40 元宝山星轮逆止器结构优化改进

全国火电大机组（300MW级）竞赛第36届年会论文集 锅炉本体及辅机 213 星轮逆止器结构优化改进 邹本禹 边孝春 刘凤刚 （元宝山发电有限责任公司）

摘要：带式输送机是火力发电厂的常用燃料输送设备，星轮逆止器是存在上倾角带式输送机防止重载停运倒转的主

要部件。在设备运行中，由于逆止器自身结构问题，逆止器多次逆止工作后，逆止器外套等部件相对位置发生变化，从而影响逆止效果，逆止器再次工作会出现打滑、发热等缺陷，给检修工作带来压力，影响设备的安全稳定运行。本文就星轮逆止器的主要工作部件受力情况和关键结构尺寸进行分析计算，对关键尺寸进行优化改进，解决了星轮逆止器结构上的不足，提高了带式输送机的安全稳定性。 关键词：逆止器；计算分析；优化改进

前言 带式输送机是实现物料连续输送的机械，在火力发电厂中，燃煤的输送任务主要由带式输送机来完成，由于布置方式的不同，带式输送机在结构上存在着一定的差异。在存在一定上倾角的带式输送机上，逆止器是防止带式输送机在承载停运的情况下不发生反向运动（逆转）的部件，根据逆止器工作部件及结构不同，有带式逆止器、离心柱销逆止器、非接触棘轮逆止器和星轮逆止器等。带式逆止器安装在带式输送机的输送带与传动滚筒之间，当输送带发生倒转时，逆止胶带在输送胶带的带动下，逆止胶带进入传动滚筒和输送胶带之间，通过输送带的压力作用，逆止胶带与输送胶带和传动滚筒压紧，向传动滚筒与输送胶带提供防止倒转的阻力，制止输送胶带倒转。离心柱销逆止器和非接触棘轮逆止器都安装在带式输送机的驱动减速机高速轴端，当带式输送机正常工作时，在减速机高速轴的带动下，逆止器的工作部件相应做高速转动，在离心力的作用下，逆止器的柱销或棘爪处于与逆止器的逆止座脱离状态，当带式输送机由工作状态停止时，随着减速机高速轴转速的降低，逆止器的柱销或棘爪离心力减小，在压紧弹簧的作用下，逆止器柱销或棘爪与逆止器逆止座接触；当发生倒转时，柱销与逆止座逆止沟槽（棘爪与逆止座棘轮）接触，实现反向制动。星轮逆止器安装在带式输送机的驱动减速机低速轴端，其结构如图1所示，逆止器星轮与减速机低速轴一起转动（如图所示旋转方向），在这种工况下，逆止器滚柱与外套接触，在外套的摩擦力作用下，产生逆时针方向转动趋势并沿着星轮齿工作面发生转动，逐渐接近星轮的齿根部位，滚柱的位置相对更接近圆心，因此与逆止器外套内孔脱离，不影响减速机的正常转动。当带式输送机在有载停机时，逆止器星轮反向转动，此时滚柱与逆止器外套内孔接触，在外套的摩擦力作用下，滚柱产生顺时针方向转动趋势并沿着星轮齿工作面发生转动，逐渐远离星轮的齿根部位，楔紧星轮与外套，制止星轮与外套之间的反向相对转动，从而实现制止带式输送机发生倒转。不论是离心柱销逆止器还是非接触式棘轮逆止器，当工作部件实现逆止功能时，接触部位均为正压力状态，而星轮逆止器是完全依靠工作部件之间的摩擦力来实现逆止功能，因此，星轮逆止器的工作效果与滚柱和外套内孔全国火电大机组（300MW级）竞赛第36届年会论文集 锅炉本体及辅机 214 的接触部位、相关部分结构尺寸关系非常重要。

图1 图2 1 设备现状 元宝山发电有限责任公司一、二期输煤系统中共装有12台星轮逆止器，由于2P、3P、4P带式输送机倾角较大，机身较长，承载停机时，逆止器滚柱、星轮、外套工作部件的接触部位受力较大，有时，重载停机后，会出现一定程度的“倒坡”现象，原因是由于逆止器最初参与逆止的滚柱较少，在较大的正压力作用下，滚柱与星轮及外套等接触部位产生一定的变形，改变了工作时滚柱与外套接触角度，从而造成打滑；当全部滚柱处于工作状态时，单个滚柱正压力减小，接触部位变形量减少，停止打滑现象；因此重载停机时，星轮逆止器存在一定的短距离打滑现象。在实际运行过程中，由于带式输送机承载停机后，逆止器外套受力不均衡，外套会向先受力一侧产生位移，从而使相对侧的间隙减少，设备正常运行后会出现逆止器发热现象。如果逆止器星轮与外套之间间隙过大，会出现带式输送机承载停机打滑现象，在检修安装工作中，由于技术条件限制，星轮与外套之间间隙过小，给设备的安装调整工作带来非常大的难度。逆止器星轮、滚柱、外套内孔几个相关尺寸的关系应如何调整，使逆止器在满足输送机逆止工作的要求前提下，尽可能的为检修安装工作创造方便条件，需要进行认真的分析。

2 设备结构分析计算 如图2所示，以逆止器中的一个滚柱受力状态进行分析。其中直线L1为滚柱处于工作状态时，滚柱与星轮中心连线，直线L2为该位置时，滚柱与外套接触点的切线，L3为星轮工作齿面延长线。 全国火电大机组（300MW级）竞赛第36届年会论文集 锅炉本体及辅机

215 图3 图4 图5 参照图3，确定工作状态时逆止滚柱、星轮、外套的位置关系。其中： ∠5=∠4 ∠4=∠3 ∠3=∠5 因为直线L5是直线L2与直线L3形成夹角的角分线，所以。 ∠3=2∠2 参照图4、图5，对逆止器滚柱受力情况进行分析。（由于逆止器工作时，滚柱受到的星轮及外套的作用力远大于滚柱的自身重力，忽略重力对工作状态滚柱的影响。） 由于滚柱与星轮的接触为圆柱与平面的接触，因此，受到星轮对滚柱的作用力FX方向为垂直于星轮工作齿面指向滚柱圆心；滚柱与外套内孔的接触为两圆相切点，因此，滚柱受到外套的作用力FW为垂直与接触点、指向滚柱中心（在理想状态下，星轮中心与外套中心重合），即外套对滚柱的作用力沿着滚柱与外套的接触点指向星轮中心（作用力与直线L1角度相同），根据逆止器工作状态分析，星轮在减速机低速轴的带动下，有逆时针方向运动趋势，因此，外套同时对滚柱产生摩擦力fW，作用方向为沿着接触面的切线L2方向。在摩擦力fW的作用下，滚柱产生顺时针方向转动趋势，因此在滚柱与星轮的接触位置产生星轮对滚柱的摩擦力fX，由于摩擦力fW和摩擦力fX对滚柱的作用距离相等，在滚柱处于平衡位置时，有如下关系： fW =fX 假定该星轮逆止器在平衡状态下，∠5=α，星轮工作齿面高度为H，外套半径为R，滚柱半径为r。 （1）滚柱的最大接触角度计算 力的大小关系如下： FX= FW×cos(α)+fW×sin(α)

当滚柱工作状态为临界状态（接触角的正切值与摩擦系数f相等的位置状态）时有： fW= FW×f=FW×tan(α)

所以： FX= FW×cos(α)+fW×sin(α)

FX= FW×cos(α)+FW×)cos()sin(aa×sin(α) 全国火电大机组（300MW级）竞赛第36届年会论文集 锅炉本体及辅机 216 FX= FW×)cos()(cos2aa+ FW×)cos()(sin2aa FX= FW×)cos()(sin)(cos22aaa FX= )cos(FWa 因此, FX>FW，由于外套与星轮材质一致，摩擦系数相等，星轮对滚柱的临界摩擦力大于外套对滚柱的临界摩擦力。 fXL>fWL 由此判断，当逆止器打滑时，打滑位置在星轮与外套的接触点。 如果保证逆止器不出现打滑现象，则滚柱与外套的接触压力角∠2的正切值小于滚柱对外套的滑动摩擦系数。

即tan(2a)

根据逆止器的材质查得，滚柱对外套有润滑的情况下，最大摩擦系数为fmax=0.1。 解得：滚柱与外套的最大接触角度2a=5.7106°。 α=11.42°。 （2）逆止器星轮、滚柱、外套相关尺寸分析 根据图3，星轮工作齿面高度H、滚柱半径r、外套半径R及接触角度α关系如下：

cos(α)=r-R

rH

以GN170星轮逆止器为例，由于工作强度需要，原设计尺寸是：滚柱直径为Φ40毫米，外套内孔直径为Φ33005.00毫米，星轮外圆直径为Φ33007.0125.0毫米，星轮工作齿面高度为124毫米。

cos(α)=r-R

rH

H= cos(α)×（R-r）-r 当接触角度α取最大值11.42°时，解得星轮工作齿面最小高度H H= cos(11.42°)×（165-20）-20 Hmin=122.129（毫米） 解得星轮工作齿面最小高度Hmin=122.129（毫米）。当星轮工作齿面高度低于该值时，逆止器将不能实现逆止作用。 原星轮工作齿面高度为H=124毫米，在该尺寸下，滚柱位于星轮齿根位置时，滚柱外圆最大运动半径为Rg

Rg=222）（rH+r

Rg=22220124）（+20 全国火电大机组（300MW级）竞赛第36届年会论文集 锅炉本体及辅机 217 Rg=22220124）（+20 Rg=165.1206毫米 当星轮在加工制作过程中，符合星轮外圆的下偏差时，则滚柱与逆止器外套间隙为：

Rg –RX=165.1206-2125.0330=0.183毫米

当星轮在加工制作过程中，符合星轮外圆的上偏差时，则滚柱与逆止器外套间隙为： Rg –RX=165.1206-207.0330=0.1556毫米。

因此，当逆止器重载逆止工作，由于外套位置产生变动后，会出现逆止器滚柱与外套接触而不是星轮接触的现象，滚柱与外套为线状接触，而星轮星齿与外套接触为面接触，滚柱与外套的压强较大，摩擦升热点集中，容易造成逆止器滚柱烧损，并引发逆止器外套内孔表面磨损损坏，整个逆止器报废，设备不能正常运行的安全隐患。要保证在正常运转时，滚柱不与外套干涉，星轮工作齿面最大高度H应为：

HMAX=222r- ）（）（rRMIN -r

HMAX=2222020-9375.164 ）（）（ -20 HMAX=123.815（毫米） 当星轮工作齿面高度超过HMAX时，逆止器正常运行时就会发生滚柱与逆止器外套接触现象。

3 结构优化改进 （1）星轮工作齿面高度改进 针对原设计中星轮工作齿面高度存在着较大逆止工作裕度，而在实际工作中，存在着由于星轮工作齿面偏高造成整个逆止器损坏的隐患，对星轮逆止器的结构尺寸进行调整，将星轮工作齿面高

度降低到接近于中间值（2MINMAXHH=122.9721）的HY=123毫米。这样既能满足逆止工作需要，又

能保证星轮逆止器的安全运行。 （2）外套与星轮配合尺寸改进 由于星轮与外套在工作中存在相对运动，采用间隙配合，在原设计中，外套内孔直径为Φ33005.00毫米，星轮外圆直径为Φ33007.0125.0，即使在加工过程中外套内孔加工为上偏差尺寸，星轮加工为下偏差尺寸，二者配合间隙最大为0.175毫米，由于加工精度所限，星轮外圆柱面允许跳动量为0.04毫米，外套内孔允许跳动量为0.06毫米，星轮外圆柱面与星轮内孔同轴度允许偏差0.06毫米。若所有允差为最大时，留给现场调整的星轮与外套的同轴裕度为0.015毫米，相对于320毫米的调整高度来讲，该精度属于IT5的精度范围，需采用精车加工才能保证的精度等级，在现场的实际调整工作中很难实现。根据对星轮逆止器相关部件结构尺寸计算结果，增加星轮与外套配合间隙对逆止工作影响不大，将星轮逆止器的外套内孔和星轮外圆尺寸进行优化调整，外套内孔直径改进为Φ33020.012.0毫米，星轮外圆直径改进为Φ33058.064.0，从而增大现场调整尺寸范围为0.54毫米，在满足