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計因素

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設計階段應注意的影響輸送帶使用壽命的因素,通過分析和研究,制定相應的應對措施,以降低輸送帶的疲勞和磨損,延長其使用壽命.

輸送帶;使用壽命;設計因素

帶式輸送機具有結構簡單、造價低廉、運輸效率高、可以實現(xiàn)不同距離運送物料的要求等特點.目前正朝著高速、大規(guī)模、超長距離的方向發(fā)展,是生產(chǎn)工程中常用的一種連續(xù)輸送機構,被廣泛應用于港口、礦山、電力、冶金等行業(yè).輸送帶是整個帶式輸送機系統(tǒng)的重要組成部分,所占成本的比例很大(約占整機成本的40%以上).輸送帶本身屬于消耗品,依靠摩擦力驅動,時刻處于不斷的磨損中,而且相對于輸送機的其他部件來說,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計因素,制定相應的應對措施,有很大的實際意義.

1 輸送機的滾筒選用

輸送帶是緊密卷繞在若干滾筒上的環(huán)狀結構.滾筒的作用是支撐、張緊整個輸送帶系統(tǒng),并且為輸送帶傳遞連續(xù)的摩擦力,使之運轉.輸送帶繞過滾筒時會產(chǎn)生彎曲應力,輸送帶接頭部位在這種彎曲應力的作用下有剝離的趨勢.這種彎曲應力還會造成輸送帶芯層的疲勞(對于鋼繩芯的輸送帶尤其明顯).滾筒的直徑與彎曲應力的關系是互成反比的,即滾筒直徑越小,彎曲應力越大.顯然增大滾筒直徑對減少彎曲應力是有利的.但在實際設計應用中我們發(fā)現(xiàn),當滾筒直徑到達一定的數(shù)值后,滾筒的直徑雖然在繼續(xù)的增大,但是彎曲應力數(shù)值減小的程度越來越小,趨于不明顯的狀態(tài),同時還增大了設備的體積,還會因為滾筒的自重變大而使整個系統(tǒng)的驅動力要求變大.因此,為保證輸送帶運轉時的彎曲應力不致過大,又要綜合考慮整機體積的因素,應對滾筒最小的直徑數(shù)值進行限制.在對滾筒的直徑D進行選擇時,應該遵守的原則為:如果將機械接頭作為多層芯輸送帶的接頭方式,那么D應該大于或等于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,因為其搭建的形狀為階梯形,對兩種接頭方式施加相同的彎曲應力,兩者剝離的趨勢較機械接頭明顯,故此時D≥125i(mm).采用鋼繩芯的輸送帶時,D=(150-200)d,式中d為鋼繩芯的直徑.

2 轉載漏斗的設計

帶式輸送機有多種卸料方式,采用頭部漏斗是最常見的方式.物料由頭部漏斗并經(jīng)過溜槽、導料槽等的轉向和緩沖,最后卸到后續(xù)的設備或輸送機上.在漏斗設計的過程中,應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,應在漏斗內部安裝耐磨緩沖格柵,以緩沖物料的沖擊.漏斗的整體尺寸應綜合考慮輸送帶的運行速度及物料流量大小等因素,盡量使物料在漏斗內部經(jīng)過2~3次折返后落入下游輸送帶.溜槽一般設計成靴形,在臨近下游輸送帶時,對于物料以相應的緩沖,給予物料一個水平方向移動的初速度,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.若需要通過轉載漏斗改變物料的運輸方向,即上下游輸送機的運行方向不在同一條直線上時,應在漏斗內部的來料方向上設置可調節(jié)角度的擋料裝置,用來調整物料的下落方向,使上游來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.漏斗內部應盡量光滑并安裝容易更換的耐磨襯板,使漏斗內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.襯板應可靠固定,以免運行時掉落損傷下游輸送帶.為了使物料對輸送帶的沖擊力得到減小,需要將緩沖托輥組設置在裝載點的位置.在安裝給料漏斗時,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 導料槽的設計

根據(jù)物料的流量和輸送帶的寬度,導料槽應在垂直方向上盡量增大,以加大通過能力,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).無論輸送帶上有無物料,導料槽兩側的擋板都不能與輸送帶接觸(這里應將輸送帶跑偏的因素考慮在內),導料槽下部用來密封的柔性擋板(裙板)磨損后應當可以方便地進行調整和更換.另外需要注意的是,設計導料槽時應盡量使整個裝卸系統(tǒng)中所有的裙板尺寸一致或相近.在增大導料槽擋板的下緣與輸送帶之間的縫隙時,不僅需要對其進行均勻的增大,而且還要順著輸送帶運行的方向進行,這樣不僅可以將處于擋板下面的物料給帶出來,而且還可以使輸送帶遭到劃傷的概率得到降低.同時,裙板在安裝和調整時應在保證密封的前提下盡量減小對輸送帶的預緊力,降低輸送帶的磨損.

4 承載托輥架的成槽角

輸送機承載面通常采用三節(jié)托輥組成的槽形托輥組(超寬的輸送機可能采用兩個中輥,總共四個托輥組成槽形,但在總體上也是三段式結構).槽角指的是側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,在單位時間內,允許承載的物料流量會隨著夾角數(shù)值的增大而變大.輸送機在沒有承載物料時,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存在間隙,并緊貼于側托輥,并產(chǎn)生摩擦,由此磨損了輸送帶兩側的邊緣.輸送帶在承載較重的物料時,由于輸送帶在側托輥與中托輥的拐角處承受的彎折應力很大,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,在對托輥架的成槽角進行設計時,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°.對于成槽性較好的輸送帶來說,成槽角可增大到35°.

5 過渡段及凸弧段的距離

過渡段一般指的就是輸送機頭、尾滾筒與相鄰第一組承載托輥架三者之間的距離.在過渡段內,輸送帶處于兩種變換狀態(tài),一種是槽形轉換為平行,一種是平行轉換為槽形.輸送帶在經(jīng)過過渡段時,其兩側的邊緣由于被拉伸而產(chǎn)生相應的拉應力,而且當過渡段的長度越大時,相對應的產(chǎn)生的拉應力的數(shù)值越小,由此摩擦和損壞了輸送帶的兩側邊緣及側托輥,這個磨損比正常磨損要大得多,會產(chǎn)生輸送帶的疲勞.為了確保輸送帶邊緣局部的伸長率在其使用伸長率的范圍之內,在對過渡段進行設計時,其長度的數(shù)值不能偏小.根據(jù)對實際生產(chǎn)的調查,過渡段的設計長度一般為托輥間距離的1.3倍,其實際值不但與輸送帶的結構屬性(纖維芯或鋼繩芯)、帶速有關,而且還與輸送帶的帶寬、槽角相關.當過渡段的實際長度值遠遠的超過了承載托輥之間的距離,應該將過渡托輥組安裝在在滾筒與第一組承載托輥架之間,但是對于其組成部分成槽角來說,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.

相對于過渡段來說,凸弧段存在著不同,輸送帶經(jīng)過這一位置時,其兩側邊緣也存在著很大的拉應力,故凸弧段的半徑也不應設計過小,以減小輸送帶邊緣的拉伸疲勞,降低這種附加拉應力的破壞,避免輸送帶和托輥的過早損壞.一般來說,凸弧段的半徑應不小于75~85B,式中B指輸送帶的寬度.

6 清掃器的設計安裝

由于滾筒或回程托輥上會積聚很多的黏結物,而且這些黏結物都存在于輸送帶的表面之上,會導致輸送帶出現(xiàn)跑偏的現(xiàn)象.此外,托輥由于脫落的黏結物,其表面的形狀會變成橢圓形,在托輥高速旋轉的狀態(tài)下,輸送帶在垂直方向會產(chǎn)生振動,這些物料積聚量大時甚至能夠阻礙回程托輥或滾筒的正常運轉,所以要在頭部改向滾筒的下方設置清掃器等清掃裝置.清掃器屬于被動清掃裝置,無論有無物料,清掃器始終與輸送帶保持摩擦.一定意義上說,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,國內比較先進的清掃器刀頭一般采用聚氨酯材料,還可以根據(jù)物料性質采取自動高壓沖水式清掃裝置等先進的清掃器,以降低輸送帶的磨損.另外,清掃裝置在實際使用中還應根據(jù)實際情況合理布置,適當調整清理刀頭對輸送帶的預緊力.

7 保護用傳感器的使用

輸送帶在實際應用中常見的異常有跑偏、堵塞、打滑、撕裂等現(xiàn)象.應當在設計時充分考慮,在整個輸送機系統(tǒng)中安裝多種保護性傳感器,在輸送帶運轉時出現(xiàn)上述異常時能及時停機,避免輸送帶的損傷.

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

[2]郭紅星、朱敏. 機械設計基礎[M].西安:西安電子科技大學出版社,2005.

TQ336.2

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