輥式磨粉機(jī)喂料系統(tǒng)同步帶常見(jiàn)失效形式分析

陳小剛，邵 博，孫 震，任 兵

（中糧工程裝備（張家口）有限公司，河北 張家口 075000）

同步帶傳動(dòng)是由一根內(nèi)周表面均勻設(shè)置的等間距圓弧齒形環(huán)形帶及具有相應(yīng)吻合的三輪系或兩輪系組成。它綜合了普通帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，具有傳動(dòng)平穩(wěn)可靠、沖擊小、無(wú)需潤(rùn)滑、噪音低及無(wú)污染的優(yōu)勢(shì)。但在使用過(guò)程中同步帶的故障、損壞或失效，會(huì)直接影響喂料的連續(xù)性和喂料均勻性，從而影響研磨，如果不能發(fā)現(xiàn)并及時(shí)處理，會(huì)造成磨粉機(jī)研磨系統(tǒng)磨輥的損壞而影響小麥制粉正常生產(chǎn)，在實(shí)踐過(guò)程中，有些故障表象容易與其它的機(jī)械或電器故障相混淆。

1 同步帶概述和技術(shù)指標(biāo)

1.1 基本構(gòu)造和特性

輥式磨粉機(jī)喂料系統(tǒng)同步帶一般采用的是5M圓弧齒或雙圓弧齒結(jié)構(gòu)，主要由合成橡膠、抗拉玻璃纖維芯線和齒布尼龍織物組成，通過(guò)模具布膠、參繞芯線、硫化成形等工藝制作而成。

柔軟強(qiáng)韌的合成橡膠在物理特性上具有抗熱、抗污、抗潮濕、耐老化和耐腐蝕等優(yōu)良特性，可有效保護(hù)芯線、緩和外部沖擊的作用。

抗拉玻璃纖維芯線具有非常小的延伸率,能夠確保齒距和同步帶長(zhǎng)度不因受到拉力的作用而延伸,同時(shí)也具有很好的力學(xué)性能,具有更高的拉伸強(qiáng)度和更好耐屈性。

齒布尼龍織物與帶輪直接接觸嚙合,具有優(yōu)良的耐磨性及緩沖性能,可避免同步帶的磨損，降低電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)被驅(qū)動(dòng)元器件振動(dòng),提高驅(qū)動(dòng)元器件的穩(wěn)定性,在與帶輪嚙合時(shí)可有效降低噪音。

背部橡膠、芯線、齒部橡膠及齒布一體成型,具有較高的抗沖擊性能,能承受高強(qiáng)度的運(yùn)轉(zhuǎn)和負(fù)載,降低噪音,減少電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的振動(dòng),具有精確的傳動(dòng)速比。

1.2 同步帶技術(shù)指標(biāo)

同步帶的性能主要受生產(chǎn)同步帶的原材料和生產(chǎn)工藝的影響，衡量同步帶的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)主要有，拉伸強(qiáng)度、芯線粘合強(qiáng)度、包布剝離強(qiáng)度、背帶硬度、齒體剪切強(qiáng)度等。

同步帶關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)相互制約，需要非常嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝才能有效提高其綜合數(shù)據(jù)，生產(chǎn)工藝和原材料直接影響其使用壽命和承載能力，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定5M同步帶拉伸強(qiáng)度應(yīng)不低于160 N/mm,芯線粘合強(qiáng)度應(yīng)不低于400 N/mm,包布剝離強(qiáng)度應(yīng)不低于6 N/mm,齒體剪切強(qiáng)度應(yīng)不低于50 N/mm，但在實(shí)際使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的同步帶，在用于喂料單元三輪系傳動(dòng)時(shí)，因其在傳動(dòng)過(guò)程中受到喂料輥較大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和變載工況的影響，容易導(dǎo)致同步帶損壞失效，這就需要在選購(gòu)?fù)綆r(shí)要更多的關(guān)注其力學(xué)性能指標(biāo)，良好的材料和先進(jìn)的技術(shù)生產(chǎn)的同步帶，其主要技術(shù)參數(shù)可以做到數(shù)倍于國(guó)標(biāo)。

2 同步帶存放和安裝注意事項(xiàng)

2.1 同步帶的存放

（1）在任何情況下都不得將同步帶扭曲、過(guò)度彎曲、對(duì)折或是將齒面翻出，同步帶在存放時(shí)應(yīng)盡可能保持自然狀態(tài)，不得折壓堆放，確需彎曲存放時(shí)，應(yīng)不低于其最低彎曲半徑D，表1為常用同步帶的最小彎曲半徑參數(shù)，這一點(diǎn)非常重要，過(guò)小的彎曲半徑將導(dǎo)致抗拉玻璃纖維芯線折損或斷裂，影響使用壽命和可靠性。

表1 常用同步帶的最小彎曲半徑

（2）在存儲(chǔ)和運(yùn)輸過(guò)程中，應(yīng)避免陽(yáng)光直射、雨雪浸淋，防止與酸、堿、鹵、油脂及有機(jī)溶劑等影響產(chǎn)品性能的物質(zhì)接觸。

（3）應(yīng)常溫存儲(chǔ)，一般溫度為-20～40℃，并盡量遠(yuǎn)離熱源。

2.2 同步帶的安裝

（1）安裝或更換同步帶時(shí)，應(yīng)首先減小帶輪中心距，之后將舊的同步帶取下、再將新的同步帶裝入，切不可采用工具撬、拗強(qiáng)行拆裝更換，避免造成同步帶和帶輪的損傷。

（2）安裝或更換同步帶時(shí)應(yīng)檢查帶輪和同步帶表面齒形是否存在異物，如有異物應(yīng)在安裝前進(jìn)行清理，清理時(shí)需注意不得在清潔劑中浸泡或刷洗，不可采用砂紙、小刀等利器對(duì)同步帶清除污垢油污，特殊情況下異物污垢無(wú)法清潔時(shí)，應(yīng)及時(shí)將其更換，不可帶病使用。

（3）安裝或更換同步帶時(shí)應(yīng)檢查同步帶輪是否呈直線對(duì)正，偏斜角α的正切值tanα應(yīng)不低于表2對(duì)應(yīng)帶寬的容許值。

表2 偏斜角正切值tanα容許值

（4）安裝或更換同步帶時(shí)必須保證初始張緊力，初張力不宜過(guò)大或者過(guò)小，無(wú)論是過(guò)大或過(guò)小都會(huì)對(duì)同步帶的正常使用有所影響，合適的張緊力是同步帶正確安裝的重要前提和保證正常壽命周期的必要條件，安裝時(shí)可依據(jù)廠家提供的張緊力指導(dǎo)值，利用專用的張力儀進(jìn)行調(diào)試，經(jīng)驗(yàn)豐富的使用者亦可采用指壓法對(duì)初始張緊力進(jìn)行評(píng)判。

3 常見(jiàn)故障和失效形式分析

3.1 同步帶傳動(dòng)過(guò)程跳齒、掉牙

初始張緊力過(guò)低是導(dǎo)致磨粉機(jī)喂料系統(tǒng)傳動(dòng)過(guò)程跳齒和掉牙的主要原因，跳齒瞬間產(chǎn)生較大拉力使同步帶掉齒而過(guò)早失效，在生產(chǎn)過(guò)程中傳動(dòng)系統(tǒng)周期性的規(guī)律異響或伴有間斷性喂料停滯，首先要考慮并及時(shí)檢查同步帶的張緊力是否合適并做及時(shí)調(diào)整，如已發(fā)生規(guī)律的間斷性喂料停滯，往往同步帶已經(jīng)發(fā)生局部多齒脫落，如圖1所示。同步帶因張緊力過(guò)低未及時(shí)進(jìn)行調(diào)整而帶病生產(chǎn)，造成同步帶局部掉齒進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)間斷性異響和喂料停滯現(xiàn)象。

圖1 同步帶背帶分離及局部掉齒圖

規(guī)律的間斷性喂料停滯現(xiàn)象在生產(chǎn)中往往容易被操作者或設(shè)備維護(hù)人員誤認(rèn)為是喂料輥體異物卡滯或其它機(jī)械故障，常常忽略同步帶因張緊力過(guò)低而局部掉齒這一情況，實(shí)際上異物卡滯或其它機(jī)械故障導(dǎo)致的間斷性喂料停滯是不規(guī)律的，時(shí)輕時(shí)重或間隔時(shí)長(zhǎng)時(shí)短。

另外機(jī)械故障卡滯、電機(jī)傳動(dòng)過(guò)程的抖動(dòng)等使同步帶拉力瞬時(shí)增加，同樣會(huì)導(dǎo)致同步帶齒面斷裂脫落，但不同的是這個(gè)過(guò)程會(huì)在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)同步帶斷裂、電機(jī)電流間斷瞬時(shí)升高、喂料系統(tǒng)無(wú)規(guī)律異響等現(xiàn)象。

3.2 同步帶帶邊磨損和撕裂

喂料系統(tǒng)同步帶輪呈非直線對(duì)正所示或帶輪擋邊彎曲，在傳動(dòng)過(guò)程中同步帶的邊緣受到局部剪切、摩擦和拉伸應(yīng)力增大是導(dǎo)致同步帶邊緣磨損和撕裂的主要原因，在生產(chǎn)中要多加注意，發(fā)現(xiàn)同步帶在傳動(dòng)過(guò)程中頻繁掉落橡膠等同步帶基材粉末時(shí)，應(yīng)及時(shí)停機(jī)檢查維護(hù)，如較長(zhǎng)時(shí)間得不到修正將會(huì)導(dǎo)致同步帶呈20~60°撕裂斷裂（圖2a）或是帶寬方向環(huán)形撕裂（圖2b）。

圖2 同步帶斜向及環(huán)向撕裂圖

3.3 同步帶齒面磨損

磨粉機(jī)喂料系統(tǒng)負(fù)載和初始張緊力過(guò)大、齒面摻入磨損性粉塵等異物或齒輪粗糙是導(dǎo)致同步帶齒面過(guò)度磨損的主要原因，隨著同步帶齒面磨損的發(fā)展會(huì)導(dǎo)致嚙合齒隙增大，帶輪齒頂和齒根也會(huì)因磨損而影響傳動(dòng)嚙合的匹配性能。

3.4 同步帶齒部剪切或斷裂

過(guò)高的張緊力對(duì)于同步帶的危害也是致命的，會(huì)造成芯線的曲饒疲勞，增大帶輪齒頂對(duì)同步帶齒底的壓力，造成齒部剪切或斷裂（圖3），極大地縮短同步帶的使用壽命，同時(shí)使喂料輥傳動(dòng)軸側(cè)壓力增大，并造成軸承的提前損壞。

圖3 同步帶齒部剪切撕裂圖

3.5 同步帶運(yùn)行早期過(guò)度磨損和斷裂

同步帶在剛開(kāi)始運(yùn)行就出現(xiàn)嚴(yán)重磨損、齒根剪切并發(fā)生斷裂，更換新的同步帶也無(wú)濟(jì)于事，往往使用不超過(guò)一周就再次發(fā)生斷裂，這種情況一般是由于帶輪齒形過(guò)于粗糙甚至存在明顯的銳角和倒刺造成同步帶損壞（圖4）。傳動(dòng)過(guò)程過(guò)于粗糙的帶輪齒面、銳角和倒刺過(guò)度磨損和切割同步帶齒面的尼龍織物，導(dǎo)致齒根完全開(kāi)裂（圖5）。所以在生產(chǎn)中如發(fā)生早期的同步帶嚴(yán)重磨損或斷裂，尤其是在第一次運(yùn)行或更換新的同步帶輪后出現(xiàn)，應(yīng)首先考慮和檢查帶輪是否存在上述問(wèn)題，檢查時(shí)可以用手指或指甲感覺(jué)帶輪齒面是否明顯粗糙或有銳角和倒刺卡頓，若已連續(xù)更換數(shù)次同步帶斷裂，帶輪全齒面包括齒頂和齒底會(huì)出現(xiàn)明顯的磨亮痕，也是判斷的重要依據(jù)，應(yīng)及時(shí)更換或修整帶輪齒形及齒面后重新更換新的同步帶。

圖4 齒形粗糙銳角和倒刺造成的同步帶損壞圖

圖5 同步帶抗拉玻璃芯線被損壞圖

3.6 同步帶縱向龜裂

同步帶超出帶輪的邊沿運(yùn)轉(zhuǎn)或者是同步帶卷上了帶輪的擋邊是同步帶縱向龜裂的主要原因，這在生產(chǎn)中也是比較常見(jiàn)的現(xiàn)象，導(dǎo)致這一情況的發(fā)生一般是由于同步帶過(guò)松、擋圈直徑低于標(biāo)準(zhǔn)要求、擋圈掉落或帶輪沒(méi)有對(duì)正等原因造成的。

3.7 同步帶出現(xiàn)等距或具有規(guī)律性局部磨損和裂口

同步帶出現(xiàn)等距或具有規(guī)律性的局部磨損和裂口（圖6），主要是由于同步帶輪局部齒間存有異物，一般情況下多是因之前同步帶損壞后殘留物沒(méi)有及時(shí)清理干凈，再經(jīng)過(guò)摩擦高溫結(jié)痂，形成具有較高硬度的瘤體，在傳動(dòng)過(guò)程中造成同步帶異常局部磨損并伴隨著應(yīng)力集中而形成裂口，所以在生產(chǎn)中更換新的同步帶前必須要保證帶輪上無(wú)異物殘留。

圖6 同步帶出現(xiàn)等距或具有規(guī)律性局部磨損裂口圖

3.8 運(yùn)行時(shí)噪音過(guò)大

同步帶張緊力太大、兩輪或三輪的平行失準(zhǔn)、同步帶的寬度大于或接近帶輪的直徑、負(fù)載過(guò)大或同步帶與帶輪齒合不良是導(dǎo)致磨粉機(jī)喂料單元傳動(dòng)輪系運(yùn)行時(shí)噪音過(guò)大的主要因素。

3.9 同步帶背膠老化龜裂

同步帶背膠老化龜裂，主要是同步帶本身質(zhì)量問(wèn)題，正常情況下同步帶在3年壽命周期內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)較明顯的背膠老化龜裂現(xiàn)象，質(zhì)量好的同步帶使用壽命可達(dá)5年以上。

4 結(jié)語(yǔ)

同步帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊、耐磨、抗老化并具有緩沖減震能力，噪聲小，傳動(dòng)效率可達(dá)到98%、線速度可達(dá)50 m/s，傳遞功率從幾瓦到數(shù)百千瓦、維護(hù)保養(yǎng)方便費(fèi)用低，不需要潤(rùn)滑，綜合了帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，但是在同步帶存放、安裝和日常維護(hù)中需要嚴(yán)格按照規(guī)范要求操作，要做到發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，切不可帶“病”工作，以保證同步帶正常使用周期內(nèi)的綜合性能。