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技術實力

傳動帶新產品研究進展

(無錫市貝爾特膠帶有限公司 江蘇無錫 214176)

摘 要  本文主要介紹國外近幾年來傳動帶品種新的一些新進展。傳動帶品質主要向高精度、高速度、大功率、高效率、高可靠性、長壽命、低噪聲、低振動、低成本、環保和緊湊化發展
關鍵詞  傳動帶 帶傳動 V帶 多楔帶 同步帶 進展

0 引言

    帶傳動是機械傳動重要的傳動形式之一,隨著工業技術水平的不斷提高以及對機械設備精密化、輕量化,功能化和個性化的要求,不斷向高精度、高速度、大功率、高效率、高可靠性、長壽命、低噪聲、低振動、低成本、環保和緊湊化發展,其應用范圍越來越廣,傳動形式愈來愈多。作為帶傳動中的主體部件——傳動帶也由原來的易損件向功能件方向轉變,在許多場合替代了其它傳動形式。其品種規格向多樣性發展,由傳統的普通包布V帶和普通平帶發展了窄V帶、寬V帶、廣角帶、聯組V帶、切邊V帶、多楔帶、同步帶、繩芯平帶和片基平帶等。這些傳動帶已廣泛應用于汽車、機械、紡織、家電、辦公自動化(OA),輕工、農機等各個領域,在國民經濟和人民日常生活中發揮著愈來愈重要的作用。隨著傳動帶品種多樣性、使用性能標準的不斷提高,在傳動帶生產中不斷采用了新材料、新技術和新工藝;使用越來越先進的生產裝備和檢測手段;理論研究和性能分析也更加深入,采用新的數學成果和計算機技術如大型FEM分析軟件。
我國傳動帶生產通過多年來的引進消化吸收和自行開發,已有長足的進步,尤其是上世紀90年代以來,以生產線繩V帶和切邊V帶、同步帶及多楔帶兩大系列產品為主要代表傳動帶,其生產裝備、工藝技術及產品質量已達到了相當水平。本文主要介紹國外近幾年來傳動帶品種新的一些新進展。

1 包布V帶
廣義的傳動帶是指在帶傳動中用于傳遞運動和(或)動力的柔性條狀物(帶),這里所說的傳動帶專指由橡膠或彈性材料與其它材料復合制造的帶,。按傳動機理可分為摩擦傳動帶(如平帶及V帶等)和嚙合傳動帶(同步帶);按使用材質可分為橡膠型、聚氨酯型和熱塑性彈性體型(TPE);按使用場合可分為一般傳動用傳動帶、汽車工業用傳動帶、農業機械用傳動帶和家電及辦公自動化(OA)用傳動帶等四類。
按其骨架材料結構可分為包布式簾布V帶和包布式線繩V帶。由于V帶的線繩結構比簾布結構合理、受力均勻、彎曲應力小等優點,可大幅提高帶的使用壽命和使用性能。先進工業國家早在60年代已完成了V帶結構線繩化聚酯化的更新換代,我國到上世紀90年代中后期才開始大規模包布V帶線繩結構化改造。一般傳動用包布V帶如按其截面形狀和使用要求還可分為普通V帶、窄V帶、聯組V帶、農機用半寬變速V帶和六角帶等如圖1。其結構主要由壓縮膠、強力層抗拉體、粘合膠、伸張膠和包布組成,如圖2。

 

包布V帶(三角帶)是傳動帶最主要品種,占我國傳動帶產量80%以上,其中又以普通V帶為主;國外先進國家以窄V帶為主。窄V帶是美國蓋茨公司上世紀50年代開發的一種全新系列高馬力V帶品種,由于結構合理,強力層線繩受力均勻、傳動功率大、傳動結構緊湊等,很快就取代普通V帶作為V帶的主要產品。
農機用V帶是指專用于農業作業、園藝和森工等設備用傳動帶,其品種規格幾乎包括所有的V帶品種和少量的平帶、多楔帶及異形帶等,其中最主要的聯合收割機主傳動無極變速器用變速V帶(無極變速帶)。其使用特點是工作環境惡劣(日曬雨淋、泥沙粉塵和油污等)、低速高負荷、高沖擊、極度拉伸曲撓和大打滑生熱,因此形成獨立的標準體系。
近幾年來,半喂式水稻聯合收割機在我國開始得到廣泛推廣應用,其主要技術來源為日本。其傳動系統中多用逆式張緊輪(背面張緊輪)來調節帶的張緊力且采用張緊式離合器。這樣的構造加上這種聯合收割機結構緊湊和大馬力,所用V帶截面型號又較小,其中W600、W800級帶(如圖3)強力層線繩需用芳綸,帶的結構和配方也要特殊設計,以保證帶橫向剛性和縱向柔性及帶耐熱性。

包布V帶是傳動帶較早產品,其產品外形尺寸、制造技術、所用材料和使用壽命也相對固定,已形成標準系列。但值得注意的是,國外近年推出一些創新產品。
1.1 Optibelt 紅標包布V帶 
紅標包布V帶Red Power II(紅龍三角皮帶)是德國Optibelt公司在上世紀末推出一款高性能包布V帶,其突出特點是:功率提高42%(如圖5),使用壽命提高一倍,達6年(國外V帶一般用3年,25,000h),傳動效率高達97%,無公差(S = C)、免維護(無需調整張力)等,綜合使用成本降低達20%。其結構如圖4,強力層采用高模量低收縮(HMLS)聚酯線繩,線繩上下有定向短纖維橡膠復合材料,制造工藝采用該公司專利技術OTV。

 

1.2  齒形包布V帶  日本阪東公司最近推出節能型齒形包布V帶,如圖6。其結構是將壓縮層做成齒形,減少彎曲損失,如圖7。與同類產品節能效果可節能4.3%(圖8),因彎曲應力小,傳動功率、傳動效率及使用壽命大大提高。

1.3  綠色環保V帶
近幾年綠色環保概念深入人心,各行各業都為此努力。傳動帶行業除了開發具有節能型傳動帶,還開發出環境友好型(eco-friendly)傳動帶。綠色環保型傳動帶所用的材料應盡量少用或不用石油衍生品、環境無害化學品及可回收利用。如Contitech的CONTI-V® PIONEER的包布V帶,如圖9。該帶的補強劑完全用天然礦石、軟化劑用菜籽油及棉包布等。

 

2  切邊V帶
切邊V帶是在包布V帶基礎上發展起來的,其型號規格與包布V帶相同。切邊V帶與包布V帶相比具有傳動效率高、傳動功率大、壽命長、節能效果明顯和傳動緊湊、可高速傳動等優點。切邊V帶結構特點是兩側面(工作面)無包布、壓縮膠摻有定向短纖維,強力層線繩采用特殊硬化處理的高強度化學纖維(一般是聚酯纖維)。有普通(REP)、層合(REL)和齒形(REC)等結構形式,如圖10,目前趨向于齒形結構(圖10c)。
齒形切邊V帶由于柔性好、可在很小輪徑下使用、變速范圍大,非常適用于制造變速V帶。工業用帶式無極變速器和座式摩托車均用齒形切邊V帶,基本采用這種結構。歐洲國家的聯合收割機也傾向于采用齒形切邊V帶用于無級變速傳動。

 

1.多楔帶

多楔帶集平帶柔性好和V帶傳動功率大優點于一身,是一種極有發展前途的新穎傳動帶,其結構以平帶為基體,內表面排布有等距縱向楔的環形傳動帶,如圖15。具有傳動功率、受力均勻合理、傳動比高、高速小輪徑、可反向多輪傳動等優點,得到迅速發展。尤其是汽車多楔帶,進入90年代國外已起基本使用這種帶作為發動機前端附件傳動輪系驅動用帶。為了適應更為苛刻汽車工業發展需要,國外廠家對多楔帶做了許多改進。

 

 3.1 齒形多楔帶  齒形多楔帶類似于齒形切邊V帶,即在楔部切成齒形,以提高帶的曲撓性能及帶散熱性能,可明顯提高帶使用壽命。固特異公司研究表明,相同的氯丁橡膠(CR)材料多楔帶,高溫疲勞試驗普通多楔帶66h,有齒多楔帶可達167h。有齒多楔帶還可降低對帶的裝配精度要求。但有齒多楔帶在使用時通過帶輪會帶進帶出空氣流,產生有節奏的氣流聲。固特異公司通過斜齒,DAYCO公司做成不規則齒來抵消這種聲音,可減少15dB左右的噪音,如圖16。

3.2 植絨多楔帶    多楔帶傳動缺點之一是傳動噪音較大,在低速或角速度變化快使用時,以及一段時間后,楔面磨損、硬化和張力松弛,或在雨天沾到水后,傳動時會發出刺耳的尖叫聲,影響汽車的NVH性能。解決辦法之一是楔面留有0.1~1.0mm高強度短纖維(如芳綸、PBO纖維等),如圖17。由于纖維摩擦系數穩定、具有吸音功能,因此大大降低多楔帶傳動噪音。

植絨多楔帶一般用特殊的研磨工藝來實現。研磨時,先將楔快速磨成大致的楔形,然后低速濕磨,將橡膠磨掉,楔面露出一定長度的纖維?;蛴脟娡糠椒?,將短纖維直接植楔面上。
  3.3 彈性多楔帶    彈性多楔帶最早用于白色家電如洗衣機、干洗機和健身器材等。原理是,帶的長度比輪系計算周長小,帶在裝配時,使用專用工具強制拉伸在固定的帶輪上,通過帶的彈性變形力使帶產生足夠的張力,如圖18。在整個使用過程中無需調整張力,這樣可以省略張力調節機構。

 

近幾年來,小型家用轎車為了簡化發動機前端附件傳動輪系結構也開始使用彈性多楔帶作為驅動用帶。                          
彈性多楔帶一般使用扯斷伸長率大于20%的高捻度的尼龍纖維作為強力層線繩。圖19為二種多楔帶拉伸性能對比。
    3.4 EPDM多楔帶   近年來,多楔帶在汽車得到普遍應用,而發動機室的溫度越來越高,有的要求橡膠件能耐150℃,瞬間能耐170℃,傳統氯丁橡膠(CR)顯然達不到要求。由于HNBR過于昂貴,人們在研究發現小量的油污并不對發動機前端的皮帶造成損害,可使用較廉價耐熱性好多的三元乙丙橡膠(EPDM)作為多楔帶主體橡膠材料。但EPDM耐磨性、高溫抗撕裂和動態性能不理想,與其它材料粘合差,這些都需要通過改性如添加ZDA或ZDMA和與其它材料并用加以解決。

4 同步帶
同步帶傳綜合了帶傳動與鏈條傳動、齒輪傳動的諸多優點,是一種傳動比精度高的傳動帶。其傳動原理是帶上的凸齒與帶輪上的齒槽強制嚙合而工作。即當主動帶輪轉動時能夠依靠帶齒與帶輪的依次嚙合將運動與動力傳給從動輪。因此,傳動中不存在滑差現象,即主動輪和從動輪線速度相同,可實現了主、從動輪的線速度同步。 帶輪角速度保持穩定,不產生沖擊。吸振性能好,噪音??;傳動裝置重量輕,熱量積累少,強制嚙合不打滑,因此傳動比較準確,可以獲得98%以上的傳動效率;變速范圍大,一般可達10,最高線速度可達50m/s;功率范圍可從幾W到幾百KW;帶的張緊力小,軸上的壓力輕,軸的彎曲變形減小,可延長軸承的使用壽命;結構簡單、緊湊,適宜于多軸傳動及中心距較大的傳動。 由于它兼有帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動的一些優點,因而當兩軸中心距較大,要求速比恒定,機械周圍不允許潤滑油污染,要求運轉平穩無噪聲,使用維護方便時,同步帶傳動往往是最為理想的傳動方式。
同步帶是1946年美國Uniroyal公司(傳動帶部分1990年代并入蓋茨)發明的,最早是梯形齒。70年代初該公司又推出圓弧齒同步帶(HTD),固特異幾乎同時開發出雙圓弧同步帶(STPD),80年代初意大利PEILLI又推出拋物線齒同步帶,德國Optibelt同時期也開發了“Ω” 圓弧齒同步帶(能用于不同齒形帶輪,被稱為萬能同步帶),90年代蓋茨又推出HTD2(HTD改進型即GT或YU)同步帶,古特異上世紀90年代末“人”字齒同步帶的開發成功,并于“ENGLE”標識推向市場。至此同步帶技術日臻完美,在許多領域替代了原齒輪傳動和鏈傳動,如汽車正時傳動(汽車同步帶)甚至手表等。

4.1  短纖維補強同步帶   自1975年HNBR首件專利公布以來,HNBR已逐漸發展成為當今世界汽車同步帶生產首選的標準彈性體材料。日本HONDA公司于1985年首次生產出裝備有以HNBR為基材制作的傳動帶的新型汽車。德國BWM公司亦于1997年通過由日本進口的HNBR同步帶而成為歐洲第一家裝有HNBR同步帶的汽車生產廠家。90年代后期,全世界汽車工業發展迅速,市場競爭激烈,汽車生產廠家紛紛想方設法通過最大限度地延長凸輪軸傳動同步帶的使用壽命來提高汽車發動機的工作性能,目前,世界上幾乎所有的汽車生產廠家都在通過采用HNBR同步帶來提高汽車的產品質量。實踐證明,在一般行駛條件下HNBR同步帶的工作壽命可達100 000~150 000km。
現代的汽車對同步帶的要求是:使用壽命達250 000~300 000km;使用溫度-35~150℃,瞬時高溫可答175℃;耐油性≥CR;150℃下臺架壽命可達3000h,而且在提高耐油性能時不犧牲其低溫性能,帶齒的動態儲存模量≥1.4MPa。要達到如此高的條件,只有采用過氧化物硫化的HNBR/甲基丙烯酸鋅(ZMA)復合物與芳綸短纖維補強的復合材料,如圖20。

 

4.2 有背布同步帶  汽車同步帶由于制造工藝的限制,帶的背部一般都是純橡膠,由于現在汽車同步帶在使用時背部需同時帶動其它部件如油泵及張緊機構,尤其是直噴式柴油發動機。要求要有很大的張緊力,這樣對背部磨損非常大,純橡膠無法達到要求。如將帶的背部做成有布(如圖21),則可大大提高帶的背部耐磨性。

4.3  耐油同步帶  自上世紀60年代,美國通用公司首次將同步帶用于新開發的頂制式凸輪(OHC)發動機替代原來使用的滾珠鏈條以來,由于同步帶具有同步性能好、噪音小、無需潤滑、重量輕、成本低和維修方便等諸多優點,迅速在汽車發動機正時傳動機構使用,尤其是小排量發動機,幾乎占100%。但是進入新世紀,隨著現代轎車發動機強化程度的不斷提高,排放法規不斷加嚴,維護周期的不斷延長(240 000 Km甚至300 000 Km)正時傳動機構的負荷不斷增大,對配氣正時的精度要求也越來越高,同步帶已越來越難滿足現代轎車發動機苛刻的要求,再加上正時鏈條技術的提高如強度、耐磨、降噪和優化設計等,克服了鏈條自身存在的缺點,凸現鏈條傳動大功率、無需維護和耐熱、耐油等固有的優點,因此近年來汽車發動機正時傳動機構有傾向于使用鏈條的趨勢。
為了與鏈條競爭,近年來國外傳動帶廠家如CONTITECH、GATES和DAYCO等開發了耐油同步帶,即同步帶可以像鏈條一樣直接與潤滑油接觸,省略張緊輪而用導軌張緊和導向(如圖22),這樣可以降低帶的摩擦系數30%,結構空間跟更為緊湊。
耐油同步帶是傳動帶技術的一大突破,改變了傳動帶不能與礦物油接觸的傳統觀念。其帶體配方需用高丙烯腈含量的HNBR,齒布涂覆膠料需含有大量的特氟?。≒TFE),強力層線繩以使用高強度復合玻纖或碳纖維,如圖23。

 

 4.4 “人”字齒同步帶 “人”字齒同步帶類(圖24)似于“人”字齒輪,最大的優點是降低噪音,傳動能力和使用壽命也大幅提高。這種帶是固特異上世紀90年代發明的,并于“ENGLE”標識推向市場。“人”字齒同步帶的開發成功,在同步帶發展歷史具有里程碑意義。該帶與相同的齒形直齒同步帶相比,噪音可降低10-26dB,使用壽命提高120%,傳動能力也大幅提高(或減少帶寬)等。

4.5   斜齒同步帶  斜齒同步帶(如圖25)特點與“人”字齒同步帶,其原理類似于斜齒輪,其螺旋角α≤10°。是日本大阪工業大學同步帶專家小山富夫最早研究的,日本阪東、三星和UNITTA做了許多實用化研究。

 

 

摘 要 本文介紹我國傳動帶品種、原材料、生產工藝和裝備的技術狀況,對其現狀與發展進行探討并提出我國傳動帶技術未來發展的幾點建議。
關鍵詞 傳動帶 帶傳動 V帶 多楔帶 同步帶 制造工藝 技術現狀 發展


0 前 言
帶傳動是機械傳動重要的傳動形式之一,隨著工業技術水平的不斷提高以及對機械設備精密化、輕量化,功能化和個性化的要求,不斷向高精度、高速度、大功率、高效率、高可靠性、長壽命、低噪聲、低振動、低成本和緊湊化發展,其應用范圍越來越廣,傳動形式愈來愈多。作為帶傳動中的主體部件——傳動帶也由原來的易損件向功能件方向轉變,在許多場合替代了其它傳動形式。其品種規格向多樣性發展,由傳統的普通包布V帶和普通平帶發展了窄V帶、寬V帶、廣角帶、聯組V帶、切邊V帶、多楔帶、同步帶、繩芯平帶和片基平帶等。這些傳動帶已廣泛應用于汽車、機械、紡織、家電、辦公自動化(OA),輕工、農機等各個領域,在國民經濟和人民日常生活中發揮著愈來愈重要的作用。隨著傳動帶品種多樣性、使用性能標準的不斷提高,在傳動帶生產中不斷采用了新材料、新技術和新工藝,使用越來越先進的生產裝備和檢測手段。
我國傳動帶生產通過多年來的引進消化吸收和自行開發,已有長足的進步,尤其是上世紀90年代以來,以生產線繩V帶和切邊V帶、同步帶及多楔帶兩大系列產品為主要代表傳動帶,其生產裝備、工藝技術及產品質量已達到了相當水平。本文主要闡述我國(不包括獨資和平帶)這兩大系列產品的品種、原材料、生產工藝技術和生產裝備以及標準化與應用研究的發展概況,介紹其現狀及未來發展趨勢。
1 傳動帶品種
廣義的傳動帶是指在帶傳動中用于傳遞運動和(或)動力的柔性條狀物(帶),這里所說的傳動帶專指由橡膠或彈性材料與其它材料復合制造的帶。按傳動機理可分為摩擦傳動帶(如平帶及V帶等)和嚙合傳動帶(同步帶);按使用場合可分為一般傳動用傳動帶、汽車工業用傳動帶、農業機械用傳動帶和家電及辦公自動化(OA)用傳動帶等四類。這里為敘述方便按其結構、制造方法和所用材質不同分述如下。

1.1 包布V帶
包布V帶按其骨架材料結構可分為包布式簾布V帶和包布式線繩V帶。由于V帶的線繩結構比簾布結構合理、受力均勻、彎曲應力小等優點,可大幅提高帶的使用壽命和使用性能。先進工業國家早在60年代已完成了V帶結構線繩化聚酯化的更新換代,我國到上世紀90年代中后期才開始大規模包布V帶線繩結構化改造。包布V帶如按其截面形狀和使用要求還可分為普通V帶、窄V帶、汽車V帶、六角帶和農業機械用變速V帶等。其結構主要由壓縮膠、強力層抗拉體、粘合膠、伸張膠和包布組成。
1.1.1 普通V帶 普通V帶(三角帶)在我國是主要的傳動帶產品,每年生產10多億AM,占V帶產量80%以上。我國上世紀70年代使用人造絲簾布作為骨架材料,上世紀80年代普通V帶開始使用聚酯簾布,上世紀90年代初,原嘉興橡膠廠和江蘇常熟大象橡膠工業有限公司分別與臺灣利百代公司和臺灣大象橡膠工業有限合資生產線繩包布V帶后,我國開始普通V帶全面的線繩化聚酯化改造。產量較大的廠家有紹興三力士、開封九龍、臺州三維和河北海斯德等,主要產地有浙江天臺、三門、紹興,河南尉氏,河北巨鹿和江蘇無錫等。
1.1.2 窄V帶 窄V帶是美國蓋茨公司上世紀50年代開發的一種全新系列高馬力V帶品種,由于結構合理,強力層線繩受力均勻、傳動功率大、傳動結構緊湊等,很快就取代普通V帶作為V帶的主要產品。我國起步較晚,早期上海膠帶有限公司(原上海膠帶廠)為解決大型設備傳動能力問題,用人造絲簾布制造過窄V帶。上世紀70年代原石油部為解決石油鉆井設備和抽油機帶傳動問題,由江漢機械研究所與宜昌中南橡膠廠和青島橡膠六廠合作開發線繩結構窄V帶,但由于材料尤其是骨架材料及工裝問題,沒有得到突破性進展。上世紀80年代中期,原石油部、原機械部和原化工部聯合立項對石油設備用聯組窄V帶進行聯合攻關,取得一系列成果,制造技術水平和產品質量(產品性能、使用壽命、傳動效率和傳動能力等)都達到當時國外先進水平,促進了我國V帶技術如工裝、原材料及理論應用研究發展,產品于1987年通過部級鑒定。
窄V帶是普通V帶一種很好替代品,在我國除石油行業外,其它行業沒有很好得到應用發展。主要原因一是推廣應用力度不夠;二是有些廠家沒有嚴格按窄V帶要求制造,如需使用聚酯線繩、氯丁橡膠和廣角布,無法發揮窄V帶應有的優點;三是國內廠家還沒有與普通V帶一樣形成系列化。
1.1.3 汽車V帶 1911年美國人蓋茨發明的V帶最早就用于汽車以驅動冷卻風扇,70年代,切邊V帶出現慢慢替代包布式V帶,到上世紀80年代完全被切邊V帶和多楔帶取代。我國最早是1945年由上海民業橡膠廠為進口汽車配件而生產,上世紀50年代國營上?;S按原蘇聯標準為我國第一輛解放牌汽車配套。上世紀80年代中期 ,我國一些汽車及拖拉機V帶和氣泵帶的專業生產廠家與南京玻璃纖維研究院(以下簡稱南京玻纖院)合作,成功研制了玻纖簾線強力層風扇帶和氣泵帶,并投入批量生產。用戶使用后普遍反映玻纖風扇帶和氣泵帶斷裂強力高、斷裂伸長率小,傳輸功率大 ,使用壽命長,正常情況下可行駛 4萬~5萬 km。而且, 用玻纖簾線作風扇帶強力層可解決使用過程中的早期過量伸長問題 ,避免膠帶在使用時打滑,直至上世紀90年代末才完全被聚酯線繩取代。目前汽車V帶在我國基本由切邊V帶和多楔帶取代。
1.1.4農業機械用V帶 是指專用于農業作業、園藝和森工等設備用傳動帶,其品種規格幾乎包括所有的V帶品種和少量的平帶及異形帶等,其中最主要的聯合收割機主傳動無極變速器用變速V帶(無極變速帶)。其使用特點是工作環境惡劣(日曬雨淋、泥沙粉塵和油污等)、低速高負荷、高沖擊、極度拉伸曲撓和大打滑生熱,因此形成獨立的標準體系。我國是個農業大國,國家非常重視農業機械化,大型聯合收割機以其生產效率高,適應于大規模作業而受到重視。聯合收割機主傳動無極變速器是聯合收割機的關鍵部件,變速V帶是其中主要部件,其性能和質量優劣將直接影響聯合收割機的工作狀態。我國農機V代產品是從70年代中期才開始起步的,當時國家提出加快實現農業機械化的設想,從國外引進了大批農業機械化等農業機械,國產的聯合收割機也相繼問世。為了這些聯合收割機維修配件和配套使用,一些膠帶廠如天津橡膠機帶廠、佳木斯機帶廠、哈爾濱北方橡膠廠和上海膠帶廠等開始開發農機V帶,當時由于生產技術,原材料和工裝等諸多問題,產品質量和性能一直無法滿足要求,如使用壽命小于100多小時,每個麥季要換好幾條單帶。為此從70年代末和從80年代初,中國農業機械化研究院和國內有關單位合作了進行大量研究攻關工作,取得一些成果如使用壽命提高到300多小時,但限于當時的條件,沒有得到突破性進展,產品質量穩定性也差。但重要的是出現了一批帶傳動研究專家,研制了多臺試驗設備,為我國后來帶傳動發展奠定了基礎。
80年代末天津機帶廠引進美國農機V帶制造技術,大大縮短了我國農機V帶與國外差距,HM型變速V帶疲勞壽命已超過100h,使用壽命達到兩個麥季。佳木斯機帶廠1998年引進德國SCHOLZ技術和裝備,疲勞壽命達到63h,產品經佳木斯聯合收割機公司等單位裝機試驗,在一個麥季和一個豆收考驗中效果良好。無錫龍山橡膠廠在原上海膠帶廠技術基礎上,通過自主開發,產品質量和生產規模在國內處于領先水平,產品大量與國內主要聯合收割機廠配套。

 


近幾年來,半喂式水稻聯合收割機在我國開始得到廣泛推廣應用,其主要技術來源為日本。其傳動系統中多用逆式張緊輪(背面張緊輪)來調節帶的張緊力且采用張緊式離合器。這樣的構造加上這種聯合收割機結構緊湊和大馬力,所用V帶截面型號又較小,其中W600、W800級帶強力層線繩需用芳綸,帶的結構和配方也要特殊設計,以保證帶橫向剛性和縱向柔性及帶耐熱性。無錫龍山橡膠廠于1996年開始研制,1998年列入國家經貿委和原機械部大型農機具重點配套件 “水稻聯合收割機專用V帶”技術創新項目,現已與多家水稻聯合收割機廠配套。
1.2 切邊V帶、多楔帶和同步帶
1.2.1切邊V帶 切邊V帶是在包布V帶基礎上發展起來的,其型號規格與包布V帶相同。切邊V帶與包布V帶相比具有傳動效率高、傳動功率大、壽命長、節能效果明顯和傳動緊湊、可高速傳動等優點。切邊V帶結構特點是兩側面(工作面)無包布、壓縮膠摻有定向短纖維,強力層線繩采用特殊硬化處理的高強度化學纖維(一般是聚酯纖維)。有齒形、平底和層合等結構形式,目前趨向于齒形結構。
國外自70年代出現以來得到迅速發展。切邊V帶早期在國外首先應用于汽車V帶,以解決高速公路使用包布式汽車V帶壽命低問題。我國在80年代初為解決嘉陵摩托車引進雅馬哈50輕騎配套問題,一些廠家開始用模壓方法試制變速帶,但壽命都很低,好的才2000-3000km,而且也不穩定。80年代中期,洛陽橡膠制品廠首先引進德國SCHOLZ技術和裝備,隨后無錫、貴陽、上海和開封相繼引進切邊V帶技術和裝備,我國切邊V帶才開始真正的發展。1991年無錫貝爾特膠帶有限公司(原無錫橡膠廠)為廣洲標致汽車配套的風扇帶通過標致法國總部認可,這也是我國生產的汽車傳動帶首次通過世界汽車廠商認可。上海橡膠制品二廠為上海大眾汽車開發的桑塔納轎車發電機皮帶得到大眾德國總部認可并獲好評。
齒形切邊V帶由于柔性好、可在很小輪徑下使用、變速范圍大,非常適用于制造變速V帶,工業用帶式無極變速器和座式摩托車均用切邊V帶。無錫貝爾特膠帶有限公司和浙江紫金港膠帶有限公司生產的切邊V帶為國內眾多摩托車廠配套。
切邊V帶在我國發展迅速,但主要集中于汽車用帶,產地主要集中在浙江三門、寧波、舟山,廣州花都,河北邢臺,貴陽和無錫等地。質量差異極大,較好的有無錫貝爾特、貴州大眾、寧波裕江、遼陽奔馬等與國內主機OEM的廠家。隨著汽車V帶逐漸被多楔帶替代,切邊V帶應向工業用帶發展。
1.2.2.多楔帶 多楔帶集平帶柔性好和V帶傳動功率大優點于一身,是一種極有發展前途的新穎傳動帶,其結構以平帶為基體,內表面排布有等距縱向楔的環形傳動帶。具有傳動功率、受力均勻合理、傳動比高、高速小輪徑、可反向多輪傳動等優點,得到迅速發展,尤其是汽車多楔帶,進入90年代國外已起基本使用這種帶作為發動機前端附件傳動輪系驅動用帶。
我國70年代上海膠帶廠生產聚氨酯多楔帶,遼陽奔馬膠帶在90年代初率先在國內自行開發汽車多楔帶為北京切諾基配套,其后貴州大眾、上海膠帶(后為上海ROULUNDS)和無錫貝爾特利用引進設備,寧波裕江利用國產設備開發汽車用多楔帶,產品為多家柴油機、輕轎車發動機和空調器配套使用。無錫貝爾特與一汽技術中心還聯合開發了EPDM多楔帶,產品已通過6DL新型柴油機2400h可靠性耐久試驗,并申請了專利(CN1651232A)。貴州大眾也開發了EPDM多楔帶(CN1746218A)。
近幾年我國滾筒式洗衣機發展迅速,為節省空間和簡化設計使用彈性多楔帶,上海五同為海爾生產這種帶。河北環宇和嘉興富麗還生產模壓多楔帶。
1.2.3 同步帶 同步帶傳綜合了帶傳動與鏈條傳動、齒輪傳動的諸多優點,是一種傳動比精度高的傳動帶。其傳動原理是帶上的凸齒與帶輪上的齒槽強制嚙合而工作。即當主動帶輪轉動時能夠依靠帶齒與帶輪的依次嚙合將運動與動力傳給從動輪。因此,傳動中不存在滑差現象,即主動輪和從動輪線速度相同,可實現了主、從動輪的線速度同步。 帶輪角速度保持穩定,不產生沖擊。吸振性能好,噪音??;傳動裝置重量輕,熱量積累少,強制嚙合不打滑,因此傳動比較準確,可以獲得98%以上的高效率;變速范圍大,一般可達10,最高線速度可達50m/s;功率范圍可從幾W到幾百KW;帶的張緊力小,軸上的壓力輕,軸的彎曲變形減小,可延長軸承的使用壽命;結構簡單、緊湊,適宜于多軸傳動及中心距較大的傳動。 由于它兼有帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動的一些優點,因而當兩軸中心距較大,要求速比恒定,機械周圍不允許潤滑油污染,要求運轉平穩無噪聲,使用維護方便時,同步帶傳動往往是最為理想的傳動方式。
同步帶是1946年美國Uniroyal公司(傳動帶部分1990年并入蓋茨)發明的,最早是梯形齒,70年代初該公司又推出圓弧齒同步帶(HTD),固特異幾乎同時開發出雙圓弧同步帶(STPD),80年代初意大利PEILLI又推出拋物線齒同步帶,德國Optibelt同時期也開發了“Ω” 圓弧齒同步帶(能用于不同齒形帶輪,被稱為萬能同步帶),90年代蓋茨又推出HTD2(HTD改進型即GT或YU)同步帶,古特異上世紀90年代末“人”字齒同步帶的開發成功,并于“ENGLE”標識推向市場。至此同步帶技術日臻完美,在許多領域替代了原齒輪傳動和鏈傳動,如汽車正時傳動(汽車同步帶)等。
我國同步帶起步較晚,70年代上海膠帶廠生產聚氨酯同步帶,節距采用原蘇聯標準為模數制。80年代初隨著我國引進設備的增多,備品備件問題日益突出,慈溪同步帶廠(現寧波伏龍)和無錫橡膠二廠開始研制橡膠型同步帶。80年代后期青島橡膠工業研究所(后轉讓給青島同步帶廠)、無錫貝爾特、上海膠帶和貴州大眾相繼引進了德國SCHOLZ技術和裝備生產同步帶,期間青島橡膠工業研究所與哈爾濱工業大學合作研究STPD齒形汽車同步帶;無錫貝爾特與一汽技術中心聯合開發488發動機用同步帶,性能指標達到克萊斯勒標準;上海膠帶廠為大眾開發桑塔納用同步帶。其后寧波裕江、貴州大眾和遼陽奔馬相繼開發成功汽車同步帶,為國內發動機廠配套。汽車同步帶開發成功標志著我國同步帶制造技術達到國際水平。無錫貝爾特還與一汽技術中心合作于1996年在國內率先開發成功氫化丁腈橡膠(HNBR)同步帶并申請了專利(CN1491978A)。
我國同步帶主要生產產地有浙江寧波、臺州、上海、江蘇無錫、泰州等地,較大廠家有寧波伏龍、慈溪慧鑫、余姚凱茨、寧海捷豹、上海五同等。


2 傳動帶用原材料
2.1 骨架材料
2.1.1聚酯線繩 V帶骨架材料,國外在60年代后期已基本實現聚酯化,在此之前大都使用人造絲纖維。聚酯線繩的 強度比 人造絲線繩高1.5倍以上。初始模量高 1倍以上,耐屈撓疲勞性能更好,且具有熱收縮性能,可補償V帶使用時的伸長。我國上世紀80年代初,原上海膠帶廠通過進口聚酯簾布首次開始在普通V帶大規模應用,廣州膠帶廠也通過進口聚酯線繩在普通V帶試用,以替代人造絲和維綸簾布作為強力層骨架材料。其間原吳江工業用布廠與北京橡膠研究設計院合作通過進口高強力聚酯纖維絲開始研制聚酯線繩,并于1987年通過原化工部鑒定。上世紀80年代后期和90年代初隨著我國高強力聚酯纖維絲的國產化,普通V帶強力層骨架材料逐步被聚酯簾布替代,期間還大量使用維尼綸簾布。90年代中后期,隨著大規模V帶線繩結構化改造,聚酯線繩開始大批量使用,目前V帶骨架材料已占主要。目前聚酯線繩每年消耗量約10 000多噸,主要生產廠家有蘇州米勒(德國獨資)、吳江宏達、金華、青島、青州等。
切邊V帶和多楔帶普遍采用硬化 聚酷線繩。為了使線繩切割后船保持其整體性,浸膠采用異氰酸酯有機溶液/RFL浸 體系。但普通的聚酯線繩也存在動態生熱大、高溫收縮高、易松弛等缺點,在高級傳動帶如汽車用切邊V帶、多楔帶及磨床用高速平帶等應用受到一定限制。因此國外先進國家在上世紀90年代又逐漸發展一種高模量低收縮(HMLS)聚酯線繩用于傳動帶骨架材料(強力層),大幅度提高了傳動帶的使用性能和使用壽命。所謂高模量低收縮(HMLS)聚酯纖維,是美國ALLIEDSIGNAL公司于上世紀80年代開發的一種尺寸穩定型高強度聚酯纖維(又稱DSP聚酯纖維,Dimensionally Stable Polyester yarn),這種纖維與普通型聚酯纖維相比突出的特點是:初始模量高,變形伸長小、尺寸穩定、動態生熱小,尤其是在高溫熱收縮小,而在低溫是熱收縮比普通型聚酯纖維大。用這種纖維制成的線繩特別適合于傳動帶的使用。如在汽車用切邊V帶、多楔帶,使用了這種線繩,可做到帶的免維護(Service-free)使用,即帶的整個使用壽命期間無需調整其張力。而使用普通的聚酯線繩,新帶在最初使用3000~5000KM,要調整一次張力,隨后使用期間還要調整2~3次的張力,使用壽命為6~8×104KM,而前者在無需調整張力的情況下,可使用8~10×104 KM,達到汽車發動機第一次大修水平。臺州弘宇和南通鶴鳴已批量這種線繩,性能與進口產品相當。
2.1.2芳綸 是美國杜邦公司發明的一種特高強度的纖維,適應于制造高負荷、強沖擊、低伸長的農機V帶、變速V帶和同步帶等應用。東華大學、北京橡膠研究設計院和西安交通大學進行過粘合和性能方面的研究,杜邦公司委托青島正元加工傳動帶用芳綸線繩。由于我國芳綸纖維需要進口,由于價格和原料來源的約束在我國應用較小。
2.1.3玻璃纖維線繩 玻璃纖維具有伸長小、模量高、耐熱性好等特點,在同步帶廣泛應用。從上世紀80年代中期,國內開始使用 研制氯丁橡膠同步帶,南京玻纖院 應市場需求研制成功了增強 氯丁橡膠用玻纖簾線。 這種玻纖簾線廣泛應用于工業同步帶及汽車同步帶中,填補了國內同步帶用簾線的空白。從上世紀90年代中期開始,南京玻纖院以汽車同步帶用簾線為重點開展了高性能玻纖簾線生產技術及生產工藝的研究開發工作,在纖維單絲隔離性 、線繩圓整度及橡膠粘合性方面取得了較大進展。中單絲的直徑和根數、構成簾線玻璃纖維紗的數量和結構特性、捻度、聚合物涂層的性質和含量以及生產玻纖簾線的工藝參數等。 增強橡膠用玻璃纖維一般是無堿 E玻璃纖維和高強 S玻璃纖維。 玻璃的成分決定了玻璃纖維的基本物理化學性能,如化學穩定性、耐熱性、電性質和光學性質等。除玻璃成分外,成型方法、成型條件、纖維表面狀態及表面缺陷與周圍介質之間的物理化學作用對纖維斷裂強度也有影響。目前南京、太倉和三門等均有生產同步帶玻璃纖維線繩,但質量穩定性還無法與進口相比,一些高性能要求的同步帶如汽車同步帶用玻璃纖維線繩還依賴進口。
2.1.4 錦綸彈線繩 近年來彈性多楔帶由于無需調節張力、傳動結構簡單,在我國滾筒洗衣機、健身器材、電動工具和汽車等開始應用,其所用的強力層采高捻度錦綸線繩,扯斷伸長達到20%以上。南通鶴鳴有生產。
2.2膠 料
包布V帶所用膠料包括壓縮膠、伸張膠、粘合膠和擦(涂)布膠,我國普通V帶大多使用天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠和小量再生膠,傳動帶是動態使用的橡膠制品,配方應考慮動態曲擾性能、生熱,包布膠還應考慮耐磨性,含膠率不應太低。近年來由于原材料成本壓力,一些廠家大量使用再生膠和無機填料以降低成本,使得帶很易龜裂和包布磨損,根本發揮不了聚酯線繩應有優點。
高級傳動帶如窄V帶、農機V帶、切邊V帶、多楔帶和同步帶應使用氯丁橡膠,氯丁橡膠具有強度高、耐熱 耐老化、耐臭氧、耐磨,曲撓疲勞性好,與其它材料粘合好。適用溫度范圍一般為 -30~10℃要求。 國外傳動帶大多使用低結晶性通用型氯丁橡膠如杜邦GRT,國內長壽化工正開發同類產品CR114,但質量穩定性還須提高,用得最多的是CR121。氯丁橡膠缺點是加工性能差如易焦燒、加工生熱大和易粘輥等,無錫華祥科技開發的氯丁橡膠防粘輥母膠可解決這些問題。


現代汽車由于對節能、環保、舒適、安全等的要求越來越高,使得整個發動機室結構復雜、緊湊工作時溫度較高,其中的橡膠件應具有耐高溫的性能。較長的維修期如要達到24 0000Km,對橡膠件的耐久性的要求也越來越高。氯丁橡膠的性能已達到極限,無法滿足現代汽車的要求。汽車同步帶已大量采用氫化丁腈橡膠作為主體材料。目前世界上生產氫化丁腈橡膠主要德國Lanxess和日本ZEON。我國我國蘭化公司于1999年開發成功并通過中試。
近年來,多楔帶在汽車得到普遍應用,由于氫化丁腈橡膠過于昂貴,人們在研究發現小量的油并不對發動機前端的皮帶造成損害,可使用較廉價耐熱性好多的三元乙丙橡膠(EPDM)作為多楔帶主體橡膠材料。但EPDM耐磨性、高溫抗撕裂和動態性能不理想,與其它材料粘合差,這些都需要通過改性和與其它材料并用加以解決。
切邊V帶、多楔帶和農機V帶在壓縮膠和伸張膠在膠料中摻入10%~30%短纖維,以提高帶的橫向剛性和耐磨性。富錦橡膠廠與北京化工大學合作開發的尼龍、滌綸和蘭棉系列短纖維在國內傳動帶廠得到廣泛應用。北京化工大學最近還開發芳綸漿粕,可用于性能要求更好傳動帶。
2.3 各種膠布
V帶使用的膠布,包括包布V帶的包布、切邊V帶和多楔帶的頂布、底布、層合布用帆布,聯組V帶連結層和大規格農機變速V帶包布用簾子布等,要求具將有較好的耐磨性、耐熱性和耐疲勞性能,與橡膠具有良好的粘合性能,并有適當的摩擦系數。帆布一般用平紋結構滌棉混紡布,滌含量以不超過40%為好,超過50%需進行RFL浸膠處理。吳江九龍和江蘇建湖冠華生產的一種廣角布,其經緯線夾角為110~130º,具有很好的耐曲性能,有利于V帶使用時的彎曲,目前已有廠家在高性能傳動帶使用。
同步帶的齒布和線繩需用布加以保護,以提高帶齒的抗剪切力和耐磨耗性,并使線繩不受輪齒的損害。要求布有很高的強度,一定的耐磨性和低的摩擦系數,一般用尼龍66高強絲制造。為了加工方便,其緯向應具有伸縮性。這種布(尼龍伸縮布)我國最早由東華大學為寧波伏龍開發的,目前國內有多家廠生產如無錫華祥、常州武進,蘇州吳江,浙江三門等。
3.制造工藝與裝備
3.1包布V帶
包布V帶按其骨架材料結構可分為包布式簾布V帶和包布式線繩V帶。因簾布V帶已近淘汰,這里主要描述線繩包布V帶制造。線繩包布V帶如按其截面形狀和使用要求還可分為普通V帶、窄V帶、汽車V帶和農業機械用變速V帶等,其制造工藝主要為:各部件準備(線繩掛膠、出片、壓縮膠條擠出、裁布),成型(排線、上壓縮膠、包布),硫化,檢驗(外觀、尺寸、性能)等。
3.1.1 部件準備
包布V帶生產部件準備包括線繩掛膠、出片、壓縮膠條擠出、裁布等,這里主要談談線繩掛膠問題。線繩雖然已經進廠前都在線繩制造廠經過浸膠粘合處理,但為了進一步提高線繩與膠料親和力及與橡膠的粘合力,一般在排線前都要進行掛膠處理。掛膠處理有兩種:
一是浸漿處理,即線繩通過浸漿機的浸漿槽中的膠漿進行表面浸漬。該浸漿機我國的無錫東海蘭溪及紹興駿馬等單位均有生產。該機采用電子調速直線電機往復運動有序的進行線繩浸漿和排列自動定量卷繞,結構簡單實用,缺點是由于未經烘干,膠漿易互相粘結,影響其均勻性,而且其表面的附膠量也很少。
二是線繩包膠,線繩包膠最早是德國貝斯托夫的技術,其包膠方法類似于電線電纜包膠工藝,在國外較為普遍采用。我國無錫貝爾特引進一套貝斯托夫線繩包膠機,辛集橡膠廠自主開發了該技術并已通過鑒定,無錫華偉為廣州膠帶廠生產過一套線繩包膠機。該機組由擠出機、擠出機頭、冷卻槽、表面噴隔離劑裝置和卷取裝置等組成。線繩經包膠后,徹底解決了困擾線繩V帶強力層線繩排列不均問題。


3.1.2 線繩包布V帶成型
線繩包布V帶成型工藝是將帶體的各部件結合成帶坯,這些工序過程包括抗拉體線繩排線,粘合膠片、伸張膠片及壓縮膠片(條)貼合,包布等。這些工序根據工藝不同可以一次完成如汽車V帶手工單根成型(目前已逐漸淘汰),也可以逐步完成即先將線繩、粘合膠片、伸張膠片及壓縮膠片(條)做成梯型帶芯,然后經包布成帶坯。
3.1.2.1 帶芯制造
目前我國帶芯制造基本上有如下三種成型方法:
A.單鼓成組成型法
帶芯單鼓成組成型法是在單鼓成型機進行的。該單鼓成型機的結構類似切邊帶成型機,主要由主傳動裝置、膨脹鼓、切割裝置、護套磨削裝置、尾架、放料、排線裝置、線繩張力系統和電氣控制系統等組成。我國1985年原沈陽膠帶總廠從日本神戶機械株式會社引進一套可生產長度為1219~3048mm的線繩包布V帶的單鼓成型機組。上世紀80年代無錫、洛陽和貴陽等單位先后從德國SCHOLZ公司引進的多功能成型機(萬能機)即可生產包布V帶帶芯。青島宜利達公司通過消化吸收已在“九五”期間完成該機的科研項目,并通過了原化工部鑒定。該成型方法為反成型法,即根據規格先膨脹鼓上做好護套,依此纏上伸張膠片、粘合膠片、線繩、壓縮膠片等,然后通過“V”型刀削去部分膠料,再用圓盤刀切成帶芯。該方法最大的優點是線繩張力均應,自動化程度高。由于切割護套制造費時費工和受膨脹鼓尺寸的限制,適于單一規格型號、長度≤2500mm大批量生產。
B.雙鼓成型法
上世紀90年代初,原嘉興橡膠廠和江蘇常熟大象橡膠工業有限公司分別與臺灣利百代公司和臺灣大象橡膠工業有限合資生產線繩包布V帶,引進了臺灣制造線繩包布V帶成套技術與裝備,其帶芯的制造方法即為雙鼓成型法。該方法是先將掛好膠的線繩在雙輥上排好線,貼上粘合膠和伸張膠,再根據規格切割成線坯,然后在另一臺機貼上經擠出機擠出的梯形壓縮膠條。由于該方法設備簡單、生產靈活、效率高,迅速在大陸推廣應用。目前在我國,80%以上線繩包布V帶生產采用該方法。該生產線最早由原嘉興橡膠廠消化生產,稍后有蘭溪鴻利公司與利百代公司合資生產,無錫華偉機械、紹興駿馬機器制造有限公司、無錫東海機器廠及蘭溪夏華橡塑機械廠等先后開始生產,并進行了改進。如無錫華偉已開發了第四代線繩成型機(牽紗機),顯出特點是張力系統采用恒張力結構、自動調長、自動放線、成組切線(CN 2411882)和觸抹屏控制等。紹興駿馬發明了槽輥排線(CN 2252095),解決了強力層線繩間距紊亂和線繩相互接觸摩擦的問題。王潔民發明的《V帶雙鼓成型機的線繩纏繞定位裝置》(專利申請號: 99258442 )保證不同型號V帶對不同型號線繩的各種不同繩間距離的要求。
C.雙鼓成組成型法
雙鼓成組成型法最早由原石油天然氣總公司江漢機械研究所高級工程師王潔民發明的一套帶芯制造方法(CN 1039993),在雙鼓成型法未大規模推廣應用之前,國內應用最多一種制造帶芯方法。制造過程為:在雙輥上排好線,貼上粘合膠和伸張膠,然后用壓型機壓出的成排壓縮膠直接貼和線繩上,用刀片切下單條帶芯。即墨新城機械有限公司目前生產該設備。該機由線繩導開裝置、浸膠烘干裝置、貼合裝置、切割裝置及控制裝置等組成??缮a周長為700~13000mm的線繩V帶,可單獨完成導開線繩、浸膠、成組壓合底膠、成組切割帶坯等工序。
另外值得一提的是,雙繩芯V帶成型技術。雙繩芯V帶具有傳動能力大、使用壽命長和傳動效率高,以及使用線繩少等優點,但帶芯制造技術國內一直無法解決。曹中華最近發明并申請了制造雙繩芯V帶帶芯裝置的專利(CN 2373628)。


3.1.2.2 包布
包布是將帶芯表面包上一層或數層膠布成帶坯的工序,其主要設備是包布機。國內原來使用的單工位包布機,存在包布不實,布邊不齊、生產效率低和勞動強度高等缺點。上世紀80年代原洛陽橡膠制品廠從德國SCHOLZ公司引進一臺雙崗位全自動包布機,其后三明化工機械廠進行了仿制,其自動化程度很高,結構緊湊,通過數字光電計數器設定包布長度和層數,自動地準確完成定長包布,并設有剪刀,可自動將包布剪斷。但對布寬精度和布卷的整齊程度要求很高,對膠布表面的粘性也有一定的要求,我國相應的裁布和卷曲技術跟不上,以及價格等因素一直沒有推廣開。 
目前國內應用較多的包布設備系從臺灣引進的四崗位包布機,該機事實上是帶芯成型(貼壓縮膠)和帶坯包布各雙崗位操作系統。包布裝置由帶坯壓合、自動包布、分離、尾包、壓合釋放一系列組成,即有兩個車頭箱和滑桿相連接組成,可供四個人同時操作{兩人上底膠、兩人外包布},包布時通過數字設定自動定長包布、收尾一系列動作完成。設備具有操作簡單、使用方便、自動化程高、手動自動兩用,勞動生產效率高等特點。
3.1.3 硫化
硫化是包布V帶生產最后一道工序,通過硫化將帶坯壓制成品V帶。包布V帶硫化工藝主要有鄂式平板硫化機、硫化罐和鼓式硫化機三種硫化方法。
A. 鄂式平板硫化機硫化
鄂式平板硫化機硫化是包布V帶最通用的硫化方法,上世紀80年代前,我國生產的包布V帶幾乎全部采用這種硫化工藝,這種方法最大的優點是生產靈活,不同規格型號和不同長度的可隨意更換和調節,模具投資省,操作簡單,硫化壓力大等。缺點是存在重復硫化、尺寸不穩定、外觀質量差、生產效率低等。較短的V帶(≤3.5mm)逐漸被硫化罐硫化所取代。
上世紀80年代中期,原上海膠帶廠為了適應包布V帶強力層骨架材料采用收縮力較大的聚酯簾布的需要,對鄂式平板硫化機做了些改進,加大了加壓液缸,調節滑塊采用導軌式等措施,該機后來在我國迅速推廣應用。為了解決鄂式平板硫化機硫化的V帶尺寸不穩定差的問題,陳建文對鄂式平板硫化機進行改進(CN2710873)
B. 硫化罐硫化
包布V帶硫化罐硫化在國外是一種非常普遍的硫化方式,較短的V帶(≤4500mm)幾乎采用這種方法。硫化罐硫化的包布V帶具有質量好、外觀漂亮、尺寸穩定(我國目前市場反映硫化罐硫化的包布V帶伸長大問題,筆者認為這不是硫化罐硫化本省問題。)、無需配組等優點。缺點是模具投資大,不適應長帶硫化等。
我國包布V帶硫化罐硫化起步較晚,北京橡膠二廠于上世紀80年代初曾開發這種技術用于生產汽車V帶。上世紀80年代中后期無錫、洛陽和貴陽等單位先后從德國SCHOLZ公司引進了硫化罐后,我國才開始逐漸應用。上世紀90年代,隨著我國線繩包布V帶生產技術的推廣,硫化罐硫化工藝才真正開始大規模應用。蘭溪鴻利公司開發的徑向啟閉式硫化罐(CN 2207275),它帶封閉端的罐體、罐蓋、罐體法蘭和罐蓋法蘭,密封圈以及鎖合罐體法蘭和罐蓋法蘭的鎖緊環組成。其特點為,鎖緊環是分成兩半,分別連接在罐體法蘭和罐蓋法蘭上的,開啟方式為水平單向移動啟、閉。其結構簡單,制造容易,開啟閉合省時、省力、自密性好等特點,在我國得到普遍應用。但徑向啟閉式硫化罐也存在安全性差、開啟罐蓋時易將密封圈拉壞等缺點。為了解決徑向啟閉式硫化罐存在安全性差問題,陳建文提出了一系列改進措施(CN 2407915、CN 2428282、CN 2413890)。華偉機械開發了自鎖式壓蓋硫化罐(CN 2383654),在缸蓋與缸體接合處的法蘭上分別均勻地布置可以相互嚙合鎖緊的齒,在機架與缸蓋上安裝有鎖定氣缸、旋轉氣缸及移動氣缸,從而改善了硫化罐使用安全性。開啟方式為為上下垂直移動啟、閉缸蓋,避免了密封圈拉壞現象。


C.鼓式硫化機硫化
V帶鼓式硫化機是包布V帶理想的硫化工具,在歐洲得到普遍應用,歐洲一些著名的傳動帶生產廠家,如OPTIBELT、CONTITECH、ROUNLDS等生產的無公差包布V帶就是采用這種工藝硫化的(這三家公司無公差包布V帶分別標識為S=C、L=L和T=S),其硫化方法(DE 2337749)是先將帶坯在自然狀態下通過V帶鼓式硫化機連續硫化,然后將未冷卻的帶移至特制定型裝置上加張力冷卻定型。我國在上世紀80年代初,由上海橡機廠開發V帶鼓式硫化機并在全國推廣,但因當時技術原因,沒有得到應用。上世紀80年代后期,佳木斯機帶廠引進SCHOLZ V帶鼓式硫化機,用于生產農機變速V帶,其成品質量明顯優于用鄂式平板硫化機硫化V帶。伏建元申請了V帶鼓式硫化機專利(CN2558502Y)。
3.2 切邊V帶、多楔帶和同步帶
從80年代中期開始,洛陽、貴陽、上海、無錫、青島、開封等地引進國外設備(主要為德國SCHOLZ公司的設備)和技術,開始生產這些傳動帶。近年來,我國多家單位對引進設備進行了消化吸收,結合我國實際也相繼生產了這些傳動帶成套生產設備。
切邊V帶、多楔帶和同步帶生產工藝和生產設備基本相同,只是某些具體工序所使用的設備和后道工序有所區別。生產工藝包括各部件準備(出片、短纖維膠片拼接、尼龍彈性布縫接、裁布),成型,硫化,打磨,切割,檢驗(外觀、尺寸、性能)等。
3.2.1 短纖維膠片拼接 
切邊帶和多楔帶用短纖維膠片中的短纖維取向方向必須與帶的運動方向相垂直,因此壓延后的短纖維膠片必須通過90橫裁后轉向對接才能用于成型。無錫橡膠廠引進過德國SCHOLZ公司一套短纖維膠片拼接機,該機主要由機架、導開糾偏裝置、儲片裝置、裁斷裝置、輸送裝置、拼接裝置、卷取裝置和電氣控制系統等組成。采用PLC控制,自動化程度及生產效率高,適用于厚度為0.5~2.0mm、寬度為≤1500mm的膠片的拼接。工作時,將膠片輥置于導開裝置上,經過儲片裝置利用機械手將導開的膠片引到預定位置,然后進行裁斷,輸送裝置將裁下的膠片輸送到拼接位置。當膠片末端落在拼接處時,控制長度的光電開關動作,輸送裝置停止運動。進行拼接并同時完成切邊后,由卷取裝置將膠片收起。裁斷并拼接后的膠片,長度準確,厚度均勻,纖維取向一致,拼接接頭平整、牢固、無搭接。青島信森公司通過消化吸收的短纖維膠片拼接機與SCHOLZ結構基本相同,目前已有多臺在國內生產廠使用。無錫東海機器廠簡化型短纖維膠片拼接機,滿足國內小型工廠的需求。
3.2.2 成型
切邊V帶、多楔帶和同步帶的成型一般在單鼓成型機上進行。同步帶用抗拉體為了消除線繩的捻矩效應,需用不同加捻方向的線繩(即“S”、“Z”捻)兩根同時排線,因此需兩套張力系統。我國多家單位早期從德國SCHOLZ公司引進的成型機,當時出于投資考慮,多進口多功能成型機(萬能機)。該機不僅可用于包布V帶、切邊V帶、多楔帶和同步帶的成型,而且可用于切割護套和同步帶背打磨和切割。該機由主傳動裝置、成型鼓、切割鼓、切割裝置、磨削裝置、尾架、四工位膠片導開裝置、排線裝置、雙工位線繩導開裝置和電氣控制系統等組成。雙位線繩導開裝置可同時完成兩根線繩的排放,線繩張力恒定可調,并可實現線繩同步回收。成型鼓為定直徑鼓,切割鼓為膨脹鼓,鼓的工作長度為1200mm,可成型周長為400~3120mm的膠帶。該機采用PLC控制,自動化水平、成型質量及效率都很高。由于每個膨脹鼓的膨脹范圍均在180mm左右(帶周長),因此每臺設備需配備幾個不同直徑的膨脹鼓和成型鼓,這相應增加了設備的造價。由于單機要完成多種任務,其使用效率大大降低。青島信森公司生產的DCV多功能成型機即屬此機。
將多功能V帶成型機的一些功能進行組合或分解又生產了一些專用設備,將切割和磨背功能合在一起的磨切機;單一功能的成型機、切割機、磨背機等等。這些設備只是在多功能V帶成型機的基礎上將不必要的功能部件去掉,保留所需功能部件,其結構基本相似。
切邊V帶、多楔帶和同步帶的成型機在我國有已有多家單位生產,除了青島宜利達公司承擔國家“九五”科技攻關項目并已全面完成外,青島信森、哈爾濱工業大學、西北工業大學、浙江工業大學、無錫開源集團、無錫東海、蘭溪夏華等均有生產,原理大同小異,產品有簡有繁,滿足不同層次用戶的需求。


青島宜利達公司還為海寧捷豹集團生產過一臺大型同步帶成型機,長度最大可達7000mm,解決大規格同步帶成型難的問題。
3.2.3 硫化
切邊V帶、同步齒型帶、多楔帶硫化與包布V帶硫化罐硫化相同,均可采用立式膠套硫化罐。按加壓方式的不同,膠套硫化罐可分為蒸汽加熱加壓和蒸汽加熱而水加壓兩種型式。目前,自國外引進的硫化罐及國產DLT硫化罐均為蒸汽加熱加壓式,該機采用PLD調節,溫度控制精度高,生產效率和制品質量也都較高,但需配用中、高壓蒸汽鍋爐。無錫東海為解決低壓硫化罐硫化問題,還開發了熱空氣加壓配套裝置。
蒸汽加熱而水加壓式硫化罐的壓力和溫度是分別控制。在保持最佳硫化溫度條件下,可單獨提高水的壓力。因此該硫化罐對鍋爐沒有特殊要求,用一般低壓鍋爐即可,但該機升溫較慢,生產效率低,且需配用高壓水系統。我國無錫東海、西北工業大學有生產。
3.2.4 切邊V帶切割
3.2.4.1單鼓切割
單鼓切割所用的單鼓切割機如上述多功能V帶成型機,切割前需先在膨脹鼓上做好切割護套并研磨圓整,通過兩片圓盤刀切割成單條切邊V帶,帶子截面均勻,生產能力大,但膨脹鼓投資大,護套制作費時費時。
3.2.4.2雙鼓切割
雙鼓切割用雙鼓切割機把硫化好的帶筒按寬度和角度的標準切割成單條帶子。最早是德國貝斯托夫發明的。我國原上海橡膠制品二廠、開封橡膠廠先后從德國引進該機,西北工業大學、青島信森、紹興駿馬開發這類設備。雙鼓切割機由主傳動裝置、切割鼓、張緊鼓、切割裝置、控制系統等組成。調節張緊鼓與切割鼓之間的距離便可切割內周長680~3000mm的帶子,帶筒的運動類似于傳動帶傳動。雙鼓切割機省掉了膨脹鼓和切割護套,可減少設備投資,但其切割精度較差,切割后的帶子需進行測長打磨。
3.2.5 多楔帶磨削
多楔帶磨削機用于對硫化好的多楔帶帶筒進行磨削,以形成多楔帶的楔面。該機按加工方法的不同可分為多楔帶單根磨削機和多楔帶整筒磨削機。無錫貝爾特、寧波同步帶廠、貴陽大眾、洛陽橡膠制品廠從引進德國Scholz公司多楔帶單根磨削機,無錫貝爾特引進整筒磨削機和單根磨削機。我國青島信森、無錫東海、無錫開源和蘭溪夏華等有生產。
3.2.5.1 多楔帶單根磨削
多楔帶單根磨削機由磨削裝置、主動輪、張緊輪、電控系統組成。將按寬度要求切割下的帶坯,套在主動輪上,用張緊輪將帶坯張緊,并通過專用成型磨削砂輪的高速旋轉進行磨削。該機適用于帶周長為600~2500mm、寬度不大于30mm的PJ、PK和PL的多楔帶的磨楔,磨削線速為30m/s。
3.2.5.2 多楔帶整筒磨削
多楔帶整筒磨削機的工作過程為:將與模具在一起的硫化好的帶坯筒連同磨具一起裝在磨削機的主軸上,隨主軸一起旋轉;每磨削完一段后,在橫向上移動一段距離再繼續磨削另一段,直至整個帶筒磨削完成。多楔帶整筒磨削機的生產效率比單根磨削機大,產品尺寸精度高,但對設備的加工精度及控制精度的要求也高,從而設備投資也高。
3.2.6 切邊V帶測長打磨
切邊V帶測長打磨機用于對切邊V帶的長度和露出高度進行測量,根據測量結果對切割V帶的楔角和寬度進行適量磨削修整,使帶的長度和截面尺寸均符合規定要求。我國青島宜利達公司、無錫開源集團、無錫東海機器均有生產。
切邊V帶測長打磨機由機架、帶長調整裝置、磨削裝置、測量裝置及控系統組成,測量長度為690~3600mm,打磨速度為60m/min。工作時,先對切割V帶長度進行測量,若短于標準長度,且在一定偏差范圍內,則對V帶的兩側面進行適當磨削,直至符合規定的尺寸要求;若符合規定的標準長度,則顯示該長度;若長度偏差大于公差上限,則不予磨削。


4 檢 測
傳動帶成品檢測包括外觀形狀(截面尺寸、長度、角度、露出高度和尺寸均勻性等)、物理機械性能(拉伸強度、模量、伸長率、硬度、摩擦系數、耐寒耐熱、耐溶劑、抗靜電和阻燃等)和動態性能(傳動功率、傳動效率、振動和噪音、疲勞壽命與可靠性等)等。
4.1 測長
我國自改革開放后,傳動帶的標準陸續按國際標準和歐美標準制(修)訂,這些標準長度是按基準制和有效制表示的,擯棄了我國沿用幾十年內周制,因此需用專用的測量工具測量。我國在上世紀80年代中,上海飛機設計所為配合《汽車V帶尺寸》標準的制定開始研制汽車V帶測長機。隨著我國V帶新標準的實施,V帶測長機成生產廠家必備的測量工具。青島橡膠工業研究所、營口試驗機廠、江都明珠材料試驗機廠均有生產。
同步帶測長機精度要求較高,一般采用比較法測量。無錫貝爾特從德國SCHOLZ引進一套同步帶測長機,東南大學、青島信森公司等有生產。
4.2 疲勞壽命
傳動帶都是在動態狀態下使用的,有的使用條件極為苛刻,如汽車、農用機械。如何模擬實況使用一直是傳動帶生產廠家和帶傳動研究重要課題。我國早在上世紀70年代末,中國農機院、江漢機械研究所和哈爾濱工業大學等,為配合當時的農機帶和石油機械用帶的研制,開始這方面的研究和疲勞實驗機的研制工作。
疲勞壽命實驗分為無扭矩法和有扭矩法,前者亦稱曲撓機。我國目前采用無扭矩試驗機為適應普通V帶新標準(GB1174-96)而研制的,即墨新城機械有限公司和江都明珠材料試驗機廠均有生產。試驗過程中實驗帶不傳遞扭矩,與帶輪之間無相對滑動,也不能使帶體內的張力產生變化,僅能模擬帶通過帶輪時產生的曲撓,記其曲撓次數和伸長率,一般需要5~7天。它是通過減小帶輪直徑或加大初拉力來強化疲勞的,與傳動帶實際使用情況的相關性差。但該試驗方法由于相關因子單一,試驗設備結構簡單、能耗小,是控制生產過程質量好辦法。龍山橡膠廠自行設計一臺農機V帶用曲撓試驗機。
有扭矩疲勞壽命試驗能夠在較短的時間內對傳動帶質量有一個全面和較準確的評價。國內洛陽、上海、貴陽、無錫、開封隨引進設備進口德國的汽車V帶疲勞壽命試驗機。哈爾濱工業大學曾為原上海橡膠制品二廠、長春汽車研究所研制等汽車V帶疲勞壽命試驗機。長春光機學院參照克萊斯勒汽車公司標準為遼陽機帶廠設計過一臺多楔帶壽命強化試驗臺。無錫貝爾特還引進汽車多楔帶疲勞壽命試驗機,可做高溫疲實驗。該機采用機械封閉原理,用電磁加載器加載。通過調節加載器工作電流的大小,可調節所加負載的大小。該機具有較好的節能效果,節能可達63%以上。它采用PLC控制,試驗數據可根據要求進行分段或即時打印。王潔民發明的“V帶全功能動態性能試驗裝置”(專利申請號: 99258441)利用現有V帶機械封閉試驗機的原理,并以其基本組成封閉試驗系統的主動軸總成進行簡化,并以此軸為對稱軸,在其反方向再增加一套同樣的封閉試驗系統,使兩個封閉試驗系統共用一個主動軸總成。這兩個封閉試驗系統組合后形成了兩個各自獨立的封閉力流,而兩試驗系統又組成了相互影響的整體,該裝置可進行各種V帶的有扭矩和無扭矩的全部動態性能試驗。
天津橡膠機帶廠引進美國農機V帶制造技術時,隨生產線引進一臺按美國農機V帶ASAE211標準設計疲勞試驗機(現在浙江紫金港膠帶有限公司),該機為我國農機V帶技術進步作了很大貢獻。
汽車同步帶疲勞壽命試驗機在我國較少應用,無錫、貴陽各從德國引進過一臺,寧波裕江特種傳動帶有限公司自主開發了汽車同步帶模擬工況疲勞壽命裝置,南京汽車廠為該廠生產的SOFIM發動機專門設計一套模擬工況疲勞壽命裝置,原石油天然氣總公司江漢機械研究所高級工程師王潔民最近為遼陽機帶廠設計一臺的汽車同步帶疲勞壽命試驗機,按照GB/T18183-2000.eqvISO10917:1995《汽車同步帶疲勞試驗方法》的標準要求,同時也適用于日本汽車標準JASOE110-92《汽車發動機用同步帶試驗方法》的要求,可進行高溫疲勞壽命試驗和噴水疲勞壽命試驗。青島信森機電有限公司正在研發該設備。
隨著我國汽車工業的發展和汽車性能的大幅度的提高,對汽車同步帶(時規帶)必然更苛刻的性能要求。ISO和國外先進國家都制定了汽車同步帶疲勞壽命試驗標準(我國已制定GB/T18183-2000),如何加緊我國汽車同步帶疲勞壽命試驗機研制、生產和推廣是一個非?,F實的問題。


5 展 望
雖然我國傳動帶行業工裝設備通過多年來的引進消化吸收和自行開發,已有長足的進步,也基本反映了我國傳動帶現階段發展水平,但與國外相比還有一定的差距。主要表現為:
(1)傳動帶生產企業技術工裝、管理水平和產品質量良莠不齊。有的工裝非常簡陋,管理混亂,所用的原材料質量低劣、配方成本極低,生產的產品無質量可言,靠低價和假冒進入市場,嚴重影響和擾亂了傳動帶市場的健康發展,尤其是新型傳動帶的推廣應用;
(2)一些高端用戶還無法進入。如高級轎車、高品質摩托車和高精度、高清潔要求家電和辦公室設備如攝像機、高清晰打印機和掃描儀等用微型同步帶、電腦磁盤用平帶。產品質量、精度和可靠性還需進一步提高。
(3)理論應用研究滯后。我國上世紀80年代和90年代,有一批帶傳動研究專家,許多大專院校設有帶傳動教研室如哈工大、吉工大、沈工大、上海機械學院等。對帶傳動知識普及、新穎傳動帶推廣和標準化都起了積極推動作用。但進入上世紀90年代后期,而以大專院校、研究院所為主要代表的理論研究則出現后繼乏人的局面,研究的成果創新性差,發表論文缺乏試驗依據,對傳動帶推廣應用極為不利。
(4)標準化工作不盡人意。 傳動帶的標準化工作多年來發經過努力,取得了一定成果,到目前為止,已有國家標準和各類行業標準約計80多項。已基本形成我國傳動帶標準化的完整體系,在一定程度上推動和促進了我國帶傳動技術理論研究、產品生產和使用。但由于歷史和體制原因,帶與帶輪標準化管理歸口不統一,所制定的標準有的相互矛盾,有的不能滿足傳動要求,有的性能指標混亂;與國際標準化組織ISO/TC41“帶輪和帶”對口的標準化技術委員會一直無法成立,給帶傳動標準化工作帶來較大不利影響。我國是國際標準化組織ISO/TC41“帶輪和帶”的P成員國,多年來一直未派代表參加會議,不能及時了解和及時追蹤國際傳動帶標準化動態,也無法發表我們的意見。
(5)某些傳動帶的工裝國內幾乎是空白。如雙面齒同步帶、開口同步帶、注射反應傳動帶、短纖維補強同步帶和斜(人字)齒同步帶和CVT用變速V帶等制造技術和工裝;
(6)幾乎無自主產權,國外大型傳動帶廠家傳動帶新品、制造技術和裝備多為自己開發或創新或改進的,多有自己的產權并注意保護,如蓋茨公司就在中國申請了100多個專利。隨著我國加入WTO和國家對知識產權保護的重視,這方面將會嚴重制約我國傳動帶的可持續發展和參于國際競爭等
(7)實驗檢測手段落后,國外大型傳動帶廠家非常重視傳動帶性能研究和產品質量控制,某些項目已做到在線檢驗。大型傳動帶廠家的各種動態實驗裝置就有數百臺套,其中三分之一用于新產品新工藝開發、三分之一用于生產過程質量控制、三分之一用于產品應用研究。對傳動帶進行多角度、全方位研究并都有自己獨特實驗方法。而我國只有少數幾個廠家才有1~3臺疲勞壽命機,而且經常處于故障狀態。
基于以上各點,尤其是我國已是事實上國際制造業基地,而世界傳動帶著名制造商都在中國設廠的形勢下,對于未來我國傳動帶的發展方向,筆者認為有如下幾點:
(1) 進一步提高質量,積極向國際標準和國外先進水平靠攏,如普通V帶使用壽命達到10 000h、高性能V帶達到25 000h、農機V帶1 000h、汽車V帶、汽車多楔帶和汽車同步帶達到240 000km;
(2) 包布式普通V帶、窄V帶應向無公差方向發展,傳動效率從現在的85~92%,提高到93~97%,提高5個百分點,相應節能3~5%;
(3) 開發國內急需的傳動帶品種和相應生產裝備如雙面齒、開口同步帶和彈性多楔帶;
(4) 加強對新技術、新工藝的研究和開發如注射反應傳動帶、短纖維補強同步帶、斜(人字)齒同步帶、熱塑性彈性體傳動帶(V帶、多楔帶和同步帶)及CVT用變速V帶等,并研制相應的裝備;
(5) 加強與大專院校、研究機構合作,對傳動帶性能進行多方位研究。重點壽命、可靠性、傳動功率和傳動效率。發揮中國機械工程學會帶傳動專業技術委員會紐帶作用。
(6) 成立與國際標準化組織ISO/TC41“帶輪和帶”相對應標準化技術委員會,參與國際標準化活動,清理現有標準,制定標準化發展規劃;
(7) 加強實驗設備的國產化工作并提高其可靠性,特別是高溫多楔帶實驗機、高溫噴水汽車同步帶疲勞壽命試驗機和摩托車變速V帶疲勞壽命試驗機的研制和推廣應用;
(8) 跟蹤下游用戶技術發展趨向,如混合電動汽車42V電機對皮帶的要求和影響,轎車柴油發動機對汽車同步帶特殊性能要求、歐洲排放標準(歐Ⅳ~Ⅶ)對汽車傳動帶壽命和可靠性要求等。跟蹤國際傳動帶行業發展趨勢,如皮帶與其它傳動元件(帶輪、張緊器、軸套和阻尼振動等)緊密結合,力求皮帶在最佳狀態使用;往模塊式、方案式發展;
(9) 有條件的傳動帶生產廠家應積極自行開發傳動帶生產技術和裝備,加強知識產權保護。

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