矿山机械带式运输装置

矿山机械带式运输装置输送带的疲劳分析与计算作者姓名：曲静专业名称：机械电子工程摘要在矿山机械设备中，带式输送机成为最重要的散装物料输送设备。

它不仅应用于企业内部的运输，也拓展到企业外部的输送。

被广泛应用在煤矿、冶金矿山和火力发电厂等部门。

在带式输送机中，输送带作为带式输送机承载物料的载体，更是必不可少的组成部分，它的一些物理性能直接影响到整机的性能和工作效率。

而输送带的安全系数是输送带的抗拉强度与正常运行状态，满载或设计负载的比例，影响输送带抗拉强度的主要因素为接头强度。

第1章绪论1.1背景带式输送机的输送带是输送机的重要部件，在输送机中，输送带的成本占整个设备成本的30%~50%。

输送带是由橡胶和织物芯或钢丝绳构成的。

由于橡胶本身是流变材料，再加上各向异性的织物芯或受力情况十分复杂的钢丝绳芯，因而具有极为复杂的动力学特性。

其变形量和加载的大小，时间，频率，环境温度，材料特性因素等有关。

在运转过程中，输送带所受的载荷是复杂的，它除了受纵向的拉伸应力外，还受压陷阻力，弯曲阻力和托辊的摩擦力。

研究证明，输送带的运行长度越长，它和托辊接触区域产生的压陷阻力越大，最大可达到输送带运行阻力的30%~40%。

影响输送带抗拉强度主要因素为接头强度，因此接头的链接强度十分重要，如果达不到原来输送带的强度，就会在接头处发生断裂，造成事故，常见的接头链接有三种方法：接卸谅解，硫化链接法，冷粘接头法。

[1]1.2疲劳断裂分析及其现状疲劳断裂是金属构件断裂的主要形式之一。

疲劳是研究在交变的外界因素（如载荷，电场，温度等）作用下材料和结构在各种工作环境下抗破坏力的一门科学；断裂是含缺陷（裂纹）的材料和结构抗断裂性能，以及各种工作环境下裂纹扩展失稳和止裂的一门科学。

班特征疲劳断裂失效的一般特征：疲劳断裂的突发性、疲劳断裂应力很低、疲劳断裂是一个损伤累积的过程。

1.3输送带强度标准普通输送带执行GB7984-2001标准。

普通输送带：覆盖层：拉伸强度不小于15Mpa，扯断伸长度不小于350%，磨耗量≤200mm3；层间粘合强度纵向试样平均值布层间不小于3.2N/mm；覆盖胶与布层间不小于2.1N/mm；全厚度纵向扯断伸长率不小于10%；全厚度纵向参考力伸长率不大于1.5%。

尼龙（NN）、聚酯（EP）输送带：覆盖层：拉伸强度不小于15Mpa，扯断伸长度不小于350%，磨耗量≤200mm3,层间粘合强度纵向试样平均值布层间不小于4.5N/mm，覆盖胶与布层间不小于3.2N/mm,全厚度纵向扯断伸长率不小10%，全厚度纵向参考力伸长率不大于4%，覆盖胶采用橡塑共混，骨架国标级别拉力强度系数，可以搭接成环形。

输送带产品分类：所有的输送带必须接成环形才能使用，所以输送带接头的好坏直接影响输送带的使用寿命和输送线能否平稳顺畅地运行。

一般输送带接头常用方法有机械接头、冷粘接接头、热硫化接头等。

输送带机械接头法：一般是指使用皮带扣接头，这种接头方法方便便捷，也比较经济，但是接头的效率低，容易损坏，对输送带产品的使用寿命有一定影响。

PVC和PVG整芯阻燃抗静电输送带接头中，一般8级带以下的产品都采用这种接头方法。

输送带冷粘接头法：即采用冷粘粘合剂来进行接头。

这种接头办法比机械接头的效率高，也比较经济，应该能够有比较好的接头效果，但是从实践来看，由于工艺条件比较难掌握，另外粘合剂的质量对接头的影响非常大，所以不是很稳定。

输送带热硫化接头法：实践证明是最理想的一种接头方法，能够保证高的接头效率，同时也非常稳定，接头寿命也很长，容易掌握。

但是存在工艺麻烦、费用高、接头时间长等缺点。

[3]1.4撕裂原因[3]1）、输送物料中的杂质造成的皮带撕裂。

输送物料中的杂质对煤炭港口来说，主要是煤炭质量不好，原煤中的大块煤和各种杂质，如铁器、木棒等，大约造成70-80%的撕裂，因而保证源头煤炭质量是防撕裂的关键。

2）、带式输送机辅助设备安装不当造成的皮带撕裂。

带式输送机辅助设备多，衬板掉落、除铁器吸附的尖锐铁器、清扫器安装不当等都可能对输送带造成撕裂及刮扯，普通输送带没有横向保护结构，不能防止撕裂。

3）、带式输送机的结构不尽完善造成的皮带撕裂。

因带式输送机的结构不尽完善，输送带的落料点落差大，煤流中的杂质相对速度大，冲击力大，锐利、坚硬的超长杂质容易在落料点插入输送带，造成输送带撕裂。

4）、堵料造成的输送带撕裂。

转接溜槽小，易阻碍物料及杂质通过造成输送带撕裂。

5）、输送带的跑偏引起扯边。

6）、回程带卷煤等。

另外，输送带接头边胶老化使输送带芯层进水，引起钢绳锈蚀抽出，也会造成撕裂。

第2章 带的应力分析带传动的主要失效形式是带传动的打滑和带的疲劳破坏（脱层、疲劳断裂）。

因此带传动的设计准则是保证传动不打滑和带具有足够的疲劳寿。

[2]1） 由初拉力产生的应力安装后，由初拉力产生的初应力为)()0()0(MPa AF =σ 式中，A------带的横剖面面积，mm 2。

在带传动工作中，紧边和松边拉力产生的应力为)()1()1(MPa A F =σ )()2()2(M P a A F =σ 带传动绕过主轮时，拉应力由)1(σ逐渐降到)2(σ；在绕过从动轮时则相反，拉应力由)2(σ逐渐增为)1(σ。

2） 由离心力产生的应力由离心力产生F c 产生的应力成为离心应力，它作用于全部带长的各个剖面上且大小相等。

离心应力按下式计算Aqv A c F c )2()()(==σ 3） 带绕过带轮时产生的弯曲应力 带绕过带轮时，产生弯曲应力σb ，σb 只产生在带绕在带轮上的部分，若近似认为材料符合胡克定律，由材料力学公式可得σb =2E )()(d d a h （Mpa ） 式中，E------带材料的弯曲弹性模量，Mpa ；h(a)------带的外表层到节面的距离，mm ；d(d)------带轮基准直径，mm ；由上式可知，带轮直径越小、带越厚（型号越大），带的弯曲应力越大，故带绕过小轮时的弯曲应力大于带绕过大带轮时的弯曲应力。

为了防止产生过大的弯曲应力，对每种型号的V 带，都规定了相应的最小直径d dmin 。

带在传动过程中，处于各个位置时所受的应力情况如图所示，带剖面上所受的应力随着带的运转而循环变化。

带在紧边绕上小带轮时，所受的应力最大σmax=σ1+σb1=A F )1(+σb1=(F e )2(1`)(`)(qv f e f e +-αα)+σb1=A e F )(1`)(`)(-ααf e f e +σcσb1带传动的应力分析当载荷一定时，应力循环次数超过某一定值后，带将因疲劳而损坏。

σmax 越大，则允许的应力循环次数就越少。

为保证带有足够的使用期限，必须使σmax ≤[σ]不产生打滑的临界状态为F emax =([σ]-σc -σb1)A(1-)(1αf e ) 式中，[σ]------在一定的循环次数下，由带的疲劳实验所确定的许用应力。

实验条件为α1=α2(dd1=dd2)；规定的带长；应力循环次数为108~109；载荷平稳；带轮数目u=2。

实验结果是 [σ]mN=C[σ]m （3600utv/Ld ）式中m----指数，对于普通V 带，m=11.1；N----循环次数；t ----带的寿命，h ；u----带轮数目L d ----带的基准长度，m ；v----带速，m/s ；C----由实验得到的常数，决定于带的结构及材料。

第3章输送带寿命的延长措施分析3.1 优化输送机的结构设计。

(1)输送带经过机头、机尾滚筒和驱动滚筒反复弯曲疲劳，易引起带层剥离。

因此，带速低、机身越长对延长输送带寿命越有利。

如果不能对带式输送机进行良好监测，带速不宜超过 3．0 m／s。

煤矿井下带速不宜超过 1．8 m／s。

输送带的寿命与滚筒直径成反比，滚筒直径越大，越有利于延长输送带的使用寿命。

(2)输送机机头、机尾及中间转载处的过渡长度及过渡方式对输送带的使用寿命影响很大。

要对转载处的过渡进行合理设计，以尽量减轻输送带胶面的磨损，确保输送带的不折番、无中间凸起现象，落料处不出现物料撒漏。

(3)对于长距离输送机，可在输送带的回程部分即输送机的下部输送带增加翻带装置，使原本输送带的下平面与输送机下托辊相接触变为输送带上平面与下托辊相接触，以降低输送带下平面的磨损程度，延长输送带的使用寿命。

(4)导料槽会引起输送带表面磨损，并且离胶带越近，磨损就越厉害。

导料槽不能与输送带接触，其底部边缘与胶带问应有一定的间隙，间隙呈楔状，沿输送带运行方向逐渐增大，这种结构使煤块、石块不易卡在输送带和裙板之问，消除由此引起的输送带损伤。

装载点装置的固定部分与胶带表面不能接触。

落差较大的料斗内部可安装缓冲挡板，避免物料直接冲击输送带。

[4]3.2改善输送带的连接引起输送带磨损的所有因素中，接头不良的情况占12％。

输送带的接头连成无缝环形带才能使用。

接头的连接强度十分重要，如果达不到原来输送带的强度，就在接头处发生裂, 造成事故，或是因接头没接好，板钉脱出 ,撕裂输送带。

接头的连接方法有以下几种。

[1](1)机械连接。

机械连接方式在煤矿使用广泛，适合人工安装，但该连方式事故频繁，多半因使用狼牙扣所致。

(2)硫化连接法。

将输送带分层剥离，打磨干净，刷上橡胶液，待不粘手时，再涂刷一遍，等晾到不粘手时，将两输送带剥离层合拢、敲平，再盖上电加热板，上好压板。

通电 1．5 h，输送带中心温度达到150℃时停止。

硫化时间要适中，时间不足或过长均达不到预期效果。

对于单层输送带，如阻燃带，只能切成三角对接连接；对于多层带芯可用斜割法。

(3)冷粘接头法。

把输送带接头的两端切割剥离成阶梯状，每层带芯形成一个台阶。

剥开的每层都先用丙酮除去油质，晾干再涂1层粘接剂，等晾至不粘手时，将两端输送带对齐合拢压实，用木锤均匀锤实，最好用重物压平。

固化时间一般为2—3 h，视粘接剂而定。

粘接的好坏与剥离层打磨是否均匀有关，用电动钢丝砂轮打磨最好，去掉粘胶，切不可磨破带芯层，打磨干净，用丙酮清洗后烘干，然后用红外线烤热至70℃以下，再涂上粘接剂。

粘接剂通常为氯丁胶，加3％～5％的固化剂，通常为聚异氰酸酯，两者搅拌均匀，迅速涂到剥离打磨面上，一般要2道。

第 1道粘接剂约 400 g ／m ，晾至不粘手为；第2道涂粘接剂约350 g／m ，晾至不粘手为止。

当感觉不粘手又有黏性时，应立即将两胶面从中间向两侧粘接，将空气挤出，最好边用手锤敲打粘合面、边粘合。

然后用钢板压实固化，时间越长越好。

参考文献[1]濮良贵.机械零件[M].北京：教育出版社，1989[2]孙志礼等编著,机械设计, [M], 北京：科学出版社2008[3]宋伟刚.通用带式输送机设计，北京：机械工业出版社，2005.[4]程志宏，赵玉学，《带式输送机设计手册》，第一版，冶金工业出版社20019。