一種鋼絲繩芯平板硫化機生產線拉帶機的開發研制

劉冰，李小兵，孫慶偉，彭志勇

（益陽橡膠塑料機械集團有限公司，湖南　益陽　413000）

一種鋼絲繩芯平板硫化機生產線拉帶機的開發研制

劉冰，李小兵，孫慶偉，彭志勇

（益陽橡膠塑料機械集團有限公司，湖南益陽413000）

介紹一種用于鋼絲繩芯平板硫化機生產線中的新型拉帶機的開發研制。通過對傳統拉帶機、牽引機的對比，進一步消化吸收國內外的先進技術和理念，研制出一種新型鋼絲繩芯平板硫化機生產線用的拉帶機。通過介紹分析拉帶機的基本結構和工作原理，對牽引力、夾持裝置、液壓缸、傳動機構、驅動電機等部分的設計計算、選型分析作了詳細的說明。其中此拉帶機的多項技術已經取得國家專利局的授權保護。

拉帶機；平板硫化機；牽引力；夾持裝置；膠帶導出裝置

隨著煤炭等礦石開采工藝的重大變革及高產高效礦井的建設，礦石的開采能力大幅度提高，伴隨著超深型超大型港口的不斷建設，以及節能環保、高效等理念的普及推廣，適用于高強度、長距離、大運輸量場合下輸送物料的鋼絲繩芯膠帶的要求越來越高。

目前，生產膠帶的設備特別是平板硫化機生產線所需要的品種越來越多、規格越來越大，超寬型超長型生產線不斷的得到用戶的青睞。作為平板硫化機生產線重要組成部分的拉帶機，需求也越來越多、規格也越來越大。作為關鍵性設備之一的拉帶機，其結構和性能也在不斷的優化和改進。

拉帶機在平板硫化機生產線的功能主要是將主硫化機硫化好的膠帶從主硫化機中引出，以方便成品卷取裝置對膠帶進行收卷，同時也把冷壓成型好的生膠帶引入主硫化機中，進行下一次的硫化工作。而在實際生產應用中，傳統普通的拉帶機、牽引機存在牽引力不夠、膠帶打滑、夾持裝置夾不緊膠帶、導出帶裝置容易積存膠帶和導帶不暢等問題，針對這些問題，我們設計了一種用于鋼絲繩芯平板硫化機生產線中的新型拉帶機。

1　基本構造

本設備由夾持裝置、膠帶導出裝置、機架、底座、傳動裝置、定中心裝置、主動輥、被動輥、自由輥、轉向輥和液壓系統等組成，如圖1所示。授權專利：名稱鋼絲繩輸送帶生產線拉帶機（申請專利號：CN200720065423.7）。

1.1傳動裝置

傳動裝置由傳動底座、電機、電磁離合器、減速機、聯軸器、齒輪嚙合組合等組成。如圖2所示。

傳動裝置的作用是電機將動力通過減速機

圖1　拉帶機主視圖

圖2　傳動裝置主視圖

1.2夾持裝置

夾持裝置由油缸、托架、承壓座、連接座、壓板、蓋板、滑道、同步裝置、限位裝置等組成，如圖3所示。

夾持裝置的作用是使牽拉過來的硫化好的膠帶定張力冷定型，并且阻止硫化膠帶過程中膠帶的回拉。

1.3膠帶導出裝置

膠帶導出裝置由減速器、聯軸器、安全罩、主動輥、被動輥、液壓缸、液壓系統、支座等組成，如圖4所示。

膠帶導出裝置的作用是把拉帶機牽拉過來的硫化后的膠帶主動導出，以便于平板硫化機生產線中后邊的卷取裝置卷取成型。

圖3　夾持裝置主視圖

圖4　膠帶導出裝置主視圖

1.4定中心裝置

定中心裝置也叫膠帶糾偏裝置，它通過兩個強制糾偏豎輥把膠帶糾正到生產線的中間位置，起到定中心的作用。對于成品膠帶的卷取質量和外形美觀意義較大。授權專利：名稱拉帶機膠帶定中心裝置（申請專利號：CN201120190719.8）。

1.5計長裝置

計長裝置簡稱計數裝置，它通過計長儀的計數功能來控制拉帶機的卷帶動作，以實現膠帶硫化的連續生產，并且保障膠帶卷的準確計量。

2　工作原理

拉帶機有6個輥筒（主動輥筒、被動輥筒、自由輥、轉向輥和膠帶導出裝置的上被動輥筒、下主動輥筒）、夾持裝置、膠帶導出裝置、傳動裝置、定中心裝置和計長裝置等組成。

工作前，膠帶首先被人工或機械牽引進定中心裝置進行強制定位糾偏，然后從上繞著被動輥筒，再往下被牽拉過自由輥后，接著再往上繞過主動輥筒，繞自由輥后從下向上進夾持裝置，再進入膠帶導出裝置的上下輥筒中間，最后被牽拉出來到下一步的設備中（見圖1），這樣膠帶就會包裹在三個輥筒上，并形成很大的包角。

工作時，傳動裝置的電機轉動，并通過電磁離合器、減速機帶動主動輥筒轉動，主動輥筒通過齒輪嚙合組合帶動被動輥筒轉動，因為這個時候包裹在輥筒上的膠帶對輥筒已經形成大的包角，因此轉動的輥筒與膠帶之前會有很大的摩擦力，膠帶就在這摩擦力的帶動下被牽拉出來；同時膠帶導出裝置的液壓缸在液壓系統的作用下帶動上被動輥筒開始從上向下運動，通過同步裝置控制兩邊的液壓缸下降速度一致，直到膠帶導出裝置的上被動輥筒和下主動輥筒夾緊膠帶后保持壓力定位，然后膠帶導出裝置的減速器工作，利用上、下輥筒的擠壓作用導出膠帶；當硫化完的膠帶被完全牽拉出平板硫化機的主機時，夾持裝置工作，夾持液壓缸在液壓系統的作用下帶動壓板運動，直到膠帶被夾緊在壓板和承壓座中間，液壓缸保持額定的工作壓力保壓，然后平板硫化機主機進行下一輪的硫化工作，此時拉帶機的牽引膠帶及導出膠帶的一輪工作完成，然后往復工作。

3　主要技術參數

根據用戶工藝要求和設計經驗給出以下技術參數：

運輸帶厚度h=12～45 mm；

運輸帶最大寬度b=2 400 mm；

三個大輥筒直徑D=1 000 mm；

膠帶移動速度V=6.5 m/min；

傳動帶最寬時自重G=300 kg/m；

最寬膠帶時鋼絲繩數量 192根；

鋼絲繩初張力0.4 kN/根。

4　主要設計參數的選擇及確定

拉帶機的設計計算，主要涉及拉帶機結構的確定及優化、牽引力的計算、電機的選型及確定、減速機的選型及確定、夾持裝置油缸的選型及確定、包角大小的確定和膠帶導出裝置的設計等。熟悉了這些主要參數的計算方法和確定原則，我們基本上就掌握了拉帶機的基本設計。

4.1牽引力F的計算

牽引力是拉帶機的非常重要的一個參數，它直接關系到整個拉帶機的使用性能。如果牽引力過小則會拉不動膠帶，會導致生產線無法正常運行；過大則又會造成資源浪費。

因此平板硫化機生產線中拉帶機的設計計算主要就是牽引力的計算，而牽引力的計算實質上就是摩擦力的計算，但拉帶機摩擦力的計算不同于滑動摩擦和滾動摩擦的計算。

由公式：

f——摩擦力；

N——正壓力；

μ——接觸面摩擦系數。

可知，一般情況下摩擦力的大小只與材質（接觸面摩擦系數）和正壓力有關，與接觸面積無關。但拉帶機的摩擦力計算則不同，它與膠帶在主動輥上的包角大小有關，也就是說拉帶機的摩擦力計算與接觸面積有關，包角越大，接觸面積越大，摩擦力就越大，所需要的牽引力也越大。

在平板硫化機生產線中，拉帶機的牽引力F不僅需要克服鋼絲繩的初張力F1，還需要拖動成型車一起移動，因此需要克服成型車自重與導軌所產生的阻力F2，另外拖帶力還需要克服從成型車冷壓平板至拉帶機第一工作輥中心的膠帶長度所產生的阻力F3，此外還需要克服一額外阻力F4才能夠拖動膠帶。因此拉帶機的牽引力F計算公式如下：

其中：

F1=192根×0.4 kN/根=7 680 kg；

F2=成型車自重m×μ=26 000 kg，摩擦系數μ=0.2， 成型車自重m=130 t；

F3=傳動帶自重300 kg/m×72 m×μ=6 480 kg，摩擦系數μ=0.3；

F4≈（F1+F2+F3）/10（此式根據生產實際中的經驗得出）

代入計算得（過程省略）：

4.2主電機、主減速機參數的的計算及選型

拉帶機拉帶力產生的力矩M：

其中：

驅動輥筒直徑：D=1 000 mm

拉帶力：F=44 176 kg

代入計算得（過程省略）：

M=216 642 NM

由主要技術參數可知：

拉帶機工作線速度：V=6.5 m/min

驅動輥筒直徑：D=1 000 mm

另根據扭矩M查減速機手冊，初選減速機型號，其速比i=710，將其代入以下公式計算拉帶機電機的功率N：

其中初選電機為交流變頻電機，電機轉速1 500 r/min，驅動效率η=0.8，代入計算得：

N=58.3 kW

對比電機選型樣本，根據我們以往的工作經驗，我們最終確定電機和減速機參數如下：

主減速機：NGW-123-13， i=710（行星減速機）；

主電機：Y P 5 0-5 5-4，P=5 5 k W，n= 1 500 r/min。

4.3膠帶導出裝置的設計及確定

傳統的老式拉帶機膠帶導出屬于一個被動導出，導出帶裝置容易積存膠帶和導帶不暢。基于此我們調整了拉帶機的結構，并且研制出了新型的能夠主動導出膠帶的新型膠帶導出裝置。詳見圖1和圖4。

膠帶導出裝置的設計最主要的一個參數確定就是膠帶所受正壓力的確定。確定了膠帶所受正壓力的大小后，我們就可以根據相應的計算方法來確定膠帶導出裝置的驅動參數及液壓缸的參數。因此，正壓力的計算就是最為關鍵的。

由圖5拉帶機的工作示意圖所示，我們把拉帶機導出輥的壓力設為P；與驅動輥前后膠帶包覆輥上的張力為：T1、T2、T3；包角設θ1和θ2。另外μ為橡膠與鋼的摩擦系數取值0.3。

圖5　拉帶機的工作示意圖

其中：

T1——導出輥與驅動輥之間的張力；T2——驅動輥與被動輥之間的張力；T3——被動輥之前的張力，同時拖帶力F= T3；

θ1——為被動輥膠帶包角11 6°，11 6° =2.025 rad；

θ2——為驅動輥膠帶包角2 2 5°；2 2 5° =3.927 rad。

而：T2=T1×eμθ1

T3=T2×eμθ2

則T3=T1×eμθ2× eμθ1

由于T1=P×μ；F=T3；

因此由上式綜合可得：

F=P×μ×eμ（θ2+θ1）

膠帶所受正壓力P已確定，然后我們可以根據公式來確定液壓缸的規格及膠帶導出裝置的動力配置。

液壓缸選擇：我們一般選標準液壓缸，根據膠帶導出裝置的正壓力P=24.7 t，而液壓缸的最大工作壓力14 MPa左右，液壓缸數量為兩個。

可用下式計算：

可得：

根據橡膠設備的特點以及我們的工作經驗，取液壓缸標準直徑100 mm。選用輕型拉桿式液壓缸，這種缸筒采用無縫鋼管，根據工作壓力的不同，選擇不同壁厚的鋼管，其內徑加工精度高，重量輕，結構緊湊，安裝形式多樣，且易于變換。低速性能好，具有穩定的緩沖性能。壓力范圍從3.5～17 MPa，廣泛應用在機床、輕工、橡膠塑料等機械設備上。

動力配置的選擇。根據拉帶機的工作原理我們可知，膠帶導出裝置工作的時候主動電機也在工作，夾持裝置此時處于不工作狀態，此時膠帶導出裝置只需要克服主動輥與膠帶導出裝置輥之間膠帶所產生的阻力就能把膠帶牽引導出，而拉帶機膠帶移動速度V=6.5 m/min，機械傳動效率η=0.90，另外根據膠帶導出裝置我們所設計的輥筒直徑D=400 mm以及我們的工作經驗，則：

電動機的功率選取P=7.5 kW，變頻電機，4級電動機的轉速1 500 r/min。

又V = （N/n）×r2×π

6.5=（1 500/n）×0.4×π

則減速機的速比計算得n=289。

另外膠帶導出裝置的膠帶速度要比拉帶機的工作線速度稍快，這樣有利于導出膠帶不存膠，因此我們取 n=250。

綜上，電動機和減速機選型確定如下：

交流變頻電機：YP50-7.5-4，7.5 kW，1 500 r/min；

減速機：WPWEDKO155-250-200-B。

4.4夾持裝置液壓缸的計算及選型

根據拉帶機的工作原理可知，當硫化完的膠帶被完全牽引出平板硫化機的主機時，夾持裝置開始工作，夾持液壓缸在液壓系統的作用下帶動壓板運動，直到膠帶被壓緊在壓板和承壓座中間，液壓缸保持額定的工作壓力保壓，然后平板硫化機主機進行下一輪的硫化工作。

夾持裝置工作的時候，夾板夾持后的張力F1與夾持力P′按以下考慮：

其中：

夾持裝置考慮用單排多缸，額定工作壓力為14 MPa，缸徑取d=Φ125 mm，根據夾持力計算公式：

其夾持力為：

其中：

P——額定工作壓力，MPa；

S——為活塞推力面積，cm；

n——為油缸數量。

根據橡膠設備的特點以及我們的工作經驗，取液壓缸標準直徑125 mm，數量為6個。選用輕型拉桿式液壓缸，這種缸筒采用無縫鋼管，根據工作壓力的不同，選擇不同壁厚的鋼管，其內徑加工精度高，重量輕，結構緊湊，安裝形式多樣，且易于變換。低速性能好，具有穩定的緩沖性能。壓力范圍從3.5～17 MPa，廣泛應用在機床、輕工、橡膠塑料等機械設備上。

另外，夾持裝置增加了同步裝置和限位裝置。同步裝置是由2個齒輪、1根同步軸和2個同步齒條等組成，通過齒輪的嚙合傳動來保證6個油缸的工作同步。限位裝置通過光電開關信號的傳輸來控制液壓站的工作，最終達到根據膠帶厚度的不同調整限制油缸工作極限位置的目的。

5　結束語

鋼絲繩芯平板硫化機生產線拉帶機的設計過程中，我們與國內外很多客戶公司的技術人員經過了大量的討論和分析，得到了大力支持，可以說吸收了國內外同類產品的精華，并結合我們國內的實際情況，使拉帶機的結構和方案得到了極大的優化提高。

我們所設計的平板硫化機生產線D L BG2700X16600X1規格用的的拉帶機，經國外某用戶使用后，運行良好。其使用方便可靠、工藝性能好，較好地解決了牽引力不足、膠帶打滑、夾不緊膠帶及導出帶裝置容易積存膠帶和導帶不暢等問題，獲得了客戶的好評。

［1］ 楊順根，白仲元. 橡膠工業手冊，北京：化學工業出版社，1997.

［2］ 邱寶蘭. 沈陽化工. 1991.

［3］ 秦大同，謝里陽. 現代機械設計手冊 ，第3卷，北京：化學工業出版社，2011.

（XS-05）

匯川產品喜獲cULus認證

匯川技術電液伺服系列產品IS580 30 kW-37 kW產品順利完成美國UL的cULus認證，產品加貼cULus標識，可進入美國和加拿大市場銷售，從而實現了該產品在美國和加拿大市場的自由流通，參見圖1。

圖1　認證標志

cULus標志是美國UL推出的一種安全認證標志，表明產品符合美國和加拿大相關的安全法規，是美國和加拿大消費者最信賴的安全標志，也是世界上最專業最嚴格的安全認證。

在這之前，國產變頻器在UL面前基本都望而卻步，匯川技術此次30～37 kW的產品嚴格按照美國和IEC的標準進行設計、測試、認證，整個開發過程充分考慮了產品安全、北美配電、系統搭配以及客戶易用性等方面，結合了當前先進的技術和工藝，在功率密度、可靠性、安全方面實現最優搭配方案，是我司創優“精品思想”指導下的新一代產品。IS580系列產品具有寬電壓380～480 V范圍，多電網制式，滿足全球電網要求。該產品將搭配注塑機產品，幫助客戶實現產品全球化戰略。

匯川技術本次認證項目獲得了美國UL工程師的高度認可，以業界領先的速度完成cULus整機級認證，是該功率段國產變頻器首個cULus整機級認證。該產品繼德國TUV認證以后，又通過美國和加拿大cULus認證，在國產變頻器業內匯川技術是僅有的一家。標志著匯川技術變頻器在全球安全認證上與國際主流變頻器品牌齊平。

江川供稿

瓦克推出醫療行業用高純度液體硅橡膠

2014年 0月，德國瓦克化學集團（Wacker）推出一款適用于醫療領域的高純度液體硅橡膠 SILPURAN6700。SILPURAN6700是一種易著色的膏狀雙組分化合物，其可在很短時間內固化并具備良好的機械性能和電氣性能，特別適合用于醫療和制藥行業用以及注塑制品用的各種軟硬復合部件的經濟生產。如通氣面罩和呼吸面罩。所有牌號都具備生物相容性，符合ISO 10993和美國藥典六級（USP Class VI）標準要求，并通過了相關測試。

燕豐供稿

Development of pull machine for a kind ofsteel wire rope core plate press production line

TQ330.47

1009-797X（2015）01-0029-06

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.01.006

劉冰（1985-），男，工程師，畢業于河南農業大學農業機械化及其自動化專業，雙學士學位，主要從事機械設計工作，已發表論文4篇。

2014-03-18和齒輪嚙合組合傳動方式帶動主、被輥筒轉動以實現牽拉膠帶的作用。