UHMW-PE 在導(dǎo)料槽防溢裙板中的應(yīng)用分析

蘭漢聰，黃 雷，李利慧

（神華粵電珠海港煤炭碼頭有限責(zé)任公司，廣東珠海 519050）

1 應(yīng)用背景

帶式輸送機(jī)廣泛應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外冶金、煤炭、港口、電站、建材和糧食等工業(yè)領(lǐng)域。單臺(tái)帶式輸送機(jī)只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的直線運(yùn)輸，因此為滿足復(fù)雜多樣的運(yùn)輸需求，帶式輸送機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中需要設(shè)置多處轉(zhuǎn)接點(diǎn)。轉(zhuǎn)接點(diǎn)的導(dǎo)料槽處最容易造成溢料、揚(yáng)塵等污染，防溢裙板對(duì)于導(dǎo)料槽的防溢防塵起著舉足輕重的作用。

神華粵電珠海港煤炭碼頭有限責(zé)任公司是由中國(guó)神華能源股份有限公司、廣東粵電發(fā)能投資有限公司和珠海港股份有限公司共同出資設(shè)立的專業(yè)化煤炭碼頭企業(yè)，主要負(fù)責(zé)珠海港煤炭?jī)?chǔ)運(yùn)中心項(xiàng)目的投資、建設(shè)及運(yùn)營(yíng)管理。

珠海港煤炭?jī)?chǔ)運(yùn)中心項(xiàng)目位于珠海市高欄港南水作業(yè)區(qū)，年吞吐量為4000 萬(wàn)噸，堆場(chǎng)最大堆存量為220 萬(wàn)噸。本項(xiàng)目碼頭及堆場(chǎng)配備有先進(jìn)的卸船系統(tǒng)、篩分系統(tǒng)、裝船系統(tǒng)、快速裝車系統(tǒng)、帶式輸送系統(tǒng)等。整個(gè)裝卸輸送工藝過(guò)程中有大量轉(zhuǎn)接點(diǎn)，每一處轉(zhuǎn)接都有一套導(dǎo)料槽裝置，其中，防溢裙板是導(dǎo)料槽中損耗最大的機(jī)構(gòu)。

2 常用防溢裙板分析

2.1 豎直橡膠板式防溢裙板

用橡膠板豎直裝夾固定在導(dǎo)料槽上，橡膠板與輸送帶接觸，防止溢料揚(yáng)塵。該形式防溢裙板一般采用普通橡膠板或聚氨酯橡膠板制作，豎直與輸送帶接觸，如圖1 所示。普通橡膠板耐磨性差，聚氨酯橡膠板耐磨性優(yōu)于普通橡膠板，但仍然無(wú)法滿足長(zhǎng)期作業(yè)的耐磨要求。由于輸送帶彈性較大，在輸送機(jī)啟動(dòng)和停車過(guò)程中，輸送帶內(nèi)會(huì)儲(chǔ)存或釋放很大的能量，導(dǎo)致輸送帶起伏波動(dòng)較大。一方面，加速防溢裙板和輸送帶自身的磨損，使得防溢裙板與輸送帶間縫隙逐漸增大，防溢防塵效果降低，需要頻繁人為調(diào)整；另一方面，雖然該固定式防溢裙板安裝時(shí)可與輸送帶貼緊，但其不具備自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償功能，輸送帶運(yùn)行時(shí)的起伏波動(dòng)及上料后輸送帶的下沉?xí)馆斔蛶c防溢裙板產(chǎn)生動(dòng)態(tài)縫隙，無(wú)法避免少量的溢料揚(yáng)塵現(xiàn)象發(fā)生。

2.2 人字形雙重密封防溢裙板

該形式防溢裙板由立板、側(cè)板組成，如圖2 所示，立板豎直與皮帶相接觸，側(cè)板采用韌性橡膠材料與立板熱硫化為一體，在外側(cè)起到雙層密封作用。側(cè)板有一定的自動(dòng)補(bǔ)償功能，密封效果較好。但該形式只能應(yīng)用于固定導(dǎo)料槽，側(cè)板容易損壞，尤其應(yīng)用在活動(dòng)導(dǎo)料槽，容易導(dǎo)致側(cè)板無(wú)法展開(kāi)而失去作用，甚至損壞。

2.3 廢舊帆布輸送帶

利用廢舊帆布輸送帶或者較柔軟的橡膠板彎曲成圓弧狀與輸送帶相切接觸，形成良好密封。同時(shí)可以利用防溢裙板的彎曲彈性自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償輸送帶運(yùn)行過(guò)程中的起伏波動(dòng)，密封性好，但同樣耐磨性差，需要頻繁更換。

3 超高分子量聚乙烯在防溢裙板中的應(yīng)用分析

3.1 超高分子量聚乙烯性能

圖1 豎直式普通防溢裙板

圖2 人字形防溢裙板

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是一種分子幾何形態(tài)為線型結(jié)構(gòu)的熱塑性工程塑料，UHMW-PE平均分子量約35～800 萬(wàn)（HDEP 的分子量通常只有2～30 萬(wàn)），具有良好的耐磨性、自潤(rùn)滑性、不粘性、耐腐蝕性等其工程塑料無(wú)法比擬的優(yōu)異性能。

3.1.1 耐磨性

UHMW-PE 具有超高的耐磨性，并且其耐磨性與分子量成正比。在UHMWPE 中添加經(jīng)過(guò)偶聯(lián)劑處理的二硫化鉬、石墨、石蠟、超細(xì)炭黑、超細(xì)玻璃微珠、碳纖維、聚四氟乙烯等進(jìn)行改性后，可大幅降低材料的摩擦系數(shù)，提高耐磨性，起到減磨、耐磨作用。

在帶式輸送機(jī)應(yīng)用中，防溢裙板與輸送帶有長(zhǎng)時(shí)間的接觸滑動(dòng)摩擦，優(yōu)異的耐磨性能對(duì)其極為重要，可大幅延長(zhǎng)其使用壽命。UHMW-PE 優(yōu)異的耐磨性能正是防溢裙板所需要的。

3.1.2 自潤(rùn)滑性

UHMW-PE 具有極好的自潤(rùn)滑性，這也是其具有超高耐磨性的重要因素，其具有極低的動(dòng)摩擦因數(shù)，在自潤(rùn)滑下約為0.10～0.22，在有潤(rùn)滑劑的情況下更低，可達(dá)0.05。

優(yōu)異的自潤(rùn)滑性在防溢裙板與輸送帶的摩擦過(guò)程中可以很好保護(hù)輸送帶，減少輸送帶磨損，延長(zhǎng)自身和輸送帶的使用壽命。

3.1.3 不粘性

UHMW-PE 表面具有極好的抗粘性能，表面吸附能力非常微弱，僅次于用于制作不粘涂層的材料聚四氟乙烯，因而其他材料很難在UHMW-PE 制品表面粘附板結(jié)。在導(dǎo)料槽防溢裙板的應(yīng)用中，可防止物料與防溢裙板粘附板結(jié)，防止因粘附板結(jié)引起的堵料情況，同時(shí)也能減少輸送帶和防溢裙板的磨損。

3.1.4 耐腐蝕性

UHMW-PE 具有優(yōu)良的耐腐蝕性，除強(qiáng)氧化性酸液外，在一定溫度和濃度范圍內(nèi)能耐各種腐蝕性介質(zhì)（酸、堿、鹽）及有機(jī)介質(zhì)（萘溶劑除外）的腐蝕。UHMW-PE 在20 ℃和80 ℃的80 種有機(jī)溶劑中浸漬30 d，外表無(wú)任何反常現(xiàn)象，其他物理性能也幾乎沒(méi)有變化，十分適合海邊港口等高鹽度高腐蝕性環(huán)境。帶式輸送機(jī)多用于礦區(qū)或者沿海碼頭，環(huán)境鹽度高、腐蝕性強(qiáng)，作業(yè)條件十分惡劣，UHMW-PE 優(yōu)良的耐腐蝕性可以極好適應(yīng)這類環(huán)境。

3.1.5 其他性能

UHMW-PE 還具有良好的耐沖擊性、耐低溫性、耐疲勞性、耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂性、憎水性，以及超強(qiáng)的拉伸強(qiáng)度等優(yōu)異性能。

3.2 UHMW-PE 在防溢裙板中的實(shí)現(xiàn)方案

防溢裙板在導(dǎo)料槽中主要作用是密封，防止灑料和揚(yáng)塵。同時(shí)輸送帶在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的波動(dòng)起伏，會(huì)破壞防溢裙板的密封性，加速防溢裙板的磨損。因此在方案設(shè)計(jì)中需要解決防溢裙板的密封性和耐磨性，以及對(duì)輸送帶的波動(dòng)起伏進(jìn)行自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償。

3.2.1 防溢裙板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)密封性需求，設(shè)計(jì)采用防溢裙板彎曲成圓弧狀與輸送帶相切接觸的安裝方式，既能形成良好的密封，又能利用防溢裙板的彎曲彈性自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償輸送帶運(yùn)行過(guò)程中的起伏波動(dòng)，形成動(dòng)態(tài)密封效果，保證導(dǎo)料槽的密封性。

結(jié)構(gòu)方面，防溢裙板由橡膠板和UHMW-PE 組成，充分利用橡膠板的柔軟韌性和UHMW-PE 的耐磨性、自潤(rùn)滑性、不粘性等特性。橡膠板設(shè)計(jì)為階梯狀（圖3），裝夾部分強(qiáng)度要求較高，厚度設(shè)計(jì)為20 mm 左右，而與輸送帶接觸密封部分則相對(duì)較薄，更加柔軟，以彎曲成圓弧狀與輸送帶相切接觸進(jìn)行密封，臺(tái)階處采用圓弧過(guò)度以減少應(yīng)力集中，防止裙板因彎曲在臺(tái)階處斷裂。UHMW-PE設(shè)計(jì)為梯臺(tái)形小方塊，通過(guò)熱硫化工藝粘接在橡膠板較薄部分，粘接時(shí)在UHMW-PE 和橡膠之間涂刷膠水。通過(guò)高溫高壓長(zhǎng)時(shí)間的加工，UHMW-PE 方塊、膠水和橡膠底板發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，使二者緊密粘接，抗拉強(qiáng)度不低于2.24 MPa，確保UHMW-PE 材料不會(huì)從橡膠板上脫落，提高防溢裙板的使用壽命和防塵效果。

防溢裙板中粘接的UHMW-PE 方塊為防溢裙板的核心部分，是唯一在輸送帶運(yùn)行過(guò)程中與之接觸摩擦的部分。而且不會(huì)在其他部位產(chǎn)生磨損，以其優(yōu)異的耐磨性、自潤(rùn)滑性、不粘性等特性，大幅降低防溢裙板和輸送帶的磨損，可大幅延長(zhǎng)防溢裙板壽命，減少維護(hù)成本。

3.2.2 防溢裙板的安裝方式

防溢裙板鑲嵌UHMW-PE 部分可彎曲成圓弧狀與輸送帶相切接觸，形成良好密封。UHMW-PE 良好的自潤(rùn)滑性和低摩擦系數(shù)，能夠有效減緩輸送帶與防溢裙板的磨損，提高防溢裙板使用壽命和防塵防溢效果。

安裝采用楔形塊加夾板的夾裝方式，如圖4 所示，利用楔形塊使夾板夾緊裙板，拆卸時(shí)敲出楔形塊即可，安裝拆卸方便。

圖3 防溢裙板設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

圖4 安裝示意

3.3 優(yōu)點(diǎn)和效果

傳統(tǒng)防溢裙板使用普通橡膠皮帶切制，通過(guò)角鋼、楔形鎖緊裝置等，與導(dǎo)料槽固定在一起。因其摩擦系數(shù)較大、耐磨性較差以及輸送帶運(yùn)行時(shí)的起伏波動(dòng)，使防溢裙板短時(shí)間內(nèi)嚴(yán)重磨損，使用壽命較短，需頻繁調(diào)整更換。而采用UHMW-PE 設(shè)計(jì)的防溢裙板自潤(rùn)滑性好、耐磨性好，能大幅減小磨損，延長(zhǎng)防溢裙板使用壽命，降低維修成本。

4 結(jié)語(yǔ)

就國(guó)內(nèi)情況看，超高分子量聚乙烯主要應(yīng)用于煤炭行業(yè)，約占消費(fèi)總量的50%。例如，軸瓦、軸套類、輪類制品、板類、溜槽等制品，在替代鑄鋼或鑄鐵、尼龍材料方面顯示出其優(yōu)異特點(diǎn)。除了具有耐磨、耐腐蝕、摩擦系數(shù)小、耐低溫等性能上的優(yōu)勢(shì)外，成本也較低。很多板類材料也可以采用超高分子量聚乙烯材料，如煤倉(cāng)襯板、箕斗襯板、溜煤道襯板、水平溜煤槽襯板，以及特殊情況使用的礦車襯里等平板，壓濾機(jī)濾板，噴漿機(jī)摩擦片，洗煤廠中大量使用的篩板等。

UHMW-PE 尚無(wú)在帶式輸送機(jī)導(dǎo)料槽防溢裙板中的應(yīng)用，但根據(jù)其在上述場(chǎng)合的大范圍應(yīng)用，相信在防溢裙板中亦能取得良好應(yīng)用效果，獲得可觀經(jīng)濟(jì)效益。