全封閉單托輥皮帶輸送機創新的優化設計

◎沈少南

（錦州港現代糧食物流有限公司，遼寧 錦州 121007）

全封閉單托輥皮帶輸送機是以撓性輸送帶作為物料承載構件和牽引構件來進行散體物料輸送的全封閉設備，一條無端頭的輸送帶環繞在驅動滾筒和尾部改向滾筒之間。在兩滾筒之間的上下分支各以若干托輥支承，物料置于上分支上，利用驅動滾筒與輸送帶之間的摩擦力牽引輸送帶和物料運行，達到輸送物料的目的。

全封閉單托輥皮帶輸送機作為輸送機大家族的一員，根據摩擦原理，由驅動滾筒帶動輸送帶，可以在水平方向和傾斜角度不大的方向上輸送散體物料，它具有全封閉、輸送能力大、功耗小、結構簡單、維修方便、制造費用低、對物料適用性強以及用途廣泛等特點，在糧食流通和倉儲行業中有著大量的應用，是其他類型的輸送機不可比擬的。

由于現代化的發展離不開連續輸送設備，而且全封閉輸送機是輸送機行業第四代產品，其有著以前三代輸送機不可比擬的優點，該設備功耗小，在使用中可以節約能源，減小營運成本；全封閉的結構，使得該設備在環保方面達到了使用要求等。當然，全封閉連續輸送機也存在其固有的缺點，如物料容易灑落，更換托輥比較困難等[1]。

1 全封閉單托輥皮帶輸送機的結構特點

1.1 驅動裝置

全封閉單托輥皮帶輸送機的驅動裝置是整臺輸送機的動力來源，由電動機、液力耦合器、減速機、制動器、聯軸器和驅動滾筒等部件組成，驅動滾筒由一臺電動機將扭矩傳遞給驅動滾筒。全封閉單托輥皮帶輸送機的負載是一種典型的恒扭矩負載，而且不可避免地要帶負荷起動和制動，電動機的起動要保證必要的起動力矩，電動機在起動時的電流要比額定運行時的電流大6～7倍，要保證電動機不因電流的沖擊過熱而燒壞，電網也不因電流過大使電壓過分降低，這就要求電動機起動要快，既提高轉子的加速度，使起動過程不超過3～5 s。

1.2 整體結構

全封閉單托輥皮帶輸送機的整體結構分為頭部、尾部和標準中間節3個部分。

頭部是全封閉單托輥皮帶輸送機的卸料段，為了方便操作和維修，有利于輸送機頭部和轉接點的設計標準化，卸料段一般設計為水平的。若根據現場實際情況，卸料段必須為上拋式或下拋式卸料，也要盡量減少傾斜的角度，并且要以減小皮帶運行速度來補償。

為了引導物料流卸載方向及減少粉塵外溢，在卸料段需要增加蓋罩。為使蓋罩內表面不受物流過大的沖擊，其形狀應根據物料拋出軌跡制作，并在蓋罩內壁設置耐磨襯板。

尾部是全封閉單托輥皮帶輸送機的裝載段，是輸送機最復雜的作業環節段。輸送帶的使用壽命主要取決于受料段的結構是否合理。全封閉單托輥皮帶輸送機受料段盡量設計為水平段，如必須傾斜受料時，其傾角應盡量減小。且輸送機機尾的長度不宜過小。要保證物料在導料槽中不致堆積，且又以不灑漏為準。

對于一臺全封閉單托輥皮帶輸送機，除頭部和尾部以外，全是中間節部分。中間節是全封閉結構，是由鋼板加工而成的箱型梁，在底板上鋪設耐磨襯板，以方便返程輸送帶的拖動，同時也減少輸送帶和底板的相互磨損。上蓋做成起脊型，以防止雨雪進入輸送機的內部，同時也防止了粉塵的外溢。

2 全封閉單托輥皮帶輸送機的創新設計

全封閉單托輥皮帶輸送機的創新設計包括單托輥、靴型料斗、清料裝置、回料裝置、張緊裝置和全密封結構的設計，其中以單托輥和回料裝置作為全封閉單托輥皮帶輸送機的結構特點及技術關鍵點，備受用戶的信賴和推崇[2]。

2.1 單托輥的創新

摒棄原有輸送機的三托輥槽型結構，將托輥設計成整體啞鈴型單托輥。其由分布于托輥兩端的錐形段、中間的圓柱段和托輥軸組成，此結構使得托輥安裝檢修簡單可靠，同時克服了軸承被卡死造成托輥和輸送帶磨損，使摩擦力增大造成動力損失消耗的缺點。這樣的托輥在輸送帶的拖動下，支撐輸送帶進行物料輸送。

2.2 回料裝置的創新

在全封閉連續輸送機的尾部改向滾筒的兩側，安裝2套畚斗式清掃器，其借助板條狀、腰鼓型的尾部改向滾筒，將側移到滾筒兩端的物料經過該清掃器，將物料返回到輸送機承載段上，繼續輸送，既完成了對物料的清掃，又可以使之繼續輸送。

3 全封閉單托輥皮帶輸送機創新的優化設計

針對全封閉單托輥皮帶輸送機的具體結構和使用情況，對全封閉單托輥皮帶輸送機除了原有的創新設計之外，對設計再一次進行優化，使之達到現在的狀況。此次優化的內容包括清掃器的結構、單托輥的結構、靴型料斗的結構、頭部耐磨襯板的結構和軸承測溫系統。

3.1 清掃器的結構

3.1.1 清掃器的作用

在全封閉單托輥皮帶輸送機運轉過程中，不可避免地有部分物料或粉塵附著在輸送帶表面，通過卸料裝置不能完全卸凈，表面黏有物料和粉塵的輸送帶工作面，通過尾部改向滾筒后，由于物料的堆積而使其直徑變大，加劇滾筒和輸送帶的磨損，引起輸送帶的跑偏。而且其不斷灑落，污染環境，因此清掃黏接在輸送帶表面的物料，對提高輸送帶的壽命和保證輸送帶的正常工作具有重要意義。

3.1.2 清掃器選取的類型

全封閉單托輥皮帶輸送機可以選用的清掃器種類很多，對于全封閉連續輸送機就是選用了合金橡膠清掃器和空段清掃器。這兩種清掃器安裝在不同位置，分別對輸送帶的工作面和非工作面進行清掃。

3.1.3 合金橡膠清掃器的安裝和調試

合金橡膠清掃器由多個聚氨酯合金刮板、刮板架、橡膠彈性體、橫梁和可調節固定架等組成，其結構簡單、緊湊，可以通過調節固定架，來調整刮板于驅動滾筒之間的正常接觸，然后轉動橫梁軸，使刮板和驅動滾筒的接觸壓力達到100～150 N后鎖緊螺栓。工作壓力要適中，以達到最好的清掃效果。壓力過大，會影響彈性體的使用壽命，過小則清掃效果不好。同時，還要保證清掃板和驅動滾筒的線接觸均勻，以達到最好的清掃效果。由合金橡膠清掃器清掃下來的物料將直接落入連續輸送機的頭部錐斗，隨其他物料一同被輸送，不存在積料和物料灑落在返程皮帶上的缺陷。目前，在糧食行業的連續輸送機上均安裝此類清掃器。

3.1.4 空段清掃器的安裝和調整

物料在輸送帶上輸送的過程中，難免會發生由于輸送帶跑偏而撒料的情況，使物料落入輸送帶的返程段上，被帶到機尾而被卷入尾部改向滾筒，黏接在該滾筒表面，引起輸送帶的張力不均，損壞輸送帶。因此，必須在連續輸送機的尾部，返程輸送帶接近尾部改向滾筒處設置空段清掃器。空段清掃器可以采用橡膠板或耐磨襯板作為清掃板，可以做成“人”字形或“/”形，調整好清掃板與輸送帶的非承載面的接觸后，將兩端固定在設備的機架上。為了補償清掃板的磨損，往往采用彈簧來自動調整清掃板與輸送帶之間的接觸，來保證清掃的質量。全封閉單托輥皮帶輸送機的空段清掃器，安裝在機尾返程段上，由于該設備的返程輸送帶在設備底板上拖動，因此空段清掃器的清掃板和輸送帶的間隙調整到微接觸的狀態，保證了清掃質量，又不致卡住輸送帶。此設計結構緊湊，配制合理，產品輕便、美觀、易于操作，產品備件的互換及可調性好，更便于安裝調試、更換維修。

3.2 單托輥的結構

托輥是全封閉單托輥皮帶輸送機使用效果如何的關鍵部件之一，起著支撐承載段輸送帶的作用。在全封閉單托輥皮帶輸送機的使用中，對托輥的要求是使用可靠、回轉阻力小、成本低、托輥表面光滑、徑向跳動小、轉動靈活、軸向竄動小以及功率消耗低。為了達到此目的，將全封閉單托輥皮帶輸送機的托輥設計成啞鈴型單托輥的結構，此托輥的兩端為錐形段，中間位圓柱段，承載主要依靠中間圓柱段。此托輥的兩端的軸端，采用軸承座固定在全封閉連續輸送機的側板外側。

原有的托輥的錐形段的錐角為35°，在使用中發現此錐角偏小，會造成物料的灑落，為了使物料不致灑落，因此將其錐角增大到40°，保證了物料在輸送帶上的完整輸送，不致灑落或很少灑落。此項優化，使得全封閉單托輥皮帶輸送機具有以下優點。①運行平穩，制造安裝成本較低。②由于托輥回轉半徑較大，可降低托輥回轉的角速度，減少托輥軸承等旋轉部件的磨損。③運行故障降低，運行平穩。④運行阻力降低。從而降低了整機的驅動功率，進而降低了全封閉單托輥皮帶輸送機的運營成本，此項是全封閉連續輸送機的一大特點。

3.3 靴型料斗的結構

在全封閉單托輥皮帶輸送機的受料段，將導料槽設計成靴子形狀，俗稱靴型料斗。為了減輕所輸送的物料對輸送帶的磨損，全封閉連續輸送機的受料段靴型料斗的設計需要滿足以下要求。①物料到達輸送帶的速度大小和方向，應與輸送帶本體的速度大小和方向近似一致，物料的中心應對準輸送帶的中心，保證物料均勻地落到輸送帶上。②在受料段不允許物料堆積或散落。③在受料段后面盡量避免設施接觸輸送帶的擋板，盡量減少落差，特別是防止大塊物料從高處直接下落到輸送帶上。④當輸送物料的物理特性變化或使用條件變化時，要有調節物料速度的可能，使其具有良好的通過性能，特別是當輸送的物料具有黏性時保證不堵塞。⑤結構緊湊，工作可靠，耐磨性好。

在靴型料斗內設置導料的擋板，該擋板的作用是：當物料離開漏斗達到帶速之前，必須用其擋板使物料保持在輸送帶上，實際上，擋板就是受料漏斗的側板沿輸送機方向的延長段。通常兩塊擋板不是相互平行的，而是向前擴張布置，后擋板的下緣做成弧形，和輸送機槽角吻合，而不是直線。

3.4 頭部錐斗內耐磨襯板的結構

在全封閉單托輥皮帶輸送機的頭部，配置卸料錐斗，該錐斗是用于導料、控制料流方向的裝置，同時也起到防塵的作用。頭部錐斗的內部，配置耐磨襯板，耐磨襯板和錐斗本體用沉頭螺栓連接固定，以抵抗所輸送的物料對頭部漏斗的磨損。

在實際使用中，頭部的耐磨襯板在經過一段時間的使用后，磨損現象十分嚴重，因此需要重新進行改造設計。改造的方法就是：在全封閉連續輸送機的頭部錐斗內，驅動滾筒的正前方，設置一套擋料簾，該擋料簾用δ12的聚氨酯耐磨襯板加工而成，上端通過螺栓，將其懸掛在頭部錐斗的內側，下端懸垂。由于其下端懸垂，因此具有較好的耐磨性。況且在其磨損后方便進行更換，由于增設其擋料簾基本上杜絕了物料對原錐斗內部的耐磨襯板的磨損，起到了保護原耐磨襯板的作用。

3.5 軸承測溫系統

3.5.1 設計原理

軸承光纖測溫系統的原理是基于分布式光纖傳感技術，利用光纖中散射光（Raman）的信號強度的敏感特性，實現對沿光纖溫度場的分布測量。結合高品質的脈沖光源和高速的信號采集處理技術，就可以得到沿光纖所有點的精確溫度值。分布式光纖測溫系統目前能夠實現溫度測量的最長距離為25 km。

3.5.2 特點

分布式光纖測溫系統具有如下特點：連續分布式測量，抗電磁干擾，抗震防爆靈敏度高，測量精度高，系統簡單，防雷性能高，測量距離遠，適于遠程監控，壽命長、成本低。

3.5.3 組成

光纖測溫系統由測溫光纜、測溫主機、上位機監控軟件、火災報警系統與報警控制器和遠程通信模塊組成。

測溫光纜，采用62.5/125 μm多模光纖，內芯外包有套管，套管外采用鎧裝保護（不銹鋼軟管或不銹鋼編制絲軟管），外套采用阻燃性PVC材料。該結構保證了感溫光纜具有較快的溫度響應速度，較強的抗拉、抗壓能力和耐高溫、阻燃能力。

測溫主機，主機由激光器、光開關、WDM模塊（耦合器和光譜分離單元）、光電轉換單元和CPU處理單元幾個部分。信號經過處理，最終經CPU系統進行大量計算處理，得到當前光纖通道中每一點的溫度值。如果測量溫度值大于預設的報警溫度，則通過RS485接口發送信號到報警控制器觸發報警，主機同時響應來自控制中心監控軟件的網絡命令請求，使測溫度通過網絡發送到監控中心。

上位機監控軟件，是支持該測溫系統工作的一套專用軟件。

火災報警系統與報警控制器，測溫主機通過RS485接口與報警聯動模塊相連，報警聯動模塊接收來自測溫主機的報警指令，對指令進行解碼后控制響應的繼電器發出動作。繼電器輸出信號后經過處理，再次連接到火災報警控制器，報警控制器發出聲光報警，并同時可對多個不同類型的設備進行處理。

遠程通信模塊將測溫主機輸出的以太網電信號轉換成光信號，再上傳進入光纖通信網絡，在監控中心端，通過遠程通信模塊對相對應信道的光信號轉換成電信號，送到監控計算機，實現溫度監控數據、報警信息的遠程集中控制。

3.5.4 工作原理

光纖測溫裝置是將整條傳輸光纖作為傳感器，光纖（光纜）上的每一點都兼做“傳”和“感”的功能。在分布式光纖溫度傳感系統中，一束較強的脈沖激光信號在光纖（光纜）中傳輸時，光纖中的每一點都會對激光信號產生極其微弱的背向反射，根據散射光的波長可將其分為瑞利（Rayleigh）散射、拉曼（Raman）散射和布里淵（Brillouin）散射。其中，拉曼散射信號的強度于該點所處的位置的溫度相關性最大，通過檢測每一點散射光信號的光強，獲得該點的溫度信息，進而得到整條光纖（光感）的溫度分布。光纖測溫裝置傳感系統工作過程如圖1所示。

圖1 光纖測溫傳感系統示意圖

激光器發出激光脈沖，經耦合器到達連續光纖的各位置，在各位置會形成散射，通過光譜分離技術獲得光纖各點的散射光和散射光譜，散射光譜經過光電轉換單元轉換成電信號并放大，再由采集單元進行降噪處理。散射光對應的電信號經過CPU處理單元進行計算，獲得光線各處的溫度值和位置信息，并輸出倒監控主機顯示和報警。該系統由測溫主機作為“大腦”，統一指揮全部的工作過程。

3.5.5 測溫系統的安裝位置

由于全封閉單托輥皮帶輸送機的滾筒和托輥的軸承均是在設備外部安裝，而設備的旋轉部分也集中在軸承之上。因此，如何解決滾筒和托輥的軸承溫度，降低控制在正常范圍內，使其不致因為軸承損壞等原因造成溫度升高，最終造成粉塵陰燃的現象發生。由于光線測溫系統測量的準確度可靠、完整，且又不存在測溫電纜發熱影響測量的問題。因此，在滾筒、托輥和減速機的軸承初均安裝管線測溫裝置，來對其進行全面監控。

4 結語

通過對全封閉單托輥皮帶輸送機創新的優化設計，使得該設備更加完美可靠，使用效果更加安全使用。經過優化設計此設備，在實際使用中得到了廣泛的應用，既提高了設備的使用效果，又方便了設備的維修、保養等，使之趨于更合理、更實用、更可靠，為生產作業打下了堅實的基礎。因而該皮帶機廣泛應用于冶金、化工、建材、糧食等行業的輸送和生產流水線，以及水電站建設工地和港口等部門，用來輸送密度不大的散體物料。通過以上各個部件的創新優化設計，將大大提高該設備工作效率，減低能源損耗，提高設備運行穩定性，改善作業環境。通過不斷完善和創新，有利于提升全封閉單托輥皮帶輸送機的產品檔次和應用范圍，使其用途更為廣泛。

參考文獻：

[1]沈少南.談皮帶連續輸送機的特點及在散糧項目上的應用[J].現代食品，2015，1（5）：43-47.

[2]李俊玲，李留亮，葉 堅.全封閉單托輥皮帶輸送機的創新設計[J].糧食流通技術，2013，19（3）：15-16.