一種二布二膠結構的行李輸送帶熱接合方法

蔣博，何川

（成都雙流國際機場股份有限公司，成都 610225）

0 引言

進入21世紀以來，經濟全球化促使各個區域的交流與融合進一步加速，我國經濟發展也步入了快車道，民航業的客流量迎來了爆發式增長。隨著2012年成都雙流國際機場T2航站樓的投運，成都航空市場呈現了跳躍式發展，截至2019年，旅客量已突破5500萬人次，躋身全球“最繁忙十大機場”行列，已然成為了我國民航的“第四級”。隨著民航業的飛速發展，客流量的增加必然導致行李量的大量增加，行李輸送帶是行李或散裝物料在行李自動分揀系統中的重要傳輸設備之一，行李輸送帶的使用，在國內外大部分機場占有主導地位。行李傳輸系統的高負荷運轉增加了行李輸送帶的受損風險，這將會減少輸送帶的使用壽命，也對輸送帶的質量提出了更高的要求。行李輸送帶（又稱行李傳送帶、輸送皮帶等）是機場行李自動分揀系統的重要組成部分[1]。一般輸送帶的結構包括骨架層、膠層和邊膠組成，而機場行李自動分揀系統的輸送帶多采用二布二膠結構。其結構由下至上依次為第一骨架層、第一覆蓋層、第二骨架層、第二覆蓋層。第一骨架層、第二骨架層均為聚酯纖維（PET）織物材質，第一覆蓋層、第二覆蓋層均為聚氯乙烯（PVC）材質[2]。輸送帶的接頭方式一般為國際齒形接頭，橫向穩定性良好，適宜各種復雜環境下的傳輸。這種輸送帶具有結構簡單、維護方便、承載能力強等優點[3]。但輸送機的結構特征導致輸送帶與下方骨架分離，輸送帶工作的過程不斷受到來自上方物體的壓力和輸送帶與骨架之間的摩擦力的影響，這對輸送帶抗拉、壓強度和摩擦磨損等力學性能提出了較高的要求[4]。因此輸送帶在生產使用過程中，磨損、老化和撕裂是主要的損壞形式。輸送帶損壞會導致整節行李輸送線停運，若是短時間內無法修復，則會影響到航班的正常起飛，造成航班延誤的風險。因此，為了盡快恢復生產，減少故障導致的停機時間，研究輸送帶的快速修復方法以達到最佳的接合質量則顯得尤為重要。

1 輸送帶接合方法介紹

常見的行李輸送帶修復方法主要有打扣、熱接合、冷膠法和更換全新輸送帶等多種方式。打扣又稱為可拆卸式接頭聯結，其原理是通過金屬接扣把兩節輸送帶進行機械連接[5]。其優點是作業流程簡單、易于操作，因此維修耗時短、成本低廉，但缺點是打扣位置的接頭強度較低（調研發現打扣的輸送帶接頭強度普遍低于500 N/mm）[5]。這種接頭強度無法在復雜的運行環境中保持良好的工作狀態，運行過程中輸送帶接頭容易受到拉扯變形和斷裂，受力不均勻，受載隨機性強，導致工作壽命較短，易造成頻繁返工。其中U形扣的聯結質量會高于普通的金屬扣，其打扣的輸送帶接頭強度能達到1627 N/mm[5]。但因其工藝和材料等成本比普通機械扣更高，且接頭強度依然無法達到輸送帶本身穩定的抗拉、壓強度，且依然無法解決受載隨機性大等缺點，導致性價比并不高。因國外在行李運輸行業的發展時間較長，涉及的輸送帶和相關配套產品更加豐富，但進口又加重了材料的使用成本，所以目前國內仍大量使用低聯結強度的普通機械扣作為維修方式之一。

冷膠法是所述幾種輸送帶接合方法中經濟成本最低的一種方法。不同于打扣的物理接合，其原理是通過膠水與材料的化學反應來實現輸送帶的接頭粘接[6]。其主要用在輸送帶的小面積損傷的修復上，特點主要是現場操作簡單快捷，且能達到一定的運輸強度，能保證修復效率和降低停機時間。但缺點依然十分明顯：一是其接頭強度并不高，只適用于小面積的破損或劃傷，一旦輸送帶出現較大的撕裂或破損，此類方法則無法適用；二是通過膠水粘接前需要對輸送帶進行打磨、清潔等處理，粘接后需要對接頭進行按壓固化。其接合質量受人為技術水平的影響較為明顯。

更換全新輸送帶的方式雖然能達到標本兼治的效果，但有兩大缺點：一是輸送帶造價高昂，根據調研發現，一般二布二膠結構的輸送帶根據國產或進口的報價顯示多在900～3000 元/m不等，更換成本高；二是更換全新輸送帶需要長時間停機并拆卸整節輸送機進行更換，涉及擋板、電動機、托輥、滾筒等多種大型設備的拆裝，拆卸、裝配和重新調試的工序復雜，需要4名以上的人員進行配合，費時費力，維修的人力成本和時間成本在幾種接合方法中最高，面對繁忙的航空業務，顯然是不利于設備盡快恢復生產。

而輸送帶的熱接合方法（又稱熱硫化法、熱膠法等），其原理是對斷裂的兩節皮帶進行高溫、高壓的熱接合處理，使接頭材質從融化到重新融合的過程[7]。一方面，冷卻后的接頭強度接近材料本身的力學性能[8]；另一方面，整個熱接合過程耗時短且操作程序簡單。熱接合后的輸送帶使用壽命較長，經濟效益在三者中最高。由此可見，采用熱接合的方法修復破損的輸送帶是最優方案之一。但現有的輸送帶熱接合方法并沒有一個統一的標準，接頭質量如拉伸強度、伸長率、布層間黏合強度等受到輸送帶接頭質量、接頭分層方法和熱接合時間、溫度、壓強等多種因素的影響[9]。所以，如何提高輸送帶的熱接合質量、延長其使用壽命和降低維護成本成了一個重要的問題。

2 輸送帶的熱結合方法

本案例中采用的輸送帶為上海永立帶業股份有限公司生產的編號為“P25-35/0-21DZA”的二布二膠結構的通用輸送帶。所使用的分層機為溫州紅龍工業設備制造有限公司生產的型號為“LODO750w”工業皮帶分層機。使用的熱接合機為溫州紅龍工業設備制造有限公司生產的型號為“1200風冷一體式工業皮帶熱壓機”。行李輸送帶的熱接合流程共5個步驟，如圖1所示。

圖1 輸送帶的熱接合流程

2.1 輸送帶的接口裁剪

接口的邊緣質量對輸送帶的整個熱接合質量影響較大，為了提高熱接合處的接頭質量，在輸送帶破損后，需把損壞部分切割掉，并保證切割面平整，接頭無毛絨和異物。工具準備：鋼板尺一把（長度大于等于輸送帶橫向寬度），90°三角尺兩把，美工刀一把。切割方法包括：用鋼板尺壓牢輸送帶，在鋼板尺頂部和尾部分別放置90°三角尺，其目的是穩定鋼板尺，防止尺位移，使切口處始終保持相對平直狀態，使用美工刀均速均力一次性劃過需切割位置，保證切口平滑無鋸齒，裁剪方法如圖2所示。

圖2 輸送帶的裁剪示意圖

2.2 輸送帶的分層

二布二膠結構的輸送帶，總寬度為1000 mm，總厚度為4 mm。因為輸送帶為分層結構，層與層之間材質存在差異，若直接進行熱接合，會使接口密度不均，導致接合力下降，熱合性能不佳。作為多層材料的柔性結構，接頭在整個輸送帶的運轉過程中將受到拉力、剪力和剝離應力等多種受力狀態的影響，這些應力將集中于接頭端部。因此接頭夾接的質量就顯得尤為重要。接頭分層的詳細參數根據式（1）計算得出[10]。分層方法包括：使用分層機對輸送帶兩端接頭分別進行分層，分層厚度為輸送帶總厚度的1/2，分層寬度（實占長度）為6 cm。分層完成后，對接頭一端上層膠皮進行切除，保留2 cm切割后寬度；對接頭另一端底層織物進行切除，保留2 cm切割后寬度。其目的是使輸送帶在接頭夾接時的厚度與輸送帶本身厚度保持一致，避免熱合處厚度過大造成接頭處隆起。輸送帶接頭經過分層和裁剪后，兩端接頭分別由上層寬度為6 cm的長端膠皮和底層寬度為2 cm的短端帆布以及上層寬度為2 cm的短端膠皮和底層寬度為6 cm的長端帆布構成，其目的是使夾接后的總厚度與輸送帶本身厚度保持一致。其中接頭實占長度計算公式為

A=（i-1）S+Bcot α。 （1）

式中：A為接頭實占長度，mm；i為織物層數；S為單層膠皮/織物長度，mm；B為輸送帶寬度，mm；α為接頭角度。

2.3 輸送帶的夾接

由于輸送帶為分層結構，為提高輸送帶的接頭強度，通過把兩端膠皮進行分層夾接，以保證熱接合時材料密度均勻。針對輸送帶兩端接頭的夾接方法采用一端長的膠皮夾接在另一端短的膠皮和長的帆布之間，一端長的帆布夾接在另一端長的膠皮和短的帆布之間，夾接過程保持平整，避免過度隆起，同時需要保證上下接縫對齊，夾接平齊工整。此種夾接方法的優勢在于，容易夾接準確，接頭平整，接合的面積較大，可以降低應力集中現象，夾接方法如圖3所示。

圖3 輸送帶接頭夾接示意圖

2.4 輸送帶的熱接合參數配置

在熱合機上進行參數設置。通常情況下，熱接合強度受溫度、壓力、熱合時間等因素的影響[5]。在熱合參數的選擇上，通過查詢相關文獻資料并結合現場實際情況[7,10]，經過不斷測試優化后最終確定為如下參數：熱合溫度為175～186 ℃，保溫時間為3 min，壓強為1.65 MPa，冷卻溫度為50 ℃。最后，熱接合完成以后，仔細檢查輸送帶的熱接合質量。需要說明的是，熱接合完成后接頭表面偶有鼓泡現象，這是由于分層夾接后層與層之間存在氣體導致，需要在鼓泡的位置用針戳破進行排氣。

熱接合完成后，待接頭冷卻固化后，輸送帶接頭處能承受負載下的拉伸、剪切和剝離應力，并具有柔韌性，其力學性能接近原始輸送帶。如表1所示，在輸送機運行強度相似的情況下，我們統計了編號1～6的輸送帶采用熱接合和打扣后的無故障運行時長并進行了對比。可以發現，熱接合后的整體使用壽命均高于打扣方法的。熱接合后的平均使用壽命為13.33個月，打扣方法為6.67個月。其中，編號1輸送帶的使用壽命在熱接合方法中最低，且明顯與編號2、3存在較大差距，這可能是由于熱接合過程中人為因素導致的不穩定現象。但依然不難看出，其和采用打扣方法后的最大使用壽命相當，均為8個月。需要特別注意的是，編號2的最大使用時長達到了17個月，是編號5的3倍以上。由此可見，熱接合后的輸送帶質量是明顯高于采用打扣方法的，且最大的穩定運行時長已達到17個月，遠遠高于打扣后的運行無故障時長，由此可以判斷熱接合的接頭質量是較為理想的。

表1 分別采用熱接合方法和打扣方法后輸送帶的無故障運行時長對比

3 結語

在行李輸送帶的維修維護過程中，為使設備盡快投入生產，同時保證行李輸送帶具有較長的使用壽命和較低的運維成本，采用熱接合的方法無疑是較好的選擇。在輸送帶的整個熱接合過程中，采用合理的接口裁剪方式、分層方法和熱接合參數配置等方法，避免了其他接合方式導致的輸送帶開膠、翹邊等問題，能在較短的維修時間內達到良好的維修效果，能有效延長輸送帶的使用壽命，同時其維修過程簡單、成本低、耗時短，為此類故障的排除提供了較好的參考價值。但考慮到本案例的樣本數據采集時間較長，樣本數量較少，熱接合的各項參數可能并不能完整體現不同環境下的實際情況，因此在接下來的工作中，會在樣本采樣時長和參數的具體優化上做進一步的研究。