SKF格栅联轴器在煤炭皮带机上的应用分析

1 引言

2012年英国石油公司（BP）发布了《世界能源统计年鉴2012》，其统计数据表明，2011年中国已经成为全球最大的煤炭生产国和消费国。中国在2011年的煤炭产量是19.56亿吨油当量，这个数字远远超过位居世界第二的美国（5.56亿吨油当量）。同时，2011年中国的煤炭消耗量为18.39亿吨油当量，雄踞全球第一位。数据还显示，2011年全球煤炭产量的最大增幅来自中国，这也使在2011年全球煤炭产量中，中国的份额上升到50%。然而，2011年全球石油消费增长却相对表现疲软，其增长只有0.7%。BP首席经济学家克里斯托夫·鲁尔表示：“无论是从产量还是消费量看，2011年全球增幅最迅猛的石化能源均是煤炭”。他更进一步指出：“全球煤炭行业的飞速发展，是因为其建立了适应市场条件的生产和贸易模式，通过这种模式，煤炭支撑了全球能源供应的安全”。

相对应的，煤炭装备制造业是煤炭工业持续发展的基础和发动机，其直接决定着煤炭产业的现代化和可持续性发展。随着我国对煤炭能源需求的飞速增长，我国的煤炭产业正在向着大型规模化、高度机械化和自动化的方向发展；投入运行的煤炭生产斜井工作面也向着超长、大截面和大倾角等方向发展。作为保障煤炭运输连续畅通工作的皮带机，其是否能够进行高产、高效、安全和可靠运行，对煤炭企业的生产效益具有重大意义。正是从确保煤炭皮带机安全可靠和无忧运行的角度，本文将探讨SKF格栅联轴器在皮带机上应用，以期对我国煤炭装备制造业的发展和强大提供一些启示和帮助。

2 SKF格栅联轴器的特性和类型

2.1 性能特点

煤炭行业皮带机在实际使用中存在振动和冲击载荷，对于高输出功率、高扭矩并存在对中误差的应用场合，SKF格栅联轴器是一个理想的选择。圆锥形格栅元件采用高强度合金钢材料，而SKF格栅弹簧和轮毂齿的独特设计，使该联轴器能适应来自三个平面的位移和应力；SKF格栅联轴器同时兼顾了齿式联轴器的大扭矩和弹性联轴器的柔性，其性能特点主要体现在：

（1）、优越的缓冲吸振能力，抵抗冲击载荷并有效保护设备。

SKF格栅联轴器的锥形弹簧设计和柔性特性，能缓冲减少振动水平达30%，当联轴器受到强烈冲击或变化载荷时，产生的冲击能量被联轴器弹簧的柔性传动进行有效吸收，此时联轴器起到了振动吸收器的作用。

同时，由于格栅弹簧片的特殊性能，在很大程度上避免了驱动装置与被驱动装置共振现象的产生，从而有效保护设备。

（2）、采取独特的弧型齿设计，确保联轴器的长寿命。

SKF格栅联轴器通过特殊的弧型齿设计，保证联轴器在运行时弹簧始终与弧形齿面保持最佳贴合位置，即弹簧与弧形齿的接触面积随着联轴器负荷大小的改变而进行渐进变化，从而使联轴器传递的扭矩更大，而产生的摩擦应力得到有效分散，确保了联轴器的长寿命。

（3）、可靠的材质保证，零部件完全互换性。

SKF格栅联轴器弹簧采用高精度加工的高弹性合金弹簧钢，其锥形弹簧经过淬火、回火以取得最佳硬度，同时弹簧表面经过精密喷丸硬化处理，进一步压缩其表面分子结构。轮毂采用的精加工SM45C钢，显著增强联轴器的额定功率，保证联轴器的优越性能和使用寿命。另外，SKF格栅联轴器的构成部件加工精度高，确保了零部件的完全互换性。

（4）、结构紧凑，安装维护方便。

SKF格栅联轴器结构紧凑，构成的零件数量少和重量轻。允许两个轮毂之间存在一定的径向、角向和轴向偏差。弹簧是联轴器的主要易损件，弹簧可以在轮毂齿槽内自由摆动，SKF的设计非常便于格栅弹簧的快速更换。

而且，与其它类型的联轴器不同，SKF格栅联轴器的轮毂和其它部件并没有相互联结，维修安装时无需重新对中，可以有效缩短停机时间和降低维护成本。

2.2 常见类型

由于采用多种轴套设计吻合工业标准，SKF格栅联轴器可以涵盖全部工业标准的规格和尺寸，并且能与其它符合工业标准的格栅联轴器进行部件互换。

SKF格栅联轴器以其卓越的性能广泛应用于煤炭行业，其常见类型主要包括：

（1）、水平和垂直外罩类型

水平安装外罩的SKF格栅联轴器，采用铝合金外罩，其重量轻、空间小的特点，非常适合设备存在正反转的应用场合；而对于垂直安装外罩的设计类型，除了方便更换弹簧外，该类型的SKF格栅联轴器采用高强度的冲压钢外罩，以适合于高转速应用场合。

水平和垂直外罩类型的一整套SKF格栅联轴器由2个轮毂、1个格栅和1个外罩组成。其装配配件则包含外罩，油封、密封衬垫、螺栓和锁紧螺母。

（2）、全调距和半调距联轴器类型

全调距类型的SKF格栅联轴器，同样采用水平安装的铝合金外罩，其脱卸式设计非常适合于需要调整距离的应用场合；而对于半调距联轴器类型，还可以提供特殊尺寸轮毂，以适用于特殊尺寸的应用场合。

一整套全调距的SKF格栅联轴器由2个轮毂、1个格栅、1个外罩和1个调距轮毂组成。

3 SKF格栅联轴器的一般技术参数

煤炭行业皮带机的最终需求是尽可能以最低消耗实现最高产量，SKF将其具备的专业知识与最新技术相结合，开发出适用于各种应用场合及工况的联轴器解决方案。

煤炭皮带机的工作环境通常比较恶劣，对设备零部件的互换性要求比较高[7]。SKF格栅联轴器的圆锥格栅弹簧元件采用高强度合金钢制成，而格栅弹簧是联轴器的主要易损件，因此其设计要求便于格栅弹簧快速更换。

另外，煤炭皮带机在工作过程中存在振动和冲击载荷，设备的组成部件如电机、减速机等容易出现不对中的情况[8][9]。所有这些都对联轴器的相关技术参数提出了特定要求。

考虑到煤炭行业皮带机联轴器的实际应用情况和维修便利性，还需要注意各个联轴器品牌的互换性。

如下展示了SKF格栅联轴器与其它符合工业标准联轴器的互换性、抗不对中能力、拉拔螺栓孔等方面的一般技术参数（分别见表1-4）。

表1   SKF格栅联轴器的互换指南（水平剖分式）

表2  SKF格栅联轴器的互换指南（垂直剖分式）

表3  SKF格栅联轴器抗不对中能力

表4  SKF格栅联轴器拉拔螺栓孔数据

4 SKF格栅联轴器的应用选型

4.1 选型需要的信息

正确选型是保障联轴器无忧运转的前提条件，而反映所有运行工况的准确信息，则是联轴器正确选型的关键。在为相关设备选型SKF格栅联轴器时，下列信息必不可少：

• 扭矩[Nm]或者功率[kW]
• 转速[r/min]
• 轴径[mm]
• 轴端间隙[mm]
• 设备类型和应用工况
• 安装空间限制
• 特殊孔径或公差要求

4.2 选型过程（标准选型法）

对SKF格栅联轴器采用标准选型法，可以适用于大部分的选择情况，其选型步骤如下：

（1）、计算系统扭矩

系统扭矩[Nm]=（功率[kW]x9549）/转速[r/min]

（2）、确定工况系数

根据应用工况，从如下表5中确定适当的工况系数（服务系数）。

表5  一般服务系数表

（3）、计算联轴器选型扭矩

选型扭矩[Nm]= 工况系数x系统扭矩[Nm]

（4）、初选联轴器规格

根据选型扭矩，选择适当的联轴器规格，初选联轴器规格的扭矩数值应大于等于以上第3步中确定的选型扭矩值。

（5）、校核联轴器的开孔能力

校核选用的联轴器开孔范围是否能够同时容纳主动轴和从动轴直径。

（6）、其它考虑因素

校核选用的联轴器规格在转速[r/min]、间隙、外形尺寸和安装空间等是否满足要求。

4.3  选型过程（公式法）

当存在下列情况时，应采用公式选型法进行选型。

• 存在峰值载荷
• 存在制动应用（这时制动盘或制动轮是联轴器的一个组成部分）

提供系统峰值扭矩和频率、循环周期和制动扭矩将有助于更精确地使用公式选型方法选型。

（1）、当存在峰值载荷时

当存在扭矩大小比正常值高的电机应用场合，或间歇性运转导致冲击负荷的场合，或由于启动或停止而引起的惯性作用或系统引起反复峰值载荷的应用情况，这时，通过采用以下公式（A、B或C）之一进行计算。

峰值扭矩是指系统中可能存在的最大扭矩。选择联轴器额定扭矩大于等于从以下公式中计算出的选型扭矩值。

A 无反向峰值扭矩

选型扭矩[Nm]= 系统峰值扭矩[Nm]，或

选型扭矩[Nm]=（系统峰值功率[kW] x 9549）/转速[r/min]

B 有反向峰值扭矩

选型扭矩[Nm]= 2 x 系统峰值扭矩[Nm]

C 偶然峰值扭矩（无反向）

如果系统峰值扭矩在联轴器预期寿命内的出现次数少于1000次，则应采用以下公式：

选型扭矩[Nm]= 0.5 x 系统峰值扭矩[Nm]，或

选型扭矩[Nm]=（0.5 x 系统峰值功率[kW] x 9549）/转速[r/min]

（1）、当存在制动应用时

如果制动扭矩超过电机扭矩，则应采用以下公式计算制动额定值：

选型扭矩[Nm]= 工况系数x制动扭矩[Nm]

5  SKF格栅联轴器的维护保养

煤炭皮带机作为煤炭生产的主力设备之一，其正确使用和维护对煤炭企业的正常生产有重大影响^[10][11]。而联轴器作为煤炭皮带机的关键组成部件，它的运行性能很大程度上取决于正确的安装、对中及维护方式。

经设计，SKF格栅联轴器可同时在水平和垂直方向运行。为保证联轴器良好的运行状况，充分合理的润滑至关重要。

针对SKF格栅联轴器，以下表6是适用的通用典型润滑剂及规范。使用这些润滑脂，必须每年对联轴器进行一次补充润滑。而如果联轴器出现漏油现象，或暴露在极端温度或过度湿润的环境中，则需要适当提高润滑频率。

表6  SKF格栅联轴器的润滑维护

6 结束语

煤炭企业的生产现代化、生产技术水平和竞争能力，很大程度上取决于煤炭设备的技术性能和水平。煤炭皮带机作为煤炭生产的关键设备之一，其高效、安全和可靠运行对煤炭企业的生产效益具有重大影响，而联轴器正是煤炭皮带机的关键组成部件。

对于煤炭皮带机在实际使用中存在振动和冲击载荷的应用场合，SKF格栅联轴器是一个理想选择。它具有优异的高输出功率、高扭矩和缓冲吸振能力，能够有效抵抗冲击载荷并保护设备。同时，SKF格栅联轴器以其独特的弧型齿设计、可靠的材质保证、零部件的完全互换性、结构紧凑合安装维护方便，确保了联轴器的长寿命和煤炭皮带机的无忧运转。

参考文献

1. 2012年《BP世界能源统计年鉴》，东方财经网，http://finance.eastday.com
2. 郭峰，李贝，许晓曦，煤矿带式输送机发展趋势[J]，科技信息，2012（21）
3. 王培思，李阳煤矿15101工作面带式输送机的选型设计[J]，科协论坛（下半月），2012（07）
4. 秦结，浅论煤炭运输设备在煤炭生产中的作用[J]，中国科技博览与管理，2010（36）
5. 吾斯曼.托乎提，季书文，浅谈大倾角皮带输送机在煤炭行业的应用[J]，中国软科学，2012（02）
6. 《SKF联轴器》，SKF动力传动产品，http://www.skfptp.com
7. 力红军，关于煤矿带式输送机选取的几点思考[J]，科技情报开发与经济，2010（10）
8. 谢永刚，大带宽、大运量、高带速、大倾角带式输送机的设计[J]，煤矿机械，2012（08）
9. 杨跃军，浅谈带式输送机对驱动系统的要求及解决方案[J]，科技信息，2010（21）
10. 王少文，浅谈胶带输送机在煤矿生产中的安全运行及维护[J]，中小企业管理与科技(下旬刊)，2012（06）
11. 张晋虎，浅谈山西晋煤集团长平公司带式输送机故障及保护[J]，装备制造，2010（01）