皮带清扫器技术综述

皮带清扫器技术综述摘要: 在皮带运输过程中 ,胶带的清洁维护是不容忽视的 ,尤其在运输易粘着的物料时,清扫不净则胶带出现运行不稳、跑偏、打滑等现象,直接影响到胶带面的磨损及胶带使用寿命。针对这些现象，综述了一系列皮带清理的技术措施。1 王子文, 杨振雷, 朱满坪. 新型多刮板清扫器J. 机械工程师 , 1997,(01)关键词: 皮带；清理；清扫；防护一 前言部分皮带传动以其较高的性价比在运输传动中得到了广泛的应用,是传输物料的主要设备之一，它具有输送能力大、效率高、输送距离长、耗能少、工作平稳可靠、操作维修方便等优点。因而被广泛应用于冶金、煤炭、交通、能源、食品、化工、建材等国民经济部门，成为提高机械化水平，实现我国四个现代化必不可少的设备。因此，在皮带运输过程中,胶带的清洁维护是不容忽视的,尤其在运输易粘着的物料时,清扫不净则胶带出现运行不稳、跑偏、打滑等现象,直接影响到胶带面的磨损及胶带使用寿命。带式输送机输送的物料往往带有粘性,其中一部分会粘在输送带工作面上,在卸料时不能卸掉而进入空载段的下托辊上。托辊壳体粘上物料会撕裂和拉毛输送带面胶,加速输送带的磨损和毁坏;如物料进入托辊壳体内,使轴承快速磨损。如果粘着物进入机尾改向滚筒或垂直张紧滚筒,粘在滚筒表面上,会造成输送带跑偏,增加输送带的磨损,甚至撕裂滚筒包胶层,造成严重后果。如果清扫装置良好,托辊、输送带、滚筒等的使用寿命均可以延长。所以清扫器的清扫能力非常重要,对提高带式输送机的运行效率和可靠性,降低设备故障率和维护成本有着举足轻重的作用。尽管关于皮带清洁维护的研究多种多样，但输送带“脏面”的问题仍然存在，且十分突出。因此，皮带的清洁维护是不可忽视的一个问题.，无论是皮带运煤，还是皮带运料都要面临并尽快解决输送带“脏面”的这个问题，都必须把皮带的清洁维护看作当今主要的质量攻关内容之一。二 主题部分1 概述输送带在输送物料过程中,与货载接触的一面为“脏面”,不与货载接触的一面为“净面” 。由于物料粘性、水分以及环境温度等条件的影响,输送带的脏面要粘上一定量的物料。物料粘性和水分越大,环境温度越低,输送带粘上的物料也就越多。根据输送带在各滚筒上的缠绕方式不同,输送带的脏面不但与下托辊接触,而且还与某些滚筒相接触。一旦物料粘到托辊和滚筒上,就会造成了两端直径不等,不但加剧了输送带的损坏,更重要的还可能引起输送带“跑偏”,致使带式输送机不能正常工作。此外,当输送带在双滚筒驱动中呈“S”形缠绕时,某个滚筒与输送带的净面相接触,而另一个滚筒则与脏面相接触。这样,与脏面接触的滚筒可能引起直径增大,使两滚筒出现直径差异,不仅会影响到两滚筒出力的比例,严重时还会烧坏电动机。为了避免以上事故发生,保证输送机正常运行,必须对输送带脏面进行清扫,本文介绍了国内，外的各种清扫技术与装置。2 几种国外的新型清扫装置21 新型刮板清扫装置211 篦子式刮板清扫装置图 1 所示的篦子式刮板清扫装置,在国外得到了广泛应用。它主要由金属刮板、弹性杆和转杆组成。其原理是:多个金属刮板沿输送带宽度方向按棋盘形式布置 每个刮板分别通过弹性杆与转杆相连。转杆上可装扭转弹簧或者重锤,以使刮板对输送带有一定的正压力。这种清扫装置比普通的刮板清扫装置效果好。只有刮板与输送带有较低的相对速度时,才能达到最好的清扫效果。对于篦子式刮板清扫装置来说,其相对速度就等于输送带运行速度,也就是说篦子式刮板清扫装置的相对速度比较高。为了降低相对速度,原苏联曾设计了一种输送机式刮板清扫装置。212 输送机式刮板清扫装置图 2 所示为输送机式刮板清扫装置,主要由 2 个链轮和一条闭合的刮板链组成。其原理是:采用链传动或带传动,把主动滚筒的动力传给主动链轮。刮板链由链条和刮板组成,刮板用 1016 mm 厚的橡胶板制作,用螺栓与链条固定。刮板链的运行方向与下分支输送带的运行方向一致,且刮板链的运行速度较低,这样就使刮板链与输送带有一个较低的相对速度。这种清扫装置,用于 3 m/s 以上的高带速下,清扫强粘性物料效果较好,其缺点是结构复杂、笨重。22 刷式清扫装置221 转刷式清扫装置德国和美国使用一种如图 3 所示的转刷式清扫装置。该装置的主要部件为转刷,它由滚子和线束组成。线束一般由尼龙线制成,它可沿滚子轴向排列,也可以呈螺旋线形排列。线束按螺旋线形排列时,可减轻清扫物对转刷的污染,并有利于清扫物的排出。转刷可由主动滚筒驱动,也可单独设驱动动力。转刷式清扫装置应用最多的滚子直径为 300500mm,转速为 200700 r/min。输送带的宽度为转刷长度的 80%左右。转刷是由许多线束组成的,线束直径为 17 mm,高 50100 mm。转刷的切线速度一般比带速大 2 倍,并且顺着输送带运行方向转动。转刷对带面的压力一般为 1030 kPa,如果压力太大,就会影响清扫效果。222 输送机式刷式清扫装置图 4 为输送机式刷式清扫装置,它在美国、德国、英国和日本都曾获得了专利权。这种清扫装置主要由刷子、牵引机构和滚筒组成。它的最大特点是工作机构沿横向布置,刷子与输送带接触长度加大,清扫效果好。23 振动式清扫装置图 5 是 3 种振动式清扫装置,它主要适用于寒冷地区物料冰冻在输送带上的情况图 5a 是最简单的一种振动式清扫装置,它安装在输送带空载分支下面带有球形凸块的托辊上。托辊上有 3 列球形凸块,相互错开 120布置。输送带通过托辊时受凸块的冲击而引起振动,由此产生清扫效果。图 5b 是另一种由若干交错安装的托辊组成的振动式清扫装置。托辊表面焊了许多钢条,输送带通过托辊时,钢条对输送带引起的振动和输送带在几个托辊之间的反向弯曲共同作用达到清扫目的。图 5c 是第三种振动式清扫装置,其输送带在托辊下面通过,能方便地清扫花纹输送带及带裙边的输送带。托辊经弹性支座用弹簧吊挂在机架上。弹性支座上安装有专用振动器。为了增强振动效果,振动器的振动频率最好与输送带的自振频率相等,从而使被清扫段的输送带发生共振。24 水力和风力清扫装置图 6 为水力和风力清扫装置。241 水力清扫装置图 6a 为德国研制的水力清扫装置,安装在卸载滚筒附近。它结构简单,但需附设供水和排矿泥设备。它有一敞开的漏斗式水箱,上有溢流孔和闸板阀,溢流孔是保持水箱内水位的,闸板阀是排放水和矿泥的。两个导向托辊使空载输送带浸入水中,改向滚筒能使粘在输送带表面的微粒物预先松动。242 风力清扫装置图 6b 是原苏联某设计院研制的风力清扫装置,它由两根并联的导气管组成。导气管上开有许多切向风嘴。切向风嘴由两片弹性板组成,它布置在输送带下面。当有气流喷出风嘴时,由于空气动力效应而使弹性板产生高频振动,输送带上的粘结物随气流由抽风机抽起。风力清扫对清扫干的尘状物料以及细块湿煤效果较好,但被清扫段需密封并设有抽尘装置。25 联合清扫装置当输送水分较大、粘性较强的物料时,采用某一种清扫装置单独清扫往往不能把输送带清扫干净。在这种情况下,应采用联合清扫装置。德国研制成一种可顺序地使用几种清扫装置的联合清扫装置,如图 7 所示。它首先用压力水喷头对输送带进行清洗,然后利用导向托辊将输送带压入水中,利用输送带的弯曲将块状粘结物落入水中。之后用转刷和刮板对输送带进行清扫,最后用热风喷嘴将输送带烘干。采用这种方式,能使输送带完全清扫干净,但结构较复杂,且清扫环节多。因此,这种清扫装置一般用于较重要的大运量、长距离带式输送机上。26 输送带翻转装置此装置是防止输送带空载分支脏面与下托辊接触的根本措施。它的原理实质在于,输送带空载分支在离开机头滚筒后旋转 180,即输送带翻个面,让脏面朝上;当输送带进入机尾滚筒前再把它翻过来恢复原状。它一般用于长距离输送机。这种装置的目的并不是为了清扫,而是为了避免粘结物粘到下托辊上和撒落到输送机沿线上,减轻输送带和托辊的磨损,使运行阻力减小,降低驱动功率,为无人照管输送机提供有利条件。目前,国外采用的输送带翻转装置有以下 4 种。261 自由翻转装置 在翻转段两端各安装一对水平托辊,输送带从托辊的夹缝中通过。262 强制翻转装置 除上述两对托辊外,在翻转段的中间再安装一对垂直托辊,使输送带从中间托辊夹缝中通过时保持垂直,如图 8a 所示。263 定向翻转装置 输送带通过若干组按一定方式布置的弧形托辊组时实现翻转,如图 8b 所示。264 弧形翻转装置输送带在翻转段与组装成弧形的托辊组接触,被卷成圆弧状或圆管状,从而实现翻转,如图 9所示。图 9a 是德国研制的输送带翻转装置,它在翻转段中部装一个专用支架,支架上布置一组专供输送带翻转用的托辊。图 9b 是德国、波兰和澳大利亚等国采用的输送带翻转装置,翻转带宽为 1 6002 250 mm 的输送带。图 9c 是法国获得专利的一种翻转装置,它有 3 组托辊,分别支承输送带的脏面和净面。图 9d 是保加利亚采用的翻转 1 600 mm 的输送带翻转装置,其托辊组中的托辊均为鼓形。图 9e 是原苏联采用的翻转装置,其翻转托辊组使用 4 个中间细两头粗的托辊, 4 个托辊使得输送带在其中形成圆管状,从而达到翻转的目的。图 9f 是捷克采用的翻转装置,它把翻转托辊组中的 4 个托辊制成环形托辊,每个环形托辊的外表面为抛物线形状。环形托辊也可用一般的标准托辊代替,但选用标准托辊的数量务必使托辊形成的横截面近似圆形。国外目前使用的长距离输送机大多采用输送带翻转装置3 几种国内的新型清扫技术与装置目前国内大多数输送带清扫器是合金橡胶清扫器,它采用橡胶块作为弹性体来使合金清扫刮刀压在胶带表面上,该清扫器虽然结构简单,但存在致命的缺点:清扫下来的物料堆积在清扫板和弹性体上,如不及时清除会影响弹性体的压紧作用,影响清扫效果;弹性体使用时间过长会产生橡胶老化、弹性减退、开胶、脱落等现象,使清扫器丧失清扫功能;没有偏移让刀功能,由于采用的是硬质合金刮刀,当遇到大块阻力及输送带接头等突出物时,很容易割伤胶带。31 CKQS 纳米高分子刮板式弹性清扫器针对上述问题和缺点,我公司联合中科院化学所共同开发设计了一种新型的清扫器CKQS 纳米高分子材料刮板式弹性清扫器。该清扫器分为 P 型和 H 型 2 种,见图 1、图 2。其主要由清扫刮板、张紧装置及支架组成。刮板为一次浇注型,具有外形尺寸稳定统一,互换性好,更换简便的优点。采的是一种新型高分子材料纳米聚酯,该种材料采用纳米工艺,使得材料成分能够充分有机结合反应,其材料的机械性能和加工性能大大改善,它具有较高的弹性和韧性,摩擦系数低;优异的耐摩擦、磨耗性能;良好的耐温性能、力学性能和抗冲击性能;难燃性好,耐油、一般酸和有机溶剂,环境适应能力强。在刮板外形结构上, CKQS 弹性清扫器的刮板为弧曲面,能与胶带完好地接触并始终保持有效的刃角,即使在刮板磨损后也能保持较好的刃角(见图 3),能有效刮除粘附在胶带上的物料,且无须经常调整。由该种材料做成的刮刀伸展性大,当胶带因输送原料磨损不均时,可配合头轮上的胶带外型变化,依胶带不规则旋转做紧密配合,产生完全刮除效果。另外, CKQS 弹性清扫器采用压缩弹簧张紧装置,具有自动补偿及减振的功能,且能保持稳定的接触压力,可以延长刮板寿命,改善清扫效果。32 U 型筒式清扫器它的作用原理是:利用滚筒与胶带间的摩擦力作用于粉料层，使其产生相对于胶带的运动而分离;胶带通过滚筒时的弯曲变形作用，使仍附着在胶带表面的粉料层折断、松动而落入集灰斗。U 型筒式清扫器由 5 个滚筒和 1 个集灰斗组成。附图为安装在胶带宽 650mm、运行速度 1.0m/s 的胶带机端头的 U 型筒式清扫器。滚筒长 800mm，滚筒 B、C、D 同径。胶带经过滚筒 A、B 时，附着在胶带上的粉料受胶带、滚筒间摩擦力的作用逐渐脱离胶带 :经滚筒c 时，粉料层折断和松动，落入集灰斗中;滚筒 D 对附着粉料作进一步清除。U 型清扫器克服了常用清扫器受压力胶带变形的影响，而使清扫效果不好的缺陷，且安装简单，使用维护方便，对胶带磨损小。它可单独使用，也可配合常用清扫器使用。如胶带上附着粉料太多，还可适当增加滚筒数，提高清扫能力。若能在滚筒表面粘贴一层胶皮，并刻轴向小槽，清扫效果更佳。33 刮板清扫器刮板清扫器用得最多，式样也多，刮板有一个、两个或多个。图 1 是美国运输部件公司的重锤双刮板清扫器，刮板对胶带的压力可自动找平衡。图 2 是 Richwood 公司的双刮板清扫器，安在胶带的空回程上。在双刮板上面是一个滚轮，在胶带上面是一个支点，下面是两个支点。用贮风缸供风操作风缸，再通过杠杆和齿轮等传动系统，可使 3 个支点加压或放松。这种清扫器很适用于清扫既粘又湿的物料。由于刮板常因中心部位严重磨损而失效，故须常将刮板取下、剪切平整后再安上。图 3、4 分别是美国运输部件公司和 Dravo Wollinan 公司的多刮板清扫器。刮板都是用弹簧固定在清扫器框架上，那个刮板磨损后那个刮板可自行调整。最近，瑞典 Trelleborg 公司推出一种用风压来控制刮板压力的清扫器(图句，据说使用效果良好。34 清扫托辊清扫托辊的主要特点，是将托辊表面制成螺旋线型、凹槽形等形状，使其与胶带的接触面积减少，压强增加，产生碾下胶带上所粘物料的分力。它一般为下托辊，清除粘在胶带回程上的物料，但不彻底。该托辊要求胶带具有较高的带速，否则由于自动清扫能力降低，物料将塞满凹槽，从而使它成为普通托辊。凹槽大都用橡胶制成也有采用塑料的，套在托辊的金属滚筒上。苏联乌鲁别兹克选矿厂的胶带运输机已全部采用一种螺旋线托辊(图 6)，使用寿命按三年计算，每年可节省 1.5 万卢布，并节省大量钢材。托辊外表面有两根对称于托辊中心的螺旋线，以左右螺旋的相反方向向两端展开。螺旋线与胶带产生的压力须超过物料层粘合的原始强度，而且它与胶带间切线方向的分力应大于物料层间和物料与胶带的粘合力。由于螺旋线是对称的，因此螺旋线所产生的轴向推力具有防止胶带跑偏的能力。该厂的胶带宽度为 1200mm，速度为 1.8m/s。 (试验表明，该托辊要胶带速度在 1.2m/s 以上);螺旋线凸起 17.5mm 高，使用 19 个月磨耗 0.5lmm。35 刷子清扫器这种清扫器就是用辅助电机驱动、回转方向与胶带前进方向相反的普通重型刷子。图 7 是美国马丁公司的刷子清扫器。对于粒状物料，它的效果很好。但不能用于粘的物料，否则易使刷子粘结成一体。刷子的种类很多。据介绍，金属钢丝刷子的效果不一定比一般刷子好.36 组合式清扫设施有些厂矿在胶带粘贴点处喷洒液体，以形成抗粘贴的薄膜。很多厂矿则干脆采用廉价的水来冲洗，这对于性能不受水影响的物料是一个很好的方法，但必须配以一整套辅助设施，在严寒地区还须解决冬季防冻问题。全苏科学工具研究所研制了一种安装在胶带空回程上的清扫设施(图 8)。机械式刮刀 1 先刮去粘在胶带表面的物料。3 根 25.4 mm 的管子上钻有功 3mm 的小孔，水束以 1534m/s 的速度从小孔中喷出，将遗留物料冲到矿泥收集器 3 中，再通过泥浆漏管 9 流到理泥浆的设施。机械刮刀 4 用来清除粘在胶带表面的泥浆。空气喷头 6 用以吹干胶带。水和空气的消耗量分别为 1 和 1.66m3/s。37 钢丝绳清扫器将钢丝绳横在胶带表面上，清扫效果很好，结构不复杂，价格也不贵。这是目前国外使用较多的一种清扫方法，特别适用于粘贴的物料，但国内还未听说有用的。钢丝绳很快被磨损，故必须经常窜动，大都为电动，也可手动。美国 Wolwerine 公司于 1984 年推出的一种钢丝绳清扫器 (图 9)，钢丝绳能作轻微振动，以抖落粘在钢丝绳上的物料。钢丝绳来回 4 次横过胶带，以增强清扫效果。当钢丝绳磨损后，继时器自动控制电动机，换入新的钢丝绳。启动的间隔期由钢丝绳磨损状态来决定。两个卷筒各自贮存 I000m 钢丝绳，一般可保证使用一年以上。38 犁形清扫器犁形清扫器(图 10)用得很普遍，安在胶带空回程上，一般位于尾轮前，用以除去胶带内侧的物料。最近，美国马丁工程公司推出一种新型犁形清扫器，配有该公司的扭臂张力系统专利，扭矩调整后，可使清扫器在胶带上的压力浮动，同时还利用平衡连杆机构使清扫器随着胶带浮动。这样既可使犁不冲击胶带，而胶带上粘贴的物料又不致迫使它离开胶带。在此清扫器上装有安全钢绳、硬橡胶刮板和停车极限装置等。39 振动清扫器它是在胶带内侧安设特殊的偏心滚轮，使胶带获得振动，特别适用于不太湿的物料。还有一种降压滚轮，它是在旋转滚轮上安有橡胶叶片，叶片的几何形状使滚轮与胶带接触处产生部分真空。 310 包花板坯非金属传送带我国从德国辛普尔坎普公司引进的刨花板单层仄机生产线采用非金属传送带输运铺装板坏到压机内压制。这种传送带除具有一般传送带所要求的较好的抗拉和耐廊性能外，还要求能承受川 200以上的温座和 3.5MPa 的压力，并具有很好的热传导性、较小的热胀系数和表面网纹，在热压时不胀起，热压后不延伸不变形，不沽刨花。进口传送带采用芳纶(开拉夫纤维)做基材。为了替代进口，中国林机公司和大德机械技术开发部合作，从 1989 年起开始进行非金属传送带的研制工作，选用具有高抗拉强度和耐高温的非金属纤维织物作基材，用高温磨耐胶对织物进行处理。因此，这种传送带比芳纶纤维带有更好的抗拉、耐磨等性能，能够满足刨花板生产的要求，该传送带的性能和寿命均可达到进口芳纶纤维带的水平。经中国建筑材料科学研究院测定，其拉伸断裂强力和曲磨次数均优于芳纶纤维带。311 国外传统的清扫装置国内传统的清扫装置,多采用清扫板由固定支架垂直地直接压在皮带承载面的回程段上;国外亦有多种形式。归结其清扫方式,可分两种:1.向后刮的方式,见图 1 (A)。这种清扫方式落后,清扫板与带面夹角 90,所需的正压力很小,可轻易地将带面粘附的物料清扫干净,如:美、日式 H 型。其结构较简单,价格较低;但清扫板与胶带接触较多,清掉物就地堆集在工作部位和弹性体周围,影响清扫效果和寿命,要求带面不能有破损和金属补接,一般难以采用。德式或我国研制的 DY-型，DYQ-型,见图 2。其结构合理,且完全避免了上述之不足,目前较为先进,效果好,使用成本最低,但结构略复杂,价格略高。从清扫功能来看, DY-型是综合国内外各家之长研制的新产品,已批量生产,在平顶山等地被广泛采用;在结构上比较合理完善,使用效果也好。而 DYQ-型是在 DYQ-型实践基础上,进一步精心研制优化,新开发成功的,根据使用效果,它有如下特点:有效工作部位重量轻于进口的同类机型,惯性小,灵活可靠;整机重量也轻。采用分节方圆梁 ,重量轻,刚度大,受力效果好,便于储运。清扫板用特殊材质,无火花,可用于井下作业,适应性广。由于用材合理,价格便宜,不及进口同类机型的 1/21/3。312 湿盐胶带双级清扫器采用的是单级固定式清扫器，湿盐不容易清扫干净，使皮带机的皮带很容易跑偏，且使湿盐洒落在地面及机架上，既影响操作工人的劳动环境，加大劳动强度，同时容易使皮带机的上托辊卡死，甚至有时落在地面上的盐堆积起来，将皮带卡死，使油冷滚筒烧毁，生产被迫停止。针对上述存在的问题，我们提出将以前的单级固定式清扫器改为双级可调式的清扫器在安装清扫器时应注意清扫器的安装角度，使其位于滚筒的切线方向上，误差应小于 5。以免造成清扫器打翻。清扫器与皮带的接触力过大易撕破皮带面子及胶接接头，接触力过小又不易清扫千净，以用手稍稍用力即能搬动清扫器的工作边为宜。313 新型多刮板清扫器3131 结构多刮板清扫器的结构如图 1 所示,它主要有刮板清扫装置 1.弹簧退让装置 2 和机架 3 组成。31311 刮板清扫装置该装置主要由刮板 1、螺栓 2、支架体 3 组成,其中刮板用聚胺脂材料制成,成组倾斜 30安装在刮板清扫装置上,弧面半径 R 随滚筒直径不同而成系列(图 2)。31312 弹簧退让装置 它由横梁 1、弹簧 2、下缸体 3、上缸体 4 和双头螺柱 5 等组成,其结构见图 3。将其安装在滚筒径向位置,当刮板磨损后,在弹簧 2 的恢复力作用下,上缸体 4