影響鋼絲繩芯膠帶接頭強度的因素分析

范麗

摘? 要：通過Von Mises應力曲線對鋼絲繩芯膠帶接頭的鋼絲繩對接面距離S進行分析，知道接頭所受應力隨著對接面距離的增大而減小，直至S達到50 mm以后，這種變小的趨勢不再明顯，達到極限值。通過建模和計算2種方式對接頭長度進行分析，接頭整體長度對接頭強度影響很大，其接頭長度越長，接頭強度越高，但是當接頭長度達到750 mm以后，接頭強度趨于平穩。因此考慮到經濟性，建議接頭長度不超過750 mm。

關鍵詞：鋼絲繩芯膠帶;硫化;接頭強度

中圖分類號：TD528? ? ? ? 文獻標志碼：A

鋼絲繩芯膠帶屬于強力輸送帶，它是由鋼絲繩、上下覆蓋膠所組成，其具體結構形式如圖1所示。鋼絲繩芯膠帶屬于材料復合體，其所受到的縱向拉伸力主要是由一些平行排列的鋼絲繩來承擔。上下覆蓋膠對鋼絲繩芯起到保護作用，可以抵御周圍惡劣環境對鋼絲繩芯的侵蝕傷害。

表1列出了鋼絲繩芯膠帶的規格和一些技術參數。其中鋼絲繩根數則列出了帶寬1 200 mm時的鋼絲繩根數。如表1所示，鋼絲繩芯的直徑隨著膠帶的縱向拉伸力的增加而變大。t值是指鋼絲繩間距，d值是指鋼絲繩最大直徑，比值t/d，則用來表示鋼絲繩在膠帶中的密度。隨著縱向拉伸力的增加，t/d的值隨之減小，但是t/d的值始終大于1。

在膠帶的動態測試中，膠帶接頭的疲勞強度明顯要小于整條膠帶的額定強度，是整條膠帶的薄弱環節。因此要通過各種方法來增強輸送帶接頭強度。

目前在國內，鋼絲繩芯膠帶的連接方式主要有機械連接和硫化膠接2種方式。其中，最廣泛運用的方法是硫化膠接，它的優點是接頭強度大，使用壽命長，運轉時圓滑少阻力。但缺點也很明顯，接頭工序復雜，人工成本高，制作工期長。圖2即為三階接頭123的結構組成。

1 對接面距離

如圖2所示，對接面距離S是指在鋼絲繩接頭連接中的同一縱向上的兩鋼絲繩對接的距離。鋼絲繩接頭中鋼絲繩的不連續性就是指在鋼絲繩對接面中只有橡膠的連接而無鋼絲繩的連接，在此處，鋼絲繩的拉伸力主要通過橡膠與鋼絲繩之間的粘著力來承受與傳遞。

定義S值的取值范圍是0～60 mm。圖3即為不同的對接面距離下的Von Mises應力曲線。在圖中可以看出，當兩鋼絲繩的對接面距離越小，其對應受到的應力會越大，這對橡膠的使用壽命產生很大的影響。隨著對接面距離的增大，其橡膠受到的應力隨之越來越小，直至對接面距離達到50 mm后，應力曲線越來越平緩，達到一個極限值。

2 接頭的長度

膠帶接頭長度越長，其接頭受力越好，考慮到經濟性問題，因此，接頭長度要在保證膠帶拉伸力的情況下盡可能取最小值。

分別建立了鋼絲繩接頭長度為300 mm、400 mm、500 mm、600 mm、700 mm的5個接頭模型，對其分別施加0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%和3%的伸長量，計算并畫出了Von Mises應力與伸長量的對應變化曲線。

圖4對比了5種不同長度的接頭，長度分別對應從載荷0～0.3%下的應力變化曲線。其中，最上面的曲線表示的是300 mm接頭長度下的應力曲線，最下面的是700 mm接頭長度下的應力曲線。相對于300 mm接頭長度的接頭，在0.3%伸長量的載荷下，Von Mises應力值為7.37 MPa，接頭長度為400 mm時，Von Mises應力值下降為7.12 MPa，500 mm的接頭長度時，Von Mises應力值為6.76 MPa，600 mm接頭長度時，Von Mises應力值為6.58 MPa，600 mm接頭長度時，Von Mises應力值已經下降到6.55 MPa。

從圖4的應力曲線圖也可看出，應力曲線圖隨著接頭長度的增加而逐漸趨于重合。接頭長度為600mm和700mm的Von Mises應力曲線圖幾乎是一樣的，已經趨于重合。因此繼續增加接頭長度無意義。

圖5表達了伸長量為0.1%，0.2%，0.3%這3種載荷的施加下，Von Mises應力與接頭長度從350mm～750 mm的應力曲線。在這3種載荷的施加下，應力曲線隨著接頭長度的增大而緩慢減小，直至接頭長度大于700 mm后，曲線趨于平穩。因此，從經濟性考慮，應該將接頭長度控制在700 mm以內，700 mm以上就沒有什么實際意義。

還可以通過計算來確定鋼絲繩接頭的最大長度。接頭的強度是通過鋼絲繩與橡膠間的粘著力來實現的。當鋼絲繩接頭長度達到一定值后，即鋼絲繩抽出力大于鋼絲繩破斷力，鋼絲繩雖然被拉斷，但受鋼絲繩與橡膠的粘著力影響，也不能抽出，此時的鋼絲繩搭接長度為鋼絲繩接頭的最佳值。在多階形式的接頭中，搭接長度也就是每一階的長度。如小于此值，則不安全;大于此值，又不經濟。所以搭接長度LS的上限為：

3 結論

由以上論述可知，在多階接頭中，鋼絲繩間對接面的距離S會對鋼絲繩與橡膠之間的粘著力產生作用，對接面的距離S越大，其粘著力應力值會越小，但是這種變小的趨勢會隨著對接面的距離S超過50 mm后就變得不再明顯。接頭整體長度對接頭強度影響很大，其接頭長度越長，接頭強度越高，但是當接頭長度達到750 mm以后，接頭強度趨于平穩。因此考慮到經濟性，建議接頭長度不超過750 mm。

參考文獻

[1]宋偉剛.散狀物料帶式輸送機設計[M].沈陽：東北大學出版社，? ?2000.

[2]丁武云，姜連錄.高強度鋼繩芯輸送帶最佳的接頭形式[J].起重運輸機械，1992（2）：38-40.