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皮帶輸送機(jī)中的滾筒是必不可少的基本組成部件。滾筒失效將直接導(dǎo)致整條輸送線停機(jī)，對(duì)正常生產(chǎn)影響很大，同時(shí)還會(huì)帶來(lái)繁重的維修工作量。
1.實(shí)際存在問(wèn)題
在秦皇島港煤碼頭五期工程，皮帶輸送機(jī)長(zhǎng)期的運(yùn)行實(shí)踐表明：滾筒包膠磨損嚴(yán)重是導(dǎo)致滾筒失效的主要原因，秦皇島港股份有限公司第九港務(wù)分公司投產(chǎn)4年以來(lái)，共進(jìn)行包膠維修157 根次，占滾筒更換總量的75%以上。滾筒重新包膠存在以下幾個(gè)問(wèn)題：
(1)損傷滾筒鐵質(zhì)元件，重新包膠時(shí)會(huì)使筒皮變薄，影響使用壽命。
(2)維修費(fèi)用龐大。4年中滾筒包膠維修共花費(fèi)2,503,778 元。其中1根φ1000 mm、長(zhǎng)2.5m滾筒硫化包膠12mm的費(fèi)用在2萬(wàn)元左右，每年滾筒包膠維修費(fèi)用超過(guò)公司總維修費(fèi)用的10%。
(3)包膠的快速磨損，造成橡膠資源的浪費(fèi)。
因此，減輕滾筒包膠磨損就成為輸送設(shè)備優(yōu)化管理工作的一項(xiàng)重要任務(wù)。目前我國(guó)對(duì)滾筒包膠磨損建模的研究非常少，因此，開(kāi)展該領(lǐng)域的研究工作，對(duì)減輕包膠磨損對(duì)生產(chǎn)的影響、降低維修成本和工作量、節(jié)約資源和優(yōu)化輸送設(shè)備管理等方面都有著重大的現(xiàn)實(shí)意義和理論意義。
2、滾筒包膠磨損的主要因素
滾筒包膠是橡膠制品，它的組織結(jié)構(gòu)是一種微觀的層狀結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)包膠磨損情況的觀察研究，發(fā)現(xiàn)其磨損表現(xiàn)為表面周期性地產(chǎn)生微小的舌狀物撕裂，以及在拉伸作用下舌狀物發(fā)生斷裂兩個(gè)過(guò)程，而這兩個(gè)過(guò)程是大面積發(fā)生的，這就出現(xiàn)了宏觀磨損，屬于典型的磨粒磨損。
通過(guò)對(duì)不同工況條件下的滾筒包膠磨損原因進(jìn)行分析可知，滾筒包膠與輸送帶接觸面的正壓力較大、滾筒所處環(huán)境煤塵灑落較多時(shí)，包膠磨損比較嚴(yán)重，滾筒更換較頻繁。統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖1所示。
圖1 滾筒包膠磨損原因統(tǒng)計(jì)
依據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)合滾筒磨損的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，以及橡膠磨損學(xué)知識(shí)，將滾筒包膠磨損的主要因素歸結(jié)為：滾筒包膠與輸送帶間的正壓力，充斥到輸送帶與包膠之間的磨損介質(zhì)——煤塵微粒，以及輸送帶在張力變化時(shí)與滾筒包膠之間存在的彈性摩擦。
3、滾筒包膠的磨損機(jī)理
磨損是指摩擦副表面作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于機(jī)械與(或)化學(xué)作用所發(fā)生的材料脫落現(xiàn)象。滾筒包膠磨損的主要原因，同樣是包膠與接觸介質(zhì)之間在較大正壓力下發(fā)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這樣，在研究滾筒包膠磨損機(jī)理時(shí)，就有以下3個(gè)重要影響因素。
(1)包膠的接觸介質(zhì)
皮帶輸送機(jī)專門(mén)用于運(yùn)輸煤炭時(shí)，因在輸送帶和滾筒之間存在著大量的煤炭微粒。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)大量觀察研究發(fā)現(xiàn)，在分布范圍和厚度方面，這些微粒在輸送帶和滾筒上基本可以認(rèn)為是均勻分布。
(2)包膠層受到的正壓力
這個(gè)壓力主要是來(lái)自輸送帶的張緊力。皮帶輸送機(jī)要保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需要在輸送帶上施加適當(dāng)?shù)膹埦o力，以保證輸送帶在啟停及運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不致出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。
(3)包膠與接觸介質(zhì)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)
這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)可以分為兩種：一種是在皮帶輸送機(jī)啟動(dòng)和停止的瞬間，滾筒包膠與輸送帶之間會(huì)存在瞬時(shí)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)存在的時(shí)間短，且是間歇性出現(xiàn)。另一種是在皮帶輸送機(jī)運(yùn)行中，由于輸送帶與滾筒包膠之間存在摩擦力矩的作用，因此滾筒兩邊的輸送帶受到的張力并不相等，如圖2所示。
圖2 滾筒所受張力示意圖
輸送帶作為一種橡膠制品，在張力變化時(shí)所產(chǎn)生的長(zhǎng)度變化是很明顯的。皮帶輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)，輸送帶從接觸到滾筒到脫離滾筒這一時(shí)間段內(nèi)，會(huì)連續(xù)發(fā)生長(zhǎng)度變化。在相對(duì)于滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)速度以外，輸送帶與包膠之間存在彈性滑動(dòng)，這種滑動(dòng)在皮帶輸送機(jī)正常運(yùn)行時(shí)會(huì)一直發(fā)生，是導(dǎo)致包膠與接觸介質(zhì)之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的主要原因。
