同步皮帶傳動(dòng)故障分析及改造

張業(yè)堂

【摘要】通過(guò)對(duì)茂名石化化工分部2#高壓聚乙烯裝置的離心干燥器皮帶頻繁斷裂進(jìn)行故障原因分析，認(rèn)為原使用的同步帶傳動(dòng)形式滿足不了使用要求。因此對(duì)皮帶傳動(dòng)形式進(jìn)行分析改造，最后確定改為5根窄“V”型皮帶傳動(dòng)。改造后離心干燥器各運(yùn)行參數(shù)達(dá)到使用要求，皮帶使用周期大為加長(zhǎng)，解決了裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行難題。

【關(guān)鍵詞】同步皮帶 斷裂 干燥器

1 概況

茂名石化化工分部25萬(wàn)噸/年高壓聚乙烯裝置，采用德國(guó)BASELL工藝技術(shù)生產(chǎn)低密度聚乙烯均聚產(chǎn)品。主要設(shè)備均從國(guó)外引進(jìn)。離心干燥器為裝置的關(guān)鍵設(shè)備之一，主要功能為粒料產(chǎn)品的脫水干燥，由日本JSW工廠生產(chǎn)，型號(hào)：N1400，立式結(jié)構(gòu)，下部進(jìn)料，上部出料。主要操作參數(shù)：驅(qū)動(dòng)電機(jī)55KW 6P；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速250 rpm；通過(guò)同步齒形皮帶傳動(dòng)，皮帶型號(hào)4326-EV14M-80；中心距1268mm。

離心干燥器于2007年3月投產(chǎn)使用，2008年12月13日首次更換皮帶以來(lái)，皮帶斷裂故障頻繁，先后更換了三家制造商（包括原廠家）生產(chǎn)的皮帶，情況也沒(méi)有得到好轉(zhuǎn)，使用壽命在1個(gè)月左右，最短的只有12天。由于離心干燥器的停車會(huì)造成整個(gè)裝置的聯(lián)鎖停車，因此皮帶斷裂嚴(yán)重影響了裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行，給裝置造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。皮帶的主要損壞形式有：爬齒、脫層、磨損及斷裂。皮帶發(fā)生故障后，對(duì)離心干燥器設(shè)備本身及操作方面的原因進(jìn)行了排查，均沒(méi)有問(wèn)題。因此，分析判斷認(rèn)為此種皮帶傳動(dòng)方式不適應(yīng)這樣的工況。建議改為三角V型皮帶或聯(lián)組V型皮帶傳動(dòng)。

因此，要求根據(jù)原操作參數(shù)，對(duì)離心干燥器的皮帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)皮帶輪的尺寸，選配相應(yīng)規(guī)格型號(hào)的皮帶。

2 故障分析

2.1 皮帶失效分析

通常同步皮帶在中度到高度負(fù)荷的傳動(dòng)系統(tǒng)中安裝張力過(guò)低或皮帶被拉長(zhǎng)后會(huì)導(dǎo)致皮帶過(guò)早的失效。而張力過(guò)低或皮帶被拉長(zhǎng)后導(dǎo)致的皮帶失效模式表現(xiàn)為跳齒。皮帶跳齒是指皮帶的齒爬出其對(duì)應(yīng)的輪槽，并且其根部不再承受負(fù)荷。傳動(dòng)負(fù)荷進(jìn)一步作用于皮帶齒頂部使皮帶齒部彎曲，然后跳動(dòng)。齒部滾動(dòng)時(shí)可導(dǎo)致橡膠從齒根沿著芯線撕裂。隨著橡膠撕裂的擴(kuò)散，皮帶齒部開(kāi)始以條狀脫離皮帶。由于過(guò)多跳齒導(dǎo)致的失效可能看起來(lái)好像橡膠與線繩的粘度不夠。然而，由于粘度不足所導(dǎo)致的失效，皮帶中外露芯線

2.4 校核結(jié)果

從上述校核結(jié)果中可以看出，該同步帶能夠傳遞的額定功率為43.76kW，而實(shí)際功率已經(jīng)達(dá)到30KW，乘以安全系數(shù)2，實(shí)際計(jì)算功率將達(dá)到60KW，可見(jiàn)皮帶可以傳遞的功率滿足不了計(jì)算功率的需要。而且皮帶緊邊的張力達(dá)到6465N，皮帶伸長(zhǎng)較大，這種情況下，必然會(huì)出現(xiàn)帶輪與皮帶的齒間嚙合錯(cuò)位，導(dǎo)致磨損加劇，從而發(fā)生脫齒、斷裂等失效。

3 改造方案

由于干燥器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速很低（250rmp），如若采用皮帶傳動(dòng)，必然導(dǎo)致皮帶的拉力較大，而且皮帶是一種柔性材料，在比較大的拉力作用下，必然會(huì)發(fā)生伸長(zhǎng)現(xiàn)象，但這種伸長(zhǎng)可以通過(guò)移動(dòng)中心距提高張緊力來(lái)解決。如果采用同步齒形皮帶傳動(dòng)是有困難的，會(huì)出現(xiàn)嚙合不良的現(xiàn)象。為此提出以下幾種改造方案：

（1）采用V帶（三角帶）傳動(dòng)。這種方案可以避免嚙合問(wèn)題，但由于完全靠摩擦傳遞動(dòng)力，需要多根皮帶傳動(dòng)，具體的根數(shù)需要通過(guò)設(shè)計(jì)進(jìn)行確定，如果根數(shù)過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致皮帶輪寬度增加較大，安裝的空間是否允許，此外，根數(shù)過(guò)多后，皮帶之間的受力均勻問(wèn)題也是需要考慮的問(wèn)題，這些都需要通過(guò)較為細(xì)致的設(shè)計(jì)計(jì)算才能確定；

（2）采用多楔帶傳動(dòng)。多楔帶能夠產(chǎn)生較大的摩擦力，橫向剛度較大，可以使結(jié)構(gòu)較為緊湊，寬度方向的載荷均勻性也較好，但多楔帶對(duì)兩根軸的平行度要求較高；

（3）采用鏈傳動(dòng)。鏈傳動(dòng)的傳遞的功率較大，但鏈傳動(dòng)會(huì)產(chǎn)生速度波動(dòng)，由此產(chǎn)生動(dòng)載荷，另外，由于本裝置是一個(gè)立式轉(zhuǎn)子，鏈傳動(dòng)在布置上有困難，因此難以采用。