運(yùn)輸機(jī)皮帶撕裂原因分析及特征實(shí)驗(yàn)研究

李海龍

（山西潞安集團(tuán) 余吾煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治046100）

皮帶運(yùn)輸機(jī)是最常見(jiàn)的連續(xù)性運(yùn)輸設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于港口、礦山、冶金和電廠等諸多領(lǐng)域〔1〕。隨著皮帶運(yùn)輸機(jī)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，皮帶撕裂事故率也越來(lái)越高，皮帶撕裂是一種破壞性很大的損壞形式，往往會(huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至?xí)斐砂踩[患，因此，預(yù)防皮帶撕裂一直是許多專(zhuān)家、學(xué)者研究課題〔2－5〕。盡管許多皮帶生產(chǎn)廠家和科研院校采用單片機(jī)、線(xiàn)激光、超聲波等先進(jìn)手段進(jìn)行皮帶撕裂的檢測(cè)和預(yù)防，但依舊難以避免皮帶撕裂現(xiàn)象的發(fā)生。筆者認(rèn)為有效預(yù)防皮帶撕裂應(yīng)當(dāng)首先了解皮帶撕裂發(fā)生的原因和特征，現(xiàn)就此方面進(jìn)行分析研究。

1 皮帶撕裂原因分析

帶式運(yùn)輸機(jī)在運(yùn)輸物料的過(guò)程中會(huì)因種種原因發(fā)生皮帶撕裂現(xiàn)象，皮帶撕裂是一種破壞性極大的損壞形式，尤其對(duì)于大型皮帶運(yùn)輸機(jī)而言，皮帶撕裂甚至?xí)斐蓛r(jià)值數(shù)百萬(wàn)元的整條皮帶報(bào)廢，而修補(bǔ)皮帶費(fèi)時(shí)費(fèi)力，會(huì)影響企業(yè)正常生產(chǎn)，給企業(yè)造成巨大的直接和間接損失。分析認(rèn)為引起皮帶撕裂的原因主要有：

1）在皮帶運(yùn)行過(guò)程中，皮帶發(fā)生跑偏，在運(yùn)輸機(jī)一側(cè)褶皺或者疊起，造成皮帶受力不均引起撕裂。這種皮帶跑偏引起的皮帶撕裂往往會(huì)經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間過(guò)程，容易被發(fā)現(xiàn)，防止此類(lèi)事故可以經(jīng)常對(duì)皮帶運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)皮帶跑偏及時(shí)調(diào)正。

2）鋼繩芯類(lèi)皮帶在使用過(guò)程中，若遭受劇烈沖擊力作用，則會(huì)造成皮帶內(nèi)部鋼絲繩斷裂，若未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，斷裂的鋼絲繩經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的磨、壓、拉等外力作用下會(huì)從皮帶接頭處和粘口處露出，當(dāng)露出的鋼絲繩達(dá)到一定長(zhǎng)度時(shí)，在經(jīng)滾筒、托輥等作用下從皮帶蓋膠中被抽出，引起皮帶撕裂。為防止該類(lèi)撕裂，可以加強(qiáng)皮帶檢查與檢修，當(dāng)發(fā)現(xiàn)外露的鋼絲繩頭時(shí)及時(shí)剪掉，或者根據(jù)實(shí)際情況更換皮帶。

3）物料卡壓堵塞也容易引起皮帶撕裂發(fā)生，皮帶溜槽前沿與皮帶面之間過(guò)于狹窄，且皮帶下托輥皮帶承載不均勻容易促使大塊物料卡在溜槽前沿與皮帶之間，在遭受到擠壓作用時(shí)造成皮帶撕裂。此外，不當(dāng)運(yùn)輸長(zhǎng)桿狀及利器時(shí)會(huì)造成皮帶因劃破而撕裂，在皮帶轉(zhuǎn)載過(guò)程中該類(lèi)物料從上皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)到下皮帶時(shí)也會(huì)因慣性作用沖擊下穿透皮帶，若不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，在皮帶傳動(dòng)過(guò)程中造成皮帶撕裂。

2 皮帶撕裂特征分析

2.1 試驗(yàn)裝置布置

受到實(shí)際情況限制，在實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建皮帶運(yùn)輸機(jī)模型來(lái)研究皮帶撕裂特征。該實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀稍囼?yàn)臺(tái)架和測(cè)量系統(tǒng)兩個(gè)部分組成：試驗(yàn)臺(tái)架主要包括寬1.8m、長(zhǎng)20.25m的輸送帶1件，Φ630mm膠面滾筒2件，機(jī)架和中間架各1個(gè)，拉緊裝置和拉緊裝置尾架各1件，35°槽型托輥3個(gè)，10°過(guò)渡托輥2個(gè)，20°過(guò)渡托輥2個(gè)，這些托輥間隔1m，布置順序?yàn)?0°、20°、35°、35°、35°、20°、10°托輥；測(cè)量系統(tǒng)包括拉緊力測(cè)量系統(tǒng)、有載分支皮帶負(fù)載測(cè)量裝置、皮帶應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)、皮帶變形測(cè)量系統(tǒng)、漏載特征測(cè)量裝置等。實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1。

圖1 實(shí)驗(yàn)室皮帶運(yùn)輸機(jī)試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪疽?/p>

2.2 應(yīng)變片布置

考慮到在皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行過(guò)程中上皮帶所受載荷相對(duì)較大，同時(shí)考慮到皮帶呈左右對(duì)稱(chēng)，故取上皮帶一側(cè)為研究對(duì)象。撕裂口選擇在離皮帶中心線(xiàn)150mm處，從皮帶中心線(xiàn)到皮帶邊沿等距取5個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，從運(yùn)輸機(jī)皮帶中心線(xiàn)到35°槽型托輥處取3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)分別沿橫向和縱向安裝一個(gè)應(yīng)變片來(lái)測(cè)試該試驗(yàn)點(diǎn)的橫向縱向應(yīng)變。應(yīng)力片采用B×120－10AA型箔式紙基應(yīng)變片，其精度等級(jí)為A，柵的長(zhǎng)和寬分別為10mm和3mm，靈敏系數(shù)為2.04，根據(jù)試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)目可知共需該型號(hào)應(yīng)變片30個(gè)?？紤]到運(yùn)輸機(jī)皮帶的張緊力由運(yùn)輸機(jī)的螺旋拉緊裝置來(lái)控制，故在運(yùn)輸機(jī)拉緊裝置左右兩側(cè)各布置兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)來(lái)調(diào)控加載作用力，皮帶運(yùn)輸機(jī)試驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)力片布置見(jiàn)圖2。

圖2 試驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)力片布置 單位／mm

2.3 應(yīng)變測(cè)試及分析

該實(shí)驗(yàn)采用的是DH3817／18型動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)，在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，可屏顯通道號(hào)和應(yīng)變值。該測(cè)試系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)自動(dòng)平衡，并可根據(jù)應(yīng)變計(jì)靈敏系數(shù)、橋式傳感器靈敏系數(shù)等對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正，同時(shí)可以滿(mǎn)足使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)RS－232口自動(dòng)控制多臺(tái)試驗(yàn)儀器的測(cè)試工作。

皮帶運(yùn)輸機(jī)兩端螺旋拉緊裝置的螺桿直徑為42mm，拉緊力為104N，即所受載荷為2t。軸向拉應(yīng)力的計(jì)算公式：σ＝N／A＝N／πr2＝104／3.14×（21×10－3）2＝104／3.14×441×10－6＝1010／1384.7＝7.22×106Pa。取E為2.1×105Pa，根據(jù)虎克定律σ＝Eε計(jì)算可得ε＝σ／E＝34。

由此可知，當(dāng)采用DH3817／18型測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，應(yīng)變值為34的時(shí)候，即為2t載荷量。同理分析計(jì)算出4t、8t載荷量時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力變化值。皮帶未撕裂前載荷由2t增加到4t時(shí)試驗(yàn)點(diǎn)拉、壓應(yīng)變見(jiàn)圖3。由圖3可知，當(dāng)張緊力載荷增大時(shí)，試驗(yàn)點(diǎn)拉壓應(yīng)變均增大。

圖3 皮帶未撕裂前試驗(yàn)點(diǎn)拉—壓應(yīng)力分析

分別對(duì)皮帶在撕裂前后進(jìn)行加載試驗(yàn)，加載量設(shè)為0.8t，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在撕裂口附近的1＃、11＃和21＃試驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)變變化較明顯。在皮帶未撕裂時(shí)，在皮帶上進(jìn)行加載后試驗(yàn)點(diǎn)所受拉應(yīng)力明顯增大；當(dāng)達(dá)到撕裂時(shí)，撕裂口附近皮帶各試驗(yàn)點(diǎn)所受拉應(yīng)力瞬間降至為0，對(duì)皮帶進(jìn)行加載后撕裂口附近試驗(yàn)點(diǎn)拉應(yīng)力明顯增大，且距離皮帶托輥較近的的地方相對(duì)更大些，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1、表2。對(duì)皮帶輸送機(jī)皮帶撕裂口附近的11＃試驗(yàn)點(diǎn)做單獨(dú)實(shí)驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)無(wú)論皮帶是否處于撕裂狀態(tài)下，皮帶加載后撕裂口附近的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)所測(cè)拉應(yīng)力均變大，且拉應(yīng)力隨著張緊力的增加而相應(yīng)增加。

表1 皮帶撕裂前后試驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)力變化情況

表2 皮帶撕裂前后11＃試驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)力變化情況

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)皮帶撕裂的原因分析，皮帶撕裂主要由皮帶跑偏、遭受猛烈沖擊、物料的卡壓以及運(yùn)輸不當(dāng)?shù)纫稹ＵJ(rèn)為通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了皮帶縱向撕裂前后受力和變形特征，主要得到：① 在皮帶未發(fā)生撕裂前，皮帶所受拉—壓力隨張緊力增大而增大；② 在皮帶未撕裂時(shí)，在皮帶上加載后所受拉應(yīng)力變大；③ 皮帶從未撕裂到撕裂后，撕裂口附近瞬間減小至0左右，而加載后受拉應(yīng)力明顯增大；④ 加載后皮帶撕裂口附近所受拉應(yīng)力均變大，而如果張緊力變大，其拉應(yīng)力相應(yīng)也增加。

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