輥筒輸送機(jī)帶輪皮帶斷裂研究與改進(jìn)

段世濤 李洪武 鄭 燁

(紅云紅河集團(tuán)昆明卷煙廠 生產(chǎn)四部（物流部） 昆明 650000)

現(xiàn)代化物流設(shè)備高效且復(fù)雜，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障維修，都將嚴(yán)重物流作業(yè)效率，設(shè)備管理工作需要進(jìn)一步升級(jí)。卷煙廠成品入庫(kù)區(qū)承擔(dān)著卷包車(chē)間的件煙入庫(kù)任務(wù)，是卷煙生產(chǎn)的一個(gè)關(guān)鍵物流環(huán)節(jié)，輥筒輸送機(jī)帶輪皮帶斷裂頻繁，導(dǎo)致件煙分揀工作停滯，分揀機(jī)和回流線負(fù)荷過(guò)重，最終造成停機(jī)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。

當(dāng)前，行業(yè)內(nèi)分流通道環(huán)節(jié)使用的輥筒大都采用齒形帶進(jìn)行連接傳動(dòng)，不能適應(yīng)新的生產(chǎn)要求，因此，本文對(duì)皮帶斷裂原因進(jìn)行調(diào)查分析，針對(duì)性地選擇了與現(xiàn)場(chǎng)工況最為符合的楔形帶傳動(dòng)方式，并通過(guò)詳細(xì)計(jì)算，得到楔形帶具體尺寸，以及帶輪的具體尺寸，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，滿足要求。

1 庫(kù)區(qū)設(shè)備運(yùn)行情況

庫(kù)區(qū)現(xiàn)有設(shè)備布局如圖1所示，成品件煙經(jīng)過(guò)封箱后，由3臺(tái)提升機(jī)將其從一樓提升到二樓進(jìn)入合流線，隨后進(jìn)入掃碼站進(jìn)行掃碼，經(jīng)分揀機(jī)分揀后進(jìn)入相應(yīng)的分流通道，再由機(jī)械手對(duì)碼垛工位的件煙進(jìn)行抓取、碼垛，放置在托盤(pán)上，之后經(jīng)環(huán)形穿梭車(chē)和輸送設(shè)備運(yùn)送，由堆垛機(jī)將托盤(pán)送入高架庫(kù)，完成入庫(kù)工作。

圖1 成品入庫(kù)區(qū)設(shè)備布局圖

其中，分流通道屬于中間環(huán)節(jié)，庫(kù)區(qū)目前有15條分流通道，5臺(tái)機(jī)械手，每3條分流通道對(duì)應(yīng)1臺(tái)機(jī)械手。分流通道出現(xiàn)故障時(shí)，維修過(guò)程中，出于安全考慮，需要停止對(duì)應(yīng)的機(jī)械手，以及該組3條分流通道，導(dǎo)致庫(kù)區(qū)分揀效率低下，造成連鎖反應(yīng)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。

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(guò)大，煙箱膠帶和煙箱碎屑等雜物容易卷入帶輪，導(dǎo)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(jù)《同步帶及帶輪設(shè)計(jì)》，帶的齒根寬度s大，會(huì)使帶齒抗剪切、抗彎曲能力增強(qiáng)，相應(yīng)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(shí)齒根應(yīng)力集中程度有關(guān)，齒根圓角半徑大，可減少齒的應(yīng)力集中，帶的承載能力得到提高。形帶齒齒形角β的大小對(duì)帶齒與輪齒的嚙合也有較大影響[1]。如齒形角過(guò)小，帶齒縱向截面形狀近似矩形，則在傳動(dòng)時(shí)帶齒將不能順利地嵌入帶輪齒槽內(nèi)，易產(chǎn)生干涉。但齒形角度過(guò)大，又會(huì)使帶齒易從輪齒槽中滑出，產(chǎn)生帶齒在輪齒頂部跳躍現(xiàn)象。

當(dāng)輥筒積膠時(shí)，帶齒根部容易出現(xiàn)異物，導(dǎo)致β減小、s減小、rr增大，受力增大，且容易跳齒，導(dǎo)致皮帶斷裂。

2.1.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，調(diào)整帶齒嚙合間隙，并加入膠帶、紙屑等雜質(zhì)，模擬實(shí)際工況，統(tǒng)計(jì)相同時(shí)間內(nèi)皮帶斷裂比率，結(jié)果如表1所示。

表1 皮帶間隙影響情況試驗(yàn)

制作散點(diǎn)圖，如圖3所示，X軸表示皮帶間隙，Y軸表示相同時(shí)間內(nèi)，皮帶斷裂比率。

圖3 皮帶間隙試驗(yàn)散點(diǎn)圖

計(jì)算 Pearson 相關(guān)系數(shù)[2]為0.876，P值為0.026，說(shuō)明二者成強(qiáng)正相關(guān)關(guān)系，皮帶間隙對(duì)輥筒帶輪皮帶斷裂有顯著影響。

同時(shí)，皮帶間隙小于3.2mm時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)皮帶斷裂的情況，一旦大于3.2mm，開(kāi)始出現(xiàn)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(nèi)。

2.2 皮帶強(qiáng)度分析

2.2.1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

隨機(jī)選取磨損程度不同的不同類型皮帶，在試驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行磨損試驗(yàn)，通過(guò)改變轉(zhuǎn)速和包角，隨機(jī)進(jìn)行啟?？刂?，模擬各種工作狀況，進(jìn)行連續(xù)測(cè)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(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 皮帶磨損、斷裂比率模擬測(cè)試結(jié)果（單位：%）

2.2.2 單因子方差分析

通過(guò)單因子方差分析[3]，確認(rèn)皮帶強(qiáng)度對(duì)輥筒帶輪皮帶斷裂的影響程度，分析結(jié)果如圖4所示。

圖4 單因子方差分析結(jié)果

P值為0.023<0.05，拒絕原假設(shè)，差異明顯，說(shuō)明不同皮帶類型對(duì)工作狀況的適應(yīng)程度不同，皮帶強(qiáng)度對(duì)輥筒帶輪皮帶斷裂影響顯著。

3 方案設(shè)計(jì)

3.1 傳送帶類型選擇

現(xiàn)場(chǎng)皮帶使用的是288-8M齒形帶，經(jīng)過(guò)確認(rèn)存在過(guò)載時(shí)受力過(guò)大和強(qiáng)度不足兩個(gè)缺陷，因此需要改變傳送帶類型，為提高強(qiáng)度，我們選用楔形帶傳動(dòng)。

3.2 楔形帶設(shè)計(jì)

3.2.1 楔形帶參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)多楔帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)方法[4]，相關(guān)參數(shù)計(jì)算過(guò)程如下：

確定設(shè)計(jì)功率Pd：

計(jì)算傳動(dòng)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(jì)算初定有效長(zhǎng)度L0：

確定中心距a：

計(jì)算小帶輪包角a1：

查表，確定包角系數(shù)Ka和帶長(zhǎng)系數(shù)KL分別為0.032和0.030

確定楔形帶的楔數(shù)Z[4]：

確定楔形帶的楔數(shù)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(shù)如表3所示，帶輪參數(shù)如表4所示。

表3 楔形帶尺寸

表4 帶輪尺寸

3.2.2 安裝調(diào)試

選用符合計(jì)算結(jié)果的楔形帶進(jìn)行替換，并制作相匹配的帶輪，如圖6所示。

圖6 改進(jìn)前后的楔形帶和帶輪

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)改進(jìn)，降低了輥筒輸送機(jī)皮帶斷裂比率，提升效率，提高了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。在行業(yè)內(nèi)，該成果可推廣到生產(chǎn)廠和商業(yè)公司物流輸送環(huán)節(jié)，具有很高的應(yīng)用推廣價(jià)值。