管狀帶式輸送機(jī)膠帶特性

彭二英

福建龍凈環(huán)保股份有限公司 龍巖 364000

0 引言

帶式輸送機(jī)作為散料運(yùn)輸中解決環(huán)保、能源、交通、勞動(dòng)力和生產(chǎn)安全性最為經(jīng)濟(jì)有效的設(shè)備，在煤炭、礦山、冶金、電力、港口、化工和建材等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。隨著國家對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重視，用戶對(duì)散料輸送中無組織排放愈加重視，敞開式帶式輸送機(jī)逐步向封閉式轉(zhuǎn)化。根據(jù)生態(tài)環(huán)境部《重污染天氣重點(diǎn)行業(yè)應(yīng)急減排措施制定技術(shù)指南（2020年修訂版）》，對(duì)于可自主采取減排措施的A級(jí)企業(yè)，廠內(nèi)散料（如鐵精礦、石灰石等大宗物料及煤、焦粉等燃料）要求采用封閉通廊、密閉皮帶或管狀帶式輸送機(jī)（以下簡稱管帶機(jī)）等方式密閉輸送。而這其中，管帶機(jī)的發(fā)展尤為迅速。

1 管帶機(jī)的特點(diǎn)

管帶機(jī)是在槽形帶式輸送機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一類特種輸送機(jī)，通過托輥組施加強(qiáng)制力將平狀輸送帶導(dǎo)向成圓管狀，使輸送物料被密閉在圓管內(nèi)，從而在輸送線路中實(shí)現(xiàn)封閉輸送的設(shè)備[1]。相比槽形帶式輸送機(jī)，管帶機(jī)具有如下特點(diǎn)：

1）能密閉輸送物料 除頭尾展開段外，物料被封閉在輸送帶形成的圓管內(nèi)輸送，沿程沒有物料灑落和異物侵入的風(fēng)險(xiǎn)。

2）路徑能在空間曲線靈活布置 由于輸送帶卷曲成圓管狀，可在復(fù)雜地形的空間任意彎曲布置，如繞過建筑物和山丘、跨過河流、公路和鐵路等，并減少中間轉(zhuǎn)運(yùn)站。

3）具備大傾角、雙向和長距離輸送物料 由于膠帶形成管狀，運(yùn)行時(shí)增加了物料與輸送帶及物料內(nèi)部的接觸面積和摩擦力，輸送傾角可由槽形帶式輸送機(jī)的18°提高到30°。對(duì)于承載段和回程段均采用圓管狀布置的管帶，在回程段加裝受料口即可實(shí)現(xiàn)雙向輸送物料。

4）節(jié)省占地面積 管帶機(jī)的機(jī)架寬度較槽形帶式輸送機(jī)窄，在同等輸送截面的情況下，采用管帶機(jī)在寬度方向上可減為原來的1/3，減少占地面積和單位鋼耗。

2 管帶機(jī)對(duì)膠帶的要求

管帶機(jī)是由機(jī)架、滾筒、托輥、輸送帶、張緊裝置、導(dǎo)料槽和清掃器等部分組成。不同之處是在中間輸送段通過六邊形的托輥組，強(qiáng)制將輸送帶擠壓成圓管狀；但不是完全的圓形，膠帶兩端有一定的搭接距離。頭尾過渡段設(shè)有不同槽角的托輥組和其他輔助裝置，實(shí)現(xiàn)輸送帶在圓管狀與平形帶之間的轉(zhuǎn)換。

管帶機(jī)的技術(shù)關(guān)鍵是輸送帶圓管狀的形成和穩(wěn)定，其一方面和機(jī)體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)，如托輥組的間距和布置形式等；另一方面則取決于所采用膠帶的性質(zhì)、成圓的難易程度。

管帶機(jī)要求輸送帶在各種工況下，無論是直線段或是曲線段，都要保持良好的成管形狀和邊緣緊密搭接；特別是在曲線段，膠帶受到較大的向心力更容易變形。故管帶機(jī)的膠帶需滿足：1）膠帶需具有適宜的橫向剛性以保持良好的管狀和密封性，避免出現(xiàn)塌管或阻力過大無法運(yùn)轉(zhuǎn)的情形；2）膠帶具有良好的彈性和縱向柔韌性，確保膠帶能反復(fù)、長期經(jīng)受劇烈的彎曲和壓縮；3）膠帶應(yīng)適應(yīng)運(yùn)輸物料的特性，如耐油、耐酸堿、耐熱和耐磨等，同時(shí)滿足特定使用環(huán)境的要求，如耐寒、阻燃等[2]。

3 管帶機(jī)輸送帶的橫向剛性

3.1 橫向剛性對(duì)管帶機(jī)的影響

膠帶作為管帶機(jī)的承載件和牽引構(gòu)件，應(yīng)具有良好的抗拉強(qiáng)度、一定的橫向剛性和柔性及抗屈撓疲勞性能。曲線布置的管帶機(jī)為維持管狀需要膠帶具有一定的橫向剛性，即在曲線段抵抗膠帶的張力使其圓形發(fā)生改變的能力。管帶機(jī)張力、轉(zhuǎn)彎角度越大需要膠帶具備的橫向剛性就越大。膠帶的橫向剛性是管帶機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)，也是管帶機(jī)膠帶同槽形帶式輸送機(jī)膠帶最本質(zhì)的區(qū)別[3]。

橫向剛性對(duì)管帶機(jī)的使用性能、功率消耗、運(yùn)行壽命等產(chǎn)生直接影響，過大或過小都不合適。橫向剛性太大膠帶難以成圓管狀，即使在托輥組強(qiáng)制作用下形成管狀，其搭接密封程度和穩(wěn)定性也較差，在運(yùn)行過程尤其是在轉(zhuǎn)彎或爬坡時(shí)，易導(dǎo)致搭接位置錯(cuò)位，出現(xiàn)散料的情形。同時(shí)橫向剛度大的輸送帶對(duì)托輥正壓力大，使托輥軸承受的徑向力增大，增大了托輥和輸送帶間的摩擦力，降低了托輥和膠帶的使用壽命，增加了運(yùn)行電耗，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)無法啟動(dòng)的情況。橫向剛性太小則容易塌管，無法形成圓管輸送。即使能形成管狀，搭接長度過大也易產(chǎn)生縫隙，引起物料泄漏，甚至出現(xiàn)在運(yùn)行過程中膠帶卡入托輥間的事故[4]。

3.2 橫向剛性的測(cè)試

橫向剛性為管帶橫向兩端搭接重疊單位長度上向外反彈的力，單位為g/75 mm，測(cè)試的試驗(yàn)機(jī)示意見圖1[5]。測(cè)定方法為：距帶頭端500 mm處截取75 mm全寬度的試樣，迅速卷成標(biāo)稱圓形，放入橫向剛性測(cè)定儀，使重疊搭接口對(duì)準(zhǔn)安裝傳感器的上托輥，壓下重疊處下層端頭，使上層端頭處于上下層不接觸的空蕩狀態(tài)，按壓上層端頭，使其反彈彈壓上托輥的力為橫向剛性值[6]。

圖1 管帶橫向剛性試驗(yàn)機(jī)

為了避免橫向剛性測(cè)試過程中受限于測(cè)試人員、測(cè)試機(jī)器不同等因素，葉聰?shù)忍岢鲈趧傂栽囼?yàn)機(jī)上，采用連續(xù)長時(shí)間周期性測(cè)試，得到管帶橫向剛性值的衰減數(shù)據(jù)[7]。T/CPCIF 0022—2018《管狀輸送帶橫向剛性和屈撓疲勞性能試驗(yàn)方法》指出初始橫向剛性和重復(fù)橫向剛性的概念，前者是指試驗(yàn)開始后，上托輥對(duì)試樣施加循環(huán)曲撓至第50次結(jié)束前5次橫向剛性值的中位數(shù)。后者是指試驗(yàn)開始后，上托輥對(duì)試樣施加循環(huán)曲撓至第10 000次結(jié)束前5次橫向剛性值的中位數(shù)[5]。這對(duì)于指導(dǎo)、預(yù)測(cè)管帶的應(yīng)用情況、成管狀況、使用壽命等具有重要意義。

針對(duì)目前的測(cè)試系統(tǒng)只能測(cè)試靜態(tài)時(shí)正常力，不能測(cè)試管帶轉(zhuǎn)彎時(shí)的剛性值，李東良等提出了一種新的管狀帶橫向剛性測(cè)試系統(tǒng)，包括水平段剛性測(cè)試系統(tǒng)和轉(zhuǎn)彎段剛性測(cè)試系統(tǒng)，通過增加側(cè)向力的配重來增減轉(zhuǎn)彎時(shí)的力，可以模擬管帶運(yùn)行轉(zhuǎn)彎時(shí)的剛性變化[8]。

3.3 不同輸送帶的橫向剛性

根據(jù)骨架材料的不同，管帶可分為織物芯管狀輸送帶和鋼絲繩芯管狀輸送帶。對(duì)于織物芯管狀輸送帶，纖維特性、織物結(jié)構(gòu)和層數(shù)、覆蓋膠厚度是影響輸送帶物理性能的重要因素。目前最常用的骨架材料是以高模量、低伸長率和低收縮的滌綸為經(jīng)向織物，模量低、高伸長率的錦綸為緯向織物，簡稱EP帶[9]。通過選擇合適系列的經(jīng)緯線纖維、編織工藝和層數(shù)，以及調(diào)整覆蓋膠的厚度，可得到不同橫向剛性要求的輸送帶。

對(duì)于鋼絲繩芯管狀輸送帶，為了調(diào)節(jié)其橫向剛性，通常是在上（下）覆蓋膠和中膠之間設(shè)置橫向剛性增強(qiáng)內(nèi)（外）層，橫向剛性增強(qiáng)層與上下覆蓋膠、中膠交聯(lián)硫化連接為一體實(shí)現(xiàn)，如圖2所示，增強(qiáng)層可選用合適系列的帆布或鋼絲網(wǎng)。馬培瑜等公開了一種橫向剛性可控的管帶制作工藝，橫向剛性增強(qiáng)層采用橫向取向短纖維，通過調(diào)整短纖維的參數(shù)有效調(diào)控橫向剛性增強(qiáng)層的彈性模量，有效調(diào)控管狀輸送帶橫向剛性，彌補(bǔ)現(xiàn)有管狀帶橫向剛性鋼絲網(wǎng)系列短、選擇范圍窄、精確選擇受限的缺陷[10]。徐志軍等公開了一種通過調(diào)節(jié)骨架鋼絲繩間距調(diào)節(jié)橫向剛性的管狀輸送帶。大直徑（Φ8～Φ12mm）的鋼絲繩非均勻縱向排布在帶體中部，小直徑（Φ3～Φ5mm）的鋼絲繩均勻排布在帶體兩端，合計(jì)占帶體橫向總寬度的18%～30%[11]。

圖2 鋼絲繩芯管帶結(jié)構(gòu)示意圖

3.4 橫向剛性的取值

管帶的橫向剛性值根據(jù)試驗(yàn)機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)和實(shí)際運(yùn)行累積的經(jīng)驗(yàn)確定。橫向剛性與輸送帶使用的環(huán)境、轉(zhuǎn)彎及爬坡角度、速度、管徑和長度等條件均有關(guān)系，常規(guī)管帶機(jī)膠帶的橫向剛性可按表1選擇。

表1 不同管徑的管帶橫向剛性

4 管帶機(jī)輸送帶彈性體的選擇

對(duì)于管帶機(jī)的輸送帶而言，膠帶兩邊搭接部分要比中間部分撓性好，使輸送帶成圓管狀后有較好的密封性和圓度。管帶的彈性體成階梯狀，邊緣A處芯層薄（見圖3），從而具有較好的柔性，保證邊緣搭接部分有較好的密封性。

圖3 管帶機(jī)輸送帶結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)運(yùn)輸物料的性質(zhì)，管帶的覆蓋膠層除了具有耐磨、耐撕裂和耐沖擊性能外，還應(yīng)具有耐寒、耐熱、耐油、耐酸堿、阻燃等性能。覆蓋膠的配方設(shè)計(jì)原理和加工工藝與普通帶式輸送機(jī)膠帶基本相同。如耐寒膠帶可選用順丁橡膠和天然橡膠[12]，耐油膠帶可選用含15%～20%丙烯腈的丁腈橡膠[13]，阻燃膠帶可選用氯丁膠[14]，耐熱及耐化學(xué)藥品要求較高時(shí)可選用三元乙丙橡膠和硅橡膠[15]等。并可參照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，如HG/T 3647—1999《耐寒輸送帶》、HG/T 3714—2014《耐油輸送帶》、GB/T 33510—2017《耐熱橡膠覆蓋層輸送帶覆蓋層的耐熱性 要求和試驗(yàn)方法》等對(duì)輸送帶進(jìn)行驗(yàn)收。

5 展望

隨著清潔輸送要求的提高，管帶機(jī)在越來越多的行業(yè)得到了應(yīng)用，逐步向長距離、大運(yùn)量、大傾角、高速度、低功耗的方向發(fā)展，除了對(duì)管帶機(jī)機(jī)體的設(shè)計(jì)提出個(gè)性化的精細(xì)設(shè)計(jì)要求外，還要求輸送帶向高強(qiáng)度、輕量化、低伸長率、多品種的方向前進(jìn)。

輸送帶作為管帶機(jī)的核心部件之一，在運(yùn)行過程中受力是極其復(fù)雜的，除受縱向的拉伸應(yīng)力外，還受經(jīng)過滾筒和托輥組的彎曲應(yīng)力、落料點(diǎn)物料的沖擊力等，并隨著環(huán)境、帶速、運(yùn)量等變化。合理選擇輸送帶的骨架材料、橡膠配方，優(yōu)化設(shè)計(jì)輸送帶的結(jié)構(gòu)對(duì)管帶機(jī)的平穩(wěn)、低阻經(jīng)濟(jì)、長壽命運(yùn)行十分重要。橫向剛性作為管帶機(jī)膠帶區(qū)別于普通輸送帶的特性，在設(shè)計(jì)中應(yīng)引起高度重視。