帶式輸送機滾筒膠面磨損影響因素分析

苗海鵬

（山西潞安郭莊煤業公司， 山西 長治 046100）

引言

帶式輸送機通過滾筒與輸送帶之間產生的摩擦力作用實現輸送帶的運行，從而完成物料的定點輸送。在進行物料輸送的過程中，帶式輸送機具有高效、可靠的特點，在煤礦、港口、礦山等具有廣泛的應用[1]。隨著煤礦開采能力的不斷增強，對帶式輸送機的運行速度及運載量提出了更高的要求。滾筒作為帶式輸送機的重要部件，在使用過程中，滾筒表面的膠面磨損會造成輸送帶與滾筒摩擦力的下降[2]，造成帶式輸送機運送能力的下降。且膠面的磨損對輸送帶的穩定運行造成影響，進一步加劇了輸送帶的磨損，影響帶式輸送機的使用。針對帶式輸送機滾筒的膠面磨損影響因素進行分析[3]，從而針對性地進行改進優化，減小膠面的磨損，提高滾筒的使用能力，保證帶式輸送機的穩定運行。

1 帶式輸送機滾筒膠面磨損機理

鋼制滾筒表面的制造工藝簡單，常用于改向及張緊滾筒，但鋼制滾筒的摩擦系數小，只能用于小功率、小運量的帶式輸送機中[4]；膠質表面的摩擦系數較大，在實際的應用中膠面可以制成多種多樣的花紋形式，從而適應不同的工況需求。滾筒表面進行包膠一方面用來增加摩擦力，另一方面保護內部的筒皮，但膠面在使用過程中會受到多種因素的影響導致失效[5]，造成滾筒的表面磨損并影響輸送帶的運行。

在帶式輸送機的使用過程中，造成滾筒膠面磨損的主要原因是打滑，膠面的磨損可以分為滑動磨損及磨料磨損，需對引起打滑的因素進行控制。滾筒與輸送帶之間的包角過小，這會引起輸送帶張力的增加[6]，過大的張力作用會造成設備的打滑，導致膠面的磨損；當滾筒膠面出現不均勻磨損時，滾筒表面各部分的半徑不同，造成輸送帶運行速度的差異，從而引起局部打滑，加劇膠面的磨損[7]；帶式輸送機運行中熱量的產生會使輸送帶蠕動，造成相對位移，從而引起與滾筒之間的打滑，造成膠面的磨損率增加；輸送帶在使用中存在水分或其他雜物時，引起摩擦力作用的不同，也會引起輸送帶的打滑，引起滾筒的膠面磨損。

滾筒膠面通過黏接的形式制成，在使用過程中，膠結的失效形式主要分為內聚失效、被黏接物失效、黏附失效及混合失效[8]。滾筒表面的包膠可以分為硫化及冷硫化兩種工藝形式，通過膠面與筒皮之間的黏接結合在一起，滾筒膠面多發生因滾筒膠面的黏接力不足造成的失效[9]，滾筒表面脫膠的主要原因在于黏接界面的剪切應力大于黏接劑的剪切強度，造成筒體與膠面之間的破壞[10]，合理控制黏接剪切力是防止脫膠的關鍵，對膠面磨損的影響因素進行分析，即對影響黏接剪應力的因素進行分析。

2 帶式輸送機滾筒膠面磨損影響因素

對影響帶式輸送機滾筒膠面磨損的影響因素進行分析，采用MATLAB 建立滾筒的分析模型[11]，滾筒的直徑為800 mm、寬度為950 mm，采用TIPTOP 黏接劑進行制作，黏接劑的剪切強度為26.5 MPa[12]。

2.1 黏接劑厚度對黏接剪切應力的影響作用

黏接劑的厚度是影響黏接剪切力的重要因素，對于黏接厚度的使用沒有統一的標準，在其他因素不變的條件下對黏接劑厚度的影響作用進行分析。設定滾筒使用過程中的摩擦系數為0.4，包角為3.6 rad，黏接劑的彈性模量為5 GPa，膠面的彈性模量為0.007 8 GPa，采用MATLAB 對黏接剪應力進行分析，得到黏接剪應力的變化如下頁圖1 所示。

從圖1 中可以看出，隨著黏接劑厚度的增加，黏接剪應力值不斷減小，這說明隨著黏接厚度的增加，對黏接界面的黏接力有一定的提高，但過厚的黏接劑會造成黏接層在固化的過程中產生的收縮量較大，從而不利于膠面與滾筒筒皮質檢的有效黏接，造成黏接剪應力的下降。黏接劑的厚度增加時，制成膠面的成本也會增加，不利于滾筒的生產。依據TIPTOP 黏接劑的使用，在保證不開膠時的黏接厚度需大于2 mm，在進行包膠的過程中，黏接劑的厚度應大于2 mm，以2.5 mm 的厚度為最佳。

圖1 黏接剪切應力隨粘接劑厚度的變化曲線

2.2 滾筒包角對黏接剪切應力的影響作用

滾筒的包角大小對滾筒所受到的摩擦力具有直接的影響作用，包角越大時，則滾筒的摩擦力越大，但包角的范圍不能無限增加，分析包角對黏接剪切應力的影響作用對帶式輸送機的設計具有重要的使用意義。

圖2 中所示為黏接剪切應力隨包角變化的曲線，從圖2 中可以看出，黏接剪切應力隨包角的增加而呈增加的趨勢，增加滾筒的包角有利于提高滾筒的摩擦力，為保證滾筒表面不脫膠，則對于包角的值應控制在4 rad 之內，從而保證黏接剪切應力小于黏接劑的剪切強度。

圖2 黏接剪切應力隨包角的變化曲線

包角的大小對輸送帶分離點的張力具有直接的影響，分離點的張力作用直接影響滾筒受到的應力作用，對包角及分離點張力的共同作用進行分析，得到黏接層的剪切應力在兩種因素共同作用下的變化如圖3所示。從圖3 中可以看出，包角及分離點張力對剪應力的影響均呈線性增加的趨勢，為保證黏接層的使用，應選擇包角小于4 rad，分離點張力小于100 kN。

圖3 黏接剪切應力隨包角及分離點張力的變化

2.3 滾筒與輸送帶的摩擦系數對黏接剪切應力的影響作用

帶式輸送機在井下的工作環境復雜，在不同工況下或有粉塵、水分等夾雜時，會造成滾筒與輸送帶之間的摩擦系數發生變化，從而對黏接層的剪應力產生影響。對滾筒與輸送帶之間的摩擦系數對剪切應力的影響進行分析，得到如圖4 所示的黏接層剪切應力的變化曲線。從圖4 中可以看出，隨著摩擦系數的增加，黏接層的剪切應力呈曲線增加的趨勢，在實際進行應用的過程中，應控制滾筒與輸送帶之間的摩擦系數在0.55 之內，從而對避免滾筒膠面的破壞。

圖4 黏接剪切應力隨摩擦系數的變化曲線

3 結語

帶式輸送機的筒體表面進行包膠可以增加滾筒與輸送帶之間的摩擦力，從而提高帶式輸送機的工作能力。采用硫化的形式進行筒體的包膠，當黏接層受到的剪切應力大于黏接劑的剪切強度時，過大的剪切應力會造成筒體的脫膠，引起滾筒的失效。針對引起滾筒脫膠破壞的影響因素采用數值仿真的形式進行分析，結果表明，為避免滾筒膠面的磨損，最佳的設計參數應控制黏接劑的厚度為2.5 mm，滾筒的包角為4 rad，分離點的張力為100 kN，輸送帶與滾筒之間的摩擦系數為0.6。由此，可最大化發揮帶式輸送機的能力，并避免滾筒膠面的磨損，保證帶式輸送機的穩定運行。