神華黃驊港務(wù)公司BH11－1皮帶機(jī)逆止器失效分析*

張建軍，許 寧，趙 炎

(神華黃驊港務(wù)公司生產(chǎn)三部，河北滄洲 061113)

0 引言

神華黃驊港務(wù)公司三、四期工程使用了筒倉儲煤工藝，建有儲煤能力達(dá)3萬噸的筒倉48座，相比傳統(tǒng)堆場型儲煤工藝而言，大大節(jié)約了堆場的占地面積，顯著提高了煤碼頭自動化作業(yè)程度，有效提高了裝船作業(yè)效率。伴隨著筒倉儲煤工藝的應(yīng)用，相應(yīng)的帶式輸送機(jī)的運(yùn)距、運(yùn)載能力、爬坡角度都要有所提高。BH11－1皮帶機(jī)是向三、四筒倉輸送煤炭的四條大動脈之一，水平跨度約1200 m，其中水平段915 m，爬坡段260 m，爬坡角度12°，最大負(fù)載能力9 200 t/h。皮帶機(jī)簡圖如圖1所示。

圖1 BH11－1皮帶機(jī)簡圖

鑒于BH11－1皮帶機(jī)負(fù)載能力大，爬坡角度大且爬坡段較長，因此通用的在減速機(jī)上增設(shè)逆止器的做法行不通，必須在皮帶機(jī)頭部滾筒位置加裝機(jī)械逆止器。機(jī)械逆止器一旦失效，皮帶機(jī)在負(fù)載狀態(tài)易回溜，引起皮帶疊層，托輥架變形，甚至可能劃傷皮帶，從而占用大量搶修時間，影響正常的生產(chǎn)作業(yè)流程。

1 故障現(xiàn)象描述

BH11－1皮帶機(jī)在作業(yè)過程中由于外界原因臨時停機(jī)，巡視人員在正常巡檢過程中發(fā)現(xiàn)皮帶爬坡段承載面疊層，并擠壓托輥架，導(dǎo)致托輥架變形，如圖2。另外，BH11－1皮帶機(jī)采用張緊小車式的配重拉緊方式，檢查過程中發(fā)現(xiàn)皮帶尾部的張緊小車向前移動4．5 m，并撞上前止擋，如圖3所示。

圖2 爬坡段皮帶疊層

圖3 張緊小車前移并撞上前止擋

綜合以上故障現(xiàn)象，可以推斷出BH11－1皮帶機(jī)在正常作業(yè)過程中臨時停機(jī)，皮帶爬坡段承載面由于煤炭的自重沿皮帶運(yùn)行反方向產(chǎn)生一個分力，正常情況下，頭部逆止器應(yīng)該足以克服此分力產(chǎn)生的力矩，從而確保皮帶不會反向運(yùn)行。只有在逆止器失效的情況下，皮帶才可能回溜，而平直段承載面上負(fù)載大量的煤，相應(yīng)產(chǎn)生較大的摩擦阻力，因此平直段沒有移動。由于配重質(zhì)量較輕，皮帶回溜牽引張緊小車向前移動，直至撞上前止擋，回溜皮帶疊層擠進(jìn)托輥架之間，卡住皮帶阻止皮帶進(jìn)一步反方向運(yùn)行。

2 故障現(xiàn)象分析

針對上述故障現(xiàn)象，通過理論計算來驗(yàn)證推斷的合理性，為后續(xù)整改提供理論依據(jù)。

2．1 計算參數(shù)

根據(jù)BH11－1皮帶的相關(guān)參數(shù)及現(xiàn)場實(shí)際條件，并參照《DTⅡ型帶式輸送機(jī)設(shè)計手冊》［2］，可以計算或確定如下參數(shù):作業(yè)時流量:s為8 000 t/h;皮帶運(yùn)行速度v為5 m/s;皮帶爬坡段長度L1為260 m;爬坡上仰角度δ為12°;皮帶平直段L2為915 m;單位長度皮帶質(zhì)量qB為72．6 kg/m;承載托輥組每米長度旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量qRO為113．0 kg/m;回程托輥每米長度旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量qRU為29．7 kg/m;配重總質(zhì)量m重為15 600 kg;選取模擬摩擦系數(shù) f為0．025;重力加速度 g為9．8 m/s2。

2．2 計算過程

根據(jù)作業(yè)時流量為8 000 t/h，帶速為5 m/s，可以計算出單位長度物料質(zhì)量為:

由此，可以計算爬坡段物料質(zhì)量為:

對皮帶爬坡段承載面進(jìn)行受力分析，如圖4所示。

圖4 爬坡段皮帶承載面受力分析

根據(jù)圖4，可以計算出物料沿皮帶運(yùn)行方向的分力:

主要阻力f1是物料及皮帶運(yùn)動所產(chǎn)生的阻力與托輥旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的阻力之和［3］，可以計算爬坡段承載面皮帶所受摩擦阻力為:

同樣，可以計算皮帶承載面平直段所受主要阻力f2為:

皮帶回程面所受到的主要阻力f3為:

皮帶承載面平直段尾部為導(dǎo)料槽安裝位置，主要特種阻力等于物料和導(dǎo)料槽擋板之間的摩擦阻力f4，計算方法如式(7):

式中:S為物料截面積;l為導(dǎo)料槽擋板長度;b1為導(dǎo)料槽裙板間寬度;μ1為物料與導(dǎo)料擋板之間的摩擦系數(shù)，一般為0．5 ～0．7。

針對煤炭輸送帶而言，附加特種阻力主要是指清掃器與輸送帶之間摩擦而產(chǎn)生的阻力f5，計算如式(8):

式中:n為清掃器個數(shù);A為清掃器與輸送帶接觸面積;P為清掃器與輸送帶之間的壓力;μ2為清掃器和輸送帶之間的摩擦系數(shù)，一般取0．5～0．7。

皮帶爬坡段承載面反方向運(yùn)行將對回程皮帶產(chǎn)生一個拉力F，計算公式為:

皮帶平直段承載面的最大阻力fmax，為主要阻力與主要特種阻力之和，計算公式為:

2．3 計算結(jié)果分析

對比式(9)和式(10)，可得出:

即，皮帶受到的拉力小于平直段承載面的最大阻力，因此皮帶平直段承載面未發(fā)生移動。

對尾部滾筒進(jìn)行受力分析，如圖5所示。

圖5 尾部滾筒受力分析

圖5 中G重為皮帶機(jī)配重自身重力，G重=152 880 N;由于平直段承載面沒有移動，因此F阻=F。由此可得:

由式(12)可以得出皮帶對尾部滾筒的拉力大于配重的拉力，因此張緊小車隨尾部滾筒一起向前移動直至撞上前止擋。而此時爬坡段承載面回溜導(dǎo)致皮帶上的煤炭減少，相應(yīng)的分力G1″減小，并且皮帶疊層擠入托輥架中，也對皮帶進(jìn)一步運(yùn)行產(chǎn)生一個阻力，進(jìn)而皮帶停止運(yùn)動，達(dá)到力的平衡狀態(tài)。

上述計算從理論角度驗(yàn)證了所推斷的故障發(fā)生過程是合理的，找到了故障產(chǎn)生的根源，即逆止器失效后產(chǎn)生一系列后續(xù)問題，并指出了配重較輕的設(shè)計缺陷，為整改工作指明了方向。

3 逆止器失效原因分析

通過上述分析，可以確定導(dǎo)致BH11－1皮帶機(jī)上述故障的根源是逆止器失效。而此逆止器投入運(yùn)行僅約5 500 h，遠(yuǎn)未達(dá)到其正常使用壽命，因此需要深入分析造成逆止器非正常損壞的因素，以便有的放矢的解決問題。

3．1 逆止器選型偏小

逆止器選型偏小是造成逆止器非正常損壞的可能原因之一。當(dāng)逆止器選型偏小時，逆止器長時間處于超負(fù)荷的工作狀態(tài)，很快就達(dá)到逆止圈等核心部件的疲勞極限，從而導(dǎo)致逆止器失效。

首先計算BH11－1皮帶機(jī)最大作業(yè)條件下所需理論逆止力矩。根據(jù)設(shè)計要求，BH11－1皮帶機(jī)的最大作業(yè)能力為9 200 t/h，可得出單位長度物料質(zhì)量qG=511．1 kg/m。理論逆止力矩M:

式中:φ為頭部滾筒直徑，為1 250 mm。

通過式(13)可以得到M=144 558．9 N·m。而現(xiàn)場所使用的逆止器額定逆止力矩為290 kN·m，約為理論逆止力矩的2倍，滿足BH11－1皮帶機(jī)的設(shè)計要求。

3．2 違規(guī)安裝

由于逆止器與滾筒軸之間的間隙較小，安裝十分困難。施工過程中可能施工人員未按照規(guī)范借助油鎬或千斤頂?shù)裙ぞ邔δ嬷蛊鬟M(jìn)行正確安裝，而是采取用大錘砸等不科學(xué)的方式。就會造成逆止器的內(nèi)圈和外圈之間的同軸度發(fā)生改變，在之后長期運(yùn)行過程中，逆止圈過度磨損，從而引起逆止器非正常失效。

4 整改措施

根據(jù)上述對故障原因的分析，可以明確整改的方向，需要從三個方面對設(shè)備進(jìn)行整改，來確保設(shè)備的運(yùn)行安全。

4．1 增加配重質(zhì)量

在條件允許情況下盡可能增加配重質(zhì)量，確保不會由于配重質(zhì)量不足而導(dǎo)致張緊小車隨皮帶一起移動，進(jìn)而撞上前止擋引起設(shè)備損壞。在配重質(zhì)量足夠的情況下，由于皮帶承載面平直段的最大阻力大于爬坡段產(chǎn)生的拉力，因此即便逆止器失效的情況下，爬坡段皮帶也不會回溜，從而可以避免托輥架受擠壓變形和皮帶劃傷的故障隱患。

4．2 放大逆止器選型的安全系數(shù)

逆止器作為保障設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件，可以適當(dāng)放大其選型的安全系數(shù)，來提高設(shè)備的可靠性。這樣可以有效避免設(shè)備在超負(fù)荷的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，提高設(shè)備的正常使用壽命。

4．3 正確安裝

在更換逆止器的過程中，避免使用大錘砸等暴力安裝方式。嚴(yán)格按照規(guī)范要求，利用工裝和油鎬等工具對逆止器進(jìn)行科學(xué)安裝，避免損傷逆止圈和軸承等核心部件，從而可以保證逆止器在良好的工況下正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

5 結(jié)語

介紹了黃驊港務(wù)公司BH11－1皮帶機(jī)逆止器失效后產(chǎn)生的一系列故障現(xiàn)象，通過理論計算的手段驗(yàn)證逆止器失效的結(jié)論，同時分析出皮帶機(jī)存在配重不足的缺陷，為后續(xù)整改工作提供理論依據(jù)。另外，還分析了可能導(dǎo)致逆止器失效的因素，并針對每種可能因素分別提出整改措施，從而避免逆止器的非正常損壞。

［1］ 張建軍，許 寧，趙 炎．大型帶式輸送機(jī)驅(qū)動能力校核計算［J］．機(jī)械研究與應(yīng)用，2014(3):45－47．

［2］ 張尊敬，汪 蘇．DTⅡ型帶式輸送機(jī)設(shè)計手冊［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，2003．

［3］ 趙道軍．長運(yùn)距、大傾角、高強(qiáng)度帶式輸送機(jī)的研究［D］．西安:西安理工大學(xué)，2007．