全封闭单托辊皮带输送机创新的优化设计

◎沈少南

（锦州港现代粮食物流有限公司，辽宁 锦州 121007）

全封闭单托辊皮带输送机是以挠性输送带作为物料承载构件和牵引构件来进行散体物料输送的全封闭设备，一条无端头的输送带环绕在驱动滚筒和尾部改向滚筒之间。在两滚筒之间的上下分支各以若干托辊支承，物料置于上分支上，利用驱动滚筒与输送带之间的摩擦力牵引输送带和物料运行，达到输送物料的目的。

全封闭单托辊皮带输送机作为输送机大家族的一员，根据摩擦原理，由驱动滚筒带动输送带，可以在水平方向和倾斜角度不大的方向上输送散体物料，它具有全封闭、输送能力大、功耗小、结构简单、维修方便、制造费用低、对物料适用性强以及用途广泛等特点，在粮食流通和仓储行业中有着大量的应用，是其他类型的输送机不可比拟的。

由于现代化的发展离不开连续输送设备，而且全封闭输送机是输送机行业第四代产品，其有着以前三代输送机不可比拟的优点，该设备功耗小，在使用中可以节约能源，减小营运成本；全封闭的结构，使得该设备在环保方面达到了使用要求等。当然，全封闭连续输送机也存在其固有的缺点，如物料容易洒落，更换托辊比较困难等[1]。

1 全封闭单托辊皮带输送机的结构特点

1.1 驱动装置

全封闭单托辊皮带输送机的驱动装置是整台输送机的动力来源，由电动机、液力耦合器、减速机、制动器、联轴器和驱动滚筒等部件组成，驱动滚筒由一台电动机将扭矩传递给驱动滚筒。全封闭单托辊皮带输送机的负载是一种典型的恒扭矩负载，而且不可避免地要带负荷起动和制动，电动机的起动要保证必要的起动力矩，电动机在起动时的电流要比额定运行时的电流大6～7倍，要保证电动机不因电流的冲击过热而烧坏，电网也不因电流过大使电压过分降低，这就要求电动机起动要快，既提高转子的加速度，使起动过程不超过3～5 s。

1.2 整体结构

全封闭单托辊皮带输送机的整体结构分为头部、尾部和标准中间节3个部分。

头部是全封闭单托辊皮带输送机的卸料段，为了方便操作和维修，有利于输送机头部和转接点的设计标准化，卸料段一般设计为水平的。若根据现场实际情况，卸料段必须为上抛式或下抛式卸料，也要尽量减少倾斜的角度，并且要以减小皮带运行速度来补偿。

为了引导物料流卸载方向及减少粉尘外溢，在卸料段需要增加盖罩。为使盖罩内表面不受物流过大的冲击，其形状应根据物料抛出轨迹制作，并在盖罩内壁设置耐磨衬板。

尾部是全封闭单托辊皮带输送机的装载段，是输送机最复杂的作业环节段。输送带的使用寿命主要取决于受料段的结构是否合理。全封闭单托辊皮带输送机受料段尽量设计为水平段，如必须倾斜受料时，其倾角应尽量减小。且输送机机尾的长度不宜过小。要保证物料在导料槽中不致堆积，且又以不洒漏为准。

对于一台全封闭单托辊皮带输送机，除头部和尾部以外，全是中间节部分。中间节是全封闭结构，是由钢板加工而成的箱型梁，在底板上铺设耐磨衬板，以方便返程输送带的拖动，同时也减少输送带和底板的相互磨损。上盖做成起脊型，以防止雨雪进入输送机的内部，同时也防止了粉尘的外溢。

2 全封闭单托辊皮带输送机的创新设计

全封闭单托辊皮带输送机的创新设计包括单托辊、靴型料斗、清料装置、回料装置、张紧装置和全密封结构的设计，其中以单托辊和回料装置作为全封闭单托辊皮带输送机的结构特点及技术关键点，备受用户的信赖和推崇[2]。

2.1 单托辊的创新

摒弃原有输送机的三托辊槽型结构，将托辊设计成整体哑铃型单托辊。其由分布于托辊两端的锥形段、中间的圆柱段和托辊轴组成，此结构使得托辊安装检修简单可靠，同时克服了轴承被卡死造成托辊和输送带磨损，使摩擦力增大造成动力损失消耗的缺点。这样的托辊在输送带的拖动下，支撑输送带进行物料输送。

2.2 回料装置的创新

在全封闭连续输送机的尾部改向滚筒的两侧，安装2套畚斗式清扫器，其借助板条状、腰鼓型的尾部改向滚筒，将侧移到滚筒两端的物料经过该清扫器，将物料返回到输送机承载段上，继续输送，既完成了对物料的清扫，又可以使之继续输送。

3 全封闭单托辊皮带输送机创新的优化设计

针对全封闭单托辊皮带输送机的具体结构和使用情况，对全封闭单托辊皮带输送机除了原有的创新设计之外，对设计再一次进行优化，使之达到现在的状况。此次优化的内容包括清扫器的结构、单托辊的结构、靴型料斗的结构、头部耐磨衬板的结构和轴承测温系统。

3.1 清扫器的结构

3.1.1 清扫器的作用

在全封闭单托辊皮带输送机运转过程中，不可避免地有部分物料或粉尘附着在输送带表面，通过卸料装置不能完全卸净，表面黏有物料和粉尘的输送带工作面，通过尾部改向滚筒后，由于物料的堆积而使其直径变大，加剧滚筒和输送带的磨损，引起输送带的跑偏。而且其不断洒落，污染环境，因此清扫黏接在输送带表面的物料，对提高输送带的寿命和保证输送带的正常工作具有重要意义。

3.1.2 清扫器选取的类型

全封闭单托辊皮带输送机可以选用的清扫器种类很多，对于全封闭连续输送机就是选用了合金橡胶清扫器和空段清扫器。这两种清扫器安装在不同位置，分别对输送带的工作面和非工作面进行清扫。

3.1.3 合金橡胶清扫器的安装和调试

合金橡胶清扫器由多个聚氨酯合金刮板、刮板架、橡胶弹性体、横梁和可调节固定架等组成，其结构简单、紧凑，可以通过调节固定架，来调整刮板于驱动滚筒之间的正常接触，然后转动横梁轴，使刮板和驱动滚筒的接触压力达到100～150 N后锁紧螺栓。工作压力要适中，以达到最好的清扫效果。压力过大，会影响弹性体的使用寿命，过小则清扫效果不好。同时，还要保证清扫板和驱动滚筒的线接触均匀，以达到最好的清扫效果。由合金橡胶清扫器清扫下来的物料将直接落入连续输送机的头部锥斗，随其他物料一同被输送，不存在积料和物料洒落在返程皮带上的缺陷。目前，在粮食行业的连续输送机上均安装此类清扫器。

3.1.4 空段清扫器的安装和调整

物料在输送带上输送的过程中，难免会发生由于输送带跑偏而撒料的情况，使物料落入输送带的返程段上，被带到机尾而被卷入尾部改向滚筒，黏接在该滚筒表面，引起输送带的张力不均，损坏输送带。因此，必须在连续输送机的尾部，返程输送带接近尾部改向滚筒处设置空段清扫器。空段清扫器可以采用橡胶板或耐磨衬板作为清扫板，可以做成“人”字形或“/”形，调整好清扫板与输送带的非承载面的接触后，将两端固定在设备的机架上。为了补偿清扫板的磨损，往往采用弹簧来自动调整清扫板与输送带之间的接触，来保证清扫的质量。全封闭单托辊皮带输送机的空段清扫器，安装在机尾返程段上，由于该设备的返程输送带在设备底板上拖动，因此空段清扫器的清扫板和输送带的间隙调整到微接触的状态，保证了清扫质量，又不致卡住输送带。此设计结构紧凑，配制合理，产品轻便、美观、易于操作，产品备件的互换及可调性好，更便于安装调试、更换维修。

3.2 单托辊的结构

托辊是全封闭单托辊皮带输送机使用效果如何的关键部件之一，起着支撑承载段输送带的作用。在全封闭单托辊皮带输送机的使用中，对托辊的要求是使用可靠、回转阻力小、成本低、托辊表面光滑、径向跳动小、转动灵活、轴向窜动小以及功率消耗低。为了达到此目的，将全封闭单托辊皮带输送机的托辊设计成哑铃型单托辊的结构，此托辊的两端为锥形段，中间位圆柱段，承载主要依靠中间圆柱段。此托辊的两端的轴端，采用轴承座固定在全封闭连续输送机的侧板外侧。

原有的托辊的锥形段的锥角为35°，在使用中发现此锥角偏小，会造成物料的洒落，为了使物料不致洒落，因此将其锥角增大到40°，保证了物料在输送带上的完整输送，不致洒落或很少洒落。此项优化，使得全封闭单托辊皮带输送机具有以下优点。①运行平稳，制造安装成本较低。②由于托辊回转半径较大，可降低托辊回转的角速度，减少托辊轴承等旋转部件的磨损。③运行故障降低，运行平稳。④运行阻力降低。从而降低了整机的驱动功率，进而降低了全封闭单托辊皮带输送机的运营成本，此项是全封闭连续输送机的一大特点。

3.3 靴型料斗的结构

在全封闭单托辊皮带输送机的受料段，将导料槽设计成靴子形状，俗称靴型料斗。为了减轻所输送的物料对输送带的磨损，全封闭连续输送机的受料段靴型料斗的设计需要满足以下要求。①物料到达输送带的速度大小和方向，应与输送带本体的速度大小和方向近似一致，物料的中心应对准输送带的中心，保证物料均匀地落到输送带上。②在受料段不允许物料堆积或散落。③在受料段后面尽量避免设施接触输送带的挡板，尽量减少落差，特别是防止大块物料从高处直接下落到输送带上。④当输送物料的物理特性变化或使用条件变化时，要有调节物料速度的可能，使其具有良好的通过性能，特别是当输送的物料具有黏性时保证不堵塞。⑤结构紧凑，工作可靠，耐磨性好。

在靴型料斗内设置导料的挡板，该挡板的作用是：当物料离开漏斗达到带速之前，必须用其挡板使物料保持在输送带上，实际上，挡板就是受料漏斗的侧板沿输送机方向的延长段。通常两块挡板不是相互平行的，而是向前扩张布置，后挡板的下缘做成弧形，和输送机槽角吻合，而不是直线。

3.4 头部锥斗内耐磨衬板的结构

在全封闭单托辊皮带输送机的头部，配置卸料锥斗，该锥斗是用于导料、控制料流方向的装置，同时也起到防尘的作用。头部锥斗的内部，配置耐磨衬板，耐磨衬板和锥斗本体用沉头螺栓连接固定，以抵抗所输送的物料对头部漏斗的磨损。

在实际使用中，头部的耐磨衬板在经过一段时间的使用后，磨损现象十分严重，因此需要重新进行改造设计。改造的方法就是：在全封闭连续输送机的头部锥斗内，驱动滚筒的正前方，设置一套挡料帘，该挡料帘用δ12的聚氨酯耐磨衬板加工而成，上端通过螺栓，将其悬挂在头部锥斗的内侧，下端悬垂。由于其下端悬垂，因此具有较好的耐磨性。况且在其磨损后方便进行更换，由于增设其挡料帘基本上杜绝了物料对原锥斗内部的耐磨衬板的磨损，起到了保护原耐磨衬板的作用。

3.5 轴承测温系统

3.5.1 设计原理

轴承光纤测温系统的原理是基于分布式光纤传感技术，利用光纤中散射光（Raman）的信号强度的敏感特性，实现对沿光纤温度场的分布测量。结合高品质的脉冲光源和高速的信号采集处理技术，就可以得到沿光纤所有点的精确温度值。分布式光纤测温系统目前能够实现温度测量的最长距离为25 km。

3.5.2 特点

分布式光纤测温系统具有如下特点：连续分布式测量，抗电磁干扰，抗震防爆灵敏度高，测量精度高，系统简单，防雷性能高，测量距离远，适于远程监控，寿命长、成本低。

3.5.3 组成

光纤测温系统由测温光缆、测温主机、上位机监控软件、火灾报警系统与报警控制器和远程通信模块组成。

测温光缆，采用62.5/125 μm多模光纤，内芯外包有套管，套管外采用铠装保护（不锈钢软管或不锈钢编制丝软管），外套采用阻燃性PVC材料。该结构保证了感温光缆具有较快的温度响应速度，较强的抗拉、抗压能力和耐高温、阻燃能力。

测温主机，主机由激光器、光开关、WDM模块（耦合器和光谱分离单元）、光电转换单元和CPU处理单元几个部分。信号经过处理，最终经CPU系统进行大量计算处理，得到当前光纤通道中每一点的温度值。如果测量温度值大于预设的报警温度，则通过RS485接口发送信号到报警控制器触发报警，主机同时响应来自控制中心监控软件的网络命令请求，使测温度通过网络发送到监控中心。

上位机监控软件，是支持该测温系统工作的一套专用软件。

火灾报警系统与报警控制器，测温主机通过RS485接口与报警联动模块相连，报警联动模块接收来自测温主机的报警指令，对指令进行解码后控制响应的继电器发出动作。继电器输出信号后经过处理，再次连接到火灾报警控制器，报警控制器发出声光报警，并同时可对多个不同类型的设备进行处理。

远程通信模块将测温主机输出的以太网电信号转换成光信号，再上传进入光纤通信网络，在监控中心端，通过远程通信模块对相对应信道的光信号转换成电信号，送到监控计算机，实现温度监控数据、报警信息的远程集中控制。

3.5.4 工作原理

光纤测温装置是将整条传输光纤作为传感器，光纤（光缆）上的每一点都兼做“传”和“感”的功能。在分布式光纤温度传感系统中，一束较强的脉冲激光信号在光纤（光缆）中传输时，光纤中的每一点都会对激光信号产生极其微弱的背向反射，根据散射光的波长可将其分为瑞利（Rayleigh）散射、拉曼（Raman）散射和布里渊（Brillouin）散射。其中，拉曼散射信号的强度于该点所处的位置的温度相关性最大，通过检测每一点散射光信号的光强，获得该点的温度信息，进而得到整条光纤（光感）的温度分布。光纤测温装置传感系统工作过程如图1所示。

图1 光纤测温传感系统示意图

激光器发出激光脉冲，经耦合器到达连续光纤的各位置，在各位置会形成散射，通过光谱分离技术获得光纤各点的散射光和散射光谱，散射光谱经过光电转换单元转换成电信号并放大，再由采集单元进行降噪处理。散射光对应的电信号经过CPU处理单元进行计算，获得光线各处的温度值和位置信息，并输出倒监控主机显示和报警。该系统由测温主机作为“大脑”，统一指挥全部的工作过程。

3.5.5 测温系统的安装位置

由于全封闭单托辊皮带输送机的滚筒和托辊的轴承均是在设备外部安装，而设备的旋转部分也集中在轴承之上。因此，如何解决滚筒和托辊的轴承温度，降低控制在正常范围内，使其不致因为轴承损坏等原因造成温度升高，最终造成粉尘阴燃的现象发生。由于光线测温系统测量的准确度可靠、完整，且又不存在测温电缆发热影响测量的问题。因此，在滚筒、托辊和减速机的轴承初均安装管线测温装置，来对其进行全面监控。

4 结语

通过对全封闭单托辊皮带输送机创新的优化设计，使得该设备更加完美可靠，使用效果更加安全使用。经过优化设计此设备，在实际使用中得到了广泛的应用，既提高了设备的使用效果，又方便了设备的维修、保养等，使之趋于更合理、更实用、更可靠，为生产作业打下了坚实的基础。因而该皮带机广泛应用于冶金、化工、建材、粮食等行业的输送和生产流水线，以及水电站建设工地和港口等部门，用来输送密度不大的散体物料。通过以上各个部件的创新优化设计，将大大提高该设备工作效率，减低能源损耗，提高设备运行稳定性，改善作业环境。通过不断完善和创新，有利于提升全封闭单托辊皮带输送机的产品档次和应用范围，使其用途更为广泛。

参考文献：

[1]沈少南.谈皮带连续输送机的特点及在散粮项目上的应用[J].现代食品，2015，1（5）：43-47.

[2]李俊玲，李留亮，叶 坚.全封闭单托辊皮带输送机的创新设计[J].粮食流通技术，2013，19（3）：15-16.