全封閉單托輥皮帶輸送機創(chuàng)新的優(yōu)化設(shè)計

◎沈少南

（錦州港現(xiàn)代糧食物流有限公司，遼寧 錦州 121007）

全封閉單托輥皮帶輸送機是以撓性輸送帶作為物料承載構(gòu)件和牽引構(gòu)件來進行散體物料輸送的全封閉設(shè)備，一條無端頭的輸送帶環(huán)繞在驅(qū)動滾筒和尾部改向滾筒之間。在兩滾筒之間的上下分支各以若干托輥支承，物料置于上分支上，利用驅(qū)動滾筒與輸送帶之間的摩擦力牽引輸送帶和物料運行，達到輸送物料的目的。

全封閉單托輥皮帶輸送機作為輸送機大家族的一員，根據(jù)摩擦原理，由驅(qū)動滾筒帶動輸送帶，可以在水平方向和傾斜角度不大的方向上輸送散體物料，它具有全封閉、輸送能力大、功耗小、結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、制造費用低、對物料適用性強以及用途廣泛等特點，在糧食流通和倉儲行業(yè)中有著大量的應(yīng)用，是其他類型的輸送機不可比擬的。

由于現(xiàn)代化的發(fā)展離不開連續(xù)輸送設(shè)備，而且全封閉輸送機是輸送機行業(yè)第四代產(chǎn)品，其有著以前三代輸送機不可比擬的優(yōu)點，該設(shè)備功耗小，在使用中可以節(jié)約能源，減小營運成本；全封閉的結(jié)構(gòu)，使得該設(shè)備在環(huán)保方面達到了使用要求等。當然，全封閉連續(xù)輸送機也存在其固有的缺點，如物料容易灑落，更換托輥比較困難等[1]。

1 全封閉單托輥皮帶輸送機的結(jié)構(gòu)特點

1.1 驅(qū)動裝置

全封閉單托輥皮帶輸送機的驅(qū)動裝置是整臺輸送機的動力來源，由電動機、液力耦合器、減速機、制動器、聯(lián)軸器和驅(qū)動滾筒等部件組成，驅(qū)動滾筒由一臺電動機將扭矩傳遞給驅(qū)動滾筒。全封閉單托輥皮帶輸送機的負載是一種典型的恒扭矩負載，而且不可避免地要帶負荷起動和制動，電動機的起動要保證必要的起動力矩，電動機在起動時的電流要比額定運行時的電流大6～7倍，要保證電動機不因電流的沖擊過熱而燒壞，電網(wǎng)也不因電流過大使電壓過分降低，這就要求電動機起動要快，既提高轉(zhuǎn)子的加速度，使起動過程不超過3～5 s。

1.2 整體結(jié)構(gòu)

全封閉單托輥皮帶輸送機的整體結(jié)構(gòu)分為頭部、尾部和標準中間節(jié)3個部分。

頭部是全封閉單托輥皮帶輸送機的卸料段，為了方便操作和維修，有利于輸送機頭部和轉(zhuǎn)接點的設(shè)計標準化，卸料段一般設(shè)計為水平的。若根據(jù)現(xiàn)場實際情況，卸料段必須為上拋式或下拋式卸料，也要盡量減少傾斜的角度，并且要以減小皮帶運行速度來補償。

為了引導(dǎo)物料流卸載方向及減少粉塵外溢，在卸料段需要增加蓋罩。為使蓋罩內(nèi)表面不受物流過大的沖擊，其形狀應(yīng)根據(jù)物料拋出軌跡制作，并在蓋罩內(nèi)壁設(shè)置耐磨襯板。

尾部是全封閉單托輥皮帶輸送機的裝載段，是輸送機最復(fù)雜的作業(yè)環(huán)節(jié)段。輸送帶的使用壽命主要取決于受料段的結(jié)構(gòu)是否合理。全封閉單托輥皮帶輸送機受料段盡量設(shè)計為水平段，如必須傾斜受料時，其傾角應(yīng)盡量減小。且輸送機機尾的長度不宜過小。要保證物料在導(dǎo)料槽中不致堆積，且又以不灑漏為準。

對于一臺全封閉單托輥皮帶輸送機，除頭部和尾部以外，全是中間節(jié)部分。中間節(jié)是全封閉結(jié)構(gòu)，是由鋼板加工而成的箱型梁，在底板上鋪設(shè)耐磨襯板，以方便返程輸送帶的拖動，同時也減少輸送帶和底板的相互磨損。上蓋做成起脊型，以防止雨雪進入輸送機的內(nèi)部，同時也防止了粉塵的外溢。

2 全封閉單托輥皮帶輸送機的創(chuàng)新設(shè)計

全封閉單托輥皮帶輸送機的創(chuàng)新設(shè)計包括單托輥、靴型料斗、清料裝置、回料裝置、張緊裝置和全密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計，其中以單托輥和回料裝置作為全封閉單托輥皮帶輸送機的結(jié)構(gòu)特點及技術(shù)關(guān)鍵點，備受用戶的信賴和推崇[2]。

2.1 單托輥的創(chuàng)新

摒棄原有輸送機的三托輥槽型結(jié)構(gòu)，將托輥設(shè)計成整體啞鈴型單托輥。其由分布于托輥兩端的錐形段、中間的圓柱段和托輥軸組成，此結(jié)構(gòu)使得托輥安裝檢修簡單可靠，同時克服了軸承被卡死造成托輥和輸送帶磨損，使摩擦力增大造成動力損失消耗的缺點。這樣的托輥在輸送帶的拖動下，支撐輸送帶進行物料輸送。

2.2 回料裝置的創(chuàng)新

在全封閉連續(xù)輸送機的尾部改向滾筒的兩側(cè)，安裝2套畚斗式清掃器，其借助板條狀、腰鼓型的尾部改向滾筒，將側(cè)移到滾筒兩端的物料經(jīng)過該清掃器，將物料返回到輸送機承載段上，繼續(xù)輸送，既完成了對物料的清掃，又可以使之繼續(xù)輸送。

3 全封閉單托輥皮帶輸送機創(chuàng)新的優(yōu)化設(shè)計

針對全封閉單托輥皮帶輸送機的具體結(jié)構(gòu)和使用情況，對全封閉單托輥皮帶輸送機除了原有的創(chuàng)新設(shè)計之外，對設(shè)計再一次進行優(yōu)化，使之達到現(xiàn)在的狀況。此次優(yōu)化的內(nèi)容包括清掃器的結(jié)構(gòu)、單托輥的結(jié)構(gòu)、靴型料斗的結(jié)構(gòu)、頭部耐磨襯板的結(jié)構(gòu)和軸承測溫系統(tǒng)。

3.1 清掃器的結(jié)構(gòu)

3.1.1 清掃器的作用

在全封閉單托輥皮帶輸送機運轉(zhuǎn)過程中，不可避免地有部分物料或粉塵附著在輸送帶表面，通過卸料裝置不能完全卸凈，表面黏有物料和粉塵的輸送帶工作面，通過尾部改向滾筒后，由于物料的堆積而使其直徑變大，加劇滾筒和輸送帶的磨損，引起輸送帶的跑偏。而且其不斷灑落，污染環(huán)境，因此清掃黏接在輸送帶表面的物料，對提高輸送帶的壽命和保證輸送帶的正常工作具有重要意義。

3.1.2 清掃器選取的類型

全封閉單托輥皮帶輸送機可以選用的清掃器種類很多，對于全封閉連續(xù)輸送機就是選用了合金橡膠清掃器和空段清掃器。這兩種清掃器安裝在不同位置，分別對輸送帶的工作面和非工作面進行清掃。

3.1.3 合金橡膠清掃器的安裝和調(diào)試

合金橡膠清掃器由多個聚氨酯合金刮板、刮板架、橡膠彈性體、橫梁和可調(diào)節(jié)固定架等組成，其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，可以通過調(diào)節(jié)固定架，來調(diào)整刮板于驅(qū)動滾筒之間的正常接觸，然后轉(zhuǎn)動橫梁軸，使刮板和驅(qū)動滾筒的接觸壓力達到100～150 N后鎖緊螺栓。工作壓力要適中，以達到最好的清掃效果。壓力過大，會影響彈性體的使用壽命，過小則清掃效果不好。同時，還要保證清掃板和驅(qū)動滾筒的線接觸均勻，以達到最好的清掃效果。由合金橡膠清掃器清掃下來的物料將直接落入連續(xù)輸送機的頭部錐斗，隨其他物料一同被輸送，不存在積料和物料灑落在返程皮帶上的缺陷。目前，在糧食行業(yè)的連續(xù)輸送機上均安裝此類清掃器。

3.1.4 空段清掃器的安裝和調(diào)整

物料在輸送帶上輸送的過程中，難免會發(fā)生由于輸送帶跑偏而撒料的情況，使物料落入輸送帶的返程段上，被帶到機尾而被卷入尾部改向滾筒，黏接在該滾筒表面，引起輸送帶的張力不均，損壞輸送帶。因此，必須在連續(xù)輸送機的尾部，返程輸送帶接近尾部改向滾筒處設(shè)置空段清掃器?？斩吻鍜咂骺梢圆捎孟鹉z板或耐磨襯板作為清掃板，可以做成“人”字形或“/”形，調(diào)整好清掃板與輸送帶的非承載面的接觸后，將兩端固定在設(shè)備的機架上。為了補償清掃板的磨損，往往采用彈簧來自動調(diào)整清掃板與輸送帶之間的接觸，來保證清掃的質(zhì)量。全封閉單托輥皮帶輸送機的空段清掃器，安裝在機尾返程段上，由于該設(shè)備的返程輸送帶在設(shè)備底板上拖動，因此空段清掃器的清掃板和輸送帶的間隙調(diào)整到微接觸的狀態(tài)，保證了清掃質(zhì)量，又不致卡住輸送帶。此設(shè)計結(jié)構(gòu)緊湊，配制合理，產(chǎn)品輕便、美觀、易于操作，產(chǎn)品備件的互換及可調(diào)性好，更便于安裝調(diào)試、更換維修。

3.2 單托輥的結(jié)構(gòu)

托輥是全封閉單托輥皮帶輸送機使用效果如何的關(guān)鍵部件之一，起著支撐承載段輸送帶的作用。在全封閉單托輥皮帶輸送機的使用中，對托輥的要求是使用可靠、回轉(zhuǎn)阻力小、成本低、托輥表面光滑、徑向跳動小、轉(zhuǎn)動靈活、軸向竄動小以及功率消耗低。為了達到此目的，將全封閉單托輥皮帶輸送機的托輥設(shè)計成啞鈴型單托輥的結(jié)構(gòu)，此托輥的兩端為錐形段，中間位圓柱段，承載主要依靠中間圓柱段。此托輥的兩端的軸端，采用軸承座固定在全封閉連續(xù)輸送機的側(cè)板外側(cè)。

原有的托輥的錐形段的錐角為35°，在使用中發(fā)現(xiàn)此錐角偏小，會造成物料的灑落，為了使物料不致灑落，因此將其錐角增大到40°，保證了物料在輸送帶上的完整輸送，不致灑落或很少灑落。此項優(yōu)化，使得全封閉單托輥皮帶輸送機具有以下優(yōu)點。①運行平穩(wěn)，制造安裝成本較低。②由于托輥回轉(zhuǎn)半徑較大，可降低托輥回轉(zhuǎn)的角速度，減少托輥軸承等旋轉(zhuǎn)部件的磨損。③運行故障降低，運行平穩(wěn)。④運行阻力降低。從而降低了整機的驅(qū)動功率，進而降低了全封閉單托輥皮帶輸送機的運營成本，此項是全封閉連續(xù)輸送機的一大特點。

3.3 靴型料斗的結(jié)構(gòu)

在全封閉單托輥皮帶輸送機的受料段，將導(dǎo)料槽設(shè)計成靴子形狀，俗稱靴型料斗。為了減輕所輸送的物料對輸送帶的磨損，全封閉連續(xù)輸送機的受料段靴型料斗的設(shè)計需要滿足以下要求。①物料到達輸送帶的速度大小和方向，應(yīng)與輸送帶本體的速度大小和方向近似一致，物料的中心應(yīng)對準輸送帶的中心，保證物料均勻地落到輸送帶上。②在受料段不允許物料堆積或散落。③在受料段后面盡量避免設(shè)施接觸輸送帶的擋板，盡量減少落差，特別是防止大塊物料從高處直接下落到輸送帶上。④當輸送物料的物理特性變化或使用條件變化時，要有調(diào)節(jié)物料速度的可能，使其具有良好的通過性能，特別是當輸送的物料具有黏性時保證不堵塞。⑤結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，耐磨性好。

在靴型料斗內(nèi)設(shè)置導(dǎo)料的擋板，該擋板的作用是：當物料離開漏斗達到帶速之前，必須用其擋板使物料保持在輸送帶上，實際上，擋板就是受料漏斗的側(cè)板沿輸送機方向的延長段。通常兩塊擋板不是相互平行的，而是向前擴張布置，后擋板的下緣做成弧形，和輸送機槽角吻合，而不是直線。

3.4 頭部錐斗內(nèi)耐磨襯板的結(jié)構(gòu)

在全封閉單托輥皮帶輸送機的頭部，配置卸料錐斗，該錐斗是用于導(dǎo)料、控制料流方向的裝置，同時也起到防塵的作用。頭部錐斗的內(nèi)部，配置耐磨襯板，耐磨襯板和錐斗本體用沉頭螺栓連接固定，以抵抗所輸送的物料對頭部漏斗的磨損。

在實際使用中，頭部的耐磨襯板在經(jīng)過一段時間的使用后，磨損現(xiàn)象十分嚴重，因此需要重新進行改造設(shè)計。改造的方法就是：在全封閉連續(xù)輸送機的頭部錐斗內(nèi)，驅(qū)動滾筒的正前方，設(shè)置一套擋料簾，該擋料簾用δ12的聚氨酯耐磨襯板加工而成，上端通過螺栓，將其懸掛在頭部錐斗的內(nèi)側(cè)，下端懸垂。由于其下端懸垂，因此具有較好的耐磨性。況且在其磨損后方便進行更換，由于增設(shè)其擋料簾基本上杜絕了物料對原錐斗內(nèi)部的耐磨襯板的磨損，起到了保護原耐磨襯板的作用。

3.5 軸承測溫系統(tǒng)

3.5.1 設(shè)計原理

軸承光纖測溫系統(tǒng)的原理是基于分布式光纖傳感技術(shù)，利用光纖中散射光（Raman）的信號強度的敏感特性，實現(xiàn)對沿光纖溫度場的分布測量。結(jié)合高品質(zhì)的脈沖光源和高速的信號采集處理技術(shù)，就可以得到沿光纖所有點的精確溫度值。分布式光纖測溫系統(tǒng)目前能夠?qū)崿F(xiàn)溫度測量的最長距離為25 km。

3.5.2 特點

分布式光纖測溫系統(tǒng)具有如下特點：連續(xù)分布式測量，抗電磁干擾，抗震防爆靈敏度高，測量精度高，系統(tǒng)簡單，防雷性能高，測量距離遠，適于遠程監(jiān)控，壽命長、成本低。

3.5.3 組成

光纖測溫系統(tǒng)由測溫光纜、測溫主機、上位機監(jiān)控軟件、火災(zāi)報警系統(tǒng)與報警控制器和遠程通信模塊組成。

測溫光纜，采用62.5/125 μm多模光纖，內(nèi)芯外包有套管，套管外采用鎧裝保護（不銹鋼軟管或不銹鋼編制絲軟管），外套采用阻燃性PVC材料。該結(jié)構(gòu)保證了感溫光纜具有較快的溫度響應(yīng)速度，較強的抗拉、抗壓能力和耐高溫、阻燃能力。

測溫主機，主機由激光器、光開關(guān)、WDM模塊（耦合器和光譜分離單元）、光電轉(zhuǎn)換單元和CPU處理單元幾個部分。信號經(jīng)過處理，最終經(jīng)CPU系統(tǒng)進行大量計算處理，得到當前光纖通道中每一點的溫度值。如果測量溫度值大于預(yù)設(shè)的報警溫度，則通過RS485接口發(fā)送信號到報警控制器觸發(fā)報警，主機同時響應(yīng)來自控制中心監(jiān)控軟件的網(wǎng)絡(luò)命令請求，使測溫度通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控中心。

上位機監(jiān)控軟件，是支持該測溫系統(tǒng)工作的一套專用軟件。

火災(zāi)報警系統(tǒng)與報警控制器，測溫主機通過RS485接口與報警聯(lián)動模塊相連，報警聯(lián)動模塊接收來自測溫主機的報警指令，對指令進行解碼后控制響應(yīng)的繼電器發(fā)出動作。繼電器輸出信號后經(jīng)過處理，再次連接到火災(zāi)報警控制器，報警控制器發(fā)出聲光報警，并同時可對多個不同類型的設(shè)備進行處理。

遠程通信模塊將測溫主機輸出的以太網(wǎng)電信號轉(zhuǎn)換成光信號，再上傳進入光纖通信網(wǎng)絡(luò)，在監(jiān)控中心端，通過遠程通信模塊對相對應(yīng)信道的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，送到監(jiān)控計算機，實現(xiàn)溫度監(jiān)控數(shù)據(jù)、報警信息的遠程集中控制。

3.5.4 工作原理

光纖測溫裝置是將整條傳輸光纖作為傳感器，光纖（光纜）上的每一點都兼做“傳”和“感”的功能。在分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)中，一束較強的脈沖激光信號在光纖（光纜）中傳輸時，光纖中的每一點都會對激光信號產(chǎn)生極其微弱的背向反射，根據(jù)散射光的波長可將其分為瑞利（Rayleigh）散射、拉曼（Raman）散射和布里淵（Brillouin）散射。其中，拉曼散射信號的強度于該點所處的位置的溫度相關(guān)性最大，通過檢測每一點散射光信號的光強，獲得該點的溫度信息，進而得到整條光纖（光感）的溫度分布。光纖測溫裝置傳感系統(tǒng)工作過程如圖1所示。

圖1 光纖測溫傳感系統(tǒng)示意圖

激光器發(fā)出激光脈沖，經(jīng)耦合器到達連續(xù)光纖的各位置，在各位置會形成散射，通過光譜分離技術(shù)獲得光纖各點的散射光和散射光譜，散射光譜經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換成電信號并放大，再由采集單元進行降噪處理。散射光對應(yīng)的電信號經(jīng)過CPU處理單元進行計算，獲得光線各處的溫度值和位置信息，并輸出倒監(jiān)控主機顯示和報警。該系統(tǒng)由測溫主機作為“大腦”，統(tǒng)一指揮全部的工作過程。

3.5.5 測溫系統(tǒng)的安裝位置

由于全封閉單托輥皮帶輸送機的滾筒和托輥的軸承均是在設(shè)備外部安裝，而設(shè)備的旋轉(zhuǎn)部分也集中在軸承之上。因此，如何解決滾筒和托輥的軸承溫度，降低控制在正常范圍內(nèi)，使其不致因為軸承損壞等原因造成溫度升高，最終造成粉塵陰燃的現(xiàn)象發(fā)生。由于光線測溫系統(tǒng)測量的準確度可靠、完整，且又不存在測溫電纜發(fā)熱影響測量的問題。因此，在滾筒、托輥和減速機的軸承初均安裝管線測溫裝置，來對其進行全面監(jiān)控。

4 結(jié)語

通過對全封閉單托輥皮帶輸送機創(chuàng)新的優(yōu)化設(shè)計，使得該設(shè)備更加完美可靠，使用效果更加安全使用。經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計此設(shè)備，在實際使用中得到了廣泛的應(yīng)用，既提高了設(shè)備的使用效果，又方便了設(shè)備的維修、保養(yǎng)等，使之趨于更合理、更實用、更可靠，為生產(chǎn)作業(yè)打下了堅實的基礎(chǔ)。因而該皮帶機廣泛應(yīng)用于冶金、化工、建材、糧食等行業(yè)的輸送和生產(chǎn)流水線，以及水電站建設(shè)工地和港口等部門，用來輸送密度不大的散體物料。通過以上各個部件的創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計，將大大提高該設(shè)備工作效率，減低能源損耗，提高設(shè)備運行穩(wěn)定性，改善作業(yè)環(huán)境。通過不斷完善和創(chuàng)新，有利于提升全封閉單托輥皮帶輸送機的產(chǎn)品檔次和應(yīng)用范圍，使其用途更為廣泛。

參考文獻：

[1]沈少南.談皮帶連續(xù)輸送機的特點及在散糧項目上的應(yīng)用[J].現(xiàn)代食品，2015，1（5）：43-47.

[2]李俊玲，李留亮，葉 堅.全封閉單托輥皮帶輸送機的創(chuàng)新設(shè)計[J].糧食流通技術(shù)，2013，19（3）：15-16.