对顶式贮叶柜往复布料车输送带双驱动装置的研究及应用

方瑞萍 田德兴 张兴礼 普云伟 肖智斌

（红云红河烟草（集团）有限责任公司 会泽卷烟厂, 云南 会泽 654200）

卷烟制丝过程中，常用贮柜来缓存物料或平衡物料水分，常用的贮柜有叶预配柜、叶柜、叶丝柜、梗柜、梗丝柜、叶丝柜和贮丝柜等。叶柜常用的是对顶式贮叶柜，即对一组柜子同时往复布料，在用的对顶式贮叶柜往复布料车均为“单驱动”形式，只在一端设置驱动电机，在往复布料运转过程中，输送带正反转（顺时针转向逆时针）换向时，会出现打滑现象，导致堵料停机，严重影响了制丝流水线的连续性生产，进而影响生产过程中产品质量的稳定性。为了解决“输送带打滑”这一问题，进行了对顶式贮叶柜往复布料车输送带“双驱动”装置的研制及应用研究。

1 现状调查及原因分析

对顶式贮叶柜布料车由布料输送带、托板、主从动辊、托辊、张紧托辊，毛刷、布料车驱动电机、布料输送带驱动电机、辊轮及辊道组成。布料车驱动电机和布料输送带驱动电机各一个，分别位于布料车一端的两侧（如图1 所示）。

图1 对顶式贮叶柜布料车结构示意图

输送带顺时针运行时，输送带下部为松边，输送带与驱动辊轮的包角∠AOC＞180°（如图2 所示），此包角为有效包角，包角越大摩擦力越大，保证了输送带不会打滑跳闸，物料也就不会堆积堵料。

图2 输送带运行分析简图

当顺时针旋转变为逆时针旋转时的瞬间，因惯性的原因，导致包角∠AOC 内输送带与主动辊产生空隙，空隙夹角为∠DOE，因为∠DOE＞∠EOC，所以此时的实际包角∠AOC＝∠AOD+∠EOC＜180° ，有效包角变小，摩擦力降低，因此，输送带出现打滑现象，物料就不断堆积而堵料。在调紧张紧装置或张紧托辊后堵料情况稍有好转，有时出现堵料时，在不调节张紧装置的情况下，在主从动辊位置推动或压紧输送带后，输送带打滑跳闸现象消除，输送带随主从动辊同步运行，物料布料入柜正常。但运行2-3 天后，堵料现象再次出现，即出现输送带打滑和电机跳闸现象。将张紧装置或张紧托辊调节至极限位置，输送带打滑现象仍然存在，甚至出现了过载跳闸情况。进一步分析得知，主从动辊及张紧托辊所受到的力F、F1、F2、f、f1、f2（如图3所示，在此忽略托辊所受的重力和支撑力）：F 是主从动辊受到输送带的张紧压力，为水平向内的压力，F1和F2是主从动辊受到两边张紧装置的推力，为水平向外的压力；f 是张紧托辊受到输送带的张紧压力，为垂直向下的压力，f1和f2是张紧托辊受到两边张紧装置的推力，为垂直向上的压力，因此：F=F1+F2，f=f1+f2，如图3。

图3 张紧托辊受理示意图

将张紧调整至极限位置时，主从动辊及张紧托辊所受到的压力F、F1、F2、f、f1、f2增至最大，会使托辊发生挠性弯曲变形，导致辊体不再同心，辊体要旋转时所需要的扭矩已超出驱动电机所能提供的最大扭矩，所以当驱动电机顺时针或逆时针旋转启动时，驱动电机就会跳闸。

当对顶式储叶柜布料车输送带打滑跳闸现象出现后，叶片加料机就被迫停机，导致叶片加料工艺指标瞬间下降，最终会造成整批次叶片加料工艺指标的波动或下降，甚至是工艺指标不合格。

我厂在用的对顶柜共有7 种，其中包括对顶式贮叶柜，其布料车输送带均是由一个电机来驱动，即为“单驱动”方式，纵观行业或其他厂家的对顶柜布料车，均为“单驱动”方式，包括设备制造厂家在设计制造时，考虑的也是“单驱”方式。针对对顶式贮叶柜“打滑跳闸”的问题，我们决定摒弃传统驱动方式，开启新的思路，探究新的驱动方式。

2 方法借鉴查新

通过行业资讯及国家知识产权局网站检索，寻找到一些思路启发。储建华[1]等针对大型输送机皮带打滑问题，设计了一种典型绞车固定式张紧装置，可广泛应用于皮带较长、结构较大的输送设备中，但这种装置适用于皮带打滑以后的调整操作，不能起到预防作用。钟武[2]公开了一种大载荷输送带的驱动装置，第一驱动辊和第二驱动辊分别单独连接有第一驱动装置与第二驱动装置，增加推动力的同时，使得旋转辊与皮带之间不会发生打滑的情况，有效提高运送速度的同时，保证了输送过程的稳定性，避免出现原料抵达不及时的情况。洪健荣[3]等设计了一种输送带齿轮，用于输送带的驱动轴或换向轴，根据齿轮传动的原理，输送带齿轮可以实现输送带与驱动辊轮同步运行，可减少打滑问题。毕懿琳[4]为解决输送带打滑故障，对输送带的受力进行分析，发现输送带与驱动辊筒的摩擦系数和包角过低都会导致输送带打滑，通过改变增面滚筒的位置来增大驱动滚筒的包角，有效地解决了输送带打滑的故障。

3 解决输送带打滑问题的方案选择

根据文献方法查新，并结合实际，就如何解决对顶式贮叶柜布料车输送带打滑的问题，提出以下创新方案。

方案一：把主动辊表面改为橡胶磨砂涂层

将光滑的主动辊表面进行橡胶涂层处理，以增大主动辊与输送带的摩擦力，从而防止输送带打滑。从理论上来分析，橡胶磨砂涂层与输送带的摩擦力比钢辊的金属表面与输送带的摩擦力确已增大，逆时针旋转启动时，输送带与主动辊的包角内产生间隙的可能性能够减小，但不能完全消除，仍然会出现打滑现象，并且随着运行时间的增长，半年或一年之后，因橡胶易于老化，橡胶涂层会破碎剥落，掉落至物料中，影响产品质量。

方案二：把主动辊表面改为金属磨砂涂层

为了避免橡胶破碎剥落至物料中，将主动辊表面改为金属磨砂涂层。从理论上来分析，金属磨砂涂层也能增大主动辊与输送带的摩擦力，但同样不能消除包角内产生间隙的可能性，并且钢辊表面金属磨砂涂层的工艺加工复杂，费用极高，且金属磨砂涂层会过早磨损输送带内表面，缩短输送带的使用寿命。

方案三：改进主从动辊及输送带结构，将主从动辊与输送带的传动方式改为同步齿形带传动原理

按照同步齿形带传动原理的思路，改进主从动辊及输送带结构，这样一来，顺时针和逆时针旋转启动时，输送带与主动辊是同步运行的，均不会出现输送带打滑现象，从原理上来说是可行的，但是实际上原布料车的结构改动较大，施工难度也较大，并且主从动辊及输送带造价比原机增加了3-5 倍，经济性较差。

方案四：将传动方式改为储柜横跑车往复带式输送机的结构

对储柜整体结构进行改进，将主动辊设置在储柜中间位置，增加张紧辊、托辊，重新设计制作储柜墙板及底板，电机采用原电机型号，电控方式与原方式相同。但该方案成本高，改动大，施工难度大，并且对顶式储叶柜布料车长度是往复布料车长度的2 倍以上，且自重和负载都远比往复布料车要大，在实际应用中不能完全排除输送带打滑现象。经过从经济性、技术难度、可靠性、可行性等方面分析，以上四种方案都存在一定的弊端，所以从布料车输送带运行过程的动力传递方面进行打滑原因的再次分析。顺时针旋转时，输送带上部为紧边，下部为松边，输送带与驱动辊轮的包角∠AOC 内不会产生空隙包角，输送带不会打滑，此时，动力传递依次是：驱动辊→紧边→从动辊→松边；而当顺时针旋转变为逆时针旋转启动的瞬间，因输送带下部为松边，上部为紧边，加之惯性的原因，输送带与驱动辊轮的包角∠AOC 内就会产生空隙包角∠DOE，所以有效包角变小，摩擦力降低，因此，输送带出现打滑现象，此时，动力传递依次是：驱动辊→松边→从动辊→紧边。进一步对比分析得知：要使输送带不打滑，输送带与驱动辊轮间就不能产生空隙包角，那么，顺时针转变为逆时针旋转启动时，就必须保证动力传递也依次是：驱动辊→紧边→从动辊→松边。这由原驱动辊驱动是无法实现的，因此，如果在原从动辊上加装一个同样的输送带驱动电机，将原从动辊变为驱动辊，两个电机同时驱动，既“双驱动”，就能实现相同的动力传递方式，运行示意图如图4 所示。在电控方面，两个电机可以共用原有的变频器或馈电器来提供同步驱动控制，简化了电控方法。

图4“双驱”布料车运行示意图

因此，最终可行的是方案五：单驱动变双驱动，在原从动辊上加装输送带驱动电机。

4 措施制定及实施

根据总体最佳方案的确定，经过现场的踏勘、测量、分析和研究，要在原从动辊上加装输送带驱动电机，实现“单驱动”变“双驱动”，结合总体方案的关键控制点，设计了如下实施过程：

实施一：改变从动辊结构

从改变从动辊结构及其安装方面考虑，我们查阅了相关资料[5-7]，作了现场的勘查、测量，以及与零配件加工厂的咨询和衔接，进行了新辊筒及附件的选材、设计，并最终完成了新辊筒及其附件的加工、组装等。

实施二：新驱动电机备件

根据现场对原驱动电机的查勘，按同样的规格型号上报了驱动电机的采购计划，并完成验收。

实施三：实现输送带由“单驱动”变“双驱动”的电控设计

根据现场查勘，以及对专业技术人员的多方咨询，通过电工的智慧和努力，做好了“单驱动”变“双驱动”的电控设计。

实施四：辊筒- 驱动电机和电源线的现场安装

按照安装布局的设置，在修理工和外协的紧密配合下，完成了辊筒- 驱动电机和电源线的现场安装

实施五：输送带“双驱动”的调试运行

按照电控设计的要求，在修理工和外协的紧密配合下，进行了电控的相应调试，调试后试机运行，通过试机运行检验，实现了输送带由“单驱动”变“双驱动”的电控运行。

5 效果验证

经过后期生产运行观察，改造后的对顶式贮叶柜布料车未出现输送带打滑跳闸现象，保证了叶片线的连续生产，保障了叶片加料工艺指标的稳定控制，同时降低了叶片段整线或下道工序的生产停机频次，也可避免其相关设备故障的产生，既减少了烟叶、水电气汽的消耗量和设备维修的工作量，又保障了产品质量。

6 结论

对顶式贮叶柜布料车输送带用“单驱动”变“双驱动”来解决输送带打滑的创新方法，对行业和其它生产厂具有一定的推广应用价值，对设备生产厂家，在设计、制造方面具有较好的思路启发，能起到触类旁通的作用，具有较好的社会效益。