新型環(huán)形輸送帶接頭機研制

朱開華

（福建省三明市東辰機械制造有限責任公司，福建 沙縣 365500）

0 引言

橡膠輸送帶是輸送物料的一種工具部件，可以循環(huán)使用，但是需要做成環(huán)形才能投入使用?，F(xiàn)階段用戶一般是將輸送帶在工作現(xiàn)場運用冷粘接接頭、熱硫化接頭以及機械接頭這三種方式進行接頭[1]，現(xiàn)場輸送帶接頭對工人技術要求高且工作不方便。因此，用戶對環(huán)形輸送帶的需求日益增多。生產(chǎn)廠家一般應采用C型油壓機進行熱硫化接頭，以方便環(huán)形輸送帶的取放。但對于較大的環(huán)形輸送帶，若采用傳統(tǒng)的C型油壓機進行輸送帶接頭硫化，其承壓部份的懸臂應加長，且設備承受較大的合模壓力，要保證其強度和剛度，需加大C型油壓機的機身重量，使C型油壓機體積過大，重量較重，造價高。

為解決上述問題，新型環(huán)形輸送帶接頭機取傳統(tǒng)的輸送帶硫化機框式結構力學結構好及C型輸送帶接頭機可以方便裝取輸送帶的優(yōu)點。運用連板裝置、插銷裝置、轉臂裝置的作用，將設備在不同的工況下進行力學結構轉換。設備具有造價低、操作方便特點。

1 設備研制

1.1 設計方案

輸送帶接頭硫化其中硫化壓力是重要因素之一，標準的接頭硫化壓力為1.5MPa，可保證接頭的致密性、橡膠與線繩的附著力、橡膠的流動性而提高硫化接頭質量[2]。方案設計中分別采用機架的C型結構與框式結構進行力學分折。由表1可知，框式結構力學性能好且機架重量輕，生產(chǎn)成本低。在設計中，機架在板式框型機架的基礎上，將一側支板用連桿替代，連桿可通過油缸開合，在輸送帶放取時連桿抬起，機架為C型結構方便環(huán)形輸送帶的放取。在輸送帶接頭硫化時，連桿放下并通過柱銷與機架連接，機架為框式結構，保留較好的力學結構特性。

表1 力學分折對照表

1.2 技術參數(shù)

模具規(guī)格（長×寬）：（1600×1400）mm，合模力：6.72E+6N，油缸直徑：420mm，油缸數(shù)量：4個，油缸行程：450mm，蒸汽壓力：0.4～0.5（MPa）。

1.3 主要結構性能

設備由主機架、底盤、連桿裝置、插銷裝置、轉臂裝置、上承板、上、中、下熱板、模具、下承板、柱塞油缸、蒸汽管路、水冷管路、氣動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)等組成，見圖1。主機架固定在底盤上，柱塞油缸安裝在機架的下方與下承板連接，下承板、中熱板通過導向塊可在機架上的導軌滑動。當液壓系統(tǒng)工作時，柱塞上升頂起下承板、下熱板、中熱板、模具、輸送帶向上運動至上承板時，對輸送帶加壓。上、中、下熱板通入飽和蒸汽加熱輸送帶。自動控制系統(tǒng)采用PLC自動控制，將輸送帶人工裝入硫化模具后，系統(tǒng)可自動完成合模、連桿轉臂、柱銷伸縮、自動補壓及設備自檢等一系列工作來完成輸送帶接頭的硫化工作。系統(tǒng)采用參數(shù)化設計，在觸摸屏上可適時顯示硫化溫度、硫化壓力、硫化時間及生產(chǎn)工藝及管理參數(shù)，并可通過人機界面進行工藝參數(shù)修改。

圖1 設備的總體結構及照片F(xiàn)ig.1 Overall structure and photos of equipment

1.3.1 主機架

主機架由4件框板經(jīng)螺桿、螺母、上承板及導軌組成，見圖2，4件框板通過螺桿、螺母、上承板及柱塞油缸連接成穩(wěn)固的裝配體?？虬鍍?nèi)框的上、下面在設計時應考慮上承板、上熱板的重量及油缸預雖壓時對框板造成的變形，即上面有補償斜度?？虬宓脑贑型開口處加工2個直徑160mm的孔用于連板裝置和插銷裝置的安裝。主機上安裝有導軌主要用于熱板上下移動時的導向。

圖2 主機架：說明主機架的結構圖說明4件框板經(jīng)螺桿、上承板及導軌組成Fig.2 Main frame：the structural diagram of the main frame，which shows that the four frame plates are composed of screws，upper bearing plates and guide rails

1.3.2 連板裝置

連板裝置由連板、銅套、銷軸、墊片等組成，見圖3。連板上端通過銷軸安裝在主機框板上，通過油缸的伸縮可使連板以銷軸為中心可轉動，完成連板的開合動作。連板下端通過插銷裝置可與主機架C口下端連接，連接后主機由C型結構變化為框式結構。

圖3 連板裝置結構Fig.3 Structure of connecting plate device

1.3.3 插銷裝置

插銷裝置由氣缸、氣缸支座、銷軸等組成，見圖4。氣缸座安裝在連板上，并隨連板轉動，當連板轉至主機C口位置時，氣缸動作將銷軸插入主機的套中，見圖5。套的內(nèi)孔為兩個相貫的圓柱孔，一個圓孔內(nèi)徑大于插銷裝置的銷軸外徑5mm，在未加載合模力時與銷軸同軸，銷軸插入套時不與套接觸，可用較小的力將銷軸插入套中。另一圓內(nèi)孔直徑與銷軸外徑相同，且與第一個孔在高度方向向上偏移5mm，當加載合模力時，機架彈性變型后使孔與銷軸接觸，使連板受拉而形成受力較好的框架式結構，同時也增大了銷軸與套的接觸面積，避免銷軸壓潰。

圖4 插銷裝置的結構Fig.4 Structure of latch device

圖5 套的結構及說明孔在向上偏移5mmFig.5 Structure and description of sleeve hole offset 5mm upward

1.3.4 轉臂裝置

轉臂裝置由轉臂油缸、連接座、連接板等組成。當輸送帶裝入或取出時，轉臂油缸收回，轉臂向上轉，機架為C形結構，方便輸送帶裝、取。當進行加壓硫化時，轉臂油缸伸長，轉臂向下轉動，通過插銷裝置的銷軸使連板與主機連接，形成主機框式結構。

1.3.5 自動控制系統(tǒng)

由可編程控制器、觸摸屏、光電開關、壓力變送器、熱電偶、氣動控制系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)及施耐得低壓電器元件等組成。人機界面可存儲生產(chǎn)工藝，觸摸屏上可設定工藝參數(shù)?？刂葡到y(tǒng)設定手動和自動兩種工作模式。自動控制模式可自動完成連板閉合－插銷插入－油缸加壓－合模硫化－硫化計時－油壓卸壓－硫化脫模－插銷退出－連板打開－硫化完成報警等一系列工藝動作。

2 安全性設計

在設備研制中有兩個影響設備安全的要點，一是當合模力加載時，插銷裝置的銷軸應插入套中，使連板將主機的C形咢口連接，否則主機將發(fā)生塑性變形，設備失效；二是插銷插入套中，并上移5mm直至銷軸與套接觸的過程中，主機架應在彈性變形范圍內(nèi)。

2.1 PLC程序保護措施

為了保證設備在連板裝置和插銷裝置未投入工作時，柱塞油缸不工作，避免對設備造成損害。在控制程序設計時，應充分考慮其保護措施。如控制程序方框圖，見圖6，在輸送帶接頭裝入硫化機模具后，按起動按鈕，程序自檢連板、插銷及柱塞油缸的位置。當各位置準確時，轉臂油缸伸長，推動連板向下轉動，當連板轉動到位并觸動光電開關發(fā)出信號后，插銷氣缸伸出，插銷插入主機套中，插銷到位并觸動光電開關發(fā)出信號后，按合模按鈕，柱塞缸的低壓泵起動，柱塞升起，設備合模，當油壓為1MPa時，起動高壓泵加載相應的合模力并開始硫化計時。當硫化完成后，油缸卸壓，柱塞下降到位且行程開關動作后，方可退出銷軸。設備利用PLC程序控制以確保主機不發(fā)生塑性變形，保證設備的安全使用。

圖6 控制程序的工作流程及設計思路Fig.6 Workflow and design idea of control program

2.2 力學校驗

設備中由于插銷裝置的柱銷插入主機的套時，柱銷與套在高度方向有5mm間隙。在加載合模力時，主機需變形5mm后，銷軸才能受力，約束主機C形鄂口的變形，所以在設計中必須保證主機架C形鄂口變形5mm后，在不加載合模力時主機可恢復，其變形為彈性變形。在設備的設計中應用SolidWords Simulation軟件對主機架進行力學校驗。

2.2.1 主機架建模

為簡化力學模型，在校核中不考慮溫度及主機架其它裝配體重量對主機架的影響，將機架中的4件厚度為40mm的框板簡化為厚度為160mm的1件框板進行計算。由材料力學可知，框板的轉角處應力最大，框板C型口外側撓度最大。為確定主機架C形鄂口變形5mm時，主機架是否發(fā)生塑性形，先預設合模力使C形鄂口變形5mm，再根據(jù)預設合模力對框板的轉角處應力進行校核。

2.2.2 主機材料模型

主機架采用Q235B材料，在應用材料中選定普通鋼板。彈性模量E=2.1E+11Pa；泊松比μ=0.3；密度ρ=7.85kg/cm3；屈服強度σs=2.2E+8Pa。

2.2.3 建立約束與載荷

主機與底盤焊接，并用地腳螺栓固定，所以將主機底面視為約束，合模力加載于主機內(nèi)框上部。

2.2.4 校核

通過SolidWords Simulation軟件運算可知，見圖7。當加載合模力150000N時，主機鄂口的最大位移量5.04mm，主機架最大應力8.95E+07Pa，小于屈服強度σs=2.2E+08Pa，滿足強度要求，既設備主機不發(fā)生塑性變形，安全可靠。

圖7 計算的材料及力學模型、計算后的位移和應力結果圖Fig.7 Calculated material and mechanical model，displacement and stress results after calculation

3 結束語

綜上所述，環(huán)形輸送帶接頭機的研制采用了較新穎的設計思路，將設備在不同的工況下，采用不同的力學模型結構，通過連板裝置、插銷裝置等結構，將主機的框式結構與C形鄂式結構進行轉換，降低了制造成本，增強了操作的方便；通過PLC控制程序的設計，確保設備的安全性。