不同类型逆止器 正确选型分析 单向离合器作为逆止器，它们就是机器 第一部分 运行和工作上的安全保障。比如在传送 高速或低速单向离合器 系统 - 驱动系统进行检修时，出现紧急 情况或停电，可以防止传送带不会反向 在通常情况下，逆止器是 自由运转状态。 转动。在本文中，会逐一介绍有关不同 当传送带从正常速度降到零后，逆止扭矩 类型逆止器的选型。作者T homas Heu- 才会产生。因此逆止器在正常操作时，如 bach不仅Fo schungsve einigung A nt iebs- 何将磨损降到最低，才是保证逆止器使用 研究团队连任主席 年，他 寿命的关键。离心非接触式逆止器使用特 technik (FVA) 15 同时也是全球领先的工业单向离合器制 殊的楔块来实现离心非接触功能。楔块是 造商RINGSPANN的部门主管。 在离心力的作用下实现离心非接触功能。 这种类型的逆止器被称为高速逆止器。如 传送带或者斗提机通常都是用于将散装 图1 （左）所示，他们安装在高速轴上。而 货物快速安全的向上运输。所有工厂经营 在低速轴上，正常运行速度达不到离心非 者们都想工厂能24小时/7天无问题无差错的 接触式运转的最低转速要求，因此安装在 连续工作，能令工厂停工的唯一原因就是 此处的逆止器只能采用液压动力油膜的方 为了维修或遭遇了紧急情况。在这种情况 式提高使用寿命，他们通常被称为低速逆 下，如果停电或者电机被迫停机，逆止器 止器，如图1 （右）。 （或制动器 ）就会 防止传送带的反 向转 动。逆止器安装位置取决于传送带系统的 现代化传送系统经常带有多个驱动，可以 设计。在小、中型传送系统中，通常直接 在低能量需求阶段关闭个别驱动，还可以 安装在电机或变速箱上。在大型传送系统 在其中一个驱动发生故障时，保护其余的 中，较大的逆止器通常安装在支承轴承和 驱动。在这里，逆止器的选型要依据其具 变速箱输出轴之间的传送轴上。 体安装位置所需的扭矩来决定，其安装位 置的不同，扭矩要求也各不相同。因此， 对于一个带有多个驱动的无间断传动装置 ，去考虑每个驱动和各 自逆止器产生逆止 扭矩的不同分布是很重要的。在这种情况 下，逆止器的正确选型就变得非常复杂。 图1：图中左手边中有一个带离心非接触式高速逆止 器 （蓝），安装在高速轴上；右手边同时有一个低 速逆止器在低速轴上。 单驱动传送系统 逆止器的动态特性尤其是在倾斜的传送系 首先，我们以单驱传送系统为例，针对此 统中，是逆止器选型的关键因素。大量的 系统的逆止选型标准如下：1. 取决于逆止 分析表明，逆止器的安装位置对所需扭矩 器在负载时，楔块 (在逆止器中)的非线性 和总运行成本有很大的影响： 扭转弹簧特性；2. 驱动系统中其余元件的 动态特性；3. 选取一个安全系数。 扭矩要求与齿轮传动比呈线性关系，而与 逆止器 的成本在很大程度上不呈线性关 根据需求的不同，逆止器生产厂家建议逆 系。如图2所示，成本支出的百分比根据安 止器选型的安全系数为最大扭矩的2.6到3.5 装位置的不同而有着明显不同。例如，安 倍。这个数值只是一个保守值，还要取决 装在减速机高速轴的离心非接触式逆止器 于对整个系统动态工作的不同变量，比如 要比安装在低速轴的低速逆止器节省大约 带倾角 的驱动系统效率 。现代化分析程 90% 的成本支出。高速逆止器更加经济实 序，例如由德国Forschungsv r inigung Antri bs- 惠，离心非接触式运行也保证了其无磨损 t chnik (FVA)开发的测试扭振的DRESP软件，就 运行和更长的使用寿命。 能够模拟出一个带有真正的惯性、刚性和 传动性能的完整驱动系统的工作过程，还 可以将制动力、转扭特性和其他特定影响 因素加入到计算模型中来。 模拟中的 个逆止情况 DRESP 2 图3显示了一个单驱动传送系统的DRESP 模型，其中一个离心非接触式高速逆止 器安装在变速箱的中间轴1上。虽然离心 非接触功能与其扭矩计算无关，但非线 性扭转刚度影响着整个驱动组的动力。 就像其他所有有用的惯性和刚度一样， 这一方面也被纳入到计算中。 例如，传送带的负载扭矩M = 650,000 Nm L 。在初始状态时，皮带轮以26 rpm的正常 转速转动，而其他所有旋转部件按齿轮 图2 ：逆止器的成本支出百分比取决于其安装位置。 传动比的速度转动。图4表明逆止器的负 载扭矩：如图所示，传送带从正常转速 缓慢下降到0所用时间约为19秒，逆止器 必须保证在这19秒后立刻进入工作状态 ，承受负载，此时要承受的峰值扭矩达 到91,000 Nm，在此之后，逆止器负载扭 矩还要 “跳动”3到4次后，才会趋于稳 定到额定扭矩ML 。在这个示例中，峰值 扭矩与额定扭矩比为2.75 。峰值扭矩取决 于所有部件的刚度。 （如果传送系统中 安装有弹性体联轴器或其他非线性元 件，峰值扭矩则会更大。） 图3 ：单驱动组的DRESP模型 与之 前 设计 相 同，在 第 二个 逆 止 模 拟 矩载荷。由于逆止器2也设定了滑动扭矩， 中，低速逆止器直接安装在皮带轮 ( 所以不会发生动态峰值扭矩。该图表还表 J6) 上。结果如图5所示：再一次，19秒后系统 明，没有扭矩限制功能的逆止器需要更高 逆止；然而，现在的峰值扭矩是1,800,000 Nm 的额定扭矩才能保证能够负载传送带反转 。在此情况下，峰值扭矩与额定扭矩比为 的扭矩。客户必须注意的是:在使用没有扭 2.6 。这表明动态表现与高速逆止器大致对 矩限制功能的逆止器时，必须要选用额定 应；安全系数也是相似的。低速逆止器的 扭矩非常大的逆止器。 优势是在系统逆止后，驱动变速箱内的齿 逆止器生产厂家建议带扭矩限制功能的逆 轮处于松弛状态，不过正如之前提到的， 止器选型安全系数为1.2 ，这个系数要比没 它的价格要贵很多。 有此功能的逆止器安全系数低得多，因为 逆止器的滑动，能有效的避免和减少动态 第二部分 峰值。 带有多个驱动的传送系统 在对 多驱传动 系统选择逆止器 时，必须要考虑在突然停机时， 扭矩会不均匀分布到各个驱动装 置和逆止器上。值得强调的是， 在工厂突然停机时，由于周向弹 力的不同和受到影响的驱动器弹 性的不同，整个回转扭矩都作用 在一个逆止器上 ！因此，在装备 有标准逆止器的系统中，只有单 个逆止器能够承载传送系统的整 个回转扭矩，才能确保整个系统 的安全。如果这样的线 ：在单驱动组的离心非接触高速逆止器 过程中，如何保证齿轮不会受到 不正常负载分配而造成超载的伤 害将是关键。 逆止扭矩分布不均的问题也可以 通过使用带扭矩限制功能的逆止 器来解 决 。当设定扭矩被超过 时，该逆止器将打滑直到其他逆 止器开始工作，所 以扭矩限制成 为逆止器 失效不可或缺 的一部 分。这样，传送装置全部的逆止 扭矩被分布到各个变速箱和逆止 图5 ：在单驱动组的低速逆止器 器上。此外，同步过程中产生的 动态峰值扭矩会被减小，因此变 速箱不会因峰值扭矩而损坏。 这种 “协作”的负载分布如图6所 示:如果系统逆止，逆止器1能够负 载一部分扭矩，直到达到逆止器 的滑动扭矩 (M )。逆止器1通过打 R 滑补偿任何弹性和摩擦的差异， 直到逆止器2也开始负载其余的扭 图6 ：共同分担负载 双驱系统中带扭矩限制 功能的高速逆止器 图7表示带双驱传送系统 的DRESP模型。与单驱传 动系统不 同，这里 的带 扭矩 限制功能逆止器设 定的滑动扭矩为42,000 Nm 。带双驱动 （左/右）的 皮带轮，在滚筒上模拟 负载扭矩为1,300,000 Nm 。 在右侧驱动组上增加一 个小的径 向间隙和一个 较低 的反 向扭矩 。由于 反 向扭矩 的作用，右侧 驱动变速箱 内的齿侧 间 隙会 产 生 一 个 滞 后 状 况 。这种情况与实际一 图7 ：双驱系统的DRESP模型 致，因为左右两个驱动 的摩擦力是不一样 的。 正如之前举例的单驱传送系统，传送带最 模拟显示出了在逆止过程开始时不均匀的 初以额定速度26 rpm转动，其余的部件按齿 载荷分布，能够得出负载分布的重要性。 轮传动比的速度转动。结果如图8所示 :和 无负载分布，变速箱和逆止器必须选择这 之前一样，系统在19秒后逆止。在驱动组 种方式才能承担全部的负载， 括双驱动 左手边的逆止器负载扭矩达到扭矩限制器 组的动态峰值扭矩。 设定滑动扭矩时，滑动大约0.5秒，直到平 模拟结果表明，具有扭矩限制功能的逆止 衡了右侧驱动组的径向齿侧间隙，触发第 器实现了有效的负载分配。为了减少多个 二个逆止器。由于动态能量的作用，两个 驱动器的峰值扭矩，选用带有扭矩限制功 逆止器一起滑动 ，从而 降低驱动组 的动 能的逆止器是绝对必要的。如上所述，使 态峰值扭矩。因此，两逆止器共同分担负 用高速逆止器已经降低了总运行成本。再 载。然而，当系统最终逆止时，两者的负 使用具有扭矩限制功能的逆止器可以进一 载扭矩还是有细微差别的。 步降低成本，同时提高驱动系统运行的安 全性。 图8 ：系统19秒后逆止 图9 ：紧凑型尺寸：带扭矩限制功能的逆止器最新设计 第二部分 带扭矩限制功能的逆止器的质量特性 传送系统的苛刻布置和周边环境——特别 殊工具或专业设备的情况下，产品能有着 是在输送铁矿石、煤、铜和类似的散装物 可靠的安全结构，长久的使用寿命。额定 料 时，对逆止器 的设计提 出了很高的要 扭矩与产品尺寸之间的关系是现代逆止器 求。与此同时，客户希望在不需要使用特 发展的中心因素。 概述 逆止器是在单驱或多驱传送系统中关键的 具有扭矩限制功能和释放功能的高速逆止 机器元件。当传送带停止时，所产生的动 器是一种新的设计，提供了更高的可靠性 态峰值扭矩取决于整个驱动系统的刚度。 和安全性。碳基摩擦衬垫可以用来减少外 驱动系统的扭转刚度对动力特性有着重要 部尺寸和成本。具有机械释放功能的逆止 影响。 器，具有操作简单的优势。 DRESP的扭振模拟表明，所产生的峰值扭矩 新的分析模拟工具能够对有和没有扭矩限 值为高速逆止器额定扭矩的2.75倍，低速逆 制功能的逆止器所在的传送系统进行详细 止器额定扭矩的2.6倍。制造商样本中的标 的研究。模拟验证了制造商传统的使用方 准选择系数通常要比DRESP模拟结果要高。 法。该模拟除了能为传送系统选择正确的 因此，根据样本数据对逆止器的选型是最 逆止器型号外，还提供额外的选择选项， 保守的。 从而在保持可靠性和安全性的同时，提供 成本更低的解决方案。 带有扭矩限制功能的逆止器通常安全系数 为1.2 。双驱传送系统的DRESP模拟表明，逆 止器的负载分布，可以防止破坏性的峰值 扭矩。 第四部分 释放功能-纯机械 在系统正常运行状态下，逆止器 的楔块和外环是脱离接触的。传 送带停止时，逆止器则阻止其反 向转动。在特定场合下，整个系 统需要带载可控下滑，这时具有 释放功能的逆止器可以实现上述 功能。即使这样的释放能很少被 使用。在长时间不用时，仍然可 以立即激活它。因为逆止器受到 图10 ：最新型机械释放装置 环境 （如温度、灰尘、雨等）影 响，释放功能的设计必须是坚固 可靠的。因此，这种纯机械的解 决方案从技术和成本上来看，都 图9为带有扭矩限制功能逆止器的最新设 是有利的，特别是在这方面，客户都希望 计。该逆止器使用具有离心非接触式功能 尽可能避免使用专业设备(如专用油泵)。 的楔块, 这意味着逆止器在 自由运转下能 最新型手动释放装置—现在已获得专利。 够将磨损降到最低，从而实现超长的使用 手动释放装置如图10所示:在逆止器外壳中 寿命。外环两侧安装有摩擦衬垫，数组碟 有3个楔形块。这些楔形块增加了螺栓的轴 形弹簧推动壳体压紧摩擦衬垫。这种类型 向力 (功率比1 :5)，它们也被用与于释放扭 的逆止器可以预先设定滑动扭矩，滑动扭 矩限制器。该装置是密封的，可拆卸部件 矩 由弹簧力、摩擦系数和摩擦衬垫的摩擦 带有硬化 的金属表面 ，用来防止摩擦腐 半径确定。 蚀。当激活扭矩限制功能时，这些楔形块 摩擦衬垫要求具有很高的抗压性,并有效减 的复位是由弹簧执行的。释放装置容易操 少了逆止器的尺寸。为了实现在负载和滑 作，使用传统的螺丝扳手即可。没有必要 动这两种状态之间平稳过渡，摩擦衬垫应 时特殊的工具，如液压泵 优先选择静态摩擦系数和动态摩擦系数相 似 的摩擦材料 。逆止器在达到滑动扭矩 时，将产生滑动。 即使只有较小的滑动， 摩擦衬垫在长期使用后也是会磨损的。所 以摩擦衬垫的耐磨性，决定了逆止器的使 用寿命和操作安全性。因此，碳基材料特 别适合作为摩擦衬垫的材料。与有机或烧 结材料相比，碳基材料的动态摩擦系数和 允许表面压强是非常适合的。而且，碳基 摩擦衬垫能够实现更高的滑动扭矩，因此 在保持其外形尺寸的同时，可以使逆止器 的额定扭矩增加一倍 ！ Dipl.-Ing. Thomas Heubach RINGSPANN GmbH 德国离合器部门经理 RINGSPANN GmbH, Bad Homb rg, 04. 10.20 17
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