皮帶機緩沖床技術的研究及改進設計

王斌 杜江艷

摘要：緩沖床的設計主要用來替代緩沖托輥，提高整機運行可靠性，減少摩擦緩沖，緩解物料沖擊，保護和延長輸送帶使用壽命及安全運行的目的。在帶式輸送機的應用中起著不可或缺的作用，其質量的好壞直接關系到帶式輸送機及膠帶的運行狀況、運行質量和能源消耗，是影響整機可靠性和壽命的關鍵部位。本文介紹了皮帶機緩沖床的應用領域、主要性能和結構改進設計。

關鍵詞：緩沖托輥；皮帶機；緩沖床；緩沖條；高分子聚乙烯；改進設計

1、前言

緩沖托輥用于帶式輸送機受料處減緩落料對輸送帶的沖擊，主要解決皮帶輸送機落料點和受料部位減緩沖擊的需求，廣泛用于煤炭、化工、礦山、鋼鐵、水泥、電力、港口等。整體式托輥輥體專用的高分子材料，具有很好的耐磨性，而且具有良好的自潤滑性能，不傷皮帶，可承受中等負荷沖擊；鋼套復合的緩沖托輥耐沖擊力更強。但緩沖托輥自身的軸套和支架的拼裝結構也成為不易更換和容易損傷輸送帶的缺陷，特別是輸送帶在落料點的受力不均勻，更加劇了單個托輥事故的發生率，增加了日常的修補和維護費用，該工作點也成為皮帶機檢修維護和重點治理的突出部位，為此國際上很多工程設計公司先后設計了不同的物料緩沖裝置加以改善物料緩沖，最后由德國工程師發明的緩沖床，經過逐步的改進得到廣大客戶認可，被全球所采用。

2、傳統緩沖床的設計及存在缺陷

2.1傳統緩沖床的設計

傳統緩沖床通用結構設計是兩部分組成：緩沖條+鋼構，這種結構是經過長時間的設計和適用調整，最終確定下的結構，此種結構是目前較為通用的結構。

緩沖條是由聚乙烯材料、橡膠、型鋼三者不同性能的物質地粘結在一起，通常主要采用兩種粘結技術，一種是熱硫化粘結技術，另一種是冷粘結技術，但是冷粘結技術不能從根本上解決問題，在長時間使用過程中會出現粘接層法人撕裂現場，因此，熱硫化技術才是解決問題的關鍵。

緩沖條表面的材料與輸送帶直接接觸，主要采用聚乙烯板。聚乙烯摩擦系數最低，自潤滑性能好，利于輸送帶通過，非常適合惡劣工況下的緩沖條表面材料，但是對廠家工藝的要求較高，不經過特殊處理與橡膠極難結合。

緩沖條在收到沖擊時，主要通過彈性物質通過自身的物理彈性起到很好緩沖作用，因此橡膠彈性必須滿足邵氏硬55度左右（硬度過高就起不到物料緩沖作用），耐腐蝕性、抗撕裂力、抗拉強度、斷裂伸長率等條件。

鋼構是緩沖床的構架，連接緩沖條，并與皮帶進行角度貼合，結構主要選用槽鋼、角鋼等標準型鋼經過焊接組成，最終整體安裝在整機機架上。

2.2傳統緩沖床存在的缺點

（1）整體鋼結構沒有高度和角度調整，靈活性差。

（2）緩沖床與機架連接之間沒有二次緩沖橡膠墊，在皮帶機運行物料下落過程單靠緩沖條的緩沖橡膠墊緩沖，緩沖效果不佳。

（3）緩沖條的耐磨層在運行過程中長時間與皮帶摩擦是易耗件，其耐磨層厚度只有15mm，使用壽命短，且摩察力較大，自潤滑效果不是很好。

（4）緩沖條是由聚乙烯材料、橡膠、型鋼三者不同性能的物質通過特殊的熱硫化技術粘結在一起，技術難、成本高，而且這種連接方式所造成的直接后果就是緩沖層容易發生竄動。

3、緩沖床的改進設計

本文緩沖床同樣也是采用緩沖條+鋼構的組合形式，但是是在發揚傳統緩沖床優勢的基礎上進行了優化設計，具體改進設計如下：

3.1整機增加緩沖橡膠墊

緩沖橡膠墊應用在機架與緩沖床連接的中間位置，本文選用氯丁橡膠CR，其具有良好的物理機械性能，耐油、耐熱、耐燃、耐日光、耐老化、耐臭氧、耐酸堿、耐化學試劑。具有較高的拉伸強度、伸長率和可逆的結晶性，粘接性好。

3.2鋼結構改進設計

通過對市場調研和分析，針對傳統緩沖床應用的缺點，本文整體選用鋼構架，采用一級角度調整、二級緩沖、三級高度調整的組合結構設計。

（1）通過緩沖橡膠墊進行兩次緩沖，真正的改善了落料點的受力狀況。

（2）立板與緩沖床的底座連接，上面的3個通孔，可進行高度調整。

（3）弧形板可進行5°～15°范圍內的角度調整，使耐磨層同運輸帶槽型的匹配貼合度、均勻磨損度得到更好的利用，綜合使用壽命大幅延長。

本文以帶寬1200mm，角度35°為例進行結構改進設計，其結構如圖一所示。

3.3耐磨緩沖條的改進設計

在緩沖條材質的選擇上，我們實驗了超高分子量聚乙烯板、聚氨酯、陶瓷三種材料。陶瓷耐磨性能較好，但摩擦系數特別高，容易導致輸送皮帶劃傷，起熱，冒煙，危害性極大。聚氨酯粘接性能好，對粘接技術要求較低但是該材質容易水解，而且抗沖擊力較差，長時間使用仍然容易出現開膠分層現象。超高分子量聚乙烯摩擦系數最低，自潤滑性能好，利于輸送帶通過，非常適合惡劣工況下的緩沖條表面材料。主要改進設計如下：

（1）耐磨緩沖條外形尺寸為75×100×1600（如圖二），整體材料選用德國進口超高分子量聚乙烯，其具有超強的沖擊韌性、耐磨性、自潤滑性優良，耐低溫沖擊，耐化學腐蝕、抗老化性能強。

其制作工藝要求表面平整、均勻、光滑，無裂紋；分子量≥900萬；磨損度為每毫米≥900h，比重：0.93-0.95。摩擦系數：0.08—0.20（HY-GR復合后：0.05---0.08）。機械性能：在200℃以下不熔化，不變形。

（2）目前國內市場緩沖條由耐磨層厚度15mm聚乙烯、60mm厚緩沖橡膠、鋁合金三種不同物質采用特殊的熱硫化粘結技術，進行硫化粘貼，成本很高。本文耐磨緩沖條全身采用高分子量聚乙烯，耐磨層厚度75mm，用螺栓直接固定于鋼構架上，此方法，不用熱硫化粘結技術，結構簡單，拆卸方便，使用壽命長。

（3）很好的利用固定緩沖條的螺栓孔φ21，可將自潤滑復合棒放入其內，實現連續在線潤滑的二級自潤滑作用，極大地降低摩擦系數。

4、結語

終上所述，本文改進設計的新型緩沖床是在傳統緩沖床的受力支點上增加了角度可調支架、二級橡膠緩沖及綜合應用復合固體自潤滑復合棒而實現連續在線潤滑，可充分有效吸收物料下落時的沖擊，大幅度降低物料下落時對輸送帶的沖擊，有效改善和均衡分散落料點的受力狀況，極大地降低摩擦力，真正改善了機械運行中的高耗能問題，延長緩沖床的使用壽命。因此，本文通過新舊技術相結合的設計理念改變運動副、增加自潤滑系統和優化鋼結構，使緩沖床綜合性能優越，使用壽命長，有很好的推廣及應用價值。

參考文獻

[1]機械設計手冊，第一卷/成大先主編.-4版.-北京：化學工業出版社，2002.1：250-272。

[2]機械設計手冊，第一卷/成大先主編.-4版.-北京：化學工業出版社，2002.1：236-240。

[3]李云飛，帶式輸送機緩沖床研發，工程科技Ⅰ輯·礦業工程；《能源技術與管理》，2017年，02期。

[4]劉慶林，帶式輸送機重型可拆分緩沖床的設計及應用，礦山機械，第42卷2014年第8期。

[5]雷瑞芳，皮帶落煤緩沖床的設計，工程科技Ⅱ輯；工程科技Ⅰ輯，礦業工程，《能源與節能》，2015年.06期。

（作者單位：龍鋼集團華山冶金設備有限公司）