莊辛喆

(青島港前港公司,山東 青島 266042)

淺析影響輸送帶使用壽命的設(shè)計(jì)因素

莊辛喆

(青島港前港公司,山東 青島 266042)

列舉了典型的幾種在輸送機(jī)設(shè)計(jì)階段應(yīng)注意的影響輸送帶使用壽命的因素,通過(guò)分析和研究,制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施,以降低輸送帶的疲勞和磨損,延長(zhǎng)其使用壽命.

輸送帶;使用壽命;設(shè)計(jì)因素

帶式輸送機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、運(yùn)輸效率高、可以實(shí)現(xiàn)不同距離運(yùn)送物料的要求等特點(diǎn).目前正朝著高速、大規(guī)模、超長(zhǎng)距離的方向發(fā)展,是生產(chǎn)工程中常用的一種連續(xù)輸送機(jī)構(gòu),被廣泛應(yīng)用于港口、礦山、電力、冶金等行業(yè).輸送帶是整個(gè)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分,所占成本的比例很大(約占整機(jī)成本的40%以上).輸送帶本身屬于消耗品,依靠摩擦力驅(qū)動(dòng),時(shí)刻處于不斷的磨損中,而且相對(duì)于輸送機(jī)的其他部件來(lái)說(shuō),輸送帶屬于脆弱的柔性部件,是最容易受損的.所以,分析和研究影響輸送帶使用壽命的設(shè)計(jì)因素,制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施,有很大的實(shí)際意義.

1 輸送機(jī)的滾筒選用

輸送帶是緊密卷繞在若干滾筒上的環(huán)狀結(jié)構(gòu).滾筒的作用是支撐、張緊整個(gè)輸送帶系統(tǒng),并且為輸送帶傳遞連續(xù)的摩擦力,使之運(yùn)轉(zhuǎn).輸送帶繞過(guò)滾筒時(shí)會(huì)產(chǎn)生彎曲應(yīng)力,輸送帶接頭部位在這種彎曲應(yīng)力的作用下有剝離的趨勢(shì).這種彎曲應(yīng)力還會(huì)造成輸送帶芯層的疲勞(對(duì)于鋼繩芯的輸送帶尤其明顯).滾筒的直徑與彎曲應(yīng)力的關(guān)系是互成反比的,即滾筒直徑越小,彎曲應(yīng)力越大.顯然增大滾筒直徑對(duì)減少?gòu)澢鷳?yīng)力是有利的.但在實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用中我們發(fā)現(xiàn),當(dāng)滾筒直徑到達(dá)一定的數(shù)值后,滾筒的直徑雖然在繼續(xù)的增大,但是彎曲應(yīng)力數(shù)值減小的程度越來(lái)越小,趨于不明顯的狀態(tài),同時(shí)還增大了設(shè)備的體積,還會(huì)因?yàn)闈L筒的自重變大而使整個(gè)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力要求變大.因此,為保證輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的彎曲應(yīng)力不致過(guò)大,又要綜合考慮整機(jī)體積的因素,應(yīng)對(duì)滾筒最小的直徑數(shù)值進(jìn)行限制.在對(duì)滾筒的直徑D進(jìn)行選擇時(shí),應(yīng)該遵守的原則為:如果將機(jī)械接頭作為多層芯輸送帶的接頭方式,那么D應(yīng)該大于或等于100i(mm),其中i表示輸送帶帶芯的帆布層數(shù).如果將硫化接頭作為多層芯輸送帶的接頭方式,因?yàn)槠浯罱ǖ男螤顬殡A梯形,對(duì)兩種接頭方式施加相同的彎曲應(yīng)力,兩者剝離的趨勢(shì)較機(jī)械接頭明顯,故此時(shí)D≥125i(mm).采用鋼繩芯的輸送帶時(shí),D=(150-200)d,式中d為鋼繩芯的直徑.

2 轉(zhuǎn)載漏斗的設(shè)計(jì)

帶式輸送機(jī)有多種卸料方式,采用頭部漏斗是最常見(jiàn)的方式.物料由頭部漏斗并經(jīng)過(guò)溜槽、導(dǎo)料槽等的轉(zhuǎn)向和緩沖,最后卸到后續(xù)的設(shè)備或輸送機(jī)上.在漏斗設(shè)計(jì)的過(guò)程中,應(yīng)盡量減小漏斗的垂直距離,以減小物料的落差.若在落差較大的位置布置漏斗,應(yīng)在漏斗內(nèi)部安裝耐磨緩沖格柵,以緩沖物料的沖擊.漏斗的整體尺寸應(yīng)綜合考慮輸送帶的運(yùn)行速度及物料流量大小等因素,盡量使物料在漏斗內(nèi)部經(jīng)過(guò)2~3次折返后落入下游輸送帶.溜槽一般設(shè)計(jì)成靴形,在臨近下游輸送帶時(shí),對(duì)于物料以相應(yīng)的緩沖,給予物料一個(gè)水平方向移動(dòng)的初速度,盡量使物料給到下游輸送帶上的速度大小和方向與帶速近似一致,以減少輸送帶的磨損.若需要通過(guò)轉(zhuǎn)載漏斗改變物料的運(yùn)輸方向,即上下游輸送機(jī)的運(yùn)行方向不在同一條直線上時(shí),應(yīng)在漏斗內(nèi)部的來(lái)料方向上設(shè)置可調(diào)節(jié)角度的擋料裝置,用來(lái)調(diào)整物料的下落方向,使上游來(lái)料以正確的角度均勻地落到下游輸送帶的中心附近,避免下游輸送帶的跑偏.漏斗內(nèi)部應(yīng)盡量光滑并安裝容易更換的耐磨襯板,使漏斗內(nèi)部的物料形成自由的連續(xù)物流,不允許有物料堆積和撒料現(xiàn)象.襯板應(yīng)可靠固定,以免運(yùn)行時(shí)掉落損傷下游輸送帶.為了使物料對(duì)輸送帶的沖擊力得到減小,需要將緩沖托輥組設(shè)置在裝載點(diǎn)的位置.在安裝給料漏斗時(shí),必須要確保其漏出的物料不能散落在任何一組緩沖托輥上,而是處于兩組緩沖托輥組之間.

3 導(dǎo)料槽的設(shè)計(jì)

根據(jù)物料的流量和輸送帶的寬度,導(dǎo)料槽應(yīng)在垂直方向上盡量增大,以加大通過(guò)能力,避免物料中的雜物或較大塊物料在此卡住,損傷下游輸送帶(這是絕大部分輸送帶縱向撕裂的主要原因).無(wú)論輸送帶上有無(wú)物料,導(dǎo)料槽兩側(cè)的擋板都不能與輸送帶接觸(這里應(yīng)將輸送帶跑偏的因素考慮在內(nèi)),導(dǎo)料槽下部用來(lái)密封的柔性擋板(裙板)磨損后應(yīng)當(dāng)可以方便地進(jìn)行調(diào)整和更換.另外需要注意的是,設(shè)計(jì)導(dǎo)料槽時(shí)應(yīng)盡量使整個(gè)裝卸系統(tǒng)中所有的裙板尺寸一致或相近.在增大導(dǎo)料槽擋板的下緣與輸送帶之間的縫隙時(shí),不僅需要對(duì)其進(jìn)行均勻的增大,而且還要順著輸送帶運(yùn)行的方向進(jìn)行,這樣不僅可以將處于擋板下面的物料給帶出來(lái),而且還可以使輸送帶遭到劃傷的概率得到降低.同時(shí),裙板在安裝和調(diào)整時(shí)應(yīng)在保證密封的前提下盡量減小對(duì)輸送帶的預(yù)緊力,降低輸送帶的磨損.

4 承載托輥架的成槽角

輸送機(jī)承載面通常采用三節(jié)托輥組成的槽形托輥組(超寬的輸送機(jī)可能采用兩個(gè)中輥,總共四個(gè)托輥組成槽形,但在總體上也是三段式結(jié)構(gòu)).槽角指的是側(cè)面的托輥與和托輥架底部托輥形成的夾角,在槽角處于0°和90°之間時(shí),在單位時(shí)間內(nèi),允許承載的物料流量會(huì)隨著夾角數(shù)值的增大而變大.輸送機(jī)在沒(méi)有承載物料時(shí),如果輸送帶自身的成槽能力已經(jīng)不能滿足所成的槽角,輸送帶與中托輥之間就會(huì)存在間隙,并緊貼于側(cè)托輥,并產(chǎn)生摩擦,由此磨損了輸送帶兩側(cè)的邊緣.輸送帶在承載較重的物料時(shí),由于輸送帶在側(cè)托輥與中托輥的拐角處承受的彎折應(yīng)力很大,造成輸送帶在縱向上產(chǎn)生彎折疲勞的狀態(tài),加速了其磨損的程度.所以,為了避免上述兩種情況的發(fā)生,在對(duì)托輥架的成槽角進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),其數(shù)值要與輸送帶的成槽能力相同.通常托輥架的成槽角取為30°.對(duì)于成槽性較好的輸送帶來(lái)說(shuō),成槽角可增大到35°.

5 過(guò)渡段及凸弧段的距離

過(guò)渡段一般指的就是輸送機(jī)頭、尾滾筒與相鄰第一組承載托輥架三者之間的距離.在過(guò)渡段內(nèi),輸送帶處于兩種變換狀態(tài),一種是槽形轉(zhuǎn)換為平行,一種是平行轉(zhuǎn)換為槽形.輸送帶在經(jīng)過(guò)過(guò)渡段時(shí),其兩側(cè)的邊緣由于被拉伸而產(chǎn)生相應(yīng)的拉應(yīng)力,而且當(dāng)過(guò)渡段的長(zhǎng)度越大時(shí),相對(duì)應(yīng)的產(chǎn)生的拉應(yīng)力的數(shù)值越小,由此摩擦和損壞了輸送帶的兩側(cè)邊緣及側(cè)托輥,這個(gè)磨損比正常磨損要大得多,會(huì)產(chǎn)生輸送帶的疲勞.為了確保輸送帶邊緣局部的伸長(zhǎng)率在其使用伸長(zhǎng)率的范圍之內(nèi),在對(duì)過(guò)渡段進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),其長(zhǎng)度的數(shù)值不能偏小.根據(jù)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)的調(diào)查,過(guò)渡段的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度一般為托輥間距離的1.3倍,其實(shí)際值不但與輸送帶的結(jié)構(gòu)屬性(纖維芯或鋼繩芯)、帶速有關(guān),而且還與輸送帶的帶寬、槽角相關(guān).當(dāng)過(guò)渡段的實(shí)際長(zhǎng)度值遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超過(guò)了承載托輥之間的距離,應(yīng)該將過(guò)渡托輥組安裝在在滾筒與第一組承載托輥架之間,但是對(duì)于其組成部分成槽角來(lái)說(shuō),其數(shù)值必須要變小,使出現(xiàn)帶垂、撒料的現(xiàn)象得到有效的避免.

相對(duì)于過(guò)渡段來(lái)說(shuō),凸弧段存在著不同,輸送帶經(jīng)過(guò)這一位置時(shí),其兩側(cè)邊緣也存在著很大的拉應(yīng)力,故凸弧段的半徑也不應(yīng)設(shè)計(jì)過(guò)小,以減小輸送帶邊緣的拉伸疲勞,降低這種附加拉應(yīng)力的破壞,避免輸送帶和托輥的過(guò)早損壞.一般來(lái)說(shuō),凸弧段的半徑應(yīng)不小于75~85B,式中B指輸送帶的寬度.

6 清掃器的設(shè)計(jì)安裝

由于滾筒或回程托輥上會(huì)積聚很多的黏結(jié)物,而且這些黏結(jié)物都存在于輸送帶的表面之上,會(huì)導(dǎo)致輸送帶出現(xiàn)跑偏的現(xiàn)象.此外,托輥由于脫落的黏結(jié)物,其表面的形狀會(huì)變成橢圓形,在托輥高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下,輸送帶在垂直方向會(huì)產(chǎn)生振動(dòng),這些物料積聚量大時(shí)甚至能夠阻礙回程托輥或滾筒的正常運(yùn)轉(zhuǎn),所以要在頭部改向滾筒的下方設(shè)置清掃器等清掃裝置.清掃器屬于被動(dòng)清掃裝置,無(wú)論有無(wú)物料,清掃器始終與輸送帶保持摩擦.一定意義上說(shuō),清掃器的清掃效果與輸送帶的使用壽命是相互矛盾的.目前,國(guó)內(nèi)比較先進(jìn)的清掃器刀頭一般采用聚氨酯材料,還可以根據(jù)物料性質(zhì)采取自動(dòng)高壓沖水式清掃裝置等先進(jìn)的清掃器,以降低輸送帶的磨損.另外,清掃裝置在實(shí)際使用中還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理布置,適當(dāng)調(diào)整清理刀頭對(duì)輸送帶的預(yù)緊力.

7 保護(hù)用傳感器的使用

輸送帶在實(shí)際應(yīng)用中常見(jiàn)的異常有跑偏、堵塞、打滑、撕裂等現(xiàn)象.應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮,在整個(gè)輸送機(jī)系統(tǒng)中安裝多種保護(hù)性傳感器,在輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)上述異常時(shí)能及時(shí)停機(jī),避免輸送帶的損傷.

[1]楊復(fù)興. 輸送帶輸送原理與計(jì)算[M].北京煤炭工業(yè)出版社,1983.

[2]郭紅星、朱敏. 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2005.

TQ336.2

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