一种钢丝绳芯平板硫化机生产线拉带机的开发研制

刘冰，李小兵，孙庆伟，彭志勇

（益阳橡胶塑料机械集团有限公司，湖南　益阳　413000）

一种钢丝绳芯平板硫化机生产线拉带机的开发研制

刘冰，李小兵，孙庆伟，彭志勇

（益阳橡胶塑料机械集团有限公司，湖南益阳413000）

介绍一种用于钢丝绳芯平板硫化机生产线中的新型拉带机的开发研制。通过对传统拉带机、牵引机的对比，进一步消化吸收国内外的先进技术和理念，研制出一种新型钢丝绳芯平板硫化机生产线用的拉带机。通过介绍分析拉带机的基本结构和工作原理，对牵引力、夹持装置、液压缸、传动机构、驱动电机等部分的设计计算、选型分析作了详细的说明。其中此拉带机的多项技术已经取得国家专利局的授权保护。

拉带机；平板硫化机；牵引力；夹持装置；胶带导出装置

随着煤炭等矿石开采工艺的重大变革及高产高效矿井的建设，矿石的开采能力大幅度提高，伴随着超深型超大型港口的不断建设，以及节能环保、高效等理念的普及推广，适用于高强度、长距离、大运输量场合下输送物料的钢丝绳芯胶带的要求越来越高。

目前，生产胶带的设备特别是平板硫化机生产线所需要的品种越来越多、规格越来越大，超宽型超长型生产线不断的得到用户的青睐。作为平板硫化机生产线重要组成部分的拉带机，需求也越来越多、规格也越来越大。作为关键性设备之一的拉带机，其结构和性能也在不断的优化和改进。

拉带机在平板硫化机生产线的功能主要是将主硫化机硫化好的胶带从主硫化机中引出，以方便成品卷取装置对胶带进行收卷，同时也把冷压成型好的生胶带引入主硫化机中，进行下一次的硫化工作。而在实际生产应用中，传统普通的拉带机、牵引机存在牵引力不够、胶带打滑、夹持装置夹不紧胶带、导出带装置容易积存胶带和导带不畅等问题，针对这些问题，我们设计了一种用于钢丝绳芯平板硫化机生产线中的新型拉带机。

1　基本构造

本设备由夹持装置、胶带导出装置、机架、底座、传动装置、定中心装置、主动辊、被动辊、自由辊、转向辊和液压系统等组成，如图1所示。授权专利：名称钢丝绳输送带生产线拉带机（申请专利号：CN200720065423.7）。

1.1传动装置

传动装置由传动底座、电机、电磁离合器、减速机、联轴器、齿轮啮合组合等组成。如图2所示。

传动装置的作用是电机将动力通过减速机

图1　拉带机主视图

图2　传动装置主视图

1.2夹持装置

夹持装置由油缸、托架、承压座、连接座、压板、盖板、滑道、同步装置、限位装置等组成，如图3所示。

夹持装置的作用是使牵拉过来的硫化好的胶带定张力冷定型，并且阻止硫化胶带过程中胶带的回拉。

1.3胶带导出装置

胶带导出装置由减速器、联轴器、安全罩、主动辊、被动辊、液压缸、液压系统、支座等组成，如图4所示。

胶带导出装置的作用是把拉带机牵拉过来的硫化后的胶带主动导出，以便于平板硫化机生产线中后边的卷取装置卷取成型。

图3　夹持装置主视图

图4　胶带导出装置主视图

1.4定中心装置

定中心装置也叫胶带纠偏装置，它通过两个强制纠偏竖辊把胶带纠正到生产线的中间位置，起到定中心的作用。对于成品胶带的卷取质量和外形美观意义较大。授权专利：名称拉带机胶带定中心装置（申请专利号：CN201120190719.8）。

1.5计长装置

计长装置简称计数装置，它通过计长仪的计数功能来控制拉带机的卷带动作，以实现胶带硫化的连续生产，并且保障胶带卷的准确计量。

2　工作原理

拉带机有6个辊筒（主动辊筒、被动辊筒、自由辊、转向辊和胶带导出装置的上被动辊筒、下主动辊筒）、夹持装置、胶带导出装置、传动装置、定中心装置和计长装置等组成。

工作前，胶带首先被人工或机械牵引进定中心装置进行强制定位纠偏，然后从上绕着被动辊筒，再往下被牵拉过自由辊后，接着再往上绕过主动辊筒，绕自由辊后从下向上进夹持装置，再进入胶带导出装置的上下辊筒中间，最后被牵拉出来到下一步的设备中（见图1），这样胶带就会包裹在三个辊筒上，并形成很大的包角。

工作时，传动装置的电机转动，并通过电磁离合器、减速机带动主动辊筒转动，主动辊筒通过齿轮啮合组合带动被动辊筒转动，因为这个时候包裹在辊筒上的胶带对辊筒已经形成大的包角，因此转动的辊筒与胶带之前会有很大的摩擦力，胶带就在这摩擦力的带动下被牵拉出来；同时胶带导出装置的液压缸在液压系统的作用下带动上被动辊筒开始从上向下运动，通过同步装置控制两边的液压缸下降速度一致，直到胶带导出装置的上被动辊筒和下主动辊筒夹紧胶带后保持压力定位，然后胶带导出装置的减速器工作，利用上、下辊筒的挤压作用导出胶带；当硫化完的胶带被完全牵拉出平板硫化机的主机时，夹持装置工作，夹持液压缸在液压系统的作用下带动压板运动，直到胶带被夹紧在压板和承压座中间，液压缸保持额定的工作压力保压，然后平板硫化机主机进行下一轮的硫化工作，此时拉带机的牵引胶带及导出胶带的一轮工作完成，然后往复工作。

3　主要技术参数

根据用户工艺要求和设计经验给出以下技术参数：

运输带厚度h=12～45 mm；

运输带最大宽度b=2 400 mm；

三个大辊筒直径D=1 000 mm；

胶带移动速度V=6.5 m/min；

传动带最宽时自重G=300 kg/m；

最宽胶带时钢丝绳数量 192根；

钢丝绳初张力0.4 kN/根。

4　主要设计参数的选择及确定

拉带机的设计计算，主要涉及拉带机结构的确定及优化、牵引力的计算、电机的选型及确定、减速机的选型及确定、夹持装置油缸的选型及确定、包角大小的确定和胶带导出装置的设计等。熟悉了这些主要参数的计算方法和确定原则，我们基本上就掌握了拉带机的基本设计。

4.1牵引力F的计算

牵引力是拉带机的非常重要的一个参数，它直接关系到整个拉带机的使用性能。如果牵引力过小则会拉不动胶带，会导致生产线无法正常运行；过大则又会造成资源浪费。

因此平板硫化机生产线中拉带机的设计计算主要就是牵引力的计算，而牵引力的计算实质上就是摩擦力的计算，但拉带机摩擦力的计算不同于滑动摩擦和滚动摩擦的计算。

由公式：

f——摩擦力；

N——正压力；

μ——接触面摩擦系数。

可知，一般情况下摩擦力的大小只与材质（接触面摩擦系数）和正压力有关，与接触面积无关。但拉带机的摩擦力计算则不同，它与胶带在主动辊上的包角大小有关，也就是说拉带机的摩擦力计算与接触面积有关，包角越大，接触面积越大，摩擦力就越大，所需要的牵引力也越大。

在平板硫化机生产线中，拉带机的牵引力F不仅需要克服钢丝绳的初张力F1，还需要拖动成型车一起移动，因此需要克服成型车自重与导轨所产生的阻力F2，另外拖带力还需要克服从成型车冷压平板至拉带机第一工作辊中心的胶带长度所产生的阻力F3，此外还需要克服一额外阻力F4才能够拖动胶带。因此拉带机的牵引力F计算公式如下：

其中：

F1=192根×0.4 kN/根=7 680 kg；

F2=成型车自重m×μ=26 000 kg，摩擦系数μ=0.2， 成型车自重m=130 t；

F3=传动带自重300 kg/m×72 m×μ=6 480 kg，摩擦系数μ=0.3；

F4≈（F1+F2+F3）/10（此式根据生产实际中的经验得出）

代入计算得（过程省略）：

4.2主电机、主减速机参数的的计算及选型

拉带机拉带力产生的力矩M：

其中：

驱动辊筒直径：D=1 000 mm

拉带力：F=44 176 kg

代入计算得（过程省略）：

M=216 642 NM

由主要技术参数可知：

拉带机工作线速度：V=6.5 m/min

驱动辊筒直径：D=1 000 mm

另根据扭矩M查减速机手册，初选减速机型号，其速比i=710，将其代入以下公式计算拉带机电机的功率N：

其中初选电机为交流变频电机，电机转速1 500 r/min，驱动效率η=0.8，代入计算得：

N=58.3 kW

对比电机选型样本，根据我们以往的工作经验，我们最终确定电机和减速机参数如下：

主减速机：NGW-123-13， i=710（行星减速机）；

主电机：Y P 5 0-5 5-4，P=5 5 k W，n= 1 500 r/min。

4.3胶带导出装置的设计及确定

传统的老式拉带机胶带导出属于一个被动导出，导出带装置容易积存胶带和导带不畅。基于此我们调整了拉带机的结构，并且研制出了新型的能够主动导出胶带的新型胶带导出装置。详见图1和图4。

胶带导出装置的设计最主要的一个参数确定就是胶带所受正压力的确定。确定了胶带所受正压力的大小后，我们就可以根据相应的计算方法来确定胶带导出装置的驱动参数及液压缸的参数。因此，正压力的计算就是最为关键的。

由图5拉带机的工作示意图所示，我们把拉带机导出辊的压力设为P；与驱动辊前后胶带包覆辊上的张力为：T1、T2、T3；包角设θ1和θ2。另外μ为橡胶与钢的摩擦系数取值0.3。

图5　拉带机的工作示意图

其中：

T1——导出辊与驱动辊之间的张力；T2——驱动辊与被动辊之间的张力；T3——被动辊之前的张力，同时拖带力F= T3；

θ1——为被动辊胶带包角11 6°，11 6° =2.025 rad；

θ2——为驱动辊胶带包角2 2 5°；2 2 5° =3.927 rad。

而：T2=T1×eμθ1

T3=T2×eμθ2

则T3=T1×eμθ2× eμθ1

由于T1=P×μ；F=T3；

因此由上式综合可得：

F=P×μ×eμ（θ2+θ1）

胶带所受正压力P已确定，然后我们可以根据公式来确定液压缸的规格及胶带导出装置的动力配置。

液压缸选择：我们一般选标准液压缸，根据胶带导出装置的正压力P=24.7 t，而液压缸的最大工作压力14 MPa左右，液压缸数量为两个。

可用下式计算：

可得：

根据橡胶设备的特点以及我们的工作经验，取液压缸标准直径100 mm。选用轻型拉杆式液压缸，这种缸筒采用无缝钢管，根据工作压力的不同，选择不同壁厚的钢管，其内径加工精度高，重量轻，结构紧凑，安装形式多样，且易于变换。低速性能好，具有稳定的缓冲性能。压力范围从3.5～17 MPa，广泛应用在机床、轻工、橡胶塑料等机械设备上。

动力配置的选择。根据拉带机的工作原理我们可知，胶带导出装置工作的时候主动电机也在工作，夹持装置此时处于不工作状态，此时胶带导出装置只需要克服主动辊与胶带导出装置辊之间胶带所产生的阻力就能把胶带牵引导出，而拉带机胶带移动速度V=6.5 m/min，机械传动效率η=0.90，另外根据胶带导出装置我们所设计的辊筒直径D=400 mm以及我们的工作经验，则：

电动机的功率选取P=7.5 kW，变频电机，4级电动机的转速1 500 r/min。

又V = （N/n）×r2×π

6.5=（1 500/n）×0.4×π

则减速机的速比计算得n=289。

另外胶带导出装置的胶带速度要比拉带机的工作线速度稍快，这样有利于导出胶带不存胶，因此我们取 n=250。

综上，电动机和减速机选型确定如下：

交流变频电机：YP50-7.5-4，7.5 kW，1 500 r/min；

减速机：WPWEDKO155-250-200-B。

4.4夹持装置液压缸的计算及选型

根据拉带机的工作原理可知，当硫化完的胶带被完全牵引出平板硫化机的主机时，夹持装置开始工作，夹持液压缸在液压系统的作用下带动压板运动，直到胶带被压紧在压板和承压座中间，液压缸保持额定的工作压力保压，然后平板硫化机主机进行下一轮的硫化工作。

夹持装置工作的时候，夹板夹持后的张力F1与夹持力P′按以下考虑：

其中：

夹持装置考虑用单排多缸，额定工作压力为14 MPa，缸径取d=Φ125 mm，根据夹持力计算公式：

其夹持力为：

其中：

P——额定工作压力，MPa；

S——为活塞推力面积，cm；

n——为油缸数量。

根据橡胶设备的特点以及我们的工作经验，取液压缸标准直径125 mm，数量为6个。选用轻型拉杆式液压缸，这种缸筒采用无缝钢管，根据工作压力的不同，选择不同壁厚的钢管，其内径加工精度高，重量轻，结构紧凑，安装形式多样，且易于变换。低速性能好，具有稳定的缓冲性能。压力范围从3.5～17 MPa，广泛应用在机床、轻工、橡胶塑料等机械设备上。

另外，夹持装置增加了同步装置和限位装置。同步装置是由2个齿轮、1根同步轴和2个同步齿条等组成，通过齿轮的啮合传动来保证6个油缸的工作同步。限位装置通过光电开关信号的传输来控制液压站的工作，最终达到根据胶带厚度的不同调整限制油缸工作极限位置的目的。

5　结束语

钢丝绳芯平板硫化机生产线拉带机的设计过程中，我们与国内外很多客户公司的技术人员经过了大量的讨论和分析，得到了大力支持，可以说吸收了国内外同类产品的精华，并结合我们国内的实际情况，使拉带机的结构和方案得到了极大的优化提高。

我们所设计的平板硫化机生产线D L BG2700X16600X1规格用的的拉带机，经国外某用户使用后，运行良好。其使用方便可靠、工艺性能好，较好地解决了牵引力不足、胶带打滑、夹不紧胶带及导出带装置容易积存胶带和导带不畅等问题，获得了客户的好评。

［1］ 杨顺根，白仲元. 橡胶工业手册，北京：化学工业出版社，1997.

［2］ 邱宝兰. 沈阳化工. 1991.

［3］ 秦大同，谢里阳. 现代机械设计手册 ，第3卷，北京：化学工业出版社，2011.

（XS-05）

汇川产品喜获cULus认证

汇川技术电液伺服系列产品IS580 30 kW-37 kW产品顺利完成美国UL的cULus认证，产品加贴cULus标识，可进入美国和加拿大市场销售，从而实现了该产品在美国和加拿大市场的自由流通，参见图1。

图1　认证标志

cULus标志是美国UL推出的一种安全认证标志，表明产品符合美国和加拿大相关的安全法规，是美国和加拿大消费者最信赖的安全标志，也是世界上最专业最严格的安全认证。

在这之前，国产变频器在UL面前基本都望而却步，汇川技术此次30～37 kW的产品严格按照美国和IEC的标准进行设计、测试、认证，整个开发过程充分考虑了产品安全、北美配电、系统搭配以及客户易用性等方面，结合了当前先进的技术和工艺，在功率密度、可靠性、安全方面实现最优搭配方案，是我司创优“精品思想”指导下的新一代产品。IS580系列产品具有宽电压380～480 V范围，多电网制式，满足全球电网要求。该产品将搭配注塑机产品，帮助客户实现产品全球化战略。

汇川技术本次认证项目获得了美国UL工程师的高度认可，以业界领先的速度完成cULus整机级认证，是该功率段国产变频器首个cULus整机级认证。该产品继德国TUV认证以后，又通过美国和加拿大cULus认证，在国产变频器业内汇川技术是仅有的一家。标志着汇川技术变频器在全球安全认证上与国际主流变频器品牌齐平。

江川供稿

瓦克推出医疗行业用高纯度液体硅橡胶

2014年 0月，德国瓦克化学集团（Wacker）推出一款适用于医疗领域的高纯度液体硅橡胶 SILPURAN6700。SILPURAN6700是一种易着色的膏状双组分化合物，其可在很短时间内固化并具备良好的机械性能和电气性能，特别适合用于医疗和制药行业用以及注塑制品用的各种软硬复合部件的经济生产。如通气面罩和呼吸面罩。所有牌号都具备生物相容性，符合ISO 10993和美国药典六级（USP Class VI）标准要求，并通过了相关测试。

燕丰供稿

Development of pull machine for a kind ofsteel wire rope core plate press production line

TQ330.47

1009-797X（2015）01-0029-06

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.01.006

刘冰（1985-），男，工程师，毕业于河南农业大学农业机械化及其自动化专业，双学士学位，主要从事机械设计工作，已发表论文4篇。

2014-03-18和齿轮啮合组合传动方式带动主、被辊筒转动以实现牵拉胶带的作用。