可能导致胶带的逆运行，这种 胶带机的逆转同样在生产中是极其有害的，会导致胶带机 机尾堆煤，影响正常起车，严重时如果没有及时清理而起 车时，会拽断胶带，如果堆积严重外泄则会阻塞胶带机走 廊，同时当煤粘在皮带滚筒上时会带来运行跑偏隐患。

所 以在生产中应该尽最大努力消除这种有害现象的发生。

3.2大柳塔选煤厂胶带机现状分析及存在问题
大柳塔选煤厂逐步在所有倾角的胶带上都配备了作 为辅助逆止装置的皮带逆止装置。

经过统计大柳塔选煤厂 共有胶带40余条，其中包括手选带8条，由于带速低没有 设置逆止装置，还有10条水平皮带也没有安装逆止装置，其余22条都同时安装了 2种或2种以上的逆止装置。

在 运行过程中有带式逆止装置设计和加工不合理，以及安装 不合理，出现了带面磨损加剧;触带不够起不到逆止效果，以及钢材规格选择不统一，造成强度不同。

为此要对带式逆止装置的加工强度校核、材料选择进 行说明，确保给胶带安装制动装置和逆止装置起到作用。

制动器的主要作用是阻止胶带正方向运行，大柳塔选煤厂 胶带机主要使用抱闸;逆止装置的主要作用就是实现皮带 逆运行时的制动作用。

两者在实际生产中是相辅相成的。

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大柳塔选煤厂的胶带逆止装置主要有以下几种：
(1) 减速器自带逆止装置，一般在减速器的高速端，及 一级传动轴非驱动侧，如410胶带机使用的道奇减速器; 也有在二级传动轴非驱动侧安装的。

(2) 驱动滚筒非驱动侧逆止装置。

由于大柳塔选煤厂使用的带式逆止装置的设计是根 据大柳塔选煤厂参照相关皮带逆止装置标准自行加工安 装的。

在胶带机实现正常逆止的情况下还没有对皮带逆止 装置进行相关力学理论分析，计算。

因此一条胶带除皮带 逆止装置外其他逆止装置都不运行时，皮带逆止装置到底 可不可以实现胶带逆止，皮带逆止装置能不能满足强度要 求，原来都没有进行计算。

因此对胶带机带式逆止装置进 行强度校核是有必要的。

4大柳塔选煤厂胶带机逆止装置强度校核4.1大柳塔选煤厂410胶带机胶带受力分析
以大柳塔选煤厂410胶带技术参数为例，对胶带机的 带式逆止器进强度校核。

表1大柳塔选煤厂410胶带机参数
走向从压滤车间到主洗车间
胶带宽度1200mm 输送机长度
196m 胶带机小时运输能力1200t/h 胶带机运行速度 3.15m/s 上托辊间距1200mm 下托辊间距
3000mm 输送机受料点与卸料点高差15m 输送带总质量7263.72(kg)输送带每米质量15Kg 胶带机上倾角度12.5°托辊直径133mm 传动滚筒直径1000mm 驱动顶级级数4
减速器速比⑴i= 31.21三级传动胶带类型尼龙胶带
胶带型号
NN300X 1200X 5(3+1.5)
逆止装置安装位置
机头驱动滚筒处自行加工带式逆止装置。

当胶带机正常停车时，及胶带上没有物料时，制动器 会自动制动，使胶带机停止，由于皮带自身摩擦力的作用 不会出现逆止运转。

当胶带机载有物料时，可以通过分析得出：对于倾斜 输送机，通过输送带作用于传动滚筒上的最大逆转力出现 在输送机承载段只有上升段满载，而其他段为空载的条件 下，具体见以下计算说明。

(1)皮带正方向运转受力分析
m l
图2胶带机正向运转
m ,m 1,m 2为二段的物料质量,0为皮带爬坡倾角。

皮带正方向运转时有:F =(m 1+m 2)g 'f+mg cos 0成立，
由于v 是恒定值所以没有加速度。

F 为驱动力，为重力常 数，，为摩擦系数。

(2)故障停车受力分析
m l
图3胶带机故障停车反向运转
当出现停车时，由于没有了正方向的驱动力，而提升
段却能产生向下的动力，所以有:m g sin 0-[(m 1+m 2)g -f +mgf cos 0]=(m 1+m 2+mg cos 0)a
要出现最大的加速度a 从而产生最大的v 1那么对于 等式的左边而言，只能是减少[(m 1+m 2)g^+mgf cos 0]的数 值，由于m 是驱动力的来源，所以只有m 1+m 2=0时才有最 大的a 值。

所以有:对于倾斜输送机，通过输送带作用于传 动滚筒上的最大逆转力出现在输送机承载段只有上升段 满载，而其他段为空载的条件下。

如图，对于L 长度皮带物料总重力G=Liq ^g =qG -g - 蓸sin 0蔀
由于倾斜力只有沿0方向才产生逆转作用力，所以沿
0 方向 G 的分力 G '=G ，sin 0=qG .g.H
为阻止逆转，传动滚筒上需要逆止力F l ，FL=F s 「0.8fg [L (q R 〇+q R u +2q B )+(H xqG )衣 s in 8]Fs t :倾斜阻力 Fa =qG xgxH =15555.55n q 〇:每米输送物料质量(kg ): 105.83 g :重力加速度，一般取9.8n/kg H :输送机受料点与卸料点高差(m ):15
f :模拟摩擦系数(工作环境好，制造良好，带速低取 0.02;多尘，过载，高带速，安装不良，托辊质量差，取0.023- 0.03;按标准设计制造，调整好，取0.022。

根据410胶带工
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作环境，带速取0.026)
q R。

：输送机承载分支每米托辊旋转部分质量(kg): 20.8
qR u:输送机回程分支每米托辊旋转部分质量(kg): 6.7
L:输送机长度：196m
S:输送机上倾角：12.5。

qB:承载或回程分支每米输送带每米质量(kg):15
F l=13801.15N
作用于传动滚筒上的逆止力矩，
M'L= (FL xD)衣2000越6.9kn•m
减速器高速轴上需要的逆止力矩：
M L=M'L+ (浊•i)越0.244kn•m
现在来计算仅有皮带逆止装置工作时的状况：
根据洗选中心下发的关于带式逆止装置安装标准，结 合经济性，实用性410选择了与运载皮带相同规格的皮带 NN300x1200x5(3+1.5)作为逆止装置用皮带，皮带逆止装 置包括三部分组成:皮带:M20x45螺栓8颗，1200mm槽钢 支架。

4.2皮带强度受力校核
分析皮带逆止装置的受力可知道:对于处于逆止作用 的皮带可分为四部分:第一部分是被压在滚筒和载料皮带 中间主要受压应力的皮带，第二部分是槽钢与滚筒之间的 皮带，主要受拉应力，第三部分是处于压应力和拉应力之 间的过度皮带，第四部分是被螺栓固定的皮带，这四部分 中受集中作用力的是第三部分和第四部分。

现在计算假设皮带逆止装置其他装置都是理想的情 况下第三部分的受力(对于第四部分受力将分为俩部分一 部分在螺栓部分验证）
由NN300x1200x5(3+1.5)知道皮带每层扯断强度为 300N/mm，皮带共有5层，其中上层胶3层(工作面），下层 胶1.5层(非工作面），查工具书DTII(A)型带式输送机设 计手册知道NN300x1200x5(3+1.5)胶带每层厚度1.25mm，胶带在受力是会伸长，同样可查伸长率为1.5%~2%，取最 大伸长率2%,则对于带宽1200mm的皮带最小横截面为 s=1200x6.13=7356m m2，
拉断最小横截面需要拉力
F=sx300x5=110340kn>>13.80115kn，
这说明在皮带产生最大的倾斜拉力时皮带是安全可 靠的；对于第四部分（即是被打孔的横截面的强度）：由M20x45知道每颗螺栓最大直径20mm，假设8颗螺栓在同 一水平线上，这时皮带的抗拉强度最小，最小值F=300x5x 6.13 x(1200-20x8) =95628kn》13.80115kn，于是我们可以 知道皮带抗拉强度对与物料所产生的拉力是完全可以承 受的。

4.3带式逆止器连接螺栓强度校核
在皮带逆止装置中螺栓主要受两个方向的作用力，分 别是沿轴向的力，这个力主要是预紧力，和垂直与轴向的 剪切力。

以Q235钢材为原料制成的M20x45螺栓的相关数据为：
抗拉强度〜：410-470 MPa
屈服强度0's：240 MPa
疲劳极限:弯曲滓-1 ：170-220 M pa
拉压滓-11：120-160 M pa
对于单个螺栓有(有预紧力的情况下）：
抗拉:[〇]i=i=m.43M pa
n
n:安全系数，有预紧力时取1.2-1.5这里取n=1.4
抗剪切：[T]=2t=96Mpa
这里需要注意的是，这里计算出的抗拉强度，抗剪切 强度都是理论最大值，而且对于抗拉强度的安全系数取的 值偏大，从计算中可以看出，同种螺栓的抗剪切强度小于 抗拉强度，考虑到实际皮带逆止装置螺栓受力主要是受剪 切力，而且轴向力是总拉力的一个分力，假设总拉力都作 用成剪切力，如果能满足剪切力要求的话，螺栓轴向受力 肯定能满足要求。

下面检验螺栓在最大皮带拉力作用力全部为剪切力 情况下的受力：
p=S= H^im m^ =43.95Mpa<96M pa
注意43.95Mpa这个计算值是单个螺栓在受全部载荷 时的剪切力，按照设计要求安装8-10颗M20x45螺栓的要 求，所以单个螺栓受力为4.45-5Mpa.410皮带逆止装置实 际使用8颗螺栓，所以单个受力为5.5Mpa<<96Mpa.所以螺 栓能够承受理论最大剪切力。

下面就螺栓预紧力对皮带的压力影响做一下分析(皮 带部分的补充）
P q=〇q x A s=58800n
P0=螺栓预紧力
滓。

=(0.5-0.7 V s
A s=螺纹危险截面的面积,查表取245m m2
假设8颗螺栓全部预加最大拉力，则能产生作用力 为：
F=8xP0越470400n
对于NN300x1200x5(3+1.5)尼伦皮带在被夹皮带部 分可承受最大作用力为：
F=300x0.168x106=50.4x106n》0.47x106n
所以螺栓满足强度要求。

4.4带式逆止器槽钢的强度的校核
槽钢牌号按14a，进行验证。

焊接端口的受力。

由于设计要求使用的槽钢与皮带托辊支架槽钢规格 相同，加上皮带托辊支架槽钢是槽向内开口，所以如果直 接安装的话槽钢只有上下两翼缘被焊接，强度肯定不能满 足要求。

在实际安装过程中都是切除部分翼缘尽可能使腹 板和托辊支架槽钢腹板进行焊接从而得到较大的焊接面。

理论焊接面积为 S=6x(140-9.5x2)x0.8=580.8m m2
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其中:槽钢腹板厚d=6mm;140:槽钢高h=140m m
9.5:槽钢翼缘厚;0.8:焊接有效系数
我们通常使用的焊条为E4303型焊条(即是J422)。

则能承受的应力为：
F=580.8x420x106=243936N抑243.94kn>13.8kn
现在验证槽钢整体在受到拉力作用时的受力.通过分 析受力可得以下弯矩图：
图5槽钢受力弯矩图
由弯矩图知道，产生应力集中的地方是边缘焊接点和 对称中心，而且焊接端承受的弯矩为中心的12倍，中心承 受最大的变形，边缘承受最大剪切力：
槽钢受最大弯矩:=17665.472n-m
槽钢受最大剪力：FX.m a x=f=11040.8n
验证拉力强度:W x= 、= 103.9cm3
(cr；
查机械设计手册，知道14a槽钢W X=80.5cm3<103.9cm3所以实际中槽钢截面弯曲系数小于设计要求值。

验证剪切力强度：
F
子丽IX.d
FX.m a x:剪切力
S_:槽钢简化尺寸下面积
I x:14a槽钢惯性矩，查表的Ix=564cm4
d:槽钢的腹板厚度
带人数值子画=59.6滅口3<100 Mpa的材料特性
可见槽钢抗剪切满足要求。

综上所述从上面验证可以知道，槽钢的抗拉强度不 足，抗剪切力强度满足，在实际生产中如果我们采用了双 槽钢焊接固定的话（即有单个槽钢的见面弯曲系数W x= 103.9衣2=51.95cm3<80.5cm3)，那么槽钢就能满足设计要求。

但是实际情况是我们只对其中一条槽钢实施了焊接，另一 条只做背板，做加强使用，所以整个槽钢的抗拉特性就处在51.95cm3耀103.9cm3之间，即在满足与不满足之间徘徊。

4.5带式逆止器强度的校核结论及注意事项
综合以上各方面因素，得出的结论是410胶带机皮：
对于皮带逆止装置相关的三要素中，皮带和螺栓在正常情
况下是能满足强度要求的，只有槽钢的抗拉力学特性有范
围的波动，在满足与不满足之间，所以皮带逆止装置理论
的最薄弱环节是槽钢，而且还是在承受拉力时。

还需要注
意一点的是，上面的验算没有考虑槽钢因为开孔而减少的
刚度，所以实际的波动会比最大截面弯曲系数要求值还要
大一些。

这和大柳塔选煤厂在实际工作中发现皮带逆止装
置最容易出问题的是槽钢的变形而不是皮带和紧固螺栓
的客观事实相吻合。

所以加强槽钢的抗拉力学特性是提高
皮带逆止装置大规模推广使用的关键。

(1) 总的说来皮带逆止装置由于其制作简单，具有一 定效果，相对于其他机械式逆止装置来说更是具有几乎不
需要任何维护的优点，在我们洗选中心的作为逆止的辅助
措施总的说来是成功的，但是由于自身的一些无法克服的
状况也限制了它的有效推广。

(2) 对于螺栓的预紧力的把握有条件的尽可能使用扭 矩扳手，保持每个螺栓受力相同。

(3) 槽钢的选择尽可能的没有缺陷，开口要交替错开，不要应力集中，从弯矩图中可以知道，如果要发生变形，那
么在中部是最容易的，所以，槽钢的开口应尽可能靠向两
翼。

减小中间强度损失。

(4) 皮带开口尽可能的有一定的错开;槽钢的腹板有 条件的话最好添加一些筋板，加强中心刚度，槽钢的焊接
注意焊接工艺的选择，保证最大程度减少应力集中。

(5) 槽钢与托辊架连接处尽可能添加一些筋板。

5带式逆止器逆止装置安装标准
带式逆止器加工选择材料不合适导致起不到逆止效
果，并且安装不合适胶带机胶带加剧磨损，为此必须按照
以下要求安装，可以提高使用周期。

(1) 倾斜胶带机应有高速或低速逆止器，不具备条件 安装的，须安装带式逆止装置。

(2) 逆止器储带部位应选用50以以*50以以的扁钢制作，端头必须焊接牢固。

(3)逆止胶带紧固端应选用槽钢焊接到机架或纵梁 上，用相同规格的槽钢与固定槽钢用螺栓紧固夹紧带面，
不允许焊接。

(4)储带部位的角钢与滚筒的距离保持在500mm耀800mm为宜，储带扁钢前后端距离一•般在600mm耀800m m
之间。

(5) 导向管的正下方应焊接不小于14#槽钢，并且要 求立放。

参考文献：
[1]成大先.机械设计手册[M].化学工业出版社.
[2JJB/T 9015-2011.带式输送机用逆止器[S].
[3]DTII(A)型带式输送机设计手册[M].冶金工业出版社.
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