切邊式齒形V帶連續(xù)硫化的可行性研究

邵海根(河南省焦作市修武縣，河南　焦作　454003)

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切邊式齒形V帶連續(xù)硫化的可行性研究

邵海根
(河南省焦作市修武縣，河南焦作454003)

摘要：通過對(duì)切邊式齒形V帶生產(chǎn)工藝的研究，用逆向思維的方式論證了鼓式硫化機(jī)生產(chǎn)切邊式齒形V帶方案的可行性。

關(guān)鍵詞：鼓式硫化機(jī)；連續(xù)硫化；切邊齒形V帶

切邊式齒形V帶自問世以來(lái)，均以圓模成型之后硫化的方式進(jìn)行生產(chǎn)。盡管現(xiàn)在已經(jīng)有采用以齒形膠套反成型硫化的工藝，但仍離不開圓模，只是不需要齒形模具而采用光模而已，簡(jiǎn)化了模具加工又能增強(qiáng)其互用性，這是工藝技術(shù)的一大進(jìn)步。但對(duì)長(zhǎng)度較大的切邊式傳動(dòng)帶來(lái)講，無(wú)論采用哪種方式成型硫化，都必須具備大的成型、硫化、脫模、起重等專用設(shè)備，需要寬敞的工作場(chǎng)地，配備大容量鍋爐，總體投資額巨大。

遠(yuǎn)洋船舶、礦山、碼頭、大型農(nóng)機(jī)對(duì)傳動(dòng)帶的使用要求越來(lái)越高，可以說有的到了苛刻的地步。由于受生產(chǎn)技術(shù)條件的制約，至今這些地方還是以包布帶為主，國(guó)外亦如此。此類大型普通包布式傳動(dòng)帶的硫化主要采用鄂式平板硫化機(jī)和鼓式硫化機(jī)，而鼓式硫化機(jī)國(guó)內(nèi)剛剛興起尚未普及。

從目前帶傳動(dòng)的發(fā)展趨勢(shì)分析，長(zhǎng)度較大的傳動(dòng)帶尺寸規(guī)格多，單種規(guī)格的數(shù)量卻很少。所以，如何能夠在既不需要大量投資，又能滿足生產(chǎn)出多規(guī)格、多品種大型齒形V帶的需要，以及提高帶的傳動(dòng)效率和使用壽命，這是擺在我們面前的一個(gè)棘手的研究課題。浙江紫金港膠帶有限公司率先進(jìn)行了試驗(yàn)和研究，以鼓式硫化機(jī)進(jìn)行切邊式齒形V帶的連續(xù)硫化。當(dāng)時(shí)采用的是正成型方式的帶坯，硫化鼓和張緊鼓都使用帶有齒形的槽鼓，這種硫化工藝存在一定的缺陷：硫化過程中為保證皮帶的長(zhǎng)度和定負(fù)荷伸長(zhǎng)率，成型和硫化時(shí)須對(duì)帶坯施加一定的預(yù)張緊力，但經(jīng)過預(yù)拉伸的聚酯硬質(zhì)線繩在硫化溫度作用下要收縮，硫化出來(lái)的膠帶由于在聚酯線繩的收縮力、膠料流變、鋼帶加壓等多重作用下，聚酯線繩在帶子沖齒方向上發(fā)生波浪型變形而影響皮帶的質(zhì)量。

如何解決這個(gè)問題？對(duì)此，我們進(jìn)行了深入地考察論證和部分試驗(yàn)驗(yàn)證。

1　成型方面

分析現(xiàn)行成型工藝對(duì)質(zhì)量差異的影響，圓模成型總體來(lái)說是一項(xiàng)成熟工藝，其線繩纏繞均勻性是很好，但對(duì)成型機(jī)臺(tái)和模具的同心度、平穩(wěn)性、對(duì)操作人員的熟練程度和工藝執(zhí)行力度的要求都很高。稍有偏差纏繞的質(zhì)量就受到影響，如張緊力的控制、線繩間距的調(diào)整等。特別是大規(guī)格模具，加工精度難以保證，由于模具本身龐大，成型轉(zhuǎn)動(dòng)后慣性及動(dòng)能大，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)略有晃動(dòng)將造成線繩的張緊力不均勻、線繩排列發(fā)生移位、扭曲等問題而影響產(chǎn)品質(zhì)量。

對(duì)此，我們實(shí)驗(yàn)雙鼓繞線機(jī)能否達(dá)到圓模成型的效果。在普通V帶繞線機(jī)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過改裝后進(jìn)行了約300 mm寬度的硬質(zhì)線纏繞試驗(yàn)，選用經(jīng)過預(yù)浸膠漿處理的1 100 dte×4×3線繩。把普通V帶繞線機(jī)的兩個(gè)繞線輥更換為直徑250 mm的輥，然后按照交叉成型的方式成型，試驗(yàn)結(jié)果表明線繩排列整齊均勻，直線度良好，可達(dá)到圓模纏繞成型的效果。

按此推論，在雙鼓繞線機(jī)剛性性能得到保障的前提下，如果把雙鼓繞線機(jī)加寬加長(zhǎng)，把帶坯做到寬度為500 mm周長(zhǎng)為6 000 mm以上是沒有問題的。按照這個(gè)思路和設(shè)備廠家聯(lián)合重新設(shè)計(jì)了雙鼓繞線機(jī)，在計(jì)算1 100 dte×6×5硬質(zhì)線繩纏繞寬度為500 mm，周長(zhǎng)為6 000 mm帶坯時(shí)的最大張緊力的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了兩個(gè)繞線輥的軸徑。根據(jù)不同粗細(xì)線繩的成型張緊力，利用Solidworks軟件動(dòng)態(tài)模擬出雙鼓繞線機(jī)最難掌握的在保證線繩張力恒定下，繞線時(shí)“雙鼓八字變平行”線性相關(guān)性圖。這樣就可以根據(jù)線性相關(guān)性圖調(diào)節(jié)兩個(gè)繞線輥的角度，以適應(yīng)繞線軸的剛性與不同規(guī)格線繩張緊力之間的一致性。并且在改造后的普通V帶繞線機(jī)的基礎(chǔ)上又進(jìn)行了輔助性地改裝，在兩個(gè)繞線輥的外側(cè)又各增設(shè)用于防變形的牽拉裝置，也就是行業(yè)內(nèi)稱為“吊耳”的裝置，并在兩排線繩中間與下面增設(shè)了不等數(shù)量的活絡(luò)托輥，根據(jù)帶子的長(zhǎng)度調(diào)整托輥之間的距離，以防止大規(guī)格帶坯在成型時(shí)發(fā)生“U”型下墜變形和張力不均勻現(xiàn)象，如圖1所示。

圖1　切邊式齒形V帶雙鼓繞線示意圖

另外也試驗(yàn)了未經(jīng)浸膠漿的線繩纏繞成型，其松緊度、線繩間距及帶坯的中轉(zhuǎn)等均難以控制，達(dá)不到質(zhì)量要求。

由于我們采用反成型的生產(chǎn)工藝，成型時(shí)在保證線繩張力恒定和線間距不變的前提下，在繞好線繩的內(nèi)側(cè)面利用繞線機(jī)的兩個(gè)繞線輥與線繩的自壓力把緩沖膠片貼合到線繩上，依次再貼合上伸張層和加工好的帆布層，在貼合過程中調(diào)整兩個(gè)繞線輥間的間距，以確保成型張力恒定。然后用繞線機(jī)的壓輥在線繩上貼合緩沖膠片和纖維膠片，繞線機(jī)上的壓輥?zhàn)詈米龀删郯滨グ草?，硬度?5度為好。并且與下方的繞線輥的直線度契合的一定要好。這樣成型貼合時(shí)膠片間的氣體能夠充分的排除掉，硫化好的成品帶就不會(huì)有氣泡等缺陷。

帶坯成型完畢后的存放也是關(guān)鍵，要規(guī)整的定型在與繞線機(jī)相仿的設(shè)備上，以便保證線繩的張力不發(fā)生變化。

2　硫化方面

鼓式硫化機(jī)的能源利用率高，一般均采用電加熱沒有廢汽排放的綠色生產(chǎn)方式。即使使用蒸汽，也只是排出冷凝水，不像硫化罐必須把蒸汽排放掉才能開啟罐蓋，且模具也不需水冷卻，可充分利用熱能。

硫化加壓的問題是鼓式硫化機(jī)的關(guān)鍵，能不能既不影響到線繩的排列又能充齒飽滿，且?guī)w厚薄均勻一致。

20世紀(jì)八九十年代，上海橡膠制品一廠引進(jìn)印染用平帶的鼓式硫化機(jī)，硫化的寬度為2 000 mm，安徽美祥實(shí)業(yè)有限公司的鼓式硫化機(jī)能夠硫化的寬度達(dá)3 200 mm，浙江蘭溪橡膠廠引進(jìn)的輸送帶連續(xù)硫化鼓式硫化機(jī)，都是以不銹鋼帶加壓，經(jīng)觀測(cè)厚度均勻、外觀光滑平整。不銹鋼帶是鼓式硫化機(jī)傳遞硫化壓力的主要部件，它繞在硫化鼓上的包角約為280°，可在其外側(cè)輔助加熱、加壓以提高硫化速度和進(jìn)一步提高硫化壓力。

據(jù)考察，現(xiàn)行國(guó)內(nèi)開發(fā)成功的用于環(huán)形V帶鼓式硫化機(jī)的有效寬度僅僅為600 mm左右，較上述引進(jìn)的寬度要窄的多，不過從工藝角度考慮，帶坯的寬度越窄質(zhì)量越好控制。例如紫金港膠帶有限公司和佳木斯環(huán)星機(jī)帶有限公司引進(jìn)德國(guó)的鼓式硫化機(jī)。兩家引進(jìn)的鼓式硫化機(jī)加壓方式是鋼絲編制的壓力帶，其主要用于普通V帶的硫化，硫化出來(lái)的帶頂面呈現(xiàn)鋼絲編織的花紋形。經(jīng)過對(duì)兩種壓力鋼帶的分析論證，認(rèn)為兩種壓力鋼帶給鼓式硫化機(jī)做齒形V帶提供壓力都是可行的。因?yàn)樵趬毫︿搸У膬?nèi)側(cè)有用以連續(xù)硫化過程中壓制出齒形的關(guān)鍵部件——齒形槽板。無(wú)論是用不銹鋼帶或鋼絲編織帶加壓，齒形槽板受力都是均勻的，也不會(huì)引起齒形槽板的損傷，硫化出的齒形尺寸能夠得到有效保證。鼓式硫化機(jī)連續(xù)硫化示意圖，如圖2。

鼓式硫化機(jī)生產(chǎn)齒形傳動(dòng)帶的工藝中，用以連續(xù)硫化的齒形槽板是重中之重，能不能達(dá)到圓模硫化的效果，關(guān)鍵在于齒形槽板的選材與制作上。2008年河北佰特橡膠有限公司發(fā)明了不銹鋼帶齒形槽板如圖3，用以代替圓模反成型硫化用的橡膠齒形膠套，并申請(qǐng)了實(shí)用新型和發(fā)明兩項(xiàng)專利。2009年在杭州肯萊特傳動(dòng)工業(yè)有限公司技術(shù)服務(wù)時(shí)發(fā)明了用以連續(xù)硫化用的橡膠齒形槽板如圖4并申請(qǐng)了專利。切邊式齒形V帶的齒形不象同步帶那樣用來(lái)精確傳動(dòng)，雖只起到散熱、減小彎曲應(yīng)力、延長(zhǎng)疲勞壽命的作用，但隨著人們的質(zhì)量意識(shí)和審美觀的改變，對(duì)齒形的要求也在逐漸的提高。

圖2　鼓式硫化機(jī)連續(xù)硫化示意圖

論證中意識(shí)到，在鼓式硫化機(jī)連續(xù)硫化過程中，采用上述兩種齒形槽板在一定程度上存在缺陷。因?yàn)榧訅河玫牟讳P鋼帶繞在硫化鼓上的包角約為280°，在硫化鼓的下邊有一個(gè)約為130°的加熱罩，起預(yù)熱帶坯和輔助硫化的作用。由于受硫化溫度的影響，當(dāng)齒形槽板進(jìn)入下傳動(dòng)壓輥的過程中齒形槽板上的齒形會(huì)發(fā)生微量的變形，在加壓鋼帶的作用力下其變形在整個(gè)硫化過程中幾乎無(wú)法矯正。分析變形的原因后，認(rèn)為不銹鋼帶的齒形槽板由于是蛇形狀，上下兩個(gè)側(cè)面是中空的，在一邊是鋼帶壓力一邊是帶坯的作用下發(fā)生了變形；另一種是橡膠型的齒形槽板，由于橡膠受熱后其本身的硬度要發(fā)生變化，并且在槽板進(jìn)入下傳動(dòng)壓輥過程中，其受力是線狀局部受力，導(dǎo)致槽板齒形也會(huì)發(fā)生微小變形。經(jīng)過多方論證，認(rèn)為把兩種齒形槽板結(jié)合起來(lái)——使用橡膠鋼帶復(fù)合槽板比較好。就是把橡膠膠料填充到不銹鋼帶的一側(cè)，把兩者牢固的硫化在一起，既能滿足280°的彎曲又能防止齒形在兩側(cè)壓力下發(fā)生變形。如圖5。

硫化好的帶筒要及時(shí)轉(zhuǎn)移到能自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的雙輥定型機(jī)上轉(zhuǎn)動(dòng)冷卻，防止帶筒發(fā)生扭曲變形和確保帶子的長(zhǎng)度要求。

三種齒形槽板如圖3～5所示。

圖3　不銹鋼帶齒形槽板

圖4　橡膠齒形槽板

圖5　橡膠鋼帶復(fù)合齒形槽板

3　切割與打磨

傳動(dòng)帶切割機(jī)的發(fā)展也取得了突破性的進(jìn)展。按設(shè)備構(gòu)造分為兩種，一種是臥式切割機(jī)另一種是立式切割機(jī)，按切割方式分為角度切割和直刀切割。按切割膨脹方式分單鼓切割和雙鼓切割。無(wú)論是角度切割還是直刀切割其切刀有兩種，一種是白鋼刀切割，一種是旋轉(zhuǎn)或不旋轉(zhuǎn)圓刀片切割。我們調(diào)研了很多企業(yè)，大多存在切割角度不準(zhǔn)確，切割角度不對(duì)稱問題，也就是切割角度切偏的問題。

研究后發(fā)現(xiàn)，在單根帶張力不能保證恒定的情況下總會(huì)出現(xiàn)各種各樣的缺陷。現(xiàn)行的雙鼓切割機(jī)，帶筒裝上時(shí)是用氣缸來(lái)調(diào)節(jié)松緊度的，沒有考慮單條帶的張力和整筒帶的總張力問題，切割時(shí)會(huì)出現(xiàn)帶子寬度不一的問題。況且氣缸氣壓也不是穩(wěn)定的，在張緊力忽大忽小的情況下，即使采用直刀切割的方式也是不能保證切割的寬度。

超長(zhǎng)型大規(guī)格切邊式齒形V帶，無(wú)論是長(zhǎng)度和厚度對(duì)生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)設(shè)備來(lái)講都是個(gè)極限的挑戰(zhàn)。在對(duì)超長(zhǎng)型大規(guī)格帶筒切割探索過程中，使用PLC控制的帶有“吊耳”自動(dòng)糾偏雙輥切割機(jī)能滿足需要。根據(jù)單根帶的張緊力計(jì)算好整個(gè)帶筒的張緊力后輸入PLC中，用PLC自動(dòng)調(diào)節(jié)的方式來(lái)保證每條帶子張緊力的一致性。在確保切割機(jī)整體剛性足夠強(qiáng)的情況下，采用旋轉(zhuǎn)刀片直刀切割的效果較佳，把帶筒切割成工藝要求的一條條矩形環(huán)形條。由于大規(guī)格切割齒形V帶的特殊性，打磨工藝采用反成型工藝打磨，使用內(nèi)冷式磨輪打磨，帶體生熱程度低不會(huì)引起帶體扭曲變形，帶子質(zhì)量有所保證。

打磨、測(cè)長(zhǎng)張緊力的設(shè)定都是按單根帶有效的測(cè)量力來(lái)設(shè)定。

4　結(jié)論

根據(jù)考察與論證的情況分析，我們認(rèn)為：切邊式齒形V帶用雙輥繞線機(jī)成型帶坯，采用鼓式硫化機(jī)連續(xù)硫化是可行的。

Feasibility study of continuous vulcanizationfor cut-type tooth V belt

（R-03）

Feasibility study of continuous vulcanizationfor cut-type tooth V belt

Shao Haigen
(Henan Province Jiaozuo City Xiuwu County, jiaozuo 454003，Henan, China)

Key words:drum vulcanizing machine; continuous vulcanization; cut-type tooth V belt

Abstract:Based on the research of cut-type tooth V belt production technology ,demonstrates feasibility of production cut-type tooth V belt with the drum vulcanizing machineusing reverse thinking way.

中圖分類號(hào)：TQ330.67

文章編號(hào)：1009-797X(2016)13-0001-04

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2016.13.001

作者簡(jiǎn)介：邵海根（1974-），男，工程師，質(zhì)量師，主要從事橡膠配方工藝的研究。

收稿日期：2015-12-02