輸送帶接頭剖層機工作原理及結構設計

金偉　毛杰　梁存真

（鄭州大學機械工程學院，河南 鄭州 450001）

輸送帶接頭剖層機工作原理及結構設計

金偉毛杰梁存真

（鄭州大學機械工程學院，河南 鄭州 450001）

本文通過對橡膠輸送帶接頭剖層機的工作原理研究，以剖層機的刀架和同步鏈輪組為代表的典型機構在加工過程中所要實現的功能和剖層機工作時運動進行探討分析，針對提高橡膠剖層機的加工效率和降低加工過中的摩擦阻力提出了具體方法，就整機質量在結構、材質上進行了比對優化，為輸送帶接頭快速黏結工藝推廣應用，進行了基礎設備探討研究。

剖層機；同步鏈輪組；輸送輥

橡膠輸送帶廣泛應用于煤礦、造紙廠、發電廠、水泥廠、糧庫、港口等散裝物料的輸送［1］，其使用壽命直接影響著企業的生產效率。目前傳送帶的主要形式均為非封閉式，即帶的接頭主要失效形式是接頭的開裂折斷。接頭的聯結方式主要有兩種：一種是皮帶扣的聯接，二是熱硫化式聯接［2］。皮帶扣聯接方式簡單，但使用壽命短，特殊行業一天要換4～5次，每次20～30min；熱硫化工藝聯接從高溫、加壓再到冷卻，一般耗時不小于30h，硫化機笨重，很難進入空間狹小的場地操作，大大影響企業的生產。以上兩種方式遠遠不能滿足廠礦輸送帶的運行、維修需要，迫切需要一種新型的皮帶接頭方式，冷黏接工藝是一種新型的輸送帶聯結方式［3］。其原理是：首先將連接輸送帶接頭處剖分階梯成層，兩頭結構形成搭接咬合，然后用皮帶黏合劑加以黏合，涂膠黏合20min后即可進行正常滿負荷工作運行，且黏接外形平整美觀，其強度與帶本體一樣，接頭處壽命較熱硫化工藝有明顯提高。因此，很有必要設計制造出一種便攜式剖層機，實現接口剖層的快速作業，從而使剖層冷黏工藝替代傳統皮帶扣或熱硫化工藝［4］。

1　剖層機的工作原理簡介

橡膠剖層機的基本結構圖如下：

剖層機由電動機提供動力，經減速器1實現降速，左右旋絲桿帶動刀架往復運動，實現刀具水平方向的切削運動。當刀架移動到左端時，撞上移動滑柱上的彈性擋圈，移動滑柱向左運動，齒條齒輪傳動帶動轉軸進行轉動，通過撥叉帶動棘輪轉動，通過減速器2的變速帶動上輥轉動，上輥通過右端的鏈輪組帶動下輥實現相反方向的轉動，上下輥的轉動帶動橡膠輸送帶水平方向的進給運動，保障切削能夠連續進行。上下輥調節螺釘用于調節上輥與下輥的徑向間隙，以實現帶動不同厚度橡膠輸送帶的進給。刀頭調節螺釘用于調節刀頭的高低位置。

圖1　橡膠剖層機基本結構示意圖

2　刀架的結構設計及加工時刀具的狀態

圖2　刀架結構圖

刀架（圖2）上一共有兩把切刀，橫刀壓板裝一把切刀實現水平方向的切削，豎刀壓板裝一把切刀實現豎直方向的切削，豎直車刀實現切削的主要目的是及時地把已經切過的橡膠層去掉，以減小刀具和橡膠層之間的摩擦，提高切削的效率和質量。通過刀架拉桿來調節刀頭的高度，刀架拉桿上標有刻度，以實現對橡膠層不同厚度切削的調整，在這里刀架導柱在豎直方向上調整到刀架高度時起到導向的作用，同時也起到提高刀架在加工過程中的穩定性。在加工狀態圖中，上下輥帶動橡膠輸送帶7水平進給，膠皮壓板5在切削過程中起到支撐橡膠輸送帶的作用。支撐杠4布置呈現弧狀，而不是水平布置的。這樣做的好處是：能夠使刀具3和橡膠輸送帶及時分離，減小刀具后刀面和橡膠輸送帶的摩擦，也起到及時散熱的作用。這樣提高了切削的質量和效率，也在一定程度上可以提高切削的速度。

圖3　加工狀態示意圖

加工后的橡膠輸送帶接頭形狀如下圖：

圖4　輸送帶接頭形狀示意圖

斜階梯狀的優點：①增加了黏結的面積，這樣在很大程度上提高了黏結后橡膠輸送帶的強度，進而提高了橡膠輸送帶黏結后的使用壽命；②黏結更加方便。

3　同步齒輪組的設計和所能實現的功能

鏈輪組的工作原理圖如圖5所示。

鏈輪組由空套齒輪、驅動齒輪、銷軸、連板、連板襯套等組成，上輥通過齒輪組把運動傳給下輥，保證橡膠剖層機實現相反方向的同步運動，帶動橡膠輸送帶實現橡膠輸送帶的橫向進給運動。齒輪組實現的運動具有特殊性：齒輪組隨著上輥的移動而移動，但其傳動效應卻沒有改變。在橡膠輸送帶的厚度不同時，調整上輥的位置，通過齒輪組仍能保證上下輥實現同步反方向的運動。

圖5　鏈輪組原理圖

圖6　棘輪機構示意圖

4　進給棘輪的設計及功能的實現

4.1功能的實現

當車刀完成一次橡膠輸送帶切削后，橡膠輸送帶必須有一定的進給，該進給通過棘輪來實現。當刀架運動到最左端或最右端時，刀架都要撞上固定在移動滑柱上的彈性擋圈，從而帶動移動滑柱向左或向右運動，移動滑柱上的齒條通過齒輪齒條傳動帶動固定撥叉轉軸轉動。當刀架運動撞擊左端或右端的彈性擋圈時，撥叉帶動棘輪轉動一個齒，這樣當車刀完成一次切削橡膠層時，橡膠層就實現了一定的進給量。

4.2棘輪結構設計的要點

棘輪傳動的優點是：棘輪機構簡單、制造方便、運動可靠；缺點為：有較大的沖擊和噪聲，而且運動精度較差。為了保證棘輪機構工作額可靠，在工作行程，棘爪應能順利地滑入棘輪底部。下面就討論這個問題：

設棘輪齒的工作齒面和徑向OA傾斜α角（如圖6所示）；棘爪軸心O1和棘輪軸心O與棘輪齒頂A點的連線之間的夾角為λ；若不計棘爪的重力和轉動副中的摩擦，則當棘爪由棘輪齒頂沿工作齒面AB滑向齒底時，棘爪將受到棘輪輪齒對其的法向壓力Fn和摩擦力Ff。為了使棘爪能順利進入棘輪的齒底，則要求Fn和Ff的合力FR的作用應位于OO1之間，即應使

式中，β是合力與OA方向之間的夾角。

又由圖6可知，β=90°-?+φ（其中φ為摩擦角）。帶入式（1）后得

為了在傳遞相同的轉矩時棘爪受力最小，一般取λ= 90°，此時有

即棘齒的傾斜角α應大于摩擦角φ，當f=0.2時，φ= 11°30，故常取α=20°

5　結語

通過采用雙刀切削方式，有效提高了剖層接頭的加工效率和加工質量；采用鏈輪實現上下輥的同步方向運動、撥叉帶動棘輪實現進給運動，實現了刀具對橡膠帶的自動剖層加工，減輕了操作人員勞動強度，也有利于保證接頭的加工質量。生產實踐中，經過了對橡膠剖層機結構的反復實踐、探索，得到了合理的橡膠剖層機的結構和橡膠帶接頭制作工藝，基本解決了橡膠剖層機在加工過程中遇到的問題，有效提高了橡膠帶接頭的加工效率和質量。

［1］嚴宏斌.橡膠輸送帶市場現狀分析及發展趨勢［J］.中國橡膠，2012，24：10-15.

［2］楊超.橡膠輸送帶的修補技術和材料［J］.化工管理，2014（23）：77.

［3］姚逍瑤.橡膠輸送帶的冷粘修補［J］.煤礦現代化，2005（3）：41-42.

［4］李大磊，秦壽同，王棟.橡膠輸送帶階梯剖層機［P］.中國專利：CN20092023411.1，2010，6.

Working Principle and Structure Design of Conveyor Belt Joint Cross-Sectional Layered Machine

Jin WeiMao JieLiang Cunzhen
（School of Mechanical Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou Henan 450001）

Through the study on the principles of rubber conveyor belt jointcross-sectional layered machine，this paper discussed and analyzed the functions to be achieved and the work movement of cross-sectional layered ma?chine for the typical institution with tool holder and synchronous sprocket set of the cross-sectional layered ma?chine as representatives during processing，put forward specific method to improve processing efficiency and re?duce frictional resistance in the processing of rubber cross-sectional layered machine，compared and optimized the quality of the whole machine in structure and materials for promotion and application of conveyor belt joint rapid bonding process，and conducted basic device research and discussion.

Splitting machine；synchronous sprocket set；conveying rollers

TH132

A

1003-5168（2015）05-0045-3

2015-4-26

河南省自然科學研究計劃項目（2004460005）。

金偉（1970-），男，大專，技師，研究方向：機械工藝與制造；通訊作者：梁存真（1978-），男，碩士，講師，研究方向：機械設計及制造。