浅析影响输送带使用寿命的设计因素

庄辛喆

(青岛港前港公司,山东 青岛 266042)

浅析影响输送带使用寿命的设计因素

庄辛喆

(青岛港前港公司,山东 青岛 266042)

列举了典型的几种在输送机设计阶段应注意的影响输送带使用寿命的因素,通过分析和研究,制定相应的应对措施,以降低输送带的疲劳和磨损,延长其使用寿命.

输送带;使用寿命;设计因素

带式输送机具有结构简单、造价低廉、运输效率高、可以实现不同距离运送物料的要求等特点.目前正朝着高速、大规模、超长距离的方向发展,是生产工程中常用的一种连续输送机构,被广泛应用于港口、矿山、电力、冶金等行业.输送带是整个带式输送机系统的重要组成部分,所占成本的比例很大(约占整机成本的40%以上).输送带本身属于消耗品,依靠摩擦力驱动,时刻处于不断的磨损中,而且相对于输送机的其他部件来说,输送带属于脆弱的柔性部件,是最容易受损的.所以,分析和研究影响输送带使用寿命的设计因素,制定相应的应对措施,有很大的实际意义.

1 输送机的滚筒选用

输送带是紧密卷绕在若干滚筒上的环状结构.滚筒的作用是支撑、张紧整个输送带系统,并且为输送带传递连续的摩擦力,使之运转.输送带绕过滚筒时会产生弯曲应力,输送带接头部位在这种弯曲应力的作用下有剥离的趋势.这种弯曲应力还会造成输送带芯层的疲劳(对于钢绳芯的输送带尤其明显).滚筒的直径与弯曲应力的关系是互成反比的,即滚筒直径越小,弯曲应力越大.显然增大滚筒直径对减少弯曲应力是有利的.但在实际设计应用中我们发现,当滚筒直径到达一定的数值后,滚筒的直径虽然在继续的增大,但是弯曲应力数值减小的程度越来越小,趋于不明显的状态,同时还增大了设备的体积,还会因为滚筒的自重变大而使整个系统的驱动力要求变大.因此,为保证输送带运转时的弯曲应力不致过大,又要综合考虑整机体积的因素,应对滚筒最小的直径数值进行限制.在对滚筒的直径D进行选择时,应该遵守的原则为:如果将机械接头作为多层芯输送带的接头方式,那么D应该大于或等于100i(mm),其中i表示输送带带芯的帆布层数.如果将硫化接头作为多层芯输送带的接头方式,因为其搭建的形状为阶梯形,对两种接头方式施加相同的弯曲应力,两者剥离的趋势较机械接头明显,故此时D≥125i(mm).采用钢绳芯的输送带时,D=(150-200)d,式中d为钢绳芯的直径.

2 转载漏斗的设计

带式输送机有多种卸料方式,采用头部漏斗是最常见的方式.物料由头部漏斗并经过溜槽、导料槽等的转向和缓冲,最后卸到后续的设备或输送机上.在漏斗设计的过程中,应尽量减小漏斗的垂直距离,以减小物料的落差.若在落差较大的位置布置漏斗,应在漏斗内部安装耐磨缓冲格栅,以缓冲物料的冲击.漏斗的整体尺寸应综合考虑输送带的运行速度及物料流量大小等因素,尽量使物料在漏斗内部经过2~3次折返后落入下游输送带.溜槽一般设计成靴形,在临近下游输送带时,对于物料以相应的缓冲,给予物料一个水平方向移动的初速度,尽量使物料给到下游输送带上的速度大小和方向与带速近似一致,以减少输送带的磨损.若需要通过转载漏斗改变物料的运输方向,即上下游输送机的运行方向不在同一条直线上时,应在漏斗内部的来料方向上设置可调节角度的挡料装置,用来调整物料的下落方向,使上游来料以正确的角度均匀地落到下游输送带的中心附近,避免下游输送带的跑偏.漏斗内部应尽量光滑并安装容易更换的耐磨衬板,使漏斗内部的物料形成自由的连续物流,不允许有物料堆积和撒料现象.衬板应可靠固定,以免运行时掉落损伤下游输送带.为了使物料对输送带的冲击力得到减小,需要将缓冲托辊组设置在装载点的位置.在安装给料漏斗时,必须要确保其漏出的物料不能散落在任何一组缓冲托辊上,而是处于两组缓冲托辊组之间.

3 导料槽的设计

根据物料的流量和输送带的宽度,导料槽应在垂直方向上尽量增大,以加大通过能力,避免物料中的杂物或较大块物料在此卡住,损伤下游输送带(这是绝大部分输送带纵向撕裂的主要原因).无论输送带上有无物料,导料槽两侧的挡板都不能与输送带接触(这里应将输送带跑偏的因素考虑在内),导料槽下部用来密封的柔性挡板(裙板)磨损后应当可以方便地进行调整和更换.另外需要注意的是,设计导料槽时应尽量使整个装卸系统中所有的裙板尺寸一致或相近.在增大导料槽挡板的下缘与输送带之间的缝隙时,不仅需要对其进行均匀的增大,而且还要顺着输送带运行的方向进行,这样不仅可以将处于挡板下面的物料给带出来,而且还可以使输送带遭到划伤的概率得到降低.同时,裙板在安装和调整时应在保证密封的前提下尽量减小对输送带的预紧力,降低输送带的磨损.

4 承载托辊架的成槽角

输送机承载面通常采用三节托辊组成的槽形托辊组(超宽的输送机可能采用两个中辊,总共四个托辊组成槽形,但在总体上也是三段式结构).槽角指的是侧面的托辊与和托辊架底部托辊形成的夹角,在槽角处于0°和90°之间时,在单位时间内,允许承载的物料流量会随着夹角数值的增大而变大.输送机在没有承载物料时,如果输送带自身的成槽能力已经不能满足所成的槽角,输送带与中托辊之间就会存在间隙,并紧贴于侧托辊,并产生摩擦,由此磨损了输送带两侧的边缘.输送带在承载较重的物料时,由于输送带在侧托辊与中托辊的拐角处承受的弯折应力很大,造成输送带在纵向上产生弯折疲劳的状态,加速了其磨损的程度.所以,为了避免上述两种情况的发生,在对托辊架的成槽角进行设计时,其数值要与输送带的成槽能力相同.通常托辊架的成槽角取为30°.对于成槽性较好的输送带来说,成槽角可增大到35°.

5 过渡段及凸弧段的距离

过渡段一般指的就是输送机头、尾滚筒与相邻第一组承载托辊架三者之间的距离.在过渡段内,输送带处于两种变换状态,一种是槽形转换为平行,一种是平行转换为槽形.输送带在经过过渡段时,其两侧的边缘由于被拉伸而产生相应的拉应力,而且当过渡段的长度越大时,相对应的产生的拉应力的数值越小,由此摩擦和损坏了输送带的两侧边缘及侧托辊,这个磨损比正常磨损要大得多,会产生输送带的疲劳.为了确保输送带边缘局部的伸长率在其使用伸长率的范围之内,在对过渡段进行设计时,其长度的数值不能偏小.根据对实际生产的调查,过渡段的设计长度一般为托辊间距离的1.3倍,其实际值不但与输送带的结构属性(纤维芯或钢绳芯)、带速有关,而且还与输送带的带宽、槽角相关.当过渡段的实际长度值远远的超过了承载托辊之间的距离,应该将过渡托辊组安装在在滚筒与第一组承载托辊架之间,但是对于其组成部分成槽角来说,其数值必须要变小,使出现带垂、撒料的现象得到有效的避免.

相对于过渡段来说,凸弧段存在着不同,输送带经过这一位置时,其两侧边缘也存在着很大的拉应力,故凸弧段的半径也不应设计过小,以减小输送带边缘的拉伸疲劳,降低这种附加拉应力的破坏,避免输送带和托辊的过早损坏.一般来说,凸弧段的半径应不小于75~85B,式中B指输送带的宽度.

6 清扫器的设计安装

由于滚筒或回程托辊上会积聚很多的黏结物,而且这些黏结物都存在于输送带的表面之上,会导致输送带出现跑偏的现象.此外,托辊由于脱落的黏结物,其表面的形状会变成椭圆形,在托辊高速旋转的状态下,输送带在垂直方向会产生振动,这些物料积聚量大时甚至能够阻碍回程托辊或滚筒的正常运转,所以要在头部改向滚筒的下方设置清扫器等清扫装置.清扫器属于被动清扫装置,无论有无物料,清扫器始终与输送带保持摩擦.一定意义上说,清扫器的清扫效果与输送带的使用寿命是相互矛盾的.目前,国内比较先进的清扫器刀头一般采用聚氨酯材料,还可以根据物料性质采取自动高压冲水式清扫装置等先进的清扫器,以降低输送带的磨损.另外,清扫装置在实际使用中还应根据实际情况合理布置,适当调整清理刀头对输送带的预紧力.

7 保护用传感器的使用

输送带在实际应用中常见的异常有跑偏、堵塞、打滑、撕裂等现象.应当在设计时充分考虑,在整个输送机系统中安装多种保护性传感器,在输送带运转时出现上述异常时能及时停机,避免输送带的损伤.

[1]杨复兴. 输送带输送原理与计算[M].北京煤炭工业出版社,1983.

[2]郭红星、朱敏. 机械设计基础[M].西安:西安电子科技大学出版社,2005.

TQ336.2

A

1671-0711(2017)11(上)-0120-02