近年來,出現了種類繁多的特種帶式輸送機。通用帶式輸送機的主要特點是托輥安裝在固定的機架上,機架是落地式的;輸送帶為平型光滑面、托輥的槽角為35°左右。通常情況下傾斜向上運輸不超過18°,向下運輸不超過15°將不屬于通用帶式輸送機,但仍采用輸送帶作為承載元件的輸送機統稱為特種帶式輸送機。特種帶式輸送機功能的擴展,他們適用于各種特定場合。特種帶式輸送機的研究和發展在很程度上滿足了現代物料搬運的需要。本文將對特種帶式輸送機進行分類,從創新設計的角度回顧其發展。
一、特種帶式輸送機的種類
特種帶式輸送機種類繁多,本文僅從特種帶式輸送機開發的目的角度將其劃分為大傾角與垂直提升、降低輸送帶張力、降低輸送機運行阻力(改變輸送帶支撐方式)、密閉輸送物料、空間轉彎等5類。下面所列的一些特種帶式輸送機從原理上可以歸入其中的幾類,為避免重復,僅將其歸入開發時最主要的目的。例如,圓管帶式輸送既可以實現物料的密閉輸送,也可實現大傾角輸送物料,也能夠進行空間轉彎,將其歸入密封閉輸送物料類中。另外,還有一類特種帶式輸送機是以移動為目的的,如移動帶式輸送機、移植帶式輸送機、可伸縮帶式輸送等,其輸送機本體幾乎和通用帶式輸送機相同,這里不作討論。
1、大傾角與垂直提升類按其可達到的輸送物料的最大傾角,分為花紋帶、橫隔板式、深槽型、壓帶式、波狀擋邊、口袋式等6種特種帶式輸送機。 (1)、花紋帶和橫隔板式是將光滑的平型輸送帶的表面在輸送帶的制造過程中增加花紋以減緩物料的下滑趨勢,其中花紋輸送帶宜輸送流動性好,不易粘結的輸送帶上的物料,例如糧食顆粒;橫隔板式是在輸送帶上采用機械固定的方法連接隔板,以保持物料和輸送帶一起運動,帶橫隔板的輸送帶需要考慮在承載段形成槽形,經過滾筒時為平型,在回程段還有托輥支撐問題,橫隔板式有多種結構形式。橫隔板式是波狀擋邊帶式輸送機的雛形。 (2)、深槽型帶式輸送機是在充分保持通用帶式輸送機優點的情況下,增大輸送物料傾角的一種輸送機,它僅改變輸送機的后托輥的槽角或托輥組中輥子的數量,通過輥子經過輸送帶對物料的擠壓來實現大傾角輸送物料。深槽型輸送機提高輸送物料的傾角受到物料性質和料流的影響。在對擠壓原理分析基礎上,結合輸關帶的成槽性可應用半圓形深槽帶式輸送機的設計理念。 (3)、波狀擋邊和口袋式帶式輸送機。波狀擋邊輸送機是將橫隔板式標準化而形成的,其設計思想發生了變化,即保證物產的輸送能力并不限于將承載段的輸送帶設計成槽形,而是可通過增設擋邊的方式來提高物料的截面積,簡化了結構。 另一種垂直提升方式是內口袋式,它是用口袋將輸送物料保持在輸送帶的下面;采用2處輸送帶作為牽引元件,而將口袋固定在2片輸送帶上。 (4)壓帶式帶式輸送機用輔助帶對物料施加壓力,可以增大輸送帶的傾角,用托輥壓上覆蓋的輸送帶,將物料包裹在2條輸送帶內提升物料。
2、降低輸送帶張力 以降低輸送帶張力為目的特種帶式輸送機主要有多點驅動、鋼絲繩牽引、鋼絲繩波狀擋邊、帶、鏈式、線摩擦、T型帶摩擦驅動、托輥驅動、膠輪驅動式、直線電動機驅動等9種。 (1)、多點驅動 。輸送機系統驅動、制動裝置的布置設計的重要準則就是降低輸送帶的最大張力,除采用頭、尾驅動方式,采用中間驅動是降低輸送帶最大張力的有效途徑。 (2)、鋼絲繩牽引與鋼絲繩波狀擋邊。1980年前鋼絲繩牽引帶式輸送機已經在長距離、高升程等方面具有廣泛的應用。這種輸送機用2條鋼絲繩作為牽引元件,用輸送帶承載物料。 鋼絲繩牽引帶式輸送機能夠適用于長距離輸送,在地形受限時可以實現水平轉彎,輸送帶維護方便,易于更換。該機型的發展包括采用多椽滾筒,用以減小澡聲;PVL輸送帶,用預先的成槽,以提高物料的穩定性;輸送帶加強網;水平曲線單元,研究繩的覆蓋層和紡綸加強繩。國內鋼絲繩牽引帶式輸送機主要用在運量大,單機運距不太長(相對于鋼絲繩芯帶式輸送機)的場合,特別是人、貨雙運的情況下。 當波狀擋邊輸送帶承受較大張力時,對波狀擋邊和基帶之間的粘接強度提出了更高的要求,該輸送機集合了2種類型的優點,可以實現長距離的越野輸送,特別在通過山谷地帶時,不需要在山谷中架設支撐。 (3)、帶.鏈式。帶.鏈式帶式輸送機與鋼絲繩牽引帶式輸送機的區別在于其牽引機構是輸送帶或帶有托架的鏈條。通過鏈條傳動降低輸送帶的張力,實現水平轉彎。由于引入了鏈條作為傳動元件,可構成具有固定滑動支座、固定托輥、綜合固定支座、行走支座、輸送帶和鏈條分別驅動等多種形式。該型輸送機的研制主要集中在前蘇聯。相對于通用帶式輸送,其結構復雜,成本較主。 (4)線摩擦、T型帶摩擦驅動、托輥驅動、輪胎驅動式帶式輸送機的運行阻力的產生是在整個輸送線上,通過在輸送機沿線上設置驅動、可以降低輸送帶張力。線摩擦、T型帶摩擦驅動、托輥驅動、膠輪驅動式都屬于這種方式。
3、改變輸送帶支撐方式 改變輸送帶支撐方式主要有氣墊式、液墊式和磁墊式3種。他們都是用流體支撐輸送帶,從而降低輸送機運行阻力,提高運輸過程的平穩性。液墊和磁墊尚處于研發階段,而且其本身所帶來的問題也不易解決。也有人提出氣墊帶式輸送機已成為成熟產品。
4、密閉輸送物料方式 出于環境保護的原因,出現了管狀帶式輸送機,主要有圓管帶式輸送機、吊掛管狀、扁平狀、三角形狀等4種。這種技術要求輸送帶經過滾筒時來平型,因而有形成的過渡段、管段、由管變成平型的過渡段3個階段。這種輸送機如果處于良好的工作方式下可以避免灑料,它的托輥結構形式可以有多種變化,如3托輥和6托輥系統。
5、空間轉彎 在國外,轉彎帶式輸送機已在露天礦、地下煤礦工的彎曲巷道、水電站建設工程、干線輸送以及其他生產系統中推廣使用?臻g轉彎主要通過增加托輥槽角,將托輥傾斜布置,內曲線抬高以及采用特殊的托輥組結構形式來實現。
二、特種帶式輸送機與創新設計 特種帶式輸送機在滿足生產需求的同時,也體現了創新設計的基本方法。下面結合創新設計的基本原理討論特種帶式輸送機的發展。盡管這些特種帶式輸送機的開發初始,并不一定是自覺地按照這些創新原理來完成的,但是從創新原理的角度回顧發展,有益于產生新的創新。創新設計需要新的設計方法和手段來提高產品的功能,以滿足用戶的需求。創新設計的方法和原理很多,下面僅給出與特種帶式車送機發展相送的幾個原理。 (1)、還原創造原理 。指創造者回到“創造原點”進行創新思考的種模式。所謂創造原點就是驅使人們創造的最基本的出發點或歸宿。通用帶式輸送機輸送物料的傾角受到限制,在工廠內部受空間的限制,礦業露天開采中的邊坡傾角也超過通用帶式輸送機允許的傾角。從而提出了如何提高傾角的問題,而不能進行大傾角輸送的根本問題就在于物料和輸送帶間、物料內部的摩擦大,不能保證物料和輸送帶一起運行。因而考慮增大物料和輸送帶之間的摩擦力或通過擋板來擋住物料的下滑。花紋帶式輸送機是通過交光面輸送帶改變為花紋帶,增加輸送帶給物料的下滑阻力,波狀擋邊帶式輸送機可以使物料被擋住,以保證物料和輸送帶一同運動;增大物料間、輸送帶和物料間的摩擦力的途徑之一就是增大物料和物料間、物料與輸送帶之間的擠壓力,從而增加摩擦力。直接的想法是增加正壓力,從而出現了壓帶式帶式輸送機。 為了滿足環保要求,希望帶式輸送實現密閉輸送,從而出現了密閉型帶式輸送機。在仍然采用橡膠輸送帶的前提下出現了吊掛管狀帶式輸送機、U-CON Q管狀帶式輸送機、U-CON DⅡTA 管狀帶式輸送機,這2種輸送機分別將輸送帶形成扁平管狀和三角管狀包住物料。U-CON Q管狀帶式輸送機采用特殊輸送帶,其承載芯層敷設在輸送帶中間部分,中間部分和兩側邊之間的彎曲部分用普通橡膠制成,這樣可使兩側邊容易地翻轉相互搭接蓋住中間部分,從而形成封閉的扁平管狀輸送帶。由于大型帶式輸送機采用頭尾驅動仍然造成輸送帶承受較大的張力,尋求降低輸送帶張力的方法可以消除由于輸送帶張力極限而限制輸送機的極限長度。引入中間驅動,構成助力式帶輸送機,可降低輸送帶的最大張力。 (2)、移植創造原理。吸取、借用某一領域的科學技術成果,引用或滲透到其他領域,用以變革或改進已有事物或開發新品,就是移植創造。 直線電動機是近年來新研制出的一種驅動裝置,它適應了包括機器人系統在內的需要直線驅動的要求。帶式輸送機的輸送帶在正常運行段是直線運行的,因而完全可以將直線電動機引入到帶式輸送機中,構成直線電動機驅動帶式輸送機,只是目前還沒有進入實用階段。 應用移植創新原理的另外實例是將架空索道原理和管道輸送的原理引入到帶式輸送中,形成了鋼絲繩牽引帶式輸送和吊掛圓管帶式輸送機。氣墊式帶式輸送也是從是從氣墊船以及工廠中的氣墊搬運車受到啟示而發展起來的特種帶式輸送機。 (3)、分離創造原理。分離創造原理是把某一創造對象進行科學的分解或離散,使主要問題從復雜現象中暴露出來,理清創造者的思路,便于人們抓住主要矛盾或尋求某種設計特色。分離原理在創新設計過程中,提倡將事物打跛并分解,而綜合原理提倡組合和聚集,故分離原理是與綜合原理思路相把的創造原理。 輸送機系統可分解成承載元件、牽引元件、導向機構和傳動裝置。通用帶式輸送機的輸送帶既是承載元件也是牽引元件,托輥為導向元件,驅動裝置和滾筒是傳動元件。氣墊帶式輸送、磁墊帶式輸送機和液墊帶式輸送機正是改變了導向元件,引入氣墊、磁墊和液墊對輸送帶的支撐,從而變托輥的間斷、接觸支撐為連續,非接觸支撐。鋼絲繩牽引帶式輸送將帶式輸送機的牽引元件和承載元件分離,以大直徑鋼絲繩作為輸送機的牽引元件,回避了輸送帶強度的限制,從而實現長距離輸送物料。 在輸送機的驅動方面體現了分離創新原理,采用各種驅動技術方面所取得的成果,引入變頻調速、電動機軟啟動、機械可控傳動啟動方式等。 (4)、綜合創造原理。從方法論的角度看,綜合是將研究對象的各個部分、各個方面和各種因素聯系起來加以考慮,從整體上把握事物的本質和規律的一種思維法則的創新功能去尋求新的創造。 線摩擦帶式輸送機和摩擦輪驅動帶式輸送機體現了綜合創新原理。通用帶式輸送機的傳動與齒輪傳動和鏈傳動不同,它是通過摩擦傳動將動力傳遞到輸送帶,雖然可以通過多點驅動來降低輸送帶的張力,但只能在局部點上通過摩擦傳動傳遞牽引力。因而考慮沿輸送機線路提供摩擦驅動力,出現了線摩擦事式輸送機,即利用帶式輸送機的承載能力這一特點,將整條帶式輸送機作為輸送機的驅動裝置,實現連續的線摩擦驅動。采用分布摩擦的另一種形式是采用T型帶摩擦輪驅動方式,該種輸送機采用T型帶,通過摩擦輪驅動方式,實現了減小輸送帶張力的作用,其驅動是在輸送帶中心線上,減小了輸送帶邊緣的張力,可實現小曲率徑的轉彎。
三、結論 一些特種帶式輸送機的開發過程,并不一定是遵從創新原理而進行的,而從創新設計的角度審視其發展,對進一步開發新型特種帶式輸送機具有重要的意義。需要特別指出的是,在進行新型特種帶式輸送機的開發時,應遵循經濟性、可靠性、結構簡單、標準化等基本原則。
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