聚酯帆布輸送帶硫化接頭工藝改進方法

秦得昌

（秦皇島港股份有限公司第二港務分公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

輸送帶是帶式輸送機中的曳引構件和承載構件，是帶式輸送機最主要的部件，其價格一般占整機價格的30%～40%[1]。我國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。

在港口煤炭裝卸系統中，輸送帶肩負著煤炭從翻車機到裝船機最后到達貨輪的使命，輸送帶壽命影響裝卸系統作業效率。與輸送帶其他部位相比，硫化接頭是其薄弱環節，也是大部分輸送帶更換原因，因此輸送帶接頭質量直接影響其使用壽命。國內學者對輸送帶接頭進行研究，其中王浙斌[2]分析在礦石碼頭中聚酯帶接頭開裂原因，使用Solidworks 軟件對輸送機過渡段模型進行有限元分析，使用DEM 軟件進行料流仿真模擬，提出合理布置輸送機過渡段間距和給料裝置結構。高志強[3]針對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。

秦皇島港煤二期接卸物料介質為煤炭，整個生產作業流程中設備涉及到輸送帶有9 臺皮帶機和3 臺堆料機，其中皮帶機運距較長選用ST1250 阻燃耐磨型號鋼絲輸送帶，堆料機懸臂短、運距短采用聚酯帆布輸送帶。與其他輸送帶相比，堆料機懸臂輸送帶的單位長度內的運輸煤炭量多，因此其使用壽命短，更換頻次相對較高。在查詢懸臂輸送帶更換記錄后，發現因接頭開裂而重新硫化接頭或者更換輸送帶的次數占到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裂原因，分析研究接頭硫化過程和受力情況，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程主要包括：硫化平臺搭建前期準備，接頭處輸送帶拉緊，兩側接頭橡膠剝離，接頭帆布表面打磨，涂抹粘接膠，兩端接頭預搭接和搭接、硫化。硫化各個過程工序緊密連接，每個環節操作都關乎輸送帶接頭的硫化質量。

（1）接頭畫線。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，利用兩點呈直線原理，找出各端輸送帶的中心線，采用接頭預搭接，保證兩條中心線重合。

（2）裁斷角度α，接頭長度L 和接頭階梯l 根據輸送帶型號和規格確定，輸送帶接頭截面如圖1 所示，接頭階梯長度根據輸送帶型號進行去頂，可按表1 選擇確定。接頭階梯數量根據中間芯布層數滿足式（1）：

表1 輸送帶型號與接頭階梯長度關系

圖1 輸送帶接頭截面

式中，N 為接頭階梯數，n 為輸送帶中間芯布層數。

（3）接頭階梯制作。制作的中心線，硫化人員使用專用的角度尺，逐條畫出每層階梯的寬度，然后逐層切除多余的橡膠和帆布。沿運行方向的一側接頭階梯從非工作面開始剝離，另外一側接頭階梯從工作面開始剝離，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。使用角磨機打磨每個接頭階梯帆布表面的橡膠并吹掃，最后使用120#汽油進行清洗。在各階梯表面涂抹膠糊，待干燥到一定程度后鋪設膠料，依靠輸送帶兩端接頭的中心線對齊并鋪設上下封口條，最后加熱加壓完成接頭硫化。

2 接頭開裂現狀與原因分析

2.1 輸送帶接頭開裂現狀

查看現場的堆料機懸臂輸送帶，其接頭硫化經過重載使用一段時間后，輸送帶接頭處通常出現非正常損壞現象：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合處最先產生橫向裂紋，隨后封口條開裂情況逐漸擴大，造成輸送帶接頭兩側開裂或者接頭階梯開裂，使得輸送帶接頭強度降低，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。接頭抗拉強度取決于中間織物帆布抗拉強度，由于接頭硫化采用搭接方式連接，因此一個接頭的階梯個數少于中間織物總共的層數，從理論上講3 層織物的輸送帶接頭強度減少1/3，4 層織物的輸送帶接頭強度減少1/4，5 層織物的輸送帶接頭強度減少1/5。因此輸送帶接頭強度低于母帶本身強度，國內一般取母帶強度的50%～65%，但織物芯輸送帶安全系數一般選取12 左右，故接頭強度滿足使用要求。

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度一致，故各層所承受的粘接剪切強度相同，根據皮帶接頭計算公式：

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

現場使用的聚酯輸送帶型號為EP 200，輸送帶寬度1800 mm，其織物扯斷強度200 MPa，硫化工藝中每層接頭搭接長度為200 mm。由式（3）可以計算現場使用的EP200 輸送帶的單位面積粘接剪切強度為3 N/mm2。

2.2.2 聚酯帆布輸送帶封口條界面開裂分析

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

在高溫高壓條件下，兩種膠料流動面相互浸潤，生成的界面層中，由于膠料各自的擴散作用，形成具有濃度梯度的區域。如果兩種橡膠材質的結構和性質越是相近，界面層也越厚，粘合力越高，則界面不容易產生分離，反之，即使粘接到一起，界面間的結合力較小，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品牌和廠家，使用的膠料膠糊不是輸送帶廠家生產。在剝開輸送帶接頭時發現，只有在封口條界面處才有開裂痕跡，而每個接頭階梯間粘接良好。出現該問題主要原因：硫化時人員把接頭階梯原來橡膠層進行徹底打磨，然后涂抹新的膠糊和鋪設新的膠料，每個階梯間只保留一種新的膠料膠糊，不存在橡膠材質之間的硫化界面。然而封口條左右兩側分別與輸送帶形成左右兩個硫化界面，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性，造成界面粘合力不同，當粘合力較小時，接頭越早開裂。

輸送帶第一層帆布接頭正好處于封口條與原輸送帶兩個界面交匯處，由于層間帆布是搭接形式，當力傳輸到第一層帆布接頭一側時，再通過封口條與輸送帶界面傳遞到第一層帆布接頭另一側，增加封口條界面開裂。此外為保證輸送帶不沾煤屑，減少輸送帶煤屑灑落，通常都在皮帶機頭部滾筒和其他部位安裝清掃器，一旦封口條界面產生微小的裂紋后，輸送帶接頭反復通過清掃器不斷被剮蹭，最后加劇輸送帶接頭封口條開裂。

3 聚酯帆布輸送帶接頭制作改進

通過現場查看和理論分析，找出聚酯帆布輸送帶接頭處封口條開裂原因，提出一種聚酯帆布輸送帶接頭局部改進制作方法，該方法在不降低接頭強度的前提下，取消封口條的設計而利用原母帶材質，提高皮帶硫化后界面粘合力。改進后的硫化接頭制作方法如圖2 所示，黑色粗實線表示為聚酯帆布輸送帶的帆布層，共計5 層，剖面線表示為聚酯帆布輸送帶的上蓋膠，中間膠以及下蓋膠。改進對象為圖中標記的1 和2 處非運行方向一側的接頭，標記3 和4 處的運行方向一側的接頭。其中非運行方向一側的接頭標記1 位置剝去第一層帆布的上蓋膠，保留第一層帆布，標記2 位置去除第5 層帆布，保留下蓋膠；運行方向一側的接頭標記3 位置剝去第一層帆布，保留上蓋膠，標記4 位置剝去下蓋膠，保留第5 層帆布；4 個改進地方去除寬度可根據現場確定，20～50 mm 均可，但必須保證4 處去除的寬度要相一致，否則兩端接頭對接時，無法恰好重合。

圖2 接頭改進后硫化示意

4 結束語

改進的接頭硫化工藝在秦皇島港煤二期3 臺堆料機懸臂輸送帶中應用。通過與改進前接頭硫化相對比，輸送帶接頭開裂情況得到很好改善，接頭質量得到很大提高，改進后輸送帶壽命是改進前輸送帶壽命的近1.5 倍。改進后的硫化接頭有以下優點：①兩端結合處采用原輸送帶橡膠材質，解決由于膠料質量差異，引起封口條與原輸送帶界面粘接力不一致，保證在硫化過程中兩個端面生成較厚的界面層，提高粘合力，改善接頭質量；②由于主要承載力的3 個階梯長度沒有變化下，即接頭強度不變的前提下，增加兩處20 mm 的階梯，接頭粘接剪切強度增加約40 N/mm。通過實踐應用檢驗證明改進的接頭硫化工藝是切實可行的。