切邊式齒形V帶連續硫化的可行性研究

邵海根(河南省焦作市修武縣，河南　焦作　454003)

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切邊式齒形V帶連續硫化的可行性研究

邵海根
(河南省焦作市修武縣，河南焦作454003)

摘要：通過對切邊式齒形V帶生產工藝的研究，用逆向思維的方式論證了鼓式硫化機生產切邊式齒形V帶方案的可行性。

關鍵詞：鼓式硫化機；連續硫化；切邊齒形V帶

切邊式齒形V帶自問世以來，均以圓模成型之后硫化的方式進行生產。盡管現在已經有采用以齒形膠套反成型硫化的工藝，但仍離不開圓模，只是不需要齒形模具而采用光模而已，簡化了模具加工又能增強其互用性，這是工藝技術的一大進步。但對長度較大的切邊式傳動帶來講，無論采用哪種方式成型硫化，都必須具備大的成型、硫化、脫模、起重等專用設備，需要寬敞的工作場地，配備大容量鍋爐，總體投資額巨大。

遠洋船舶、礦山、碼頭、大型農機對傳動帶的使用要求越來越高，可以說有的到了苛刻的地步。由于受生產技術條件的制約，至今這些地方還是以包布帶為主，國外亦如此。此類大型普通包布式傳動帶的硫化主要采用鄂式平板硫化機和鼓式硫化機，而鼓式硫化機國內剛剛興起尚未普及。

從目前帶傳動的發展趨勢分析，長度較大的傳動帶尺寸規格多，單種規格的數量卻很少。所以，如何能夠在既不需要大量投資，又能滿足生產出多規格、多品種大型齒形V帶的需要，以及提高帶的傳動效率和使用壽命，這是擺在我們面前的一個棘手的研究課題。浙江紫金港膠帶有限公司率先進行了試驗和研究，以鼓式硫化機進行切邊式齒形V帶的連續硫化。當時采用的是正成型方式的帶坯，硫化鼓和張緊鼓都使用帶有齒形的槽鼓，這種硫化工藝存在一定的缺陷：硫化過程中為保證皮帶的長度和定負荷伸長率，成型和硫化時須對帶坯施加一定的預張緊力，但經過預拉伸的聚酯硬質線繩在硫化溫度作用下要收縮，硫化出來的膠帶由于在聚酯線繩的收縮力、膠料流變、鋼帶加壓等多重作用下，聚酯線繩在帶子沖齒方向上發生波浪型變形而影響皮帶的質量。

如何解決這個問題？對此，我們進行了深入地考察論證和部分試驗驗證。

1　成型方面

分析現行成型工藝對質量差異的影響，圓模成型總體來說是一項成熟工藝，其線繩纏繞均勻性是很好，但對成型機臺和模具的同心度、平穩性、對操作人員的熟練程度和工藝執行力度的要求都很高。稍有偏差纏繞的質量就受到影響，如張緊力的控制、線繩間距的調整等。特別是大規格模具，加工精度難以保證，由于模具本身龐大，成型轉動后慣性及動能大，轉動時略有晃動將造成線繩的張緊力不均勻、線繩排列發生移位、扭曲等問題而影響產品質量。

對此，我們實驗雙鼓繞線機能否達到圓模成型的效果。在普通V帶繞線機的基礎上，經過改裝后進行了約300 mm寬度的硬質線纏繞試驗，選用經過預浸膠漿處理的1 100 dte×4×3線繩。把普通V帶繞線機的兩個繞線輥更換為直徑250 mm的輥，然后按照交叉成型的方式成型，試驗結果表明線繩排列整齊均勻，直線度良好，可達到圓模纏繞成型的效果。

按此推論，在雙鼓繞線機剛性性能得到保障的前提下，如果把雙鼓繞線機加寬加長，把帶坯做到寬度為500 mm周長為6 000 mm以上是沒有問題的。按照這個思路和設備廠家聯合重新設計了雙鼓繞線機，在計算1 100 dte×6×5硬質線繩纏繞寬度為500 mm，周長為6 000 mm帶坯時的最大張緊力的基礎上，設計了兩個繞線輥的軸徑。根據不同粗細線繩的成型張緊力，利用Solidworks軟件動態模擬出雙鼓繞線機最難掌握的在保證線繩張力恒定下，繞線時“雙鼓八字變平行”線性相關性圖。這樣就可以根據線性相關性圖調節兩個繞線輥的角度，以適應繞線軸的剛性與不同規格線繩張緊力之間的一致性。并且在改造后的普通V帶繞線機的基礎上又進行了輔助性地改裝，在兩個繞線輥的外側又各增設用于防變形的牽拉裝置，也就是行業內稱為“吊耳”的裝置，并在兩排線繩中間與下面增設了不等數量的活絡托輥，根據帶子的長度調整托輥之間的距離，以防止大規格帶坯在成型時發生“U”型下墜變形和張力不均勻現象，如圖1所示。

圖1　切邊式齒形V帶雙鼓繞線示意圖

另外也試驗了未經浸膠漿的線繩纏繞成型，其松緊度、線繩間距及帶坯的中轉等均難以控制，達不到質量要求。

由于我們采用反成型的生產工藝，成型時在保證線繩張力恒定和線間距不變的前提下，在繞好線繩的內側面利用繞線機的兩個繞線輥與線繩的自壓力把緩沖膠片貼合到線繩上，依次再貼合上伸張層和加工好的帆布層，在貼合過程中調整兩個繞線輥間的間距，以確保成型張力恒定。然后用繞線機的壓輥在線繩上貼合緩沖膠片和纖維膠片，繞線機上的壓輥最好做成聚氨酯包覆輥，硬度為75度為好。并且與下方的繞線輥的直線度契合的一定要好。這樣成型貼合時膠片間的氣體能夠充分的排除掉，硫化好的成品帶就不會有氣泡等缺陷。

帶坯成型完畢后的存放也是關鍵，要規整的定型在與繞線機相仿的設備上，以便保證線繩的張力不發生變化。

2　硫化方面

鼓式硫化機的能源利用率高，一般均采用電加熱沒有廢汽排放的綠色生產方式。即使使用蒸汽，也只是排出冷凝水，不像硫化罐必須把蒸汽排放掉才能開啟罐蓋，且模具也不需水冷卻，可充分利用熱能。

硫化加壓的問題是鼓式硫化機的關鍵，能不能既不影響到線繩的排列又能充齒飽滿，且帶體厚薄均勻一致。

20世紀八九十年代，上海橡膠制品一廠引進印染用平帶的鼓式硫化機，硫化的寬度為2 000 mm，安徽美祥實業有限公司的鼓式硫化機能夠硫化的寬度達3 200 mm，浙江蘭溪橡膠廠引進的輸送帶連續硫化鼓式硫化機，都是以不銹鋼帶加壓，經觀測厚度均勻、外觀光滑平整。不銹鋼帶是鼓式硫化機傳遞硫化壓力的主要部件，它繞在硫化鼓上的包角約為280°，可在其外側輔助加熱、加壓以提高硫化速度和進一步提高硫化壓力。

據考察，現行國內開發成功的用于環形V帶鼓式硫化機的有效寬度僅僅為600 mm左右，較上述引進的寬度要窄的多，不過從工藝角度考慮，帶坯的寬度越窄質量越好控制。例如紫金港膠帶有限公司和佳木斯環星機帶有限公司引進德國的鼓式硫化機。兩家引進的鼓式硫化機加壓方式是鋼絲編制的壓力帶，其主要用于普通V帶的硫化，硫化出來的帶頂面呈現鋼絲編織的花紋形。經過對兩種壓力鋼帶的分析論證，認為兩種壓力鋼帶給鼓式硫化機做齒形V帶提供壓力都是可行的。因為在壓力鋼帶的內側有用以連續硫化過程中壓制出齒形的關鍵部件——齒形槽板。無論是用不銹鋼帶或鋼絲編織帶加壓，齒形槽板受力都是均勻的，也不會引起齒形槽板的損傷，硫化出的齒形尺寸能夠得到有效保證。鼓式硫化機連續硫化示意圖，如圖2。

鼓式硫化機生產齒形傳動帶的工藝中，用以連續硫化的齒形槽板是重中之重，能不能達到圓模硫化的效果，關鍵在于齒形槽板的選材與制作上。2008年河北佰特橡膠有限公司發明了不銹鋼帶齒形槽板如圖3，用以代替圓模反成型硫化用的橡膠齒形膠套，并申請了實用新型和發明兩項專利。2009年在杭州肯萊特傳動工業有限公司技術服務時發明了用以連續硫化用的橡膠齒形槽板如圖4并申請了專利。切邊式齒形V帶的齒形不象同步帶那樣用來精確傳動，雖只起到散熱、減小彎曲應力、延長疲勞壽命的作用，但隨著人們的質量意識和審美觀的改變，對齒形的要求也在逐漸的提高。

圖2　鼓式硫化機連續硫化示意圖

論證中意識到，在鼓式硫化機連續硫化過程中，采用上述兩種齒形槽板在一定程度上存在缺陷。因為加壓用的不銹鋼帶繞在硫化鼓上的包角約為280°，在硫化鼓的下邊有一個約為130°的加熱罩，起預熱帶坯和輔助硫化的作用。由于受硫化溫度的影響，當齒形槽板進入下傳動壓輥的過程中齒形槽板上的齒形會發生微量的變形，在加壓鋼帶的作用力下其變形在整個硫化過程中幾乎無法矯正。分析變形的原因后，認為不銹鋼帶的齒形槽板由于是蛇形狀，上下兩個側面是中空的，在一邊是鋼帶壓力一邊是帶坯的作用下發生了變形；另一種是橡膠型的齒形槽板，由于橡膠受熱后其本身的硬度要發生變化，并且在槽板進入下傳動壓輥過程中，其受力是線狀局部受力，導致槽板齒形也會發生微小變形。經過多方論證，認為把兩種齒形槽板結合起來——使用橡膠鋼帶復合槽板比較好。就是把橡膠膠料填充到不銹鋼帶的一側，把兩者牢固的硫化在一起，既能滿足280°的彎曲又能防止齒形在兩側壓力下發生變形。如圖5。

硫化好的帶筒要及時轉移到能自動轉動的雙輥定型機上轉動冷卻，防止帶筒發生扭曲變形和確保帶子的長度要求。

三種齒形槽板如圖3～5所示。

圖3　不銹鋼帶齒形槽板

圖4　橡膠齒形槽板

圖5　橡膠鋼帶復合齒形槽板

3　切割與打磨

傳動帶切割機的發展也取得了突破性的進展。按設備構造分為兩種，一種是臥式切割機另一種是立式切割機，按切割方式分為角度切割和直刀切割。按切割膨脹方式分單鼓切割和雙鼓切割。無論是角度切割還是直刀切割其切刀有兩種，一種是白鋼刀切割，一種是旋轉或不旋轉圓刀片切割。我們調研了很多企業，大多存在切割角度不準確，切割角度不對稱問題，也就是切割角度切偏的問題。

研究后發現，在單根帶張力不能保證恒定的情況下總會出現各種各樣的缺陷。現行的雙鼓切割機，帶筒裝上時是用氣缸來調節松緊度的，沒有考慮單條帶的張力和整筒帶的總張力問題，切割時會出現帶子寬度不一的問題。況且氣缸氣壓也不是穩定的，在張緊力忽大忽小的情況下，即使采用直刀切割的方式也是不能保證切割的寬度。

超長型大規格切邊式齒形V帶，無論是長度和厚度對生產工藝和生產設備來講都是個極限的挑戰。在對超長型大規格帶筒切割探索過程中，使用PLC控制的帶有“吊耳”自動糾偏雙輥切割機能滿足需要。根據單根帶的張緊力計算好整個帶筒的張緊力后輸入PLC中，用PLC自動調節的方式來保證每條帶子張緊力的一致性。在確保切割機整體剛性足夠強的情況下，采用旋轉刀片直刀切割的效果較佳，把帶筒切割成工藝要求的一條條矩形環形條。由于大規格切割齒形V帶的特殊性，打磨工藝采用反成型工藝打磨，使用內冷式磨輪打磨，帶體生熱程度低不會引起帶體扭曲變形，帶子質量有所保證。

打磨、測長張緊力的設定都是按單根帶有效的測量力來設定。

4　結論

根據考察與論證的情況分析，我們認為：切邊式齒形V帶用雙輥繞線機成型帶坯，采用鼓式硫化機連續硫化是可行的。

Feasibility study of continuous vulcanizationfor cut-type tooth V belt

（R-03）

Feasibility study of continuous vulcanizationfor cut-type tooth V belt

Shao Haigen
(Henan Province Jiaozuo City Xiuwu County, jiaozuo 454003，Henan, China)

Key words:drum vulcanizing machine; continuous vulcanization; cut-type tooth V belt

Abstract:Based on the research of cut-type tooth V belt production technology ,demonstrates feasibility of production cut-type tooth V belt with the drum vulcanizing machineusing reverse thinking way.

中圖分類號：TQ330.67

文章編號：1009-797X(2016)13-0001-04

文獻標識碼：B

DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2016.13.001

作者簡介：邵海根（1974-），男，工程師，質量師，主要從事橡膠配方工藝的研究。

收稿日期：2015-12-02