聚酯帆布輸送帶硫化接頭工藝改進(jìn)方法

秦得昌

（秦皇島港股份有限公司第二港務(wù)分公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

輸送帶是帶式輸送機(jī)中的曳引構(gòu)件和承載構(gòu)件，是帶式輸送機(jī)最主要的部件，其價(jià)格一般占整機(jī)價(jià)格的30%～40%[1]。我國(guó)使用的輸送帶有鋼絲繩芯輸送帶和織物芯輸送帶，織物芯輸送帶，其中以芯層不同，分為棉帆布、尼龍帆布、聚酯帆布、織物整體帶芯等種類(lèi)。

在港口煤炭裝卸系統(tǒng)中，輸送帶肩負(fù)著煤炭從翻車(chē)機(jī)到裝船機(jī)最后到達(dá)貨輪的使命，輸送帶壽命影響裝卸系統(tǒng)作業(yè)效率。與輸送帶其他部位相比，硫化接頭是其薄弱環(huán)節(jié)，也是大部分輸送帶更換原因，因此輸送帶接頭質(zhì)量直接影響其使用壽命。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)輸送帶接頭進(jìn)行研究，其中王浙斌[2]分析在礦石碼頭中聚酯帶接頭開(kāi)裂原因，使用Solidworks 軟件對(duì)輸送機(jī)過(guò)渡段模型進(jìn)行有限元分析，使用DEM 軟件進(jìn)行料流仿真模擬，提出合理布置輸送機(jī)過(guò)渡段間距和給料裝置結(jié)構(gòu)。高志強(qiáng)[3]針對(duì)皮帶膠接頭損壞原因，給出接頭裁切、膠料選擇、硫化工藝及注意事項(xiàng)。

秦皇島港煤二期接卸物料介質(zhì)為煤炭，整個(gè)生產(chǎn)作業(yè)流程中設(shè)備涉及到輸送帶有9 臺(tái)皮帶機(jī)和3 臺(tái)堆料機(jī)，其中皮帶機(jī)運(yùn)距較長(zhǎng)選用ST1250 阻燃耐磨型號(hào)鋼絲輸送帶，堆料機(jī)懸臂短、運(yùn)距短采用聚酯帆布輸送帶。與其他輸送帶相比，堆料機(jī)懸臂輸送帶的單位長(zhǎng)度內(nèi)的運(yùn)輸煤炭量多，因此其使用壽命短，更換頻次相對(duì)較高。在查詢(xún)懸臂輸送帶更換記錄后，發(fā)現(xiàn)因接頭開(kāi)裂而重新硫化接頭或者更換輸送帶的次數(shù)占到30%左右。輸送帶接頭是維修的重要原因，因此研究聚酯帆布輸送帶接頭封口條異常開(kāi)裂原因，分析研究接頭硫化過(guò)程和受力情況，提出一種新的硫化接頭制作工藝。

1 聚酯帆布輸送帶接頭制作步驟

聚酯帆布輸送帶硫化過(guò)程主要包括：硫化平臺(tái)搭建前期準(zhǔn)備，接頭處輸送帶拉緊，兩側(cè)接頭橡膠剝離，接頭帆布表面打磨，涂抹粘接膠，兩端接頭預(yù)搭接和搭接、硫化。硫化各個(gè)過(guò)程工序緊密連接，每個(gè)環(huán)節(jié)操作都關(guān)乎輸送帶接頭的硫化質(zhì)量。

（1）接頭畫(huà)線(xiàn)。為避免硫化后輸送帶接頭兩端不平行，引起接頭受力不均勻。在接頭制作前，把聚酯帆布輸送帶接頭擦拭干凈，利用兩點(diǎn)呈直線(xiàn)原理，找出各端輸送帶的中心線(xiàn)，采用接頭預(yù)搭接，保證兩條中心線(xiàn)重合。

（2）裁斷角度α，接頭長(zhǎng)度L 和接頭階梯l 根據(jù)輸送帶型號(hào)和規(guī)格確定，輸送帶接頭截面如圖1 所示，接頭階梯長(zhǎng)度根據(jù)輸送帶型號(hào)進(jìn)行去頂，可按表1 選擇確定。接頭階梯數(shù)量根據(jù)中間芯布層數(shù)滿(mǎn)足式（1）：

表1 輸送帶型號(hào)與接頭階梯長(zhǎng)度關(guān)系

圖1 輸送帶接頭截面

式中，N 為接頭階梯數(shù)，n 為輸送帶中間芯布層數(shù)。

（3）接頭階梯制作。制作的中心線(xiàn)，硫化人員使用專(zhuān)用的角度尺，逐條畫(huà)出每層階梯的寬度，然后逐層切除多余的橡膠和帆布。沿運(yùn)行方向的一側(cè)接頭階梯從非工作面開(kāi)始剝離，另外一側(cè)接頭階梯從工作面開(kāi)始剝離，并將輸送帶的邊角部位順階梯的布層順序保留邊膠。

（4）階梯打磨。使用角磨機(jī)打磨每個(gè)接頭階梯帆布表面的橡膠并吹掃，最后使用120#汽油進(jìn)行清洗。在各階梯表面涂抹膠糊，待干燥到一定程度后鋪設(shè)膠料，依靠輸送帶兩端接頭的中心線(xiàn)對(duì)齊并鋪設(shè)上下封口條，最后加熱加壓完成接頭硫化。

2 接頭開(kāi)裂現(xiàn)狀與原因分析

2.1 輸送帶接頭開(kāi)裂現(xiàn)狀

查看現(xiàn)場(chǎng)的堆料機(jī)懸臂輸送帶，其接頭硫化經(jīng)過(guò)重載使用一段時(shí)間后，輸送帶接頭處通常出現(xiàn)非正常損壞現(xiàn)象：首先是輸送帶接頭處工作面或者非工作面的封口條與母帶界面結(jié)合處最先產(chǎn)生橫向裂紋，隨后封口條開(kāi)裂情況逐漸擴(kuò)大，造成輸送帶接頭兩側(cè)開(kāi)裂或者接頭階梯開(kāi)裂，使得輸送帶接頭強(qiáng)度降低，最后智能重新制作接頭硫化或者更換輸送帶。

2.2 接頭開(kāi)裂原因分析

2.2.1 聚酯帆布輸送帶接頭受力分析

聚酯帆布輸送帶接頭主要承受拉力和剪切力。接頭抗拉強(qiáng)度取決于中間織物帆布抗拉強(qiáng)度，由于接頭硫化采用搭接方式連接，因此一個(gè)接頭的階梯個(gè)數(shù)少于中間織物總共的層數(shù)，從理論上講3 層織物的輸送帶接頭強(qiáng)度減少1/3，4 層織物的輸送帶接頭強(qiáng)度減少1/4，5 層織物的輸送帶接頭強(qiáng)度減少1/5。因此輸送帶接頭強(qiáng)度低于母帶本身強(qiáng)度，國(guó)內(nèi)一般取母帶強(qiáng)度的50%～65%，但織物芯輸送帶安全系數(shù)一般選取12 左右，故接頭強(qiáng)度滿(mǎn)足使用要求。

聚酯帆布輸送帶剪切力取決于帆布織物層間粘接力。由于接頭各層搭接長(zhǎng)度一致，故各層所承受的粘接剪切強(qiáng)度相同，根據(jù)皮帶接頭計(jì)算公式：

式中，l 為接頭搭接長(zhǎng)度，mm×層；σ 為織物扯斷強(qiáng)度，N/mm×層；τ 為單位面積粘接剪切強(qiáng)度，N/mm2；k 為安全系數(shù)，取3。根據(jù)式（2）可以推導(dǎo)出輸送帶單位面積粘接剪切強(qiáng)度：

現(xiàn)場(chǎng)使用的聚酯輸送帶型號(hào)為EP 200，輸送帶寬度1800 mm，其織物扯斷強(qiáng)度200 MPa，硫化工藝中每層接頭搭接長(zhǎng)度為200 mm。由式（3）可以計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)使用的EP200 輸送帶的單位面積粘接剪切強(qiáng)度為3 N/mm2。

2.2.2 聚酯帆布輸送帶封口條界面開(kāi)裂分析

輸送帶接頭是在硫化機(jī)加熱程序和一定壓力作用下使得兩個(gè)接頭粘接到一起。從橡膠硫化微觀(guān)原理來(lái)看，橡膠硫化是通過(guò)橡膠體兩個(gè)表面的接觸，在外界一定條件下，建立新界面的過(guò)程。該過(guò)程主要包括未硫化的粘合體的流動(dòng)，粘合體與被粘體相互浸潤(rùn)以及兩者形成穩(wěn)定的界面[4]。

在高溫高壓條件下，兩種膠料流動(dòng)面相互浸潤(rùn)，生成的界面層中，由于膠料各自的擴(kuò)散作用，形成具有濃度梯度的區(qū)域。如果兩種橡膠材質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)越是相近，界面層也越厚，粘合力越高，則界面不容易產(chǎn)生分離，反之，即使粘接到一起，界面間的結(jié)合力較小，最后容易從界面處分離。

公司使用的聚酯帆布輸送帶有多個(gè)品牌和廠(chǎng)家，使用的膠料膠糊不是輸送帶廠(chǎng)家生產(chǎn)。在剝開(kāi)輸送帶接頭時(shí)發(fā)現(xiàn)，只有在封口條界面處才有開(kāi)裂痕跡，而每個(gè)接頭階梯間粘接良好。出現(xiàn)該問(wèn)題主要原因：硫化時(shí)人員把接頭階梯原來(lái)橡膠層進(jìn)行徹底打磨，然后涂抹新的膠糊和鋪設(shè)新的膠料，每個(gè)階梯間只保留一種新的膠料膠糊，不存在橡膠材質(zhì)之間的硫化界面。然而封口條左右兩側(cè)分別與輸送帶形成左右兩個(gè)硫化界面，由于封口條是由新的膠料裁剪制作而成，與輸送帶母帶材質(zhì)存在一定差異性，在接頭硫化完后，封口條與輸送帶界面層厚度存在波動(dòng)性，造成界面粘合力不同，當(dāng)粘合力較小時(shí)，接頭越早開(kāi)裂。

輸送帶第一層帆布接頭正好處于封口條與原輸送帶兩個(gè)界面交匯處，由于層間帆布是搭接形式，當(dāng)力傳輸?shù)降谝粚臃冀宇^一側(cè)時(shí)，再通過(guò)封口條與輸送帶界面?zhèn)鬟f到第一層帆布接頭另一側(cè)，增加封口條界面開(kāi)裂。此外為保證輸送帶不沾煤屑，減少輸送帶煤屑灑落，通常都在皮帶機(jī)頭部滾筒和其他部位安裝清掃器，一旦封口條界面產(chǎn)生微小的裂紋后，輸送帶接頭反復(fù)通過(guò)清掃器不斷被剮蹭，最后加劇輸送帶接頭封口條開(kāi)裂。

3 聚酯帆布輸送帶接頭制作改進(jìn)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)查看和理論分析，找出聚酯帆布輸送帶接頭處封口條開(kāi)裂原因，提出一種聚酯帆布輸送帶接頭局部改進(jìn)制作方法，該方法在不降低接頭強(qiáng)度的前提下，取消封口條的設(shè)計(jì)而利用原母帶材質(zhì)，提高皮帶硫化后界面粘合力。改進(jìn)后的硫化接頭制作方法如圖2 所示，黑色粗實(shí)線(xiàn)表示為聚酯帆布輸送帶的帆布層，共計(jì)5 層，剖面線(xiàn)表示為聚酯帆布輸送帶的上蓋膠，中間膠以及下蓋膠。改進(jìn)對(duì)象為圖中標(biāo)記的1 和2 處非運(yùn)行方向一側(cè)的接頭，標(biāo)記3 和4 處的運(yùn)行方向一側(cè)的接頭。其中非運(yùn)行方向一側(cè)的接頭標(biāo)記1 位置剝?nèi)サ谝粚臃嫉纳仙w膠，保留第一層帆布，標(biāo)記2 位置去除第5 層帆布，保留下蓋膠；運(yùn)行方向一側(cè)的接頭標(biāo)記3 位置剝?nèi)サ谝粚臃?，保留上蓋膠，標(biāo)記4 位置剝?nèi)ハ律w膠，保留第5 層帆布；4 個(gè)改進(jìn)地方去除寬度可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)確定，20～50 mm 均可，但必須保證4 處去除的寬度要相一致，否則兩端接頭對(duì)接時(shí)，無(wú)法恰好重合。

圖2 接頭改進(jìn)后硫化示意

4 結(jié)束語(yǔ)

改進(jìn)的接頭硫化工藝在秦皇島港煤二期3 臺(tái)堆料機(jī)懸臂輸送帶中應(yīng)用。通過(guò)與改進(jìn)前接頭硫化相對(duì)比，輸送帶接頭開(kāi)裂情況得到很好改善，接頭質(zhì)量得到很大提高，改進(jìn)后輸送帶壽命是改進(jìn)前輸送帶壽命的近1.5 倍。改進(jìn)后的硫化接頭有以下優(yōu)點(diǎn)：①兩端結(jié)合處采用原輸送帶橡膠材質(zhì)，解決由于膠料質(zhì)量差異，引起封口條與原輸送帶界面粘接力不一致，保證在硫化過(guò)程中兩個(gè)端面生成較厚的界面層，提高粘合力，改善接頭質(zhì)量；②由于主要承載力的3 個(gè)階梯長(zhǎng)度沒(méi)有變化下，即接頭強(qiáng)度不變的前提下，增加兩處20 mm 的階梯，接頭粘接剪切強(qiáng)度增加約40 N/mm。通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用檢驗(yàn)證明改進(jìn)的接頭硫化工藝是切實(shí)可行的。