皮帶機(jī)緩沖床技術(shù)的研究及改進(jìn)設(shè)計(jì)

王斌 杜江艷

摘要：緩沖床的設(shè)計(jì)主要用來(lái)替代緩沖托輥，提高整機(jī)運(yùn)行可靠性，減少摩擦緩沖，緩解物料沖擊，保護(hù)和延長(zhǎng)輸送帶使用壽命及安全運(yùn)行的目的。在帶式輸送機(jī)的應(yīng)用中起著不可或缺的作用，其質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到帶式輸送機(jī)及膠帶的運(yùn)行狀況、運(yùn)行質(zhì)量和能源消耗，是影響整機(jī)可靠性和壽命的關(guān)鍵部位。本文介紹了皮帶機(jī)緩沖床的應(yīng)用領(lǐng)域、主要性能和結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：緩沖托輥；皮帶機(jī)；緩沖床；緩沖條；高分子聚乙烯；改進(jìn)設(shè)計(jì)

1、前言

緩沖托輥用于帶式輸送機(jī)受料處減緩落料對(duì)輸送帶的沖擊，主要解決皮帶輸送機(jī)落料點(diǎn)和受料部位減緩沖擊的需求，廣泛用于煤炭、化工、礦山、鋼鐵、水泥、電力、港口等。整體式托輥輥體專用的高分子材料，具有很好的耐磨性，而且具有良好的自潤(rùn)滑性能，不傷皮帶，可承受中等負(fù)荷沖擊；鋼套復(fù)合的緩沖托輥耐沖擊力更強(qiáng)。但緩沖托輥?zhàn)陨淼妮S套和支架的拼裝結(jié)構(gòu)也成為不易更換和容易損傷輸送帶的缺陷，特別是輸送帶在落料點(diǎn)的受力不均勻，更加劇了單個(gè)托輥事故的發(fā)生率，增加了日常的修補(bǔ)和維護(hù)費(fèi)用，該工作點(diǎn)也成為皮帶機(jī)檢修維護(hù)和重點(diǎn)治理的突出部位，為此國(guó)際上很多工程設(shè)計(jì)公司先后設(shè)計(jì)了不同的物料緩沖裝置加以改善物料緩沖，最后由德國(guó)工程師發(fā)明的緩沖床，經(jīng)過(guò)逐步的改進(jìn)得到廣大客戶認(rèn)可，被全球所采用。

2、傳統(tǒng)緩沖床的設(shè)計(jì)及存在缺陷

2.1傳統(tǒng)緩沖床的設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)緩沖床通用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是兩部分組成：緩沖條+鋼構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的設(shè)計(jì)和適用調(diào)整，最終確定下的結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)是目前較為通用的結(jié)構(gòu)。

緩沖條是由聚乙烯材料、橡膠、型鋼三者不同性能的物質(zhì)地粘結(jié)在一起，通常主要采用兩種粘結(jié)技術(shù)，一種是熱硫化粘結(jié)技術(shù)，另一種是冷粘結(jié)技術(shù)，但是冷粘結(jié)技術(shù)不能從根本上解決問(wèn)題，在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)粘接層法人撕裂現(xiàn)場(chǎng)，因此，熱硫化技術(shù)才是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

緩沖條表面的材料與輸送帶直接接觸，主要采用聚乙烯板。聚乙烯摩擦系數(shù)最低，自潤(rùn)滑性能好，利于輸送帶通過(guò)，非常適合惡劣工況下的緩沖條表面材料，但是對(duì)廠家工藝的要求較高，不經(jīng)過(guò)特殊處理與橡膠極難結(jié)合。

緩沖條在收到?jīng)_擊時(shí)，主要通過(guò)彈性物質(zhì)通過(guò)自身的物理彈性起到很好緩沖作用，因此橡膠彈性必須滿足邵氏硬55度左右（硬度過(guò)高就起不到物料緩沖作用），耐腐蝕性、抗撕裂力、抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率等條件。

鋼構(gòu)是緩沖床的構(gòu)架，連接緩沖條，并與皮帶進(jìn)行角度貼合，結(jié)構(gòu)主要選用槽鋼、角鋼等標(biāo)準(zhǔn)型鋼經(jīng)過(guò)焊接組成，最終整體安裝在整機(jī)機(jī)架上。

2.2傳統(tǒng)緩沖床存在的缺點(diǎn)

（1）整體鋼結(jié)構(gòu)沒(méi)有高度和角度調(diào)整，靈活性差。

（2）緩沖床與機(jī)架連接之間沒(méi)有二次緩沖橡膠墊，在皮帶機(jī)運(yùn)行物料下落過(guò)程單靠緩沖條的緩沖橡膠墊緩沖，緩沖效果不佳。

（3）緩沖條的耐磨層在運(yùn)行過(guò)程中長(zhǎng)時(shí)間與皮帶摩擦是易耗件，其耐磨層厚度只有15mm，使用壽命短，且摩察力較大，自潤(rùn)滑效果不是很好。

（4）緩沖條是由聚乙烯材料、橡膠、型鋼三者不同性能的物質(zhì)通過(guò)特殊的熱硫化技術(shù)粘結(jié)在一起，技術(shù)難、成本高，而且這種連接方式所造成的直接后果就是緩沖層容易發(fā)生竄動(dòng)。

3、緩沖床的改進(jìn)設(shè)計(jì)

本文緩沖床同樣也是采用緩沖條+鋼構(gòu)的組合形式，但是是在發(fā)揚(yáng)傳統(tǒng)緩沖床優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，具體改進(jìn)設(shè)計(jì)如下：

3.1整機(jī)增加緩沖橡膠墊

緩沖橡膠墊應(yīng)用在機(jī)架與緩沖床連接的中間位置，本文選用氯丁橡膠CR，其具有良好的物理機(jī)械性能，耐油、耐熱、耐燃、耐日光、耐老化、耐臭氧、耐酸堿、耐化學(xué)試劑。具有較高的拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和可逆的結(jié)晶性，粘接性好。

3.2鋼結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)市場(chǎng)調(diào)研和分析，針對(duì)傳統(tǒng)緩沖床應(yīng)用的缺點(diǎn)，本文整體選用鋼構(gòu)架，采用一級(jí)角度調(diào)整、二級(jí)緩沖、三級(jí)高度調(diào)整的組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（1）通過(guò)緩沖橡膠墊進(jìn)行兩次緩沖，真正的改善了落料點(diǎn)的受力狀況。

（2）立板與緩沖床的底座連接，上面的3個(gè)通孔，可進(jìn)行高度調(diào)整。

（3）弧形板可進(jìn)行5°～15°范圍內(nèi)的角度調(diào)整，使耐磨層同運(yùn)輸帶槽型的匹配貼合度、均勻磨損度得到更好的利用，綜合使用壽命大幅延長(zhǎng)。

本文以帶寬1200mm，角度35°為例進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)如圖一所示。

3.3耐磨緩沖條的改進(jìn)設(shè)計(jì)

在緩沖條材質(zhì)的選擇上，我們實(shí)驗(yàn)了超高分子量聚乙烯板、聚氨酯、陶瓷三種材料。陶瓷耐磨性能較好，但摩擦系數(shù)特別高，容易導(dǎo)致輸送皮帶劃傷，起熱，冒煙，危害性極大。聚氨酯粘接性能好，對(duì)粘接技術(shù)要求較低但是該材質(zhì)容易水解，而且抗沖擊力較差，長(zhǎng)時(shí)間使用仍然容易出現(xiàn)開(kāi)膠分層現(xiàn)象。超高分子量聚乙烯摩擦系數(shù)最低，自潤(rùn)滑性能好，利于輸送帶通過(guò)，非常適合惡劣工況下的緩沖條表面材料。主要改進(jìn)設(shè)計(jì)如下：

（1）耐磨緩沖條外形尺寸為75×100×1600（如圖二），整體材料選用德國(guó)進(jìn)口超高分子量聚乙烯，其具有超強(qiáng)的沖擊韌性、耐磨性、自潤(rùn)滑性優(yōu)良，耐低溫沖擊，耐化學(xué)腐蝕、抗老化性能強(qiáng)。

其制作工藝要求表面平整、均勻、光滑，無(wú)裂紋；分子量≥900萬(wàn)；磨損度為每毫米≥900h，比重：0.93-0.95。摩擦系數(shù)：0.08—0.20（HY-GR復(fù)合后：0.05---0.08）。機(jī)械性能：在200℃以下不熔化，不變形。

（2）目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)緩沖條由耐磨層厚度15mm聚乙烯、60mm厚緩沖橡膠、鋁合金三種不同物質(zhì)采用特殊的熱硫化粘結(jié)技術(shù)，進(jìn)行硫化粘貼，成本很高。本文耐磨緩沖條全身采用高分子量聚乙烯，耐磨層厚度75mm，用螺栓直接固定于鋼構(gòu)架上，此方法，不用熱硫化粘結(jié)技術(shù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆卸方便，使用壽命長(zhǎng)。

（3）很好的利用固定緩沖條的螺栓孔φ21，可將自潤(rùn)滑復(fù)合棒放入其內(nèi)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線潤(rùn)滑的二級(jí)自潤(rùn)滑作用，極大地降低摩擦系數(shù)。

4、結(jié)語(yǔ)

終上所述，本文改進(jìn)設(shè)計(jì)的新型緩沖床是在傳統(tǒng)緩沖床的受力支點(diǎn)上增加了角度可調(diào)支架、二級(jí)橡膠緩沖及綜合應(yīng)用復(fù)合固體自潤(rùn)滑復(fù)合棒而實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線潤(rùn)滑，可充分有效吸收物料下落時(shí)的沖擊，大幅度降低物料下落時(shí)對(duì)輸送帶的沖擊，有效改善和均衡分散落料點(diǎn)的受力狀況，極大地降低摩擦力，真正改善了機(jī)械運(yùn)行中的高耗能問(wèn)題，延長(zhǎng)緩沖床的使用壽命。因此，本文通過(guò)新舊技術(shù)相結(jié)合的設(shè)計(jì)理念改變運(yùn)動(dòng)副、增加自潤(rùn)滑系統(tǒng)和優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)，使緩沖床綜合性能優(yōu)越，使用壽命長(zhǎng)，有很好的推廣及應(yīng)用價(jià)值。

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（作者單位：龍鋼集團(tuán)華山冶金設(shè)備有限公司）