国产钢丝绳输送带生产线升级改造探讨
国产钢丝绳输送带生产线升级改造探讨
1前言
在我国输送带市场中，钢丝绳输送带约占十分之一，而且这种大强度输送带是发展趋势，以后所占比重还会更大。钢丝绳输送带的生产特点是生产线长(约100m或更长)，要求设备的自动化程度高，各装置协调性要好。由于国产钢丝绳输送带生产线是20世纪80年代设计的产品，受当时客观条件的限制，特别是受国内综合工业水平的制约，加之设备售价因素的影响，很难圆满达到钢丝绳输送带生产工艺要求，而德国和加拿大等国制造的生产线，由于广泛应用新技术，特别是对液压和计算机自动控制等技术的应用已达到娴熟的程度，在技术细节上考虑得要比我们全面，整体水平要比我国产品高得多。但是，进口生产线价格太昂贵，企业很难负担。而只要对国产生产线中个别关键设备重新设计制造，对可利用的设备进行必要的改造，并对全线自动控制系统进行升级，其它绝大多数设备，包括硫化机在内，可以继续使用，不会对改造后的生产线技术水平有明显影响。根据以上思路，在近十年中，我们系统地研究了钢丝绳输送带生产线的原理和性能，特别是注意吸取在使用加拿大生产线的过程中积累的丰富经验，搞了“国产钢丝绳输送带生产线升级改造”项目。在我国输送带行业中，有国产钢丝绳输送带生产线和引进生产线，它们都能生产出合格的产品，但进口生产线制造的输送带内在质量却明显高于国产生产线，主要表现为钢丝绳芯的张力控制准确，钢丝绳对中性好，硫化时间、温度和压力微机自动控制，误差很小，带体的厚度和宽度误差也小。
2改造总体方案
本项目主要参考加拿大PA THEX公司和德国Simpelkap公司的钢丝绳输送带生产线，尽可能把他们先进成熟的技术应用到国产生产线上，同时注意挖掘国产设备的潜力以及被生产实践证明的其它先进东西。总体方案：在原有设备基础上，本着先进、实用、可靠的原则，改善钢丝绳初张力，确保钢丝绳的恒张力稳定、准确、数字化，成型车沿中心线运动误差要控制在±1mm，改造完成后，具有生产宽≤1 400mm、钢丝绳根数≤120根、厚度≤30mm钢丝绳输送带的能力。产品质量明显提高，达到或接近加拿大生产线水平，产量80万m2/年。改造后的工艺布置顺序是：锭子导开及初张力装置→钢丝绳夹持装置→钢丝绳张力站→分梳架→自动调中心成型车→其余后面装置不变。
3改造前后各装置技术性能分析比较
3.1钢丝绳初张力控制
原来由5套装置组成，占地面积大，操作复杂，劳动强度大且初张力不易控制。锭子轴导开钢丝绳时，由于是悬臂轴，且受力重心力臂太长，使滑动轴承所受弯矩太大，并且直接作用在轴承上，使用一段时间后，轴与轴承之间不能正常工作，多数“冷焊”在一起，轴不能转动。在工作时实际上是线轴的木孔绕轴旋转，导开的钢丝绳很不规则，更谈不上配合其它装置有效控制初张力大小，同时也造成钢丝绳线轴破损报废。特别是初张力装置，它由200个重量为80kg的重锤、型钢框架、槽片轴和托盘等组成，工作时每根钢丝绳由1个重锤提供张力，理论值为392N，但由于重锤滑道刚度小易变形，槽片轴因抗弯刚度小而引起弯曲，造成旋转受阻，使提供的初张力很不稳定。为彻底解决此问题，我们应用德国生产线上该装置的基本原理，每根钢丝绳分别用一套电磁离合器提供初张力，张力值由电流控制，最大扭矩25N·m，折合成每根钢丝绳的初张力约100N，稳定准确。应用时基本原理是：电磁离合器断电(摩擦力为零)，利用成型车拉力导开每轴钢丝绳，到位后电磁离合器产生摩擦，借
助于电机减速机链轮系统卷取已导开但没有张力的钢丝绳，初张力达到要求值后，进行下一步工作。
3.2钢丝绳分布宽度的缩窄
锭子导开架导开钢丝绳后需排列为相同的高度平面，宽度也要由导开时的3 700mm缩到1 320mm，以前应用分层分梳装置解决平面排列问题，应用分梳板解决钢丝绳宽度缩窄问题，但这些简单的装置在工作过程中与运动着的钢丝绳摩擦较大，磨损了钢丝绳表面镀锌层，对以后冷压成型时钢丝绳与芯胶的粘合附着力产生不利影响。为解决这一问题，应用加拿大生产线的基本原理，设计了12组塔轮系统，根据钢丝绳所需的偏斜角度，设计塔轮锥度和塔轮轮轴的倾斜角度，使钢丝绳在完成这一工序时不受轴向力，从而不受滑动摩擦力，保护钢丝绳。这是一项经我们7年来生产实践证明已成熟的先进技术，属国内首创，已申请专利。
3.3钢丝绳恒张力的控制
原来仅靠两个固定辊与一个上下移动辊之间的相对运动来为多根钢丝绳提供恒张力，若每根绳之间的初张力有较大的误差，就会造成所成型的钢丝绳恒张力不均，即较紧的钢丝绳受力大，较松的钢丝绳受力小或不受恒张力。为解决这一问题，我们应用加拿大生产线的基本原理，每根钢丝绳各用一个液压缸来单独提供恒张力。基本原理是：钢丝绳初张力达到要求值后，钢丝绳夹持装置和后夹持伸长装置分别夹紧钢丝绳和成品输送带，液压缸向下拉动钢丝绳，使之达到所需张力值。根据液压原理，能使每根钢丝绳同时受同样的恒张力，稳定准
确。每根钢丝绳的最大张力值为2 000N，可根据工艺要求进行选择，通过微机控制系统，在主操作台和操作台上数字化显示张力值。若张力值误差范围超过要求值，报警器鸣笛，全线自动停止工作。
3.4成型车运动直线度控制
原来成型车运行时驱动轮在轨道上会产生打滑现象，影响行程计量准确性。还会产生随机横向跑偏现象，最大误差达±10mm，造成胶片与钢丝绳中心线不吻合，容易使产品边部钢丝绳暴露，影响产品质量。为解决这一问题，我们应用加拿大生产线的基本原理，增设了齿轮—齿条驱动系统，设计制造了机械式调偏心系统，安装在成型车前后两端，效果满意。另外，在冷压成型时，以前每次走车的行程由人工靠经验控制，现用微机自动控制启停，准确保障了胶带成型工艺。
3.5钢丝绳带坯边胶切割
原来用较简单的边胶切割刀在带坯上定宽度划痕，再由人工用刀切割掉边胶，劳动强度大，产生的随机宽度误差也大，且不整齐，在硫化时容易造成边胶过多或形成边胶海绵。为解决这一问题，我们参考了加拿大、德国以及国内其它生产线，经多次试验，成功地设计出功能先进的带坯边胶切割装置，切割的基本方法是应用具有动力的旋转圆型刀片，随着成型车的移动切割掉边胶。这种装置已在加拿大生产线上顺利使用4年，边胶切割整齐，定宽精度高，有效地提高了输送带质量，特别是外观质量见效更大。
3.6输送带切割装置
原来的切割装置中是用无齿锯片切割输送带。每割断一条钢丝绳输送带需20~40min，在割带时，噪音、胶末、铁末严重污染生产环境，损害操作工人的身心健康，也严重影响了输送带的质量。为解决这一问题，我们应用德国生产线的方法，选用技术成熟的液压剪刀切割输送带。
3.7国产钢丝绳输送带生产线自动控制部分
原来采用日本三菱公司F1系列可编程序控制器进行数据采集处理。由于受控制设备自身功能的限制，在大量的模拟量处理面前就显得无能为力，更不具备网络传输功能。本次升级改造，我们在广泛借鉴加拿大生产线控制系统的基础上，继续采用美国A-B公司可编程序控制器，保留其强大的数据处理功能，在系统网络结构的设计上充分考虑与现有FX-CIMS网络支持系统协议的兼容性。
3.8信息管理
在完成控制系统的控制功能、网络平台搭建的基础上完成控制系统与管理信息系统接口软件的编制，实现与企业资源计划系统MRPⅡ、质量管理模块、车间任务、车间作业模块之间的信息集成，建立并完善钢丝绳输送带质量保证及跟踪档案。
4改进部分传动系统主要技术参数
经过改进后，部分传动装置系统的有关技术参数见附表。
5需要说明和完善的问题
5.1生产能力问题
由于我公司已有一条引进生产线，可生产制品宽度达2 200mm，钢丝绳根数为196，且技术水平较高。此国产线改造后的能力定为成型120根钢丝绳，所对应的输送带宽度最大为1 600mm，一般在1 400mm以下。我们的目的是为充分发挥设备生产能力，钢丝绳输送带宽度在1 000mm≤B≤1 400mm的由国产线生产，其它规格由引进线生产，其中B＜1 000mm 用双条带同时成型硫化的方式生产。既节省了改造投资，又可使生产的输送带品种齐全。
5.2硫化机热变形问题
在输送带生产中，硫化机做为主机起着最重要的作用，它的性能对产品质量有决定性影响。硫化机热变形会使输送带硫化压力不均，严重时会出现硫化海绵现象。为解决这一问题，德国、加拿大等国生产的硫化机应用冷却水循环降温的方式，对接触硫化热板的下托板和上横梁降温，减少其热变形，效果明显。据资料介绍和实验论证，变形量仅为原来的1/5左右。益阳橡胶机械厂生产的新型硫化机也采用了这种方式。我们的硫化机没有循环水降温功能，因此是很大的欠缺。由于它需要改造的量太大，耗资太多，这次没有考虑这个问题。
5.3顶边铁装置
硫化机顶边铁装置的基本工作过程是：利用下热板的上升运动，借助于凸轮系统原理，自动地使模条移到工作位置。它虽然不如液压自动控制形式方便和精确，并且运动的行程是固定的，也不能象引进装置那样可使顶边铁行程无级调整，但还是实用的，能够保障产品质量。针对多年使用中所反映出的问题，把活动轮由滑动轴承改为滚针轴承，使其运动自如，减少阻力。
5.4后夹持拉伸装置
它在钢丝绳输送带生产中的作用是夹紧成品带，配合钢丝绳张力站，拉紧钢丝绳，以保障按工艺要求成型带坯。在生产尼龙带时的作用是夹紧成品带，防止带体在冷却过程中收缩。生产尼龙带时发现，该装置的性能还达不到要求，带体在冷却过程中收缩量达到30~200mm，这是后夹持拉伸装置夹不紧带体产生的窜动。加大夹持力对减少带体窜动有一定作用，但压
力太大时，会使带体严重减薄变宽，且不易恢复原状，影响外观质量。加拿大生产的后夹持拉伸装置不是以提高板压力为唯一方法，而是在保障压力达到一定值的同时，改变上下压合板的几何形状，使上下板在夹紧带体的过程中呈凸凹状配合，增大带体与上下压板的滑动摩擦阻力，效果明显。但在研究国产夹持板结构时，因凸凹形状板面的加工技术不过关而一直未成功。
6综合效益
(1)国产钢丝绳输送带生产线升级改造完成后，虽然生产能力未增加，但产品质量却有本质的提高。同时可为国内现有的其它6条同类生产线升级改造提供直观的经验，促进同行业的发展和提高。
(2)项目完成后，可年产8.0×105m2钢丝绳输送带，也可生产其它织物输送带。根据2000年市场情况推算，每平方米销售价格38元，每年可创产值3 040万元，创利税608万元。总之，这个项目实施后，技术上先进、可行，经济上合算。