新型高科技滾筒包膠材料

范家慶

摘 要：神華天津煤炭碼頭有限責(zé)任公司裝船機(jī)懸皮，BM皮帶機(jī)在霜、霧、雨、雪等濕度大的天氣條件下，很容易產(chǎn)生打滑故障，從而使得現(xiàn)場生產(chǎn)作業(yè)效率大大降低，公司生產(chǎn)運(yùn)營收到了很大的影響，該文主要針對同類港口出現(xiàn)的該共性問題提出了解決方案及實(shí)施成果介紹，有較大的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)推廣意義。

關(guān)鍵詞：BM皮帶機(jī) 裝船機(jī)陶瓷膠板 解決方案

中圖分類號：TD528.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（b）-00-02

1 研究與應(yīng)用對象

神華天津煤炭碼頭有限責(zé)任公司一期工程年吞吐量為4500萬t，配備3條取裝作業(yè)線，碼頭配置3條BM皮帶機(jī)和三臺可移動(dòng)伸縮式裝船機(jī)。煤炭通過取料機(jī)將物料取到BQ皮帶上，通過各各轉(zhuǎn)接塔，最終將物料通過裝船機(jī)尾車轉(zhuǎn)接到裝船機(jī)溜筒處完成裝船作業(yè)。其中，BM1水平長度約

580 m，BM2水平長度約830 m，BM3水平長度約870 m。其中，BM1、BM2皮帶機(jī)在雨、霧、霜、雪等濕度較大的天氣條件下，以及在作業(yè)量稍大的情況下，很容易頻繁發(fā)生打滑現(xiàn)象，導(dǎo)致皮帶機(jī)啟動(dòng)不起來，不能滿足作業(yè)現(xiàn)場的要求，大大降低了取裝線的作業(yè)效率，嚴(yán)重影響著公司的生產(chǎn)運(yùn)營。三臺裝船機(jī)懸臂皮帶尾部驅(qū)動(dòng)滾筒在俯仰作業(yè)情況下也容易出現(xiàn)該類故障。皮帶機(jī)的頻繁打滑，衍生了流程設(shè)備的其他故障，以及堵料和灑漏煤。同時(shí)，頻繁的重載啟停也加速了滾筒和膠帶磨損，增加了能耗，導(dǎo)致公司的生產(chǎn)效率降低，生產(chǎn)運(yùn)營成本和維修成本升高。

2 故障原因的研究與分析

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研、分析，我們發(fā)現(xiàn)造成BM皮帶機(jī)以及裝船機(jī)懸臂皮帶機(jī)頻繁打滑現(xiàn)象的原因主要是由于：皮帶機(jī)運(yùn)行3年后，驅(qū)動(dòng)滾筒包膠表面發(fā)生碳化，在雨、霧天氣的情況下，滾筒包膠表面與皮帶表面的摩擦力減小，當(dāng)皮帶機(jī)啟動(dòng)或者作業(yè)量稍大時(shí)滾筒不能帶動(dòng)皮帶按照正常速度運(yùn)行，皮帶與滾筒包膠表面產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生皮帶打滑，導(dǎo)致對應(yīng)的皮帶不能正常啟動(dòng)作業(yè)。

最大牽引力（驅(qū)動(dòng)滾筒處所產(chǎn)生的）：F=S0（eμα-1）F-驅(qū)動(dòng)滾筒處膠帶的摩擦力S0-膠帶在驅(qū)動(dòng)滾筒繞出點(diǎn)的張力μ-驅(qū)動(dòng)滾筒包膠與皮帶之間的摩擦系數(shù)α-驅(qū)動(dòng)滾筒上的皮帶包角；根據(jù)以上分析，我們可以清晰地了解到，三種提高摩擦力F的途徑：

（1）增加驅(qū)動(dòng)滾筒處的膠帶的張力S0，從而大大提高BM皮帶機(jī)的張緊力。目前BM皮帶機(jī)以及裝船機(jī)懸臂皮帶及的張緊方式為液壓拉緊的形式，即當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)需要足夠大的張緊力時(shí)，該張緊液壓系統(tǒng)啟動(dòng)，當(dāng)張緊力足夠大時(shí)，則液壓系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉、鎖定，保證系統(tǒng)壓力的平衡。BM皮帶機(jī)張緊液壓系統(tǒng)的額定壓力為16 MPa，由于以往打滑故障，所以我們將系統(tǒng)額定壓力增加到18 MPa左右；裝船機(jī)懸臂皮帶機(jī)張緊液壓系統(tǒng)額定壓力為60 bar，由于以往打滑故障，所以我們將系統(tǒng)額定壓力增加到80 bar左右。兩套張緊液壓系統(tǒng)的額定壓力值均已經(jīng)達(dá)到了極限數(shù)值，在運(yùn)行過程中，也曾經(jīng)出現(xiàn)過液壓系統(tǒng)元器件由于壓力過高導(dǎo)致故障頻發(fā)等問題，在此種情況下還未能解決相關(guān)設(shè)備皮帶的打滑問題。嚴(yán)重導(dǎo)致了設(shè)備的不安全、不穩(wěn)定因素，所以不建議采用此方案。（2）增大滾筒膠面與皮帶之間的包角α，能夠有效地提高滾筒包膠表面與皮帶之間的摩擦系數(shù)，從而增加它們之間的摩擦力。通常的方式是改變改向滾筒的位置，增加滾筒包膠表面與皮帶之間的接觸面積，從而大大地提升它們之間的摩擦系數(shù)和摩擦力。但是，由于現(xiàn)場皮帶機(jī)驅(qū)動(dòng)站的結(jié)構(gòu)布置緊湊，改向滾筒調(diào)整位置的空間非常有限，過大的調(diào)整會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)站鋼結(jié)構(gòu)皮與帶機(jī)的干擾，對皮帶機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生更大的影響，所以不建議采用此方案。（3）通過優(yōu)化改變皮帶機(jī)滾筒包膠的材質(zhì)，來有效地提升驅(qū)動(dòng)滾筒包膠表面與皮帶機(jī)之間的摩擦系數(shù)μ，從而大大提高它們之間的摩擦力。該方案已經(jīng)在國外先進(jìn)的皮帶機(jī)輸送設(shè)備中得到應(yīng)用。因此，優(yōu)化改變皮帶機(jī)滾筒包膠的材質(zhì)是解決BM皮帶機(jī)，裝船機(jī)懸臂皮帶機(jī)打滑問題的關(guān)鍵途徑。

3 研究解決方案

（1）以往皮帶機(jī)滾筒的包膠采用傳統(tǒng)的鑄膠方式，即熱硫化包膠。熱硫化包膠的工藝是在滾筒組裝前或在滾筒全部拆卸完畢，利用車床將皮帶機(jī)滾筒筒皮削約2～3 mm深的螺紋溝槽，涂刷粘接劑，然后將待包膠壓實(shí)在滾筒筒皮上，將整體滾筒放入硫化蒸汽爐，要求加熱至180℃進(jìn)行恒溫，出爐完成熱硫化。然后才可以組裝軸、緊定套、軸承座等。滾筒熱硫化包膠有其局限性：在熱硫化條件下加工的滾筒包膠由于硫化壓強(qiáng)低（6～8 kg/m），硫含量偏高而耐磨性能差，使用中易老化，熱包膠的滾筒使用不久后硬度即達(dá)到82 SHOREA（硅膠硬度），對輸送帶的附著力低，且清潔功能差。傳統(tǒng)熱硫化包膠工藝與金屬滾筒粘接力約為3～10 N/mm，橡膠密實(shí)度低，耐磨性能差，與膠帶附著力、摩擦力小，容易出現(xiàn)潮濕天氣皮帶打滑問題，加劇膠帶的拉伸應(yīng)力和老化速度，容易引起物料粘接。從實(shí)際應(yīng)用角度看，傳統(tǒng)熱硫化包膠在夏季由于皮帶工作面煤塵堆積在滾筒處，導(dǎo)致滾筒包膠磨損加劇，嚴(yán)重時(shí)磨損露出筒皮，產(chǎn)生噪音對膠帶造成傷害，降低了系統(tǒng)摩擦力，造成打滑現(xiàn)象的產(chǎn)生。在冬季，傳統(tǒng)熱硫化包膠處容易積聚大量冰晶造成結(jié)冰，直接導(dǎo)致皮帶運(yùn)行中滾筒跳動(dòng)，這樣給皮帶機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行帶來了其他衍生問題。

（2）目前國際上先進(jìn)的滾筒包膠工藝為冷粘包膠方式，即冷硫化包膠工藝。其要求滾筒表面平整，將滾筒筒皮用角磨機(jī)除銹處理，涂刷膠板廠家生產(chǎn)的特殊粘接劑后，將軋制成型的膠板直接粘接在滾筒表面。冷硫化包膠與金屬滾筒粘接力

12 N/mm；硫化時(shí)壓強(qiáng)50 kg/cm2；橡膠密實(shí)度高，耐磨性能好；使用壽命是傳統(tǒng)工藝的數(shù)倍，摩擦系數(shù)高，減低膠帶應(yīng)力；橡膠彈性佳，防粘附性能好。冷粘包膠適用于現(xiàn)場的滾筒包膠場合，無需拆卸滾筒及其附屬配件，適合現(xiàn)場生產(chǎn)，占地面積和使用設(shè)備少，有效的減少了加工生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)投入。冷粘包膠工藝詳細(xì)介紹如下：

1）、表面處理：（1）由于在金屬表面有許多的污垢、灰塵、油脂、水、銹及其它有機(jī)或無機(jī)污染物，影響膠粘劑的濕潤。因此為了提高粘接強(qiáng)度，用機(jī)械、物理、化學(xué)等方法清潔、粗糙、活化被粘物表面，改變表面性質(zhì)，以利于膠粘劑的良好浸潤，牢固粘接，而且能夠提高接頭的耐久性和使用壽命。經(jīng)過表面處理，能使金屬表面變成一種具有高表面能、高活性和高有效面積的被粘表面。（2）常用的表面處理方法主要有：脫脂處理、機(jī)械處理和化學(xué)處理、選擇表面處理方法應(yīng)考慮以下幾方面。

①滾筒表面和面料的種類；②污染物的種類，如動(dòng)物油、植物油、礦物油、潤滑油、塵土、水分、鐵銹等以及污染程度；③污染物的物理特性，如污染程度、緊密或疏松程度；④工作環(huán)境和條件。（3）用機(jī)械打磨、噴砂處理的方法清除表面不利于膠接的有機(jī)或無機(jī)物，給表面提供適當(dāng)?shù)拇植诙龋黾佑行д辰用娣e，改善膠粘劑對被粘物表面的浸潤性，改善粘附性能。（4）通常，金屬面滾筒的表面處理，可采用鋼絲刷，砂輪機(jī)或砂紙等刷去表面松散的氧化層，也可采用化學(xué)處理方法進(jìn)行處理。若滾筒或面料粘接面是橡膠，可采用手提式砂輪機(jī)或鋼絲刷打毛處理。若面料粘接面是織物時(shí)，應(yīng)采用手提式電動(dòng)鋼絲輪機(jī)打毛。（5）打毛處理后的表面，均使用清洗劑（如丙酮、無水乙醇、三氯乙烯）清除表面污物。清洗后一定要有必要的晾干時(shí)間，否則由于溶劑殘留在粘膠面上而影響粘接強(qiáng)度。（6）然后用毛刷在在處理好的表面上，均勻地迅速涂上一層PR-200金屬底漆，以防止再次污染，延長已處理好金屬的存放期，而且還有利于膠粘劑對表面的濕潤，改進(jìn)其膠接強(qiáng)度和耐久性能。晾置60分鐘使之干燥充分。

2）、混合膠液：（1）將瓶中的UR-R20固化劑倒入裝有SC2000粘合劑的鐵桶中充分混合攪拌均勻。（2）根據(jù)實(shí)際需要，可各取膠和固化劑的一部分按照重量比100：4比例在其他容器中混合使用。（3）配制膠液必須即配即用，應(yīng)在適用期2時(shí)內(nèi)用完，即從混合到用完應(yīng)控制在2時(shí)內(nèi)。不可久放。

3）、涂膠：（1）用短而硬的毛刷在涂有PR200并充分干燥的金屬表面沿一個(gè)方向均勻地涂刷膠液一次，膠層要均勻，不要太厚。并使其完全干透至不粘附手指背面而有粘力感時(shí)再刷下次膠。（不少于30 min）（2）在頭遍膠完全干透后才進(jìn)行下遍涂膠，即在金屬表面涂上第二遍SC2000粘合劑，CN膠板涂刷第一遍粘合劑。（3）由于被粘物表面容易吸附空氣，為了防止包裹空氣而使膠層產(chǎn)生氣泡或氣孔，涂膠應(yīng)朝一個(gè)方向移動(dòng)。涂膠速度不能太快，以利于空氣的排出。涂膠的遍數(shù)一般金屬為2遍，CN橡膠為一遍，一定要在頭遍膠完全干透后才進(jìn)行下遍涂膠，不可操之過急。

4）、干燥：溶劑型膠粘劑涂膠后有晾置過程，晾置的主要目的使溶劑揮發(fā)，粘度增大，促進(jìn)化學(xué)結(jié)晶反應(yīng)。晾置時(shí)間不能過長也不能太短，每次涂膠后應(yīng)干燥至不粘手時(shí)再涂下次膠液，晾置的環(huán)境應(yīng)通風(fēng)良好、清潔、干凈、空氣干燥。（1）本品為化學(xué)產(chǎn)品，操作時(shí)遠(yuǎn)離火源。（2）在低溫、潮濕的環(huán)境中粘接，可以采取烘烤干燥的方法和措施。

5）、粘合：（1）待第二次涂膠后微粘附手指背時(shí)，將橡膠板對準(zhǔn)覆貼在輸送機(jī)傳動(dòng)滾筒金屬表面上，用壓實(shí)滾輪壓實(shí)排氣，最后用手捶從中間向四周密實(shí)地敲打2～3遍即可。（2）要一次對準(zhǔn)位置，不可來回錯(cuò)動(dòng)，粘合后適當(dāng)加壓（錘壓或滾壓），以遷出空氣，密實(shí)膠層。粘合后以擠出微小膠圈為好，表示不缺膠，如果發(fā)現(xiàn)縫隙或缺膠應(yīng)補(bǔ)填滿。

6）、固化：此過程是獲得良好粘接性能的關(guān)鍵過程，唯有完全固化，強(qiáng)度才會(huì)最大。為了獲得良好的強(qiáng)度，固化過程在適當(dāng)?shù)臈l件下進(jìn)行，固化條件包括溫度、時(shí)間、壓力。

7）、封口：為獲得最佳的粘接效果，耐磨橡膠襯板間的接口縫用橡膠修補(bǔ)劑進(jìn)行封口處理。

8）、注意事項(xiàng)：（1）、操作時(shí)，應(yīng)切斷電源，以免發(fā)生機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)造成事故，若需調(diào)動(dòng)滾筒，可人工轉(zhuǎn)動(dòng)減速機(jī)的轉(zhuǎn)輪。（2）、產(chǎn)品含有有機(jī)溶劑，低毒，易燃，使用時(shí)工作場所注意防火，應(yīng)保持良好的通風(fēng)環(huán)境，避免吸入溶劑中毒。切記不得有明火存在，烘烤時(shí)應(yīng)保持50 cm以上的距離。（3）、金屬底漆對水敏感，應(yīng)注意保存。（4）、為了提高粘合性能，可以采用提高粘合溫度、增加粘合壓力的方法 。在低溫或潮濕的環(huán)境中，必須烘烤膠膜，并應(yīng)延長靜置固化的時(shí)間，時(shí)間越長，粘接強(qiáng)度越高。（5）、膠液勿與水接觸，被粘皮帶一定要保持充分干燥，否則會(huì)影響固化程度及粘接強(qiáng)度，勿在溫度小于10 ℃或濕度大于90%的環(huán)境下使用本粘合劑。9）、材料選用：冷粘用膠板分為：UNI -60（REMA LINE 60 經(jīng)濟(jì)型）、高耐磨材料（RemaGrip 70），RemaGrip 70/CN-SL，包膠陶瓷材料（RemaGrip CK-X）滾筒包膠厚度選用滾筒直徑包膠厚度直徑：＜320 mm 選用厚度：8 mm 直徑：320～800 mm 選用厚度：8～10 mm 直徑：＞800mm 選用厚度：10～15 mm 為增大滾筒包膠與皮帶之間的摩擦系數(shù)，建議采用滾筒包膠材質(zhì)為冷粘陶瓷膠板。普通熱硫化包膠的摩擦系數(shù)為：干式，0.40～0.45 濕式，0.33～0.38；陶瓷冷粘包膠滾筒的摩擦系數(shù)為：干式，0.75～0.85濕式，0.50～0.80；包膠使用壽命：普通熱硫化包膠：4年，陶瓷冷粘包膠滾筒：10年；包膠施工工藝：普通熱硫化包膠：回廠熱硫化包膠，陶瓷冷粘包膠滾筒：現(xiàn)場松張緊后，冷硫化包膠，無需拆裝滾筒。工期：普通熱硫化包膠：7 d，陶瓷冷粘包膠滾筒：5 d。

4 改造情況及使用效果介紹：

（1）BM皮帶機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒的改造及使用情況：1）、首先將原BM皮帶的張緊松開，在驅(qū)動(dòng)滾筒的上改向處把皮帶夾起，使待包膠改造的驅(qū)動(dòng)滾筒有足夠的空間進(jìn)行人工操作。2）、為防止風(fēng)沙或粉塵進(jìn)入工作面，需在待包驅(qū)動(dòng)滾筒的周邊做好防護(hù)措施。3）、利用專用工具，將原驅(qū)動(dòng)滾筒的筒皮進(jìn)行剔除，并對筒皮進(jìn)行打磨直至露出筒皮本色。4）、將特種粘結(jié)劑涂抹在滾筒筒皮表面一層，待風(fēng)干后再涂抹第二層特種粘結(jié)劑。5）、將已經(jīng)裁好的陶瓷耐磨膠版對齊進(jìn)行冷粘。6）、待各膠版冷粘完畢后，利用T2膠槍，將各膠版的接口以及邊緣進(jìn)行封口處理，以免水、粉塵進(jìn)入影響陶瓷包膠的使用壽命。

原BM皮帶機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒由于經(jīng)常打滑，已經(jīng)將皮帶機(jī)系統(tǒng)的張緊力調(diào)整到16 MPa，已經(jīng)超出了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力，并出現(xiàn)過壓力過高故障；經(jīng)過改造后的陶瓷包膠驅(qū)動(dòng)滾筒摩擦力大大提升，可以有效地降低皮帶機(jī)系統(tǒng)所需的系統(tǒng)壓力，目前正常使用狀態(tài)下的系統(tǒng)壓力僅為13 MPa。

（2）裝船機(jī)懸臂皮帶驅(qū)動(dòng)滾筒的改造及使用情況：1）、松開裝船機(jī)懸臂皮帶的張緊。2）、為防止風(fēng)沙或粉塵進(jìn)入工作面，需在待包驅(qū)動(dòng)滾筒的周邊做好防護(hù)措施。3）、利用專用工具，將原驅(qū)動(dòng)滾筒的筒皮進(jìn)行剔除，并對筒皮進(jìn)行打磨直至露出筒皮本色。4）、將特種粘結(jié)劑涂抹在滾筒筒皮表面一層，待風(fēng)干后再涂抹第二層特種粘結(jié)劑。5）、將已經(jīng)裁好的陶瓷耐磨膠版對齊進(jìn)行冷粘。6）、待各膠版冷粘完畢后，利用T2膠槍，將各膠版的接口以及邊緣進(jìn)行封口處理，以免水、粉塵進(jìn)入影響陶瓷包膠的使用壽命。

2010年，我們對1號裝船機(jī)的懸皮皮帶驅(qū)動(dòng)滾筒進(jìn)行了陶瓷包膠改造，改造前的原裝船機(jī)懸皮皮帶驅(qū)動(dòng)滾筒由于經(jīng)常打滑，已經(jīng)將皮帶機(jī)系統(tǒng)的張緊力調(diào)整到85 bar，已經(jīng)超出了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力；經(jīng)過改造后的陶瓷包膠驅(qū)動(dòng)滾筒摩擦力大大提升，可以有效地降低裝船機(jī)懸臂皮帶系統(tǒng)所需的系統(tǒng)壓力，目前正常使用狀態(tài)下的系統(tǒng)壓力僅為60 bar。

總之，通過對BM皮帶機(jī)以及裝船機(jī)懸臂皮帶驅(qū)動(dòng)滾筒包膠的改造，從根本上解決了BM皮帶機(jī)以及裝船機(jī)懸臂皮帶機(jī)的打滑問題，杜絕了由于皮帶打滑導(dǎo)致的頻繁啟停而出現(xiàn)的其他設(shè)備衍生故障，大大地提高了取裝線的作業(yè)效率，減少了流程中由于打滑跑偏產(chǎn)生的灑漏煤現(xiàn)象，降低了皮帶機(jī)的運(yùn)營成本。同時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)陶瓷包膠滾筒可以有效地降低皮帶的張緊液壓系統(tǒng)的額定系統(tǒng)壓力，改善了系統(tǒng)的受力和穩(wěn)定性，減少了滾筒表面與皮帶的磨損，提升了皮帶的運(yùn)載能力，為皮帶機(jī)系統(tǒng)的安全正常運(yùn)行提供了有效的保障，具有較大的社會(huì)推廣意義。

參考文獻(xiàn)

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[3] 科技傳播.