带式输送机滚筒胶面磨损影响因素分析

苗海鹏

（山西潞安郭庄煤业公司， 山西 长治 046100）

引言

带式输送机通过滚筒与输送带之间产生的摩擦力作用实现输送带的运行，从而完成物料的定点输送。在进行物料输送的过程中，带式输送机具有高效、可靠的特点，在煤矿、港口、矿山等具有广泛的应用[1]。随着煤矿开采能力的不断增强，对带式输送机的运行速度及运载量提出了更高的要求。滚筒作为带式输送机的重要部件，在使用过程中，滚筒表面的胶面磨损会造成输送带与滚筒摩擦力的下降[2]，造成带式输送机运送能力的下降。且胶面的磨损对输送带的稳定运行造成影响，进一步加剧了输送带的磨损，影响带式输送机的使用。针对带式输送机滚筒的胶面磨损影响因素进行分析[3]，从而针对性地进行改进优化，减小胶面的磨损，提高滚筒的使用能力，保证带式输送机的稳定运行。

1 带式输送机滚筒胶面磨损机理

钢制滚筒表面的制造工艺简单，常用于改向及张紧滚筒，但钢制滚筒的摩擦系数小，只能用于小功率、小运量的带式输送机中[4]；胶质表面的摩擦系数较大，在实际的应用中胶面可以制成多种多样的花纹形式，从而适应不同的工况需求。滚筒表面进行包胶一方面用来增加摩擦力，另一方面保护内部的筒皮，但胶面在使用过程中会受到多种因素的影响导致失效[5]，造成滚筒的表面磨损并影响输送带的运行。

在带式输送机的使用过程中，造成滚筒胶面磨损的主要原因是打滑，胶面的磨损可以分为滑动磨损及磨料磨损，需对引起打滑的因素进行控制。滚筒与输送带之间的包角过小，这会引起输送带张力的增加[6]，过大的张力作用会造成设备的打滑，导致胶面的磨损；当滚筒胶面出现不均匀磨损时，滚筒表面各部分的半径不同，造成输送带运行速度的差异，从而引起局部打滑，加剧胶面的磨损[7]；带式输送机运行中热量的产生会使输送带蠕动，造成相对位移，从而引起与滚筒之间的打滑，造成胶面的磨损率增加；输送带在使用中存在水分或其他杂物时，引起摩擦力作用的不同，也会引起输送带的打滑，引起滚筒的胶面磨损。

滚筒胶面通过黏接的形式制成，在使用过程中，胶结的失效形式主要分为内聚失效、被黏接物失效、黏附失效及混合失效[8]。滚筒表面的包胶可以分为硫化及冷硫化两种工艺形式，通过胶面与筒皮之间的黏接结合在一起，滚筒胶面多发生因滚筒胶面的黏接力不足造成的失效[9]，滚筒表面脱胶的主要原因在于黏接界面的剪切应力大于黏接剂的剪切强度，造成筒体与胶面之间的破坏[10]，合理控制黏接剪切力是防止脱胶的关键，对胶面磨损的影响因素进行分析，即对影响黏接剪应力的因素进行分析。

2 带式输送机滚筒胶面磨损影响因素

对影响带式输送机滚筒胶面磨损的影响因素进行分析，采用MATLAB 建立滚筒的分析模型[11]，滚筒的直径为800 mm、宽度为950 mm，采用TIPTOP 黏接剂进行制作，黏接剂的剪切强度为26.5 MPa[12]。

2.1 黏接剂厚度对黏接剪切应力的影响作用

黏接剂的厚度是影响黏接剪切力的重要因素，对于黏接厚度的使用没有统一的标准，在其他因素不变的条件下对黏接剂厚度的影响作用进行分析。设定滚筒使用过程中的摩擦系数为0.4，包角为3.6 rad，黏接剂的弹性模量为5 GPa，胶面的弹性模量为0.007 8 GPa，采用MATLAB 对黏接剪应力进行分析，得到黏接剪应力的变化如下页图1 所示。

从图1 中可以看出，随着黏接剂厚度的增加，黏接剪应力值不断减小，这说明随着黏接厚度的增加，对黏接界面的黏接力有一定的提高，但过厚的黏接剂会造成黏接层在固化的过程中产生的收缩量较大，从而不利于胶面与滚筒筒皮质检的有效黏接，造成黏接剪应力的下降。黏接剂的厚度增加时，制成胶面的成本也会增加，不利于滚筒的生产。依据TIPTOP 黏接剂的使用，在保证不开胶时的黏接厚度需大于2 mm，在进行包胶的过程中，黏接剂的厚度应大于2 mm，以2.5 mm 的厚度为最佳。

图1 黏接剪切应力随粘接剂厚度的变化曲线

2.2 滚筒包角对黏接剪切应力的影响作用

滚筒的包角大小对滚筒所受到的摩擦力具有直接的影响作用，包角越大时，则滚筒的摩擦力越大，但包角的范围不能无限增加，分析包角对黏接剪切应力的影响作用对带式输送机的设计具有重要的使用意义。

图2 中所示为黏接剪切应力随包角变化的曲线，从图2 中可以看出，黏接剪切应力随包角的增加而呈增加的趋势，增加滚筒的包角有利于提高滚筒的摩擦力，为保证滚筒表面不脱胶，则对于包角的值应控制在4 rad 之内，从而保证黏接剪切应力小于黏接剂的剪切强度。

图2 黏接剪切应力随包角的变化曲线

包角的大小对输送带分离点的张力具有直接的影响，分离点的张力作用直接影响滚筒受到的应力作用，对包角及分离点张力的共同作用进行分析，得到黏接层的剪切应力在两种因素共同作用下的变化如图3所示。从图3 中可以看出，包角及分离点张力对剪应力的影响均呈线性增加的趋势，为保证黏接层的使用，应选择包角小于4 rad，分离点张力小于100 kN。

图3 黏接剪切应力随包角及分离点张力的变化

2.3 滚筒与输送带的摩擦系数对黏接剪切应力的影响作用

带式输送机在井下的工作环境复杂，在不同工况下或有粉尘、水分等夹杂时，会造成滚筒与输送带之间的摩擦系数发生变化，从而对黏接层的剪应力产生影响。对滚筒与输送带之间的摩擦系数对剪切应力的影响进行分析，得到如图4 所示的黏接层剪切应力的变化曲线。从图4 中可以看出，随着摩擦系数的增加，黏接层的剪切应力呈曲线增加的趋势，在实际进行应用的过程中，应控制滚筒与输送带之间的摩擦系数在0.55 之内，从而对避免滚筒胶面的破坏。

图4 黏接剪切应力随摩擦系数的变化曲线

3 结语

带式输送机的筒体表面进行包胶可以增加滚筒与输送带之间的摩擦力，从而提高带式输送机的工作能力。采用硫化的形式进行筒体的包胶，当黏接层受到的剪切应力大于黏接剂的剪切强度时，过大的剪切应力会造成筒体的脱胶，引起滚筒的失效。针对引起滚筒脱胶破坏的影响因素采用数值仿真的形式进行分析，结果表明，为避免滚筒胶面的磨损，最佳的设计参数应控制黏接剂的厚度为2.5 mm，滚筒的包角为4 rad，分离点的张力为100 kN，输送带与滚筒之间的摩擦系数为0.6。由此，可最大化发挥带式输送机的能力，并避免滚筒胶面的磨损，保证带式输送机的稳定运行。