运输机皮带撕裂原因分析及特征实验研究

李海龙

（山西潞安集团 余吾煤业有限责任公司，山西 长治046100）

皮带运输机是最常见的连续性运输设备，被广泛应用于港口、矿山、冶金和电厂等诸多领域〔1〕。随着皮带运输机的应用范围越来越广，皮带撕裂事故率也越来越高，皮带撕裂是一种破坏性很大的损坏形式，往往会造成较大的经济损失，甚至会造成安全隐患，因此，预防皮带撕裂一直是许多专家、学者研究课题〔2－5〕。尽管许多皮带生产厂家和科研院校采用单片机、线激光、超声波等先进手段进行皮带撕裂的检测和预防，但依旧难以避免皮带撕裂现象的发生。笔者认为有效预防皮带撕裂应当首先了解皮带撕裂发生的原因和特征，现就此方面进行分析研究。

1 皮带撕裂原因分析

带式运输机在运输物料的过程中会因种种原因发生皮带撕裂现象，皮带撕裂是一种破坏性极大的损坏形式，尤其对于大型皮带运输机而言，皮带撕裂甚至会造成价值数百万元的整条皮带报废，而修补皮带费时费力，会影响企业正常生产，给企业造成巨大的直接和间接损失。分析认为引起皮带撕裂的原因主要有：

1）在皮带运行过程中，皮带发生跑偏，在运输机一侧褶皱或者叠起，造成皮带受力不均引起撕裂。这种皮带跑偏引起的皮带撕裂往往会经过一定的时间过程，容易被发现，防止此类事故可以经常对皮带运行状态进行检查，发现皮带跑偏及时调正。

2）钢绳芯类皮带在使用过程中，若遭受剧烈冲击力作用，则会造成皮带内部钢丝绳断裂，若未及时发现，断裂的钢丝绳经过一定时间的磨、压、拉等外力作用下会从皮带接头处和粘口处露出，当露出的钢丝绳达到一定长度时，在经滚筒、托辊等作用下从皮带盖胶中被抽出，引起皮带撕裂。为防止该类撕裂，可以加强皮带检查与检修，当发现外露的钢丝绳头时及时剪掉，或者根据实际情况更换皮带。

3）物料卡压堵塞也容易引起皮带撕裂发生，皮带溜槽前沿与皮带面之间过于狭窄，且皮带下托辊皮带承载不均匀容易促使大块物料卡在溜槽前沿与皮带之间，在遭受到挤压作用时造成皮带撕裂。此外，不当运输长杆状及利器时会造成皮带因划破而撕裂，在皮带转载过程中该类物料从上皮带转运到下皮带时也会因惯性作用冲击下穿透皮带，若不及时发现，在皮带传动过程中造成皮带撕裂。

2 皮带撕裂特征分析

2.1 试验装置布置

受到实际情况限制，在实验室构建皮带运输机模型来研究皮带撕裂特征。该实验模型由试验台架和测量系统两个部分组成：试验台架主要包括宽1.8m、长20.25m的输送带1件，Φ630mm胶面滚筒2件，机架和中间架各1个，拉紧装置和拉紧装置尾架各1件，35°槽型托辊3个，10°过渡托辊2个，20°过渡托辊2个，这些托辊间隔1m，布置顺序为10°、20°、35°、35°、35°、20°、10°托辊；测量系统包括拉紧力测量系统、有载分支皮带负载测量装置、皮带应力测量系统、皮带变形测量系统、漏载特征测量装置等。实验装置见图1。

图1 实验室皮带运输机试验模型示意

2.2 应变片布置

考虑到在皮带运输机运行过程中上皮带所受载荷相对较大，同时考虑到皮带呈左右对称，故取上皮带一侧为研究对象。撕裂口选择在离皮带中心线150mm处，从皮带中心线到皮带边沿等距取5个试验点，从运输机皮带中心线到35°槽型托辊处取3个试验点，每个试验点分别沿横向和纵向安装一个应变片来测试该试验点的横向纵向应变。应力片采用B×120－10AA型箔式纸基应变片，其精度等级为A，栅的长和宽分别为10mm和3mm，灵敏系数为2.04，根据试验点数目可知共需该型号应变片30个。考虑到运输机皮带的张紧力由运输机的螺旋拉紧装置来控制，故在运输机拉紧装置左右两侧各布置两个试验点来调控加载作用力，皮带运输机试验点应力片布置见图2。

图2 试验点应力片布置 单位／mm

2.3 应变测试及分析

该实验采用的是DH3817／18型动静态应变测试系统，在进行测量时，可屏显通道号和应变值。该测试系统的优点是可以实现测点自动平衡，并可根据应变计灵敏系数、桥式传感器灵敏系数等对测量结果进行修正，同时可以满足使用一台计算机通过RS－232口自动控制多台试验仪器的测试工作。

皮带运输机两端螺旋拉紧装置的螺杆直径为42mm，拉紧力为104N，即所受载荷为2t。轴向拉应力的计算公式：σ＝N／A＝N／πr2＝104／3.14×（21×10－3）2＝104／3.14×441×10－6＝1010／1384.7＝7.22×106Pa。取E为2.1×105Pa，根据虎克定律σ＝Eε计算可得ε＝σ／E＝34。

由此可知，当采用DH3817／18型测试系统进行测量时，应变值为34的时候，即为2t载荷量。同理分析计算出4t、8t载荷量时对应的应力变化值。皮带未撕裂前载荷由2t增加到4t时试验点拉、压应变见图3。由图3可知，当张紧力载荷增大时，试验点拉压应变均增大。

图3 皮带未撕裂前试验点拉—压应力分析

分别对皮带在撕裂前后进行加载试验，加载量设为0.8t，结果发现在撕裂口附近的1＃、11＃和21＃试验点应变变化较明显。在皮带未撕裂时，在皮带上进行加载后试验点所受拉应力明显增大；当达到撕裂时，撕裂口附近皮带各试验点所受拉应力瞬间降至为0，对皮带进行加载后撕裂口附近试验点拉应力明显增大，且距离皮带托辊较近的的地方相对更大些，实验结果见表1、表2。对皮带输送机皮带撕裂口附近的11＃试验点做单独实验分析，发现无论皮带是否处于撕裂状态下，皮带加载后撕裂口附近的实验点所测拉应力均变大，且拉应力随着张紧力的增加而相应增加。

表1 皮带撕裂前后试验点应力变化情况

表2 皮带撕裂前后11＃试验点应力变化情况

3 结语

通过对皮带运输机皮带撕裂的原因分析，皮带撕裂主要由皮带跑偏、遭受猛烈冲击、物料的卡压以及运输不当等引起。认为通过实验研究了皮带纵向撕裂前后受力和变形特征，主要得到：① 在皮带未发生撕裂前，皮带所受拉—压力随张紧力增大而增大；② 在皮带未撕裂时，在皮带上加载后所受拉应力变大；③ 皮带从未撕裂到撕裂后，撕裂口附近瞬间减小至0左右，而加载后受拉应力明显增大；④ 加载后皮带撕裂口附近所受拉应力均变大，而如果张紧力变大，其拉应力相应也增加。

〔1〕宋伟刚.散状物料带式输送机的设计〔M〕.沈阳：东北大学出版社，2000.

〔2〕张 敏.浅谈皮带撕裂的成因及预防〔J〕.价值工程，2012，（15）：295－296.

〔3〕刘训涛，毛 君.带式输送机断带抓捕器的研究〔J〕.矿山机械，2005，（2）：58－59.

〔4〕赵志斌，陈洪良，房 勇.输煤皮带撕裂检测装置的研制与应用〔J〕.东北电力技术，2011，（10）：50－52.

〔5〕王丽威，苗运江，张春光，等.新型带式输送机断带保护装置的设计〔J〕.煤矿机械，2013，34（04）：172－173.