金偉　毛杰　梁存真

（鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河南 鄭州 450001）

輸送帶接頭剖層機(jī)工作原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

金偉毛杰梁存真

（鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河南 鄭州 450001）

本文通過(guò)對(duì)橡膠輸送帶接頭剖層機(jī)的工作原理研究，以剖層機(jī)的刀架和同步鏈輪組為代表的典型機(jī)構(gòu)在加工過(guò)程中所要實(shí)現(xiàn)的功能和剖層機(jī)工作時(shí)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行探討分析，針對(duì)提高橡膠剖層機(jī)的加工效率和降低加工過(guò)中的摩擦阻力提出了具體方法，就整機(jī)質(zhì)量在結(jié)構(gòu)、材質(zhì)上進(jìn)行了比對(duì)優(yōu)化，為輸送帶接頭快速黏結(jié)工藝推廣應(yīng)用，進(jìn)行了基礎(chǔ)設(shè)備探討研究。

剖層機(jī)；同步鏈輪組；輸送輥

橡膠輸送帶廣泛應(yīng)用于煤礦、造紙廠、發(fā)電廠、水泥廠、糧庫(kù)、港口等散裝物料的輸送［1］，其使用壽命直接影響著企業(yè)的生產(chǎn)效率。目前傳送帶的主要形式均為非封閉式，即帶的接頭主要失效形式是接頭的開(kāi)裂折斷。接頭的聯(lián)結(jié)方式主要有兩種：一種是皮帶扣的聯(lián)接，二是熱硫化式聯(lián)接［2］。皮帶扣聯(lián)接方式簡(jiǎn)單，但使用壽命短，特殊行業(yè)一天要換4～5次，每次20～30min；熱硫化工藝聯(lián)接從高溫、加壓再到冷卻，一般耗時(shí)不小于30h，硫化機(jī)笨重，很難進(jìn)入空間狹小的場(chǎng)地操作，大大影響企業(yè)的生產(chǎn)。以上兩種方式遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足廠礦輸送帶的運(yùn)行、維修需要，迫切需要一種新型的皮帶接頭方式，冷黏接工藝是一種新型的輸送帶聯(lián)結(jié)方式［3］。其原理是：首先將連接輸送帶接頭處剖分階梯成層，兩頭結(jié)構(gòu)形成搭接咬合，然后用皮帶黏合劑加以黏合，涂膠黏合20min后即可進(jìn)行正常滿(mǎn)負(fù)荷工作運(yùn)行，且黏接外形平整美觀，其強(qiáng)度與帶本體一樣，接頭處壽命較熱硫化工藝有明顯提高。因此，很有必要設(shè)計(jì)制造出一種便攜式剖層機(jī)，實(shí)現(xiàn)接口剖層的快速作業(yè)，從而使剖層冷黏工藝替代傳統(tǒng)皮帶扣或熱硫化工藝［4］。

1　剖層機(jī)的工作原理簡(jiǎn)介

橡膠剖層機(jī)的基本結(jié)構(gòu)圖如下：

剖層機(jī)由電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，經(jīng)減速器1實(shí)現(xiàn)降速，左右旋絲桿帶動(dòng)刀架往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)刀具水平方向的切削運(yùn)動(dòng)。當(dāng)?shù)都芤苿?dòng)到左端時(shí)，撞上移動(dòng)滑柱上的彈性擋圈，移動(dòng)滑柱向左運(yùn)動(dòng)，齒條齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)撥叉帶動(dòng)棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)減速器2的變速帶動(dòng)上輥轉(zhuǎn)動(dòng)，上輥通過(guò)右端的鏈輪組帶動(dòng)下輥實(shí)現(xiàn)相反方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，上下輥的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)橡膠輸送帶水平方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，保障切削能夠連續(xù)進(jìn)行。上下輥調(diào)節(jié)螺釘用于調(diào)節(jié)上輥與下輥的徑向間隙，以實(shí)現(xiàn)帶動(dòng)不同厚度橡膠輸送帶的進(jìn)給。刀頭調(diào)節(jié)螺釘用于調(diào)節(jié)刀頭的高低位置。

圖1　橡膠剖層機(jī)基本結(jié)構(gòu)示意圖

2　刀架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及加工時(shí)刀具的狀態(tài)

圖2　刀架結(jié)構(gòu)圖

刀架（圖2）上一共有兩把切刀，橫刀壓板裝一把切刀實(shí)現(xiàn)水平方向的切削，豎刀壓板裝一把切刀實(shí)現(xiàn)豎直方向的切削，豎直車(chē)刀實(shí)現(xiàn)切削的主要目的是及時(shí)地把已經(jīng)切過(guò)的橡膠層去掉，以減小刀具和橡膠層之間的摩擦，提高切削的效率和質(zhì)量。通過(guò)刀架拉桿來(lái)調(diào)節(jié)刀頭的高度，刀架拉桿上標(biāo)有刻度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)橡膠層不同厚度切削的調(diào)整，在這里刀架導(dǎo)柱在豎直方向上調(diào)整到刀架高度時(shí)起到導(dǎo)向的作用，同時(shí)也起到提高刀架在加工過(guò)程中的穩(wěn)定性。在加工狀態(tài)圖中，上下輥帶動(dòng)橡膠輸送帶7水平進(jìn)給，膠皮壓板5在切削過(guò)程中起到支撐橡膠輸送帶的作用。支撐杠4布置呈現(xiàn)弧狀，而不是水平布置的。這樣做的好處是：能夠使刀具3和橡膠輸送帶及時(shí)分離，減小刀具后刀面和橡膠輸送帶的摩擦，也起到及時(shí)散熱的作用。這樣提高了切削的質(zhì)量和效率，也在一定程度上可以提高切削的速度。

圖3　加工狀態(tài)示意圖

加工后的橡膠輸送帶接頭形狀如下圖：

圖4　輸送帶接頭形狀示意圖

斜階梯狀的優(yōu)點(diǎn)：①增加了黏結(jié)的面積，這樣在很大程度上提高了黏結(jié)后橡膠輸送帶的強(qiáng)度，進(jìn)而提高了橡膠輸送帶黏結(jié)后的使用壽命；②黏結(jié)更加方便。

3　同步齒輪組的設(shè)計(jì)和所能實(shí)現(xiàn)的功能

鏈輪組的工作原理圖如圖5所示。

鏈輪組由空套齒輪、驅(qū)動(dòng)齒輪、銷(xiāo)軸、連板、連板襯套等組成，上輥通過(guò)齒輪組把運(yùn)動(dòng)傳給下輥，保證橡膠剖層機(jī)實(shí)現(xiàn)相反方向的同步運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)橡膠輸送帶實(shí)現(xiàn)橡膠輸送帶的橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。齒輪組實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)具有特殊性：齒輪組隨著上輥的移動(dòng)而移動(dòng)，但其傳動(dòng)效應(yīng)卻沒(méi)有改變。在橡膠輸送帶的厚度不同時(shí)，調(diào)整上輥的位置，通過(guò)齒輪組仍能保證上下輥實(shí)現(xiàn)同步反方向的運(yùn)動(dòng)。

圖5　鏈輪組原理圖

圖6　棘輪機(jī)構(gòu)示意圖

4　進(jìn)給棘輪的設(shè)計(jì)及功能的實(shí)現(xiàn)

4.1功能的實(shí)現(xiàn)

當(dāng)車(chē)刀完成一次橡膠輸送帶切削后，橡膠輸送帶必須有一定的進(jìn)給，該進(jìn)給通過(guò)棘輪來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)?shù)都苓\(yùn)動(dòng)到最左端或最右端時(shí)，刀架都要撞上固定在移動(dòng)滑柱上的彈性擋圈，從而帶動(dòng)移動(dòng)滑柱向左或向右運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)滑柱上的齒條通過(guò)齒輪齒條傳動(dòng)帶動(dòng)固定撥叉轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)?shù)都苓\(yùn)動(dòng)撞擊左端或右端的彈性擋圈時(shí)，撥叉帶動(dòng)棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒，這樣當(dāng)車(chē)刀完成一次切削橡膠層時(shí)，橡膠層就實(shí)現(xiàn)了一定的進(jìn)給量。

4.2棘輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

棘輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是：棘輪機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、運(yùn)動(dòng)可靠；缺點(diǎn)為：有較大的沖擊和噪聲，而且運(yùn)動(dòng)精度較差。為了保證棘輪機(jī)構(gòu)工作額可靠，在工作行程，棘爪應(yīng)能順利地滑入棘輪底部。下面就討論這個(gè)問(wèn)題：

設(shè)棘輪齒的工作齒面和徑向OA傾斜α角（如圖6所示）；棘爪軸心O1和棘輪軸心O與棘輪齒頂A點(diǎn)的連線之間的夾角為λ；若不計(jì)棘爪的重力和轉(zhuǎn)動(dòng)副中的摩擦，則當(dāng)棘爪由棘輪齒頂沿工作齒面AB滑向齒底時(shí)，棘爪將受到棘輪輪齒對(duì)其的法向壓力Fn和摩擦力Ff。為了使棘爪能順利進(jìn)入棘輪的齒底，則要求Fn和Ff的合力FR的作用應(yīng)位于OO1之間，即應(yīng)使

式中，β是合力與OA方向之間的夾角。

又由圖6可知，β=90°-?+φ（其中φ為摩擦角）。帶入式（1）后得

為了在傳遞相同的轉(zhuǎn)矩時(shí)棘爪受力最小，一般取λ= 90°，此時(shí)有

即棘齒的傾斜角α應(yīng)大于摩擦角φ，當(dāng)f=0.2時(shí)，φ= 11°30，故常取α=20°

5　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采用雙刀切削方式，有效提高了剖層接頭的加工效率和加工質(zhì)量；采用鏈輪實(shí)現(xiàn)上下輥的同步方向運(yùn)動(dòng)、撥叉帶動(dòng)棘輪實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了刀具對(duì)橡膠帶的自動(dòng)剖層加工，減輕了操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，也有利于保證接頭的加工質(zhì)量。生產(chǎn)實(shí)踐中，經(jīng)過(guò)了對(duì)橡膠剖層機(jī)結(jié)構(gòu)的反復(fù)實(shí)踐、探索，得到了合理的橡膠剖層機(jī)的結(jié)構(gòu)和橡膠帶接頭制作工藝，基本解決了橡膠剖層機(jī)在加工過(guò)程中遇到的問(wèn)題，有效提高了橡膠帶接頭的加工效率和質(zhì)量。

［1］嚴(yán)宏斌.橡膠輸送帶市場(chǎng)現(xiàn)狀分析及發(fā)展趨勢(shì)［J］.中國(guó)橡膠，2012，24：10-15.

［2］楊超.橡膠輸送帶的修補(bǔ)技術(shù)和材料［J］.化工管理，2014（23）：77.

［3］姚逍瑤.橡膠輸送帶的冷粘修補(bǔ)［J］.煤礦現(xiàn)代化，2005（3）：41-42.

［4］李大磊，秦壽同，王棟.橡膠輸送帶階梯剖層機(jī)［P］.中國(guó)專(zhuān)利：CN20092023411.1，2010，6.

Working Principle and Structure Design of Conveyor Belt Joint Cross-Sectional Layered Machine

Jin WeiMao JieLiang Cunzhen
（School of Mechanical Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou Henan 450001）

Through the study on the principles of rubber conveyor belt jointcross-sectional layered machine，this paper discussed and analyzed the functions to be achieved and the work movement of cross-sectional layered ma?chine for the typical institution with tool holder and synchronous sprocket set of the cross-sectional layered ma?chine as representatives during processing，put forward specific method to improve processing efficiency and re?duce frictional resistance in the processing of rubber cross-sectional layered machine，compared and optimized the quality of the whole machine in structure and materials for promotion and application of conveyor belt joint rapid bonding process，and conducted basic device research and discussion.

Splitting machine；synchronous sprocket set；conveying rollers

TH132

A

1003-5168（2015）05-0045-3

2015-4-26

河南省自然科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目（2004460005）。

金偉（1970-），男，大專(zhuān)，技師，研究方向：機(jī)械工藝與制造；通訊作者：梁存真（1978-），男，碩士，講師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及制造。