2026-10-19
★ Аннотация: Рассмотрено влияние прочности стыка на коэффициент запаса прочности конвейерной ленты, проанализированы применимость механических соединителей, холодной склейки и горячей вулканизации, конструкция и влияющие факторы трёх способов стыковки, а также причины отказа стыков.
Конвейерная лента приобретает подлинный транспортный смысл только после соединения в замкнутое кольцо. В процессе эксплуатации конвейерной ленты именно зона стыка чаще всего оказывается наиболее проблемной: физические и адгезионные свойства зоны стыка хуже, чем у нормальных участков ленты. При проектировании конвейерных систем обычно закладывают повышенный коэффициент запаса прочности, чтобы компенсировать значительные потери прочности в стыке. В настоящей статье рассматривается влияние трёх основных типов стыковки — механических соединителей, холодной склейки и горячей вулканизации — на потери прочности стыка конвейерных лент различных типов, анализируются конструкция и влияющие факторы этих трёх способов.
1. Влияние прочности стыка на коэффициент запаса прочности
В традиционном подходе при проектировании ленточных конвейеров коэффициент запаса прочности обычно определяют как отношение прочности на растяжение целой конвейерной ленты к расчётному натяжению ленты в установившемся режиме. Для конвейерных лент с тканевым каркасом коэффициент обычно составляет 10:1, а после 1970 года для лент со стальным тросом — обычно 6,67:1. Динамическое нагружение конвейерной ленты изучается с 1955 года; после 1995 года были построены обоснованные точные модели, позволяющие рассчитывать динамическое нагружение ленты. Данные о нагружении позволяют рассчитывать коэффициент запаса прочности исходя из максимальной динамической нагрузки [1].
Национальный стандарт «Нормы проектирования ленточных конвейеров» GB 50431—2008 устанавливает следующие требования к коэффициенту запаса прочности конвейерной ленты: ① Коэффициент запаса прочности конвейерной ленты с тканевым каркасом. Для хлопчатобумажного тканевого каркаса коэффициент следует принимать 8–9; ② для конвейерных лент с нейлоновым и полиэфирным тканевым каркасом — 10–12; ③ для конвейерных лент со стальным тросом коэффициент запаса прочности принимают 7–9; при применении на ленточном конвейере регулируемого плавного пуска и торможения — 5–7. Настоящий стандарт преодолел границу «минимальный коэффициент запаса прочности конвейерной ленты со стальным тросом — 7», установленную прежними китайскими стандартами. Однако в настоящее время коэффициент запаса прочности по-прежнему обычно рассчитывают исходя из натяжения ленты в установившемся режиме.
В процессе эксплуатации конвейерная лента может терять прочность вследствие усталости, ударных воздействий, порезов и других причин. В хорошо обслуживаемой системе потеря прочности по этим причинам составляет около 15 % прочности ленты. Поскольку при работе конвейерной ленты с желобчатым поперечным сечением на переходных участках, при изгибе в горизонтальной и вертикальной плоскостях возникает неравномерность нагружения. Обычно при проектировании конвейера такую неравномерность нагружения ограничивают величиной не более 5 % прочности ленты. Прочность стыка конвейерной ленты с тканевым каркасом может достигать 65–80 % прочности ленты, а прочность стыка конвейерной ленты со стальным тросом — 85–100 % прочности ленты.
Предположим, максимальное натяжение ленты с тканевым каркасом составляет 150 % расчётного натяжения в установившемся режиме, а максимальное натяжение ленты со стальным тросом — 140 % расчётного натяжения в установившемся режиме. Это составляет лишь 15 % разрывной прочности ленты с тканевым каркасом и 21 % разрывной прочности ленты со стальным тросом. Если рассчитывать коэффициент запаса прочности по максимальному натяжению ленты, то для ленты с тканевым каркасом он составит 2,67:1, а для ленты со стальным тросом — 3,1:1, что значительно меньше фактически применяемого коэффициента запаса прочности. Таким образом, более высокая и стабильная прочность стыка позволяет значительно снизить коэффициент запаса прочности, что имеет глубокое значение для снижения затрат на монтаж и эксплуатацию конвейерных лент и конвейеров.
2. Способы стыковки
Конвейерные ленты ленточных конвейерных систем для транспортировки сыпучих материалов подразделяются главным образом на три типа: многослойные с тканевым каркасом, цельнотканевые и со стальным тросом. Существуют три основных способа соединения ленты: механические соединители, холодная склейка и горячая вулканизация. В таблице 1 для каждого типа конвейерной ленты приведена применимость трёх способов стыковки.
Хотя механические соединители можно применять в конвейерных лентах со стальным тросом, срок службы стыка очень мал, поэтому этот способ не рекомендуется использовать в лентах со стальным тросом. Применение механических соединителей в цельнотканевых лентах позволяет значительно сократить время простоя и затраты на стыковку. Применение специального инструмента для установки механических соединителей обеспечивает стабильное качество стыка, выполняемого шахтёрами после ограниченного обучения.
3. Конструкция стыка и влияющие факторы
● Стык конвейерной ленты с многослойным тканевым каркасом
Натяжение через промежуточную резину передаётся от одного слоя каркаса одной конвейерной ленты к слою каркаса другой ленты, поэтому длина нахлёста слоёв каркаса должна быть достаточно большой, чтобы прочность промежуточной резины и ткани на сдвиг превышала разрывную прочность участка нахлёста слоёв каркаса. Кроме того, толщина и твёрдость стыка должны соответствовать ленте, а число слоёв стыка и толщина промежуточной резины также должны соответствовать ленте. Число ступеней с каждой стороны на единицу меньше числа слоёв каркаса, поэтому теоретически потери прочности стыка трёхслойной ленты с тканевым каркасом составляют 1/3, четырёхслойной — 1/4, пятислойной — 1/5. В двухслойной ленте для повышения прочности стыка применяют дополнительный промежуточный усиливающий слой, однако усталостная прочность такого стыка ниже. Способ нахлёста стыка четырёхслойной конвейерной ленты с тканевым каркасом приведён на рис. 1.
Конечная прочность ступенчатого нахлёста зависит главным образом от адгезионной прочности между промежуточной резиной и каркасом ленты, а также от прочности самой промежуточной резины. Разумеется, чем толще промежуточная резина, тем лучше результат стыка, однако толщина промежуточной резины должна соответствовать остальным участкам ленты.
● Стык цельнотканевой конвейерной ленты
Концы конвейерной ленты вырезаются в виде треугольных «пальцев», которые затем состыковываются; зазоры между «пальцами» заполняются резиновой смесью, сверху и снизу «пальцев» укладывается тканевый усиливающий слой, после чего наносится защитный резиновый слой. Весь стык вулканизуется под давлением в плитном вулканизационном прессе при температуре 165 °C. Способ пальцевой стыковки приведён на рис. 2.
Конечная прочность пальцевого стыка зависит главным образом от прочности стыковочного материала между «пальцами», адгезии между стыковочным материалом и «пальцами», а также от прочности самих «пальцев». Прочность «пальцев» зависит от их длины и ширины основания. Соотношение длины и ширины также определяет угол обрезки поверхности раздела «пальцев»; прочность промежуточной резины и величина передаваемого тягового усилия совместно определяют длину «пальцев». В практическом применении следует точно рассчитывать длину и ширину «пальцев», чтобы сократить время изготовления стыка.
● Стык конвейерной ленты со стальным тросом
Удаляют резину вокруг стальных тросов, состыковывают тросы, заполняют невулканизованной сердечниковой резиной зазоры между тросами и на концах тросов, с обеих сторон накладывают невулканизованную обкладочную резину, после чего весь стык вулканизуют под высоким давлением в плитном вулканизационном прессе при температуре 150 °C. Способ трёхступенчатого нахлёста стальных тросов приведён на рис. 3.
Стык конвейерной ленты со стальным тросом очень похож на пальцевый стык. Натяжение передаётся от одного конца конвейерной ленты к другому через резину между соседними стальными тросами. Конечная прочность стыка зависит от прочности промежуточной резины между стальными тросами, адгезионной прочности между промежуточной резиной и стальными тросами, а также от прочности самих стальных тросов. Боковые стороны и торцы заделанной части стальных тросов заполняются резиной для максимального увеличения адгезии между резиной и стальными тросами. При повышении прочности конвейерной ленты со стальным тросом отношение расстояния между тросами к их диаметру уменьшается, что приводит к соответствующему уменьшению количества резиновой смеси, заполняющей пространство между двумя соседними тросами, и снижает усталостную прочность стыка; в этом случае обычно применяют большее число ступеней для уменьшения плотности стальных тросов, однако с увеличением числа ступеней длина зоны стыка значительно возрастает, что увеличивает трудоёмкость стыковки и повышает вероятность концентрации напряжений.
4. Обслуживание стыков и причины их отказа
Стыки необходимо через определённые промежутки времени подвергать тщательному осмотру. Раскрытия по краям или на торцах следует своевременно ремонтировать. Растрескивание вдоль краёв ступеней или в зазорах между «пальцами» является ранним признаком усталости стыка. В четырёх углах стыка наносят постоянные метки и периодически измеряют изменение размеров между метками. Любое увеличение диагонали или линейных размеров между четырьмя углами должно служить основанием для замены стыка. Стыки стальных тросов можно сканировать оборудованием электромагнитной утечки потока или рентгеновским оборудованием; сравнение скан-изображений каждого стыка помогает оценить его целостность.
При установке механических соединителей также требуется специальный автоматизированный инструмент. В этом случае большинство рабочих после минимального соответствующего обучения могут освоить необходимые навыки и достаточно хорошо выполнить задачу. В благоприятных условиях качество стыка обычно стабильно, поэтому срок службы механического стыка также относительно стабилен. Усталость и износ механического стыка в конечном итоге приводят к его отказу. В нормальных условиях частоту повреждения стыков можно прогнозировать, поэтому легко планировать замену отказавших механических стыков.
Натяжение в зоне стыка конвейерной ленты обычно не превышает 30 % прочности ленты, но почему же отказы стыков всё ещё происходят часто? Здесь действует множество факторов: во-первых, конвейерная лента подвергается значительным ударным воздействиям; во-вторых, изготовленный стык имеет низкую усталостную прочность из-за технологических причин; в-третьих, стык приходится изготавливать в условиях, неблагоприятных для получения качественного стыка; в-четвёртых, конвейерная лента часто подвергается серьёзному износу; в-пятых, рабочие не прошли стандартного обучения или аттестации по уровню квалификации.
5. Заключение
Невозможно провести испытание срока службы уже выполненного стыка; качество готового стыка можно косвенно оценить по внешнему виду, точности размеров и траектории движения конвейерной ленты. Качество обкладочной резины стыка горячей вулканизации можно косвенно оценить путём измерения твёрдости. Однако всё это не может напрямую показать, достаточно ли хорошо соединены между собой полимеры внутри или достигнута ли требуемая прочность.
Высококачественный стык может быть получен только при строгом контроле качества в процессе его изготовления и заблаговременном предотвращении потенциальных факторов, способных снизить прочность стыка. В процессе изготовления стыка следует обратить особое внимание на следующие моменты:
(1) Разработать подробный технологический регламент стыковки и осуществлять контроль процесса стыковки, чтобы процедура стыковки соответствовала требованиям.
(2) Выполнять стыковку на специальном стыковочном стенде; стенд должен иметь достаточное освещение и вентиляцию, ровную поверхность, удобную для работы со всех сторон, а по обеим сторонам платформы должны быть установлены зажимы для отслоения конвейерной ленты.
(3) Проводить профессиональное обучение навыкам стыковки конвейерных лент. По окончании обучения оценивать и классифицировать точность и эффективность выполнения задач операторами.
(4) Использовать более автоматизированное стыковочное оборудование для уменьшения влияния человеческого фактора.
Таблица 1. Применимость трёх способов стыковки для трёх типов конвейерных лент
| Тип конвейерной ленты | Механические соединители | Холодная склейка | Горячая вулканизация |
| Многослойный тканевый каркас | Применяются для конвейерных лент класса до 1600S; прочность стыка может достигать максимум 60 % прочности ленты. Для большинства соединителей требуется специальный инструмент. Время простоя — 1 ч. Срок службы стыка — 15 000 циклов. | Применяется для конвейерных лент всех классов прочности; прочность стыка составляет 66–80 % прочности ленты. Специальное оборудование не требуется. Время простоя — 6–12 ч. Срок службы стыка — 100 000 циклов. | Применяется для конвейерных лент всех классов прочности; прочность стыка составляет 66–80 % прочности ленты. Требуется вулканизационная плита; инструмент тот же, что и для вулканизации ленты. Время простоя — 6–12 ч. Срок службы стыка — 200 000 циклов. |
| Цельнотканевый каркас | Применяются для конвейерных лент всех классов прочности; прочность стыка может достигать максимум 75 % прочности ленты. Для большинства соединителей требуется монтажный инструмент. Время простоя — 1–2 ч. Срок службы стыка — 25 000 циклов. | Применяется для конвейерных лент класса до 315S. Прочность стыка может достигать максимум 50 % прочности ленты. Время простоя — 8 ч. Срок службы стыка — 30 000 циклов. | Применяется для всех классов прочности. Прочность стыка составляет максимум 75 % прочности ленты. Требуется вулканизационная плита. Время простоя — 6–8 ч. Срок службы стыка — 100 000 циклов. |
| Стальной тросовый каркас | Применяются для конвейерных лент класса до 1600S. Прочность стыка может достигать максимум 40 % прочности ленты. Требуются специальные соединители; время простоя — 4–6 ч. Срок службы стыка — 1 000 циклов. | Не применяется | Применяется для всех классов прочности. Прочность стыка может достигать более 85 % прочности ленты. Требуется вулканизационная плита высокого давления. Время простоя — 10–14 ч. Срок службы стыка — 500 000 циклов. |
Мы используем данные, которые вы добровольно указываете в форме, только для ответа на запрос, подготовки технического предложения и дальнейшего делового общения.
Мы не просим передавать через форму конфиденциальные производственные данные. Отправляя запрос, вы подтверждаете согласие на обработку указанных контактных данных.
