輥筒輸送機帶輪皮帶斷裂研究與改進

段世濤 李洪武 鄭 燁

(紅云紅河集團昆明卷煙廠 生產四部（物流部） 昆明 650000)

現代化物流設備高效且復雜，任何一個環節出現故障維修，都將嚴重物流作業效率，設備管理工作需要進一步升級。卷煙廠成品入庫區承擔著卷包車間的件煙入庫任務，是卷煙生產的一個關鍵物流環節，輥筒輸送機帶輪皮帶斷裂頻繁，導致件煙分揀工作停滯，分揀機和回流線負荷過重，最終造成停機，嚴重影響生產。

當前，行業內分流通道環節使用的輥筒大都采用齒形帶進行連接傳動，不能適應新的生產要求，因此，本文對皮帶斷裂原因進行調查分析，針對性地選擇了與現場工況最為符合的楔形帶傳動方式，并通過詳細計算，得到楔形帶具體尺寸，以及帶輪的具體尺寸，經過現場測試，滿足要求。

1 庫區設備運行情況

庫區現有設備布局如圖1所示，成品件煙經過封箱后，由3臺提升機將其從一樓提升到二樓進入合流線，隨后進入掃碼站進行掃碼，經分揀機分揀后進入相應的分流通道，再由機械手對碼垛工位的件煙進行抓取、碼垛，放置在托盤上，之后經環形穿梭車和輸送設備運送，由堆垛機將托盤送入高架庫，完成入庫工作。

圖1 成品入庫區設備布局圖

其中，分流通道屬于中間環節，庫區目前有15條分流通道，5臺機械手，每3條分流通道對應1臺機械手。分流通道出現故障時，維修過程中，出于安全考慮，需要停止對應的機械手，以及該組3條分流通道，導致庫區分揀效率低下，造成連鎖反應，嚴重影響生產。

2 皮帶斷裂原因分析

2.1 皮帶間隙分析

2.1.1 理論分析

皮帶間隙過大，煙箱膠帶和煙箱碎屑等雜物容易卷入帶輪，導致帶輪積膠，帶齒受力不均，皮帶卡死，加劇磨損，造成皮帶斷裂。齒行同步帶齒形如圖2所示。

圖2 齒形示意圖

根據《同步帶及帶輪設計》，帶的齒根寬度s大，會使帶齒抗剪切、抗彎曲能力增強，相應就能傳送較大的裁荷。帶齒齒圓角半徑rr的大小與帶齒工作時齒根應力集中程度有關，齒根圓角半徑大，可減少齒的應力集中，帶的承載能力得到提高。形帶齒齒形角β的大小對帶齒與輪齒的嚙合也有較大影響[1]。如齒形角過小，帶齒縱向截面形狀近似矩形，則在傳動時帶齒將不能順利地嵌入帶輪齒槽內，易產生干涉。但齒形角度過大，又會使帶齒易從輪齒槽中滑出，產生帶齒在輪齒頂部跳躍現象。

當輥筒積膠時，帶齒根部容易出現異物，導致β減小、s減小、rr增大，受力增大，且容易跳齒，導致皮帶斷裂。

2.1.2 現場試驗

在實驗平臺上進行現場試驗，調整帶齒嚙合間隙，并加入膠帶、紙屑等雜質，模擬實際工況，統計相同時間內皮帶斷裂比率，結果如表1所示。

表1 皮帶間隙影響情況試驗

制作散點圖，如圖3所示，X軸表示皮帶間隙，Y軸表示相同時間內，皮帶斷裂比率。

圖3 皮帶間隙試驗散點圖

計算 Pearson 相關系數[2]為0.876，P值為0.026，說明二者成強正相關關系，皮帶間隙對輥筒帶輪皮帶斷裂有顯著影響。

同時，皮帶間隙小于3.2mm時，不會出現皮帶斷裂的情況，一旦大于3.2mm，開始出現帶輪積膠與皮帶斷裂，因此，需要將皮帶間隙控制在3.2mm以內。

2.2 皮帶強度分析

2.2.1 現場試驗

隨機選取磨損程度不同的不同類型皮帶，在試驗平臺上進行磨損試驗，通過改變轉速和包角，隨機進行啟停控制，模擬各種工作狀況，進行連續測試，分析各種工作情況下皮帶磨損和斷裂比率。不同類型皮帶測試結果如表2所示。

表2 皮帶磨損、斷裂比率模擬測試結果（單位：%）

2.2.2 單因子方差分析

通過單因子方差分析[3]，確認皮帶強度對輥筒帶輪皮帶斷裂的影響程度，分析結果如圖4所示。

圖4 單因子方差分析結果

P值為0.023<0.05，拒絕原假設，差異明顯，說明不同皮帶類型對工作狀況的適應程度不同，皮帶強度對輥筒帶輪皮帶斷裂影響顯著。

3 方案設計

3.1 傳送帶類型選擇

現場皮帶使用的是288-8M齒形帶，經過確認存在過載時受力過大和強度不足兩個缺陷，因此需要改變傳送帶類型，為提高強度，我們選用楔形帶傳動。

3.2 楔形帶設計

3.2.1 楔形帶參數設計

根據多楔帶傳動設計方法[4]，相關參數計算過程如下：

確定設計功率Pd：

計算傳動比i：

確定帶輪有效直徑de1和de2

小帶輪有效直徑de1≥demin=20 mm

大帶輪有效直徑de2=dp2-2Δc=60 mm

計算初定有效長度L0：

確定中心距a：

計算小帶輪包角a1：

查表，確定包角系數Ka和帶長系數KL分別為0.032和0.030

確定楔形帶的楔數Z[4]：

確定楔形帶的楔數為11。

確定壓軸力Q，如圖5所示。

圖5 帶輪受力示意圖

楔形帶參數如表3所示，帶輪參數如表4所示。

表3 楔形帶尺寸

表4 帶輪尺寸

3.2.2 安裝調試

選用符合計算結果的楔形帶進行替換，并制作相匹配的帶輪，如圖6所示。

圖6 改進前后的楔形帶和帶輪

4 結語

經過改進，降低了輥筒輸送機皮帶斷裂比率，提升效率，提高了設備運行的穩定性。在行業內，該成果可推廣到生產廠和商業公司物流輸送環節，具有很高的應用推廣價值。