新型高科技滚筒包胶材料

范家庆

摘 要：神华天津煤炭码头有限责任公司装船机悬皮，BM皮带机在霜、雾、雨、雪等湿度大的天气条件下，很容易产生打滑故障，从而使得现场生产作业效率大大降低，公司生产运营收到了很大的影响，该文主要针对同类港口出现的该共性问题提出了解决方案及实施成果介绍，有较大的经济意义和社会推广意义。

关键词：BM皮带机 装船机陶瓷胶板 解决方案

中图分类号：TD528.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（b）-00-02

1 研究与应用对象

神华天津煤炭码头有限责任公司一期工程年吞吐量为4500万t，配备3条取装作业线，码头配置3条BM皮带机和三台可移动伸缩式装船机。煤炭通过取料机将物料取到BQ皮带上，通过各各转接塔，最终将物料通过装船机尾车转接到装船机溜筒处完成装船作业。其中，BM1水平长度约

580 m，BM2水平长度约830 m，BM3水平长度约870 m。其中，BM1、BM2皮带机在雨、雾、霜、雪等湿度较大的天气条件下，以及在作业量稍大的情况下，很容易频繁发生打滑现象，导致皮带机启动不起来，不能满足作业现场的要求，大大降低了取装线的作业效率，严重影响着公司的生产运营。三台装船机悬臂皮带尾部驱动滚筒在俯仰作业情况下也容易出现该类故障。皮带机的频繁打滑，衍生了流程设备的其他故障，以及堵料和洒漏煤。同时，频繁的重载启停也加速了滚筒和胶带磨损，增加了能耗，导致公司的生产效率降低，生产运营成本和维修成本升高。

2 故障原因的研究与分析

经过现场调研、分析，我们发现造成BM皮带机以及装船机悬臂皮带机频繁打滑现象的原因主要是由于：皮带机运行3年后，驱动滚筒包胶表面发生碳化，在雨、雾天气的情况下，滚筒包胶表面与皮带表面的摩擦力减小，当皮带机启动或者作业量稍大时滚筒不能带动皮带按照正常速度运行，皮带与滚筒包胶表面产生相对运动，从而产生皮带打滑，导致对应的皮带不能正常启动作业。

最大牵引力（驱动滚筒处所产生的）：F=S0（eμα-1）F-驱动滚筒处胶带的摩擦力S0-胶带在驱动滚筒绕出点的张力μ-驱动滚筒包胶与皮带之间的摩擦系数α-驱动滚筒上的皮带包角；根据以上分析，我们可以清晰地了解到，三种提高摩擦力F的途径：

（1）增加驱动滚筒处的胶带的张力S0，从而大大提高BM皮带机的张紧力。目前BM皮带机以及装船机悬臂皮带及的张紧方式为液压拉紧的形式，即当系统启动需要足够大的张紧力时，该张紧液压系统启动，当张紧力足够大时，则液压系统自动关闭、锁定，保证系统压力的平衡。BM皮带机张紧液压系统的额定压力为16 MPa，由于以往打滑故障，所以我们将系统额定压力增加到18 MPa左右；装船机悬臂皮带机张紧液压系统额定压力为60 bar，由于以往打滑故障，所以我们将系统额定压力增加到80 bar左右。两套张紧液压系统的额定压力值均已经达到了极限数值，在运行过程中，也曾经出现过液压系统元器件由于压力过高导致故障频发等问题，在此种情况下还未能解决相关设备皮带的打滑问题。严重导致了设备的不安全、不稳定因素，所以不建议采用此方案。（2）增大滚筒胶面与皮带之间的包角α，能够有效地提高滚筒包胶表面与皮带之间的摩擦系数，从而增加它们之间的摩擦力。通常的方式是改变改向滚筒的位置，增加滚筒包胶表面与皮带之间的接触面积，从而大大地提升它们之间的摩擦系数和摩擦力。但是，由于现场皮带机驱动站的结构布置紧凑，改向滚筒调整位置的空间非常有限，过大的调整会导致驱动站钢结构皮与带机的干扰，对皮带机系统产生更大的影响，所以不建议采用此方案。（3）通过优化改变皮带机滚筒包胶的材质，来有效地提升驱动滚筒包胶表面与皮带机之间的摩擦系数μ，从而大大提高它们之间的摩擦力。该方案已经在国外先进的皮带机输送设备中得到应用。因此，优化改变皮带机滚筒包胶的材质是解决BM皮带机，装船机悬臂皮带机打滑问题的关键途径。

3 研究解决方案

（1）以往皮带机滚筒的包胶采用传统的铸胶方式，即热硫化包胶。热硫化包胶的工艺是在滚筒组装前或在滚筒全部拆卸完毕，利用车床将皮带机滚筒筒皮削约2～3 mm深的螺纹沟槽，涂刷粘接剂，然后将待包胶压实在滚筒筒皮上，将整体滚筒放入硫化蒸汽炉，要求加热至180℃进行恒温，出炉完成热硫化。然后才可以组装轴、紧定套、轴承座等。滚筒热硫化包胶有其局限性：在热硫化条件下加工的滚筒包胶由于硫化压强低（6～8 kg/m），硫含量偏高而耐磨性能差，使用中易老化，热包胶的滚筒使用不久后硬度即达到82 SHOREA（硅胶硬度），对输送带的附着力低，且清洁功能差。传统热硫化包胶工艺与金属滚筒粘接力约为3～10 N/mm，橡胶密实度低，耐磨性能差，与胶带附着力、摩擦力小，容易出现潮湿天气皮带打滑问题，加剧胶带的拉伸应力和老化速度，容易引起物料粘接。从实际应用角度看，传统热硫化包胶在夏季由于皮带工作面煤尘堆积在滚筒处，导致滚筒包胶磨损加剧，严重时磨损露出筒皮，产生噪音对胶带造成伤害，降低了系统摩擦力，造成打滑现象的产生。在冬季，传统热硫化包胶处容易积聚大量冰晶造成结冰，直接导致皮带运行中滚筒跳动，这样给皮带机系统的运行带来了其他衍生问题。

（2）目前国际上先进的滚筒包胶工艺为冷粘包胶方式，即冷硫化包胶工艺。其要求滚筒表面平整，将滚筒筒皮用角磨机除锈处理，涂刷胶板厂家生产的特殊粘接剂后，将轧制成型的胶板直接粘接在滚筒表面。冷硫化包胶与金属滚筒粘接力

12 N/mm；硫化时压强50 kg/cm2；橡胶密实度高，耐磨性能好；使用寿命是传统工艺的数倍，摩擦系数高，减低胶带应力；橡胶弹性佳，防粘附性能好。冷粘包胶适用于现场的滚筒包胶场合，无需拆卸滚筒及其附属配件，适合现场生产，占地面积和使用设备少，有效的减少了加工生产过程中的生产投入。冷粘包胶工艺详细介绍如下：

1）、表面处理：（1）由于在金属表面有许多的污垢、灰尘、油脂、水、锈及其它有机或无机污染物，影响胶粘剂的湿润。因此为了提高粘接强度，用机械、物理、化学等方法清洁、粗糙、活化被粘物表面，改变表面性质，以利于胶粘剂的良好浸润，牢固粘接，而且能够提高接头的耐久性和使用寿命。经过表面处理，能使金属表面变成一种具有高表面能、高活性和高有效面积的被粘表面。（2）常用的表面处理方法主要有：脱脂处理、机械处理和化学处理、选择表面处理方法应考虑以下几方面。

①滚筒表面和面料的种类；②污染物的种类，如动物油、植物油、矿物油、润滑油、尘土、水分、铁锈等以及污染程度；③污染物的物理特性，如污染程度、紧密或疏松程度；④工作环境和条件。（3）用机械打磨、喷砂处理的方法清除表面不利于胶接的有机或无机物，给表面提供适当的粗糙度，增加有效粘接面积，改善胶粘剂对被粘物表面的浸润性，改善粘附性能。（4）通常，金属面滚筒的表面处理，可采用钢丝刷，砂轮机或砂纸等刷去表面松散的氧化层，也可采用化学处理方法进行处理。若滚筒或面料粘接面是橡胶，可采用手提式砂轮机或钢丝刷打毛处理。若面料粘接面是织物时，应采用手提式电动钢丝轮机打毛。（5）打毛处理后的表面，均使用清洗剂（如丙酮、无水乙醇、三氯乙烯）清除表面污物。清洗后一定要有必要的晾干时间，否则由于溶剂残留在粘胶面上而影响粘接强度。（6）然后用毛刷在在处理好的表面上，均匀地迅速涂上一层PR-200金属底漆，以防止再次污染，延长已处理好金属的存放期，而且还有利于胶粘剂对表面的湿润，改进其胶接强度和耐久性能。晾置60分钟使之干燥充分。

2）、混合胶液：（1）将瓶中的UR-R20固化剂倒入装有SC2000粘合剂的铁桶中充分混合搅拌均匀。（2）根据实际需要，可各取胶和固化剂的一部分按照重量比100：4比例在其他容器中混合使用。（3）配制胶液必须即配即用，应在适用期2时内用完，即从混合到用完应控制在2时内。不可久放。

3）、涂胶：（1）用短而硬的毛刷在涂有PR200并充分干燥的金属表面沿一个方向均匀地涂刷胶液一次，胶层要均匀，不要太厚。并使其完全干透至不粘附手指背面而有粘力感时再刷下次胶。（不少于30 min）（2）在头遍胶完全干透后才进行下遍涂胶，即在金属表面涂上第二遍SC2000粘合剂，CN胶板涂刷第一遍粘合剂。（3）由于被粘物表面容易吸附空气，为了防止包裹空气而使胶层产生气泡或气孔，涂胶应朝一个方向移动。涂胶速度不能太快，以利于空气的排出。涂胶的遍数一般金属为2遍，CN橡胶为一遍，一定要在头遍胶完全干透后才进行下遍涂胶，不可操之过急。

4）、干燥：溶剂型胶粘剂涂胶后有晾置过程，晾置的主要目的使溶剂挥发，粘度增大，促进化学结晶反应。晾置时间不能过长也不能太短，每次涂胶后应干燥至不粘手时再涂下次胶液，晾置的环境应通风良好、清洁、干净、空气干燥。（1）本品为化学产品，操作时远离火源。（2）在低温、潮湿的环境中粘接，可以采取烘烤干燥的方法和措施。

5）、粘合：（1）待第二次涂胶后微粘附手指背时，将橡胶板对准覆贴在输送机传动滚筒金属表面上，用压实滚轮压实排气，最后用手捶从中间向四周密实地敲打2～3遍即可。（2）要一次对准位置，不可来回错动，粘合后适当加压（锤压或滚压），以迁出空气，密实胶层。粘合后以挤出微小胶圈为好，表示不缺胶，如果发现缝隙或缺胶应补填满。

6）、固化：此过程是获得良好粘接性能的关键过程，唯有完全固化，强度才会最大。为了获得良好的强度，固化过程在适当的条件下进行，固化条件包括温度、时间、压力。

7）、封口：为获得最佳的粘接效果，耐磨橡胶衬板间的接口缝用橡胶修补剂进行封口处理。

8）、注意事项：（1）、操作时，应切断电源，以免发生机械转动造成事故，若需调动滚筒，可人工转动减速机的转轮。（2）、产品含有有机溶剂，低毒，易燃，使用时工作场所注意防火，应保持良好的通风环境，避免吸入溶剂中毒。切记不得有明火存在，烘烤时应保持50 cm以上的距离。（3）、金属底漆对水敏感，应注意保存。（4）、为了提高粘合性能，可以采用提高粘合温度、增加粘合压力的方法 。在低温或潮湿的环境中，必须烘烤胶膜，并应延长静置固化的时间，时间越长，粘接强度越高。（5）、胶液勿与水接触，被粘皮带一定要保持充分干燥，否则会影响固化程度及粘接强度，勿在温度小于10 ℃或湿度大于90%的环境下使用本粘合剂。9）、材料选用：冷粘用胶板分为：UNI -60（REMA LINE 60 经济型）、高耐磨材料（RemaGrip 70），RemaGrip 70/CN-SL，包胶陶瓷材料（RemaGrip CK-X）滚筒包胶厚度选用滚筒直径包胶厚度直径：＜320 mm 选用厚度：8 mm 直径：320～800 mm 选用厚度：8～10 mm 直径：＞800mm 选用厚度：10～15 mm 为增大滚筒包胶与皮带之间的摩擦系数，建议采用滚筒包胶材质为冷粘陶瓷胶板。普通热硫化包胶的摩擦系数为：干式，0.40～0.45 湿式，0.33～0.38；陶瓷冷粘包胶滚筒的摩擦系数为：干式，0.75～0.85湿式，0.50～0.80；包胶使用寿命：普通热硫化包胶：4年，陶瓷冷粘包胶滚筒：10年；包胶施工工艺：普通热硫化包胶：回厂热硫化包胶，陶瓷冷粘包胶滚筒：现场松张紧后，冷硫化包胶，无需拆装滚筒。工期：普通热硫化包胶：7 d，陶瓷冷粘包胶滚筒：5 d。

4 改造情况及使用效果介绍：

（1）BM皮带机驱动滚筒的改造及使用情况：1）、首先将原BM皮带的张紧松开，在驱动滚筒的上改向处把皮带夹起，使待包胶改造的驱动滚筒有足够的空间进行人工操作。2）、为防止风沙或粉尘进入工作面，需在待包驱动滚筒的周边做好防护措施。3）、利用专用工具，将原驱动滚筒的筒皮进行剔除，并对筒皮进行打磨直至露出筒皮本色。4）、将特种粘结剂涂抹在滚筒筒皮表面一层，待风干后再涂抹第二层特种粘结剂。5）、将已经裁好的陶瓷耐磨胶版对齐进行冷粘。6）、待各胶版冷粘完毕后，利用T2胶枪，将各胶版的接口以及边缘进行封口处理，以免水、粉尘进入影响陶瓷包胶的使用寿命。

原BM皮带机驱动滚筒由于经常打滑，已经将皮带机系统的张紧力调整到16 MPa，已经超出了系统的设计压力，并出现过压力过高故障；经过改造后的陶瓷包胶驱动滚筒摩擦力大大提升，可以有效地降低皮带机系统所需的系统压力，目前正常使用状态下的系统压力仅为13 MPa。

（2）装船机悬臂皮带驱动滚筒的改造及使用情况：1）、松开装船机悬臂皮带的张紧。2）、为防止风沙或粉尘进入工作面，需在待包驱动滚筒的周边做好防护措施。3）、利用专用工具，将原驱动滚筒的筒皮进行剔除，并对筒皮进行打磨直至露出筒皮本色。4）、将特种粘结剂涂抹在滚筒筒皮表面一层，待风干后再涂抹第二层特种粘结剂。5）、将已经裁好的陶瓷耐磨胶版对齐进行冷粘。6）、待各胶版冷粘完毕后，利用T2胶枪，将各胶版的接口以及边缘进行封口处理，以免水、粉尘进入影响陶瓷包胶的使用寿命。

2010年，我们对1号装船机的悬皮皮带驱动滚筒进行了陶瓷包胶改造，改造前的原装船机悬皮皮带驱动滚筒由于经常打滑，已经将皮带机系统的张紧力调整到85 bar，已经超出了系统的设计压力；经过改造后的陶瓷包胶驱动滚筒摩擦力大大提升，可以有效地降低装船机悬臂皮带系统所需的系统压力，目前正常使用状态下的系统压力仅为60 bar。

总之，通过对BM皮带机以及装船机悬臂皮带驱动滚筒包胶的改造，从根本上解决了BM皮带机以及装船机悬臂皮带机的打滑问题，杜绝了由于皮带打滑导致的频繁启停而出现的其他设备衍生故障，大大地提高了取装线的作业效率，减少了流程中由于打滑跑偏产生的洒漏煤现象，降低了皮带机的运营成本。同时，我们发现陶瓷包胶滚筒可以有效地降低皮带的张紧液压系统的额定系统压力，改善了系统的受力和稳定性，减少了滚筒表面与皮带的磨损，提升了皮带的运载能力，为皮带机系统的安全正常运行提供了有效的保障，具有较大的社会推广意义。

参考文献

[1] DTⅡ型皮带机设计手册.

[2] 机械设计手册.

[3] 科技传播.