段世涛 李洪武 郑 烨

(红云红河集团昆明卷烟厂 生产四部（物流部） 昆明 650000)

现代化物流设备高效且复杂，任何一个环节出现故障维修，都将严重物流作业效率，设备管理工作需要进一步升级。卷烟厂成品入库区承担着卷包车间的件烟入库任务，是卷烟生产的一个关键物流环节，辊筒输送机带轮皮带断裂频繁，导致件烟分拣工作停滞，分拣机和回流线负荷过重，最终造成停机，严重影响生产。

当前，行业内分流通道环节使用的辊筒大都采用齿形带进行连接传动，不能适应新的生产要求，因此，本文对皮带断裂原因进行调查分析，针对性地选择了与现场工况最为符合的楔形带传动方式，并通过详细计算，得到楔形带具体尺寸，以及带轮的具体尺寸，经过现场测试，满足要求。

1 库区设备运行情况

库区现有设备布局如图1所示，成品件烟经过封箱后，由3台提升机将其从一楼提升到二楼进入合流线，随后进入扫码站进行扫码，经分拣机分拣后进入相应的分流通道，再由机械手对码垛工位的件烟进行抓取、码垛，放置在托盘上，之后经环形穿梭车和输送设备运送，由堆垛机将托盘送入高架库，完成入库工作。

图1 成品入库区设备布局图

其中，分流通道属于中间环节，库区目前有15条分流通道，5台机械手，每3条分流通道对应1台机械手。分流通道出现故障时，维修过程中，出于安全考虑，需要停止对应的机械手，以及该组3条分流通道，导致库区分拣效率低下，造成连锁反应，严重影响生产。

2 皮带断裂原因分析

2.1 皮带间隙分析

2.1.1 理论分析

皮带间隙过大，烟箱胶带和烟箱碎屑等杂物容易卷入带轮，导致带轮积胶，带齿受力不均，皮带卡死，加剧磨损，造成皮带断裂。齿行同步带齿形如图2所示。

图2 齿形示意图

根据《同步带及带轮设计》，带的齿根宽度s大，会使带齿抗剪切、抗弯曲能力增强，相应就能传送较大的裁荷。带齿齿圆角半径rr的大小与带齿工作时齿根应力集中程度有关，齿根圆角半径大，可减少齿的应力集中，带的承载能力得到提高。形带齿齿形角β的大小对带齿与轮齿的啮合也有较大影响[1]。如齿形角过小，带齿纵向截面形状近似矩形，则在传动时带齿将不能顺利地嵌入带轮齿槽内，易产生干涉。但齿形角度过大，又会使带齿易从轮齿槽中滑出，产生带齿在轮齿顶部跳跃现象。

当辊筒积胶时，带齿根部容易出现异物，导致β减小、s减小、rr增大，受力增大，且容易跳齿，导致皮带断裂。

2.1.2 现场试验

在实验平台上进行现场试验，调整带齿啮合间隙，并加入胶带、纸屑等杂质，模拟实际工况，统计相同时间内皮带断裂比率，结果如表1所示。

表1 皮带间隙影响情况试验

制作散点图，如图3所示，X轴表示皮带间隙，Y轴表示相同时间内，皮带断裂比率。

图3 皮带间隙试验散点图

计算 Pearson 相关系数[2]为0.876，P值为0.026，说明二者成强正相关关系，皮带间隙对辊筒带轮皮带断裂有显著影响。

同时，皮带间隙小于3.2mm时，不会出现皮带断裂的情况，一旦大于3.2mm，开始出现带轮积胶与皮带断裂，因此，需要将皮带间隙控制在3.2mm以内。

2.2 皮带强度分析

2.2.1 现场试验

随机选取磨损程度不同的不同类型皮带，在试验平台上进行磨损试验，通过改变转速和包角，随机进行启停控制，模拟各种工作状况，进行连续测试，分析各种工作情况下皮带磨损和断裂比率。不同类型皮带测试结果如表2所示。

表2 皮带磨损、断裂比率模拟测试结果（单位：%）

2.2.2 单因子方差分析

通过单因子方差分析[3]，确认皮带强度对辊筒带轮皮带断裂的影响程度，分析结果如图4所示。

图4 单因子方差分析结果

P值为0.023<0.05，拒绝原假设，差异明显，说明不同皮带类型对工作状况的适应程度不同，皮带强度对辊筒带轮皮带断裂影响显著。

3 方案设计

3.1 传送带类型选择

现场皮带使用的是288-8M齿形带，经过确认存在过载时受力过大和强度不足两个缺陷，因此需要改变传送带类型，为提高强度，我们选用楔形带传动。

3.2 楔形带设计

3.2.1 楔形带参数设计

根据多楔带传动设计方法[4]，相关参数计算过程如下：

确定设计功率Pd：

计算传动比i：

确定带轮有效直径de1和de2

小带轮有效直径de1≥demin=20 mm

大带轮有效直径de2=dp2-2Δc=60 mm

计算初定有效长度L0：

确定中心距a：

计算小带轮包角a1：

查表，确定包角系数Ka和带长系数KL分别为0.032和0.030

确定楔形带的楔数Z[4]：

确定楔形带的楔数为11。

确定压轴力Q，如图5所示。

图5 带轮受力示意图

楔形带参数如表3所示，带轮参数如表4所示。

表3 楔形带尺寸

表4 带轮尺寸

3.2.2 安装调试

选用符合计算结果的楔形带进行替换，并制作相匹配的带轮，如图6所示。

图6 改进前后的楔形带和带轮

4 结语

经过改进，降低了辊筒输送机皮带断裂比率，提升效率，提高了设备运行的稳定性。在行业内，该成果可推广到生产厂和商业公司物流输送环节，具有很高的应用推广价值。