新型高科技滾筒包膠材料

范家慶

摘 要：神華天津煤炭碼頭有限責任公司裝船機懸皮，BM皮帶機在霜、霧、雨、雪等濕度大的天氣條件下，很容易產生打滑故障，從而使得現場生產作業效率大大降低，公司生產運營收到了很大的影響，該文主要針對同類港口出現的該共性問題提出了解決方案及實施成果介紹，有較大的經濟意義和社會推廣意義。

關鍵詞：BM皮帶機 裝船機陶瓷膠板 解決方案

中圖分類號：TD528.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（b）-00-02

1 研究與應用對象

神華天津煤炭碼頭有限責任公司一期工程年吞吐量為4500萬t，配備3條取裝作業線，碼頭配置3條BM皮帶機和三臺可移動伸縮式裝船機。煤炭通過取料機將物料取到BQ皮帶上，通過各各轉接塔，最終將物料通過裝船機尾車轉接到裝船機溜筒處完成裝船作業。其中，BM1水平長度約

580 m，BM2水平長度約830 m，BM3水平長度約870 m。其中，BM1、BM2皮帶機在雨、霧、霜、雪等濕度較大的天氣條件下，以及在作業量稍大的情況下，很容易頻繁發生打滑現象，導致皮帶機啟動不起來，不能滿足作業現場的要求，大大降低了取裝線的作業效率，嚴重影響著公司的生產運營。三臺裝船機懸臂皮帶尾部驅動滾筒在俯仰作業情況下也容易出現該類故障。皮帶機的頻繁打滑，衍生了流程設備的其他故障，以及堵料和灑漏煤。同時，頻繁的重載啟停也加速了滾筒和膠帶磨損，增加了能耗，導致公司的生產效率降低，生產運營成本和維修成本升高。

2 故障原因的研究與分析

經過現場調研、分析，我們發現造成BM皮帶機以及裝船機懸臂皮帶機頻繁打滑現象的原因主要是由于：皮帶機運行3年后，驅動滾筒包膠表面發生碳化，在雨、霧天氣的情況下，滾筒包膠表面與皮帶表面的摩擦力減小，當皮帶機啟動或者作業量稍大時滾筒不能帶動皮帶按照正常速度運行，皮帶與滾筒包膠表面產生相對運動，從而產生皮帶打滑，導致對應的皮帶不能正常啟動作業。

最大牽引力（驅動滾筒處所產生的）：F=S0（eμα-1）F-驅動滾筒處膠帶的摩擦力S0-膠帶在驅動滾筒繞出點的張力μ-驅動滾筒包膠與皮帶之間的摩擦系數α-驅動滾筒上的皮帶包角；根據以上分析，我們可以清晰地了解到，三種提高摩擦力F的途徑：

（1）增加驅動滾筒處的膠帶的張力S0，從而大大提高BM皮帶機的張緊力。目前BM皮帶機以及裝船機懸臂皮帶及的張緊方式為液壓拉緊的形式，即當系統啟動需要足夠大的張緊力時，該張緊液壓系統啟動，當張緊力足夠大時，則液壓系統自動關閉、鎖定，保證系統壓力的平衡。BM皮帶機張緊液壓系統的額定壓力為16 MPa，由于以往打滑故障，所以我們將系統額定壓力增加到18 MPa左右；裝船機懸臂皮帶機張緊液壓系統額定壓力為60 bar，由于以往打滑故障，所以我們將系統額定壓力增加到80 bar左右。兩套張緊液壓系統的額定壓力值均已經達到了極限數值，在運行過程中，也曾經出現過液壓系統元器件由于壓力過高導致故障頻發等問題，在此種情況下還未能解決相關設備皮帶的打滑問題。嚴重導致了設備的不安全、不穩定因素，所以不建議采用此方案。（2）增大滾筒膠面與皮帶之間的包角α，能夠有效地提高滾筒包膠表面與皮帶之間的摩擦系數，從而增加它們之間的摩擦力。通常的方式是改變改向滾筒的位置，增加滾筒包膠表面與皮帶之間的接觸面積，從而大大地提升它們之間的摩擦系數和摩擦力。但是，由于現場皮帶機驅動站的結構布置緊湊，改向滾筒調整位置的空間非常有限，過大的調整會導致驅動站鋼結構皮與帶機的干擾，對皮帶機系統產生更大的影響，所以不建議采用此方案。（3）通過優化改變皮帶機滾筒包膠的材質，來有效地提升驅動滾筒包膠表面與皮帶機之間的摩擦系數μ，從而大大提高它們之間的摩擦力。該方案已經在國外先進的皮帶機輸送設備中得到應用。因此，優化改變皮帶機滾筒包膠的材質是解決BM皮帶機，裝船機懸臂皮帶機打滑問題的關鍵途徑。

3 研究解決方案

（1）以往皮帶機滾筒的包膠采用傳統的鑄膠方式，即熱硫化包膠。熱硫化包膠的工藝是在滾筒組裝前或在滾筒全部拆卸完畢，利用車床將皮帶機滾筒筒皮削約2～3 mm深的螺紋溝槽，涂刷粘接劑，然后將待包膠壓實在滾筒筒皮上，將整體滾筒放入硫化蒸汽爐，要求加熱至180℃進行恒溫，出爐完成熱硫化。然后才可以組裝軸、緊定套、軸承座等。滾筒熱硫化包膠有其局限性：在熱硫化條件下加工的滾筒包膠由于硫化壓強低（6～8 kg/m），硫含量偏高而耐磨性能差，使用中易老化，熱包膠的滾筒使用不久后硬度即達到82 SHOREA（硅膠硬度），對輸送帶的附著力低，且清潔功能差。傳統熱硫化包膠工藝與金屬滾筒粘接力約為3～10 N/mm，橡膠密實度低，耐磨性能差，與膠帶附著力、摩擦力小，容易出現潮濕天氣皮帶打滑問題，加劇膠帶的拉伸應力和老化速度，容易引起物料粘接。從實際應用角度看，傳統熱硫化包膠在夏季由于皮帶工作面煤塵堆積在滾筒處，導致滾筒包膠磨損加劇，嚴重時磨損露出筒皮，產生噪音對膠帶造成傷害，降低了系統摩擦力，造成打滑現象的產生。在冬季，傳統熱硫化包膠處容易積聚大量冰晶造成結冰，直接導致皮帶運行中滾筒跳動，這樣給皮帶機系統的運行帶來了其他衍生問題。

（2）目前國際上先進的滾筒包膠工藝為冷粘包膠方式，即冷硫化包膠工藝。其要求滾筒表面平整，將滾筒筒皮用角磨機除銹處理，涂刷膠板廠家生產的特殊粘接劑后，將軋制成型的膠板直接粘接在滾筒表面。冷硫化包膠與金屬滾筒粘接力

12 N/mm；硫化時壓強50 kg/cm2；橡膠密實度高，耐磨性能好；使用壽命是傳統工藝的數倍，摩擦系數高，減低膠帶應力；橡膠彈性佳，防粘附性能好。冷粘包膠適用于現場的滾筒包膠場合，無需拆卸滾筒及其附屬配件，適合現場生產，占地面積和使用設備少，有效的減少了加工生產過程中的生產投入。冷粘包膠工藝詳細介紹如下：

1）、表面處理：（1）由于在金屬表面有許多的污垢、灰塵、油脂、水、銹及其它有機或無機污染物，影響膠粘劑的濕潤。因此為了提高粘接強度，用機械、物理、化學等方法清潔、粗糙、活化被粘物表面，改變表面性質，以利于膠粘劑的良好浸潤，牢固粘接，而且能夠提高接頭的耐久性和使用壽命。經過表面處理，能使金屬表面變成一種具有高表面能、高活性和高有效面積的被粘表面。（2）常用的表面處理方法主要有：脫脂處理、機械處理和化學處理、選擇表面處理方法應考慮以下幾方面。

①滾筒表面和面料的種類；②污染物的種類，如動物油、植物油、礦物油、潤滑油、塵土、水分、鐵銹等以及污染程度；③污染物的物理特性，如污染程度、緊密或疏松程度；④工作環境和條件。（3）用機械打磨、噴砂處理的方法清除表面不利于膠接的有機或無機物，給表面提供適當的粗糙度，增加有效粘接面積，改善膠粘劑對被粘物表面的浸潤性，改善粘附性能。（4）通常，金屬面滾筒的表面處理，可采用鋼絲刷，砂輪機或砂紙等刷去表面松散的氧化層，也可采用化學處理方法進行處理。若滾筒或面料粘接面是橡膠，可采用手提式砂輪機或鋼絲刷打毛處理。若面料粘接面是織物時，應采用手提式電動鋼絲輪機打毛。（5）打毛處理后的表面，均使用清洗劑（如丙酮、無水乙醇、三氯乙烯）清除表面污物。清洗后一定要有必要的晾干時間，否則由于溶劑殘留在粘膠面上而影響粘接強度。（6）然后用毛刷在在處理好的表面上，均勻地迅速涂上一層PR-200金屬底漆，以防止再次污染，延長已處理好金屬的存放期，而且還有利于膠粘劑對表面的濕潤，改進其膠接強度和耐久性能。晾置60分鐘使之干燥充分。

2）、混合膠液：（1）將瓶中的UR-R20固化劑倒入裝有SC2000粘合劑的鐵桶中充分混合攪拌均勻。（2）根據實際需要，可各取膠和固化劑的一部分按照重量比100：4比例在其他容器中混合使用。（3）配制膠液必須即配即用，應在適用期2時內用完，即從混合到用完應控制在2時內。不可久放。

3）、涂膠：（1）用短而硬的毛刷在涂有PR200并充分干燥的金屬表面沿一個方向均勻地涂刷膠液一次，膠層要均勻，不要太厚。并使其完全干透至不粘附手指背面而有粘力感時再刷下次膠。（不少于30 min）（2）在頭遍膠完全干透后才進行下遍涂膠，即在金屬表面涂上第二遍SC2000粘合劑，CN膠板涂刷第一遍粘合劑。（3）由于被粘物表面容易吸附空氣，為了防止包裹空氣而使膠層產生氣泡或氣孔，涂膠應朝一個方向移動。涂膠速度不能太快，以利于空氣的排出。涂膠的遍數一般金屬為2遍，CN橡膠為一遍，一定要在頭遍膠完全干透后才進行下遍涂膠，不可操之過急。

4）、干燥：溶劑型膠粘劑涂膠后有晾置過程，晾置的主要目的使溶劑揮發，粘度增大，促進化學結晶反應。晾置時間不能過長也不能太短，每次涂膠后應干燥至不粘手時再涂下次膠液，晾置的環境應通風良好、清潔、干凈、空氣干燥。（1）本品為化學產品，操作時遠離火源。（2）在低溫、潮濕的環境中粘接，可以采取烘烤干燥的方法和措施。

5）、粘合：（1）待第二次涂膠后微粘附手指背時，將橡膠板對準覆貼在輸送機傳動滾筒金屬表面上，用壓實滾輪壓實排氣，最后用手捶從中間向四周密實地敲打2～3遍即可。（2）要一次對準位置，不可來回錯動，粘合后適當加壓（錘壓或滾壓），以遷出空氣，密實膠層。粘合后以擠出微小膠圈為好，表示不缺膠，如果發現縫隙或缺膠應補填滿。

6）、固化：此過程是獲得良好粘接性能的關鍵過程，唯有完全固化，強度才會最大。為了獲得良好的強度，固化過程在適當的條件下進行，固化條件包括溫度、時間、壓力。

7）、封口：為獲得最佳的粘接效果，耐磨橡膠襯板間的接口縫用橡膠修補劑進行封口處理。

8）、注意事項：（1）、操作時，應切斷電源，以免發生機械轉動造成事故，若需調動滾筒，可人工轉動減速機的轉輪。（2）、產品含有有機溶劑，低毒，易燃，使用時工作場所注意防火，應保持良好的通風環境，避免吸入溶劑中毒。切記不得有明火存在，烘烤時應保持50 cm以上的距離。（3）、金屬底漆對水敏感，應注意保存。（4）、為了提高粘合性能，可以采用提高粘合溫度、增加粘合壓力的方法 。在低溫或潮濕的環境中，必須烘烤膠膜，并應延長靜置固化的時間，時間越長，粘接強度越高。（5）、膠液勿與水接觸，被粘皮帶一定要保持充分干燥，否則會影響固化程度及粘接強度，勿在溫度小于10 ℃或濕度大于90%的環境下使用本粘合劑。9）、材料選用：冷粘用膠板分為：UNI -60（REMA LINE 60 經濟型）、高耐磨材料（RemaGrip 70），RemaGrip 70/CN-SL，包膠陶瓷材料（RemaGrip CK-X）滾筒包膠厚度選用滾筒直徑包膠厚度直徑：＜320 mm 選用厚度：8 mm 直徑：320～800 mm 選用厚度：8～10 mm 直徑：＞800mm 選用厚度：10～15 mm 為增大滾筒包膠與皮帶之間的摩擦系數，建議采用滾筒包膠材質為冷粘陶瓷膠板。普通熱硫化包膠的摩擦系數為：干式，0.40～0.45 濕式，0.33～0.38；陶瓷冷粘包膠滾筒的摩擦系數為：干式，0.75～0.85濕式，0.50～0.80；包膠使用壽命：普通熱硫化包膠：4年，陶瓷冷粘包膠滾筒：10年；包膠施工工藝：普通熱硫化包膠：回廠熱硫化包膠，陶瓷冷粘包膠滾筒：現場松張緊后，冷硫化包膠，無需拆裝滾筒。工期：普通熱硫化包膠：7 d，陶瓷冷粘包膠滾筒：5 d。

4 改造情況及使用效果介紹：

（1）BM皮帶機驅動滾筒的改造及使用情況：1）、首先將原BM皮帶的張緊松開，在驅動滾筒的上改向處把皮帶夾起，使待包膠改造的驅動滾筒有足夠的空間進行人工操作。2）、為防止風沙或粉塵進入工作面，需在待包驅動滾筒的周邊做好防護措施。3）、利用專用工具，將原驅動滾筒的筒皮進行剔除，并對筒皮進行打磨直至露出筒皮本色。4）、將特種粘結劑涂抹在滾筒筒皮表面一層，待風干后再涂抹第二層特種粘結劑。5）、將已經裁好的陶瓷耐磨膠版對齊進行冷粘。6）、待各膠版冷粘完畢后，利用T2膠槍，將各膠版的接口以及邊緣進行封口處理，以免水、粉塵進入影響陶瓷包膠的使用壽命。

原BM皮帶機驅動滾筒由于經常打滑，已經將皮帶機系統的張緊力調整到16 MPa，已經超出了系統的設計壓力，并出現過壓力過高故障；經過改造后的陶瓷包膠驅動滾筒摩擦力大大提升，可以有效地降低皮帶機系統所需的系統壓力，目前正常使用狀態下的系統壓力僅為13 MPa。

（2）裝船機懸臂皮帶驅動滾筒的改造及使用情況：1）、松開裝船機懸臂皮帶的張緊。2）、為防止風沙或粉塵進入工作面，需在待包驅動滾筒的周邊做好防護措施。3）、利用專用工具，將原驅動滾筒的筒皮進行剔除，并對筒皮進行打磨直至露出筒皮本色。4）、將特種粘結劑涂抹在滾筒筒皮表面一層，待風干后再涂抹第二層特種粘結劑。5）、將已經裁好的陶瓷耐磨膠版對齊進行冷粘。6）、待各膠版冷粘完畢后，利用T2膠槍，將各膠版的接口以及邊緣進行封口處理，以免水、粉塵進入影響陶瓷包膠的使用壽命。

2010年，我們對1號裝船機的懸皮皮帶驅動滾筒進行了陶瓷包膠改造，改造前的原裝船機懸皮皮帶驅動滾筒由于經常打滑，已經將皮帶機系統的張緊力調整到85 bar，已經超出了系統的設計壓力；經過改造后的陶瓷包膠驅動滾筒摩擦力大大提升，可以有效地降低裝船機懸臂皮帶系統所需的系統壓力，目前正常使用狀態下的系統壓力僅為60 bar。

總之，通過對BM皮帶機以及裝船機懸臂皮帶驅動滾筒包膠的改造，從根本上解決了BM皮帶機以及裝船機懸臂皮帶機的打滑問題，杜絕了由于皮帶打滑導致的頻繁啟停而出現的其他設備衍生故障，大大地提高了取裝線的作業效率，減少了流程中由于打滑跑偏產生的灑漏煤現象，降低了皮帶機的運營成本。同時，我們發現陶瓷包膠滾筒可以有效地降低皮帶的張緊液壓系統的額定系統壓力，改善了系統的受力和穩定性，減少了滾筒表面與皮帶的磨損，提升了皮帶的運載能力，為皮帶機系統的安全正常運行提供了有效的保障，具有較大的社會推廣意義。

參考文獻

[1] DTⅡ型皮帶機設計手冊.

[2] 機械設計手冊.

[3] 科技傳播.