CN115157501B - 一种输送带接头硫化机用矩阵式电磁感应加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种输送带接头硫化机用矩阵式电磁感应加热装置，包括屏蔽罩、导磁支撑块、矩阵式线圈、支撑薄板、保温棉、复合发热板、导热涂层、均热板、电源控制器；所述矩阵式线圈由若干独立线圈组成，独立线圈为矩形平面线圈，固定在支撑薄板上，导磁支撑块固定在复合发热板上，将复合发热板、线圈分割成N个加热空间，独立线圈底部由支撑薄板固定、侧面由导磁支撑块固定，保温棉布置在支撑薄板与复合发热板之间；屏蔽罩将导磁支撑块、矩阵式线圈、支撑薄板、保温棉包裹在复合发热板之上，复合发热板通过导热涂层与均热板紧密贴合。本发明应用在输送带硫化机中，解决了升温速度慢、电热丝承受压力导致易断丝的问题，能源利用率高、无污染、使用寿命长。

Description

一种输送带接头硫化机用矩阵式电磁感应加热装置

技术领域

本发明涉及一种输送带接头硫化机用矩阵式电磁感应加热装置，属于硫化加热领域。

背景技术

输送带具有拉伸强度高、摩擦阻力大、抗冲击性强等优点，广泛使用于煤炭、矿山、快递、粮食等运输领域。输送带接头硫化机作为连接输送带的关键设备，其硫化质量对输送带的寿命起到关键作用。目前接头硫化机主要采用电热丝加热，电阻丝加热贴片将热量通过热传导方式经材质为铝或钢的加热板传递给输送带进行硫化作业。电阻丝加热贴片不仅将热量向下传递给加热板，同时也会向上等量的传递给其他部件，虽然其上方常布置木板等保温材质，但也会造成能源的大量浪费，以致电阻丝加热方式的硫化机能耗大。同时，电阻丝加热贴片为了增加传热效率，需要与加热板紧密压合在一起，因此承受巨大的压力，易使电阻丝断丝，造成加热元件损坏，严重影响设备的稳定性。最后，电阻丝加热方式由于其热传导的传热机制，存在升温时间长的缺点，严重影响硫化效率。

电磁感应加热技术因其加热速度快、能耗低、绿色环保等特点被广泛应用在工业领域，但由于电磁感应原理导致单个线圈很难实现加热对象的温度均匀。

中国专利CN 210116093 U涉及一种橡胶皮带接头硫化机加热系统，包括加热板和操控系统，加热板内阵列设置有多个加热模块和传感模块，加热模块采用单电源双回路加热丝，传感模块包括温度传感器、压力传感器和变送器，所述传感模块将硫化机运行过程中的温度信号和压力信号实时传输至变送器；操控系统包括PC运算模块、PLC控制器触屏模块、伺服控制器和调整执行机构，在硫化设备的加热板中通过矩阵多点植入法植入加热丝、温度传感器、压力传感器，通过进行PC运算模块实现参数的实时显示与自动调整，实现了智能硫化，提高了硫化机的硫化稳定性，降低硫化机的维修成本。该专利采用单电源双回路加热丝加热方式，由于其热传导的传热机制，存在升温时间长的缺点，严重影响硫化效率，同时电阻丝易断丝，造成加热元件损坏，严重影响设备的稳定性。

中国专利CN 202873101 U涉及一种平板硫化机用绝缘隔热电磁加热装置，包括绝缘隔热板和控制器，其要点是：绝缘隔热板上至少设有一个凹槽，凹槽内设有电磁线圈，电磁线圈串联/并联/串并联混合连接成电磁线圈组，由盖板压在凹槽内，电磁线圈组与电磁控制器连接；为了保证使用的隔热性和安全性，绝缘隔热板和盖板由树脂纤维板/石棉水泥板制成；为了方便使用非铁磁性模具或小型模具，盖板的外表面还可安装由铁磁性材料制成的导热板。该装置虽然使用了多线圈设计，但线圈均在同一平面，产生相同的磁场；同时加热板材质为单一的铁磁性材料，上述两项会导致加热板上温度不均匀，对硫化质量产生不利影响。

中国专利CN 111361065 A的“一种钢丝绳芯输送带接头硫化电磁感应加热装置”发明专利，涉及矿井下钢丝绳芯输送带技术领域，公开了一种钢丝绳芯输送带接头硫化电磁感应加热装置，包括加热单元、加热控制单元和温度监测单元，加热单元包括：顶部开口的外壳，外壳内由下到上依次设置有下保温棉层、垫板、上保温棉层和钢板，垫板与上保温棉层之间设置有盘状电磁线圈，外壳内还设置有多个圆棒，每个圆棒的外周均设置有柱状电磁线圈，圆棒的底部与垫板固定连接，顶部穿过上保温棉层与钢板接触，外壳内壁设置有导电橡胶层；钢板用于封闭外壳的顶部开口；加热控制单元用于控制输入到盘状电磁线圈和柱状电磁线圈的电流，温度监测单元用于监测和显示钢板的温度。该发明专利虽然同样采用电磁感应原理技术，但由于主扁平线圈加上四角柱状电磁线圈的发热结构，为保证其加热板发热均匀，仅可作为正方形结构存在，不能适应不同型号输送带的硫化工艺需求，即输送带不同，所需加热板角度不同（一般为70-90°），同时，该发明专利没有考虑到线圈的散热问题，随着硫化过程的持续进行，线圈不可避免的产生热量，温度过高严重影响线圈的使用寿命，对整个设备的可靠性产生不利影响。

因此，输送带接头硫化机加热时间长、能耗高、温度不均匀、质量大、设备稳定性差是本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明旨在提供一种输送带接头硫化机用矩阵式电磁感应加热装置，利用电磁感应技术快速加热复合发热板，减少加热时间，提高工作效率，保证温度均匀性、减轻整机质量。

本发明提供的一种输送带接头硫化机用矩阵式电磁感应加热装置，包括屏蔽罩、导磁支撑块、矩阵式线圈、支撑薄板、保温棉、复合发热板、导热涂层、均热板、通风管、电源控制器；

所述矩阵式线圈由N个（N≥4，且N为偶数）独立线圈组成，独立线圈为矩形平面线圈，平铺在支撑薄板上方。导磁支撑块固定在复合发热板上，将复合发热板、线圈分割成N个加热空间，独立线圈底部由支撑薄板固定、侧面由导磁支撑块固定，保温棉布置在支撑薄板与复合发热板之间。屏蔽罩将导磁支撑块、矩阵式线圈、支撑薄板、保温棉固定在复合发热板上，复合发热板底部通过导热涂层与均热板紧密贴合。

所述导热涂层为柔性或流体物质，比如硅胶、石墨气凝胶，填充在钢板和石墨板以及均热板（铝板）间的空隙，起到粘连作用，同时也使热量均匀传递。

所述独立线圈通过串联或并联的方式与电源控制器连接，串联时，每个独立线圈的内侧线端与相邻独立线圈外侧线端连接，最后与电源控制器连接，电源控制器同步控制所有独立线圈；并联时，每个独立线圈的内侧线端与外侧线端与电源控制器连接，电源控制器可独立控制每个独立线圈。以矩阵式线圈的几何中心为原点，靠近原点的独立线圈中导线的间距大，远离原点的独立线圈中导线的间距小，通过改变不同区域独立线圈中导线的间距（疏密），可改变独立线圈对应复合发热板上加热功率的大小，实现复合发热板上温度的均匀分布。

所述矩阵式线圈中的独立线圈为平面线圈，各独立线圈不在同一平面内，独立线圈与复合发热板的垂直距离可调，分布在四角区域的独立线圈与复合发热板间垂直方向的距离较小，而分布在中心区域的独立线圈与复合发热板间垂直方向的距离较大；通过控制独立线圈与加热板的垂直距离调整独立线圈对应复合发热板上加热功率的大小，进一步提高复合发热板上温度的均匀性。本发明中，独立线圈与复合发热板的垂直距离在10~80 mm之间。所述矩阵式线圈中的独立线圈不与复合发热板平行，独立线圈远离整体结构中心原点的一端，相较靠近原点一端，离复合发热板的垂直距离更近，通过调整独立线圈各部位与复合发热板的垂直距离，进一步提高复合发热板上温度的均匀性。本发明中，独立线圈的水平倾斜角度在0~10°。

所述支撑薄板材质为强度较高、耐高温、绝缘绝磁材料，如环氧树脂板，为独立线圈提供支撑，同时将其固定在导磁支撑块侧壁上。

所述导磁支撑块为长方体结构，布置在每个独立线圈四周，将线圈独立设置（与周围部件隔开），材质为强度较高、耐高温的导磁性材料，可将每个独立线圈产生的磁场限制在各自区域，不影响其他独立线圈，同时导磁支撑块上方紧贴屏蔽罩，下方连接复合发热板，为整个装置提供骨架支撑作用，使矩阵式线圈结构不承受压力。

导磁支撑块上分布有椭圆孔，通风管与屏蔽罩上的椭圆型孔相连。外界可通过通风管向屏蔽罩内部提供一定压力的空气，经导磁支撑块上的椭圆型孔在矩阵式线圈所处空间形成单向气流，带走矩阵式线圈上的热量，由另一侧通风管排出，可实现矩阵式线圈的散热。进一步地，所述椭圆型孔的长边垂直于水平面，在保证空气顺利流通的情况下减少屏蔽罩及导磁支撑块水平方向的体积损失，以减少磁场的泄露。

屏蔽罩将矩阵式线圈结构产生的磁场限制在内部，防止磁场逸散。

所述复合发热板为平行四边形板，由石墨板与钢板组成，在平行四边形板的四个角上设置四个石墨板，其余中间部分为钢板。钢板与石墨板间隙填充有导热涂层，用于连接及传热。散热快的区域即复合发热板四角处材质为发热效率较高的石墨，散热慢的区域即复合发热板中心处材质为发热效率稍差的钢，通过调整复合发热板不同位置的发热功率，可进一步实现温度均匀性。进一步地，四角的石墨板大小应对称一致，但是具体大小可不定，可为平行四边形或其他形状。

所述均热板为铝板，通过导热涂层与复合发热板连接。

上述输送带接头硫化机用矩阵式电磁感应加热装置主体结构的横截面为平行四边形，根据不同型号输送带的尺寸、硫化工艺要求，平行四边形的锐角角度可在70~90°间调整。

上述输送带接头硫化机用矩阵式电磁感应加热装置用于输送带加热时，包括上、下两个加热装置，内部结构上下对称。通过上下均热板将输送带夹在中间对其加热。

本发明提供了上述输送带接头硫化机用矩阵式电磁感应加热装置的使用方法，包括以下步骤：

首先，将输送带接头放置在上、下两个加热装置中间，使上、下均热板与输送带接头胶面紧密结合，配合硫化机其他机构对输送带及加热装置施加一定强度的垂直压力，然后，启动电源控制器，通过导线对矩阵式线圈通入一定强度、频率的高频交流电，致使矩阵式线圈中的各独立线圈通过电磁感应原理在复合发热板上产生热量，热量再经复合发热板、导热涂层及均热板的传导，均匀地传递给输送带接头，在一定时间、温度、压力下，完成接头硫化作业。

本发明的有益效果：

（1）本发明将电磁感应加热技术应用在输送带硫化机中，相比传统的电热丝加热方式，从根本上解决了升温速度慢、电热丝承受压力导致易断丝的问题，提高了设备稳定性，同时也具有能源利用率高、无污染、使用寿命长等优点。

（2）本发明线圈为矩阵式多线圈结构。根据电磁感应原理，无论圆形单线圈还是矩形单线圈，都存在加热不均匀的问题，若整个加热板仅布置一个线圈，则加热板中心与边缘必定存在较大的温差。本发明设计了多组矩阵式线圈，将单个线圈发热的不均匀性限制在各自的小区域，同时，通过精确控制独立线圈所在区域的温度（因每个线圈设定角度、距离不同而有所差异），再配合复合发热板各区间的发热功率，进而可提升整个发热板温度的均匀性。

（3）本发明由于存在导磁支撑块，可为装置提供压力支撑，使其内部的矩阵式线圈不受压力，保护了矩阵式线圈结构的稳定性。

（4）本发明通过设置多个不在同一平面内的独立线圈，且各个独立线圈存在不同角度的倾斜，可进一步调整其在对应加热板板上的加热效率，进一步提升了整个加热板温度的均匀性。

（5）本发明所设计的复合发热板根据一定规则由具有不同发热效率的石墨和钢板组成，在发热材质上提升了温度均匀性，同时由于石墨材质的存在，减轻了加热装置的重量。

（6）本发明中的复合发热板通过导热涂层与均热板紧密相连，在传热途径上促进温度的均匀分布，保证热量由均热板均匀地传递给输送带。

附图说明

图1为本发明提供的输送带接头硫化机用矩阵式电磁感应加热装置的主视图；

图2为图1的侧视图；

图3为图1中部分阵式线圈结构布置示意图；

图4为复合发热板结构示意图；

图5为导磁支撑块结构及风道流向示意图；

图6为本发明实施例的工作状态示意图。

图中：1、屏蔽罩；2、导磁支撑块；3、矩阵式线圈；4、支撑薄板；5、保温棉；6、复合发热板；7、导热涂层；8、均热板；9、通风管道；10、电源控制器；11、石墨板；12、钢板；13、第一独立线圈；14、第二独立线圈；15为上加热装置；16为下加热装置；17为输送带。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例：

如图1~6所示，一种输送带接头硫化机用矩阵式电磁感应加热装置，包括屏蔽罩1、导磁支撑块2、矩阵式线圈3、支撑薄板4、保温棉5、复合发热板6、导热涂层7、均热板8、通风管9、电源控制器10；

所述矩阵式线圈3由N个（N≥4，且N为偶数）独立线圈组成，独立线圈为矩形平面线圈，平铺在支撑薄板上方。导磁支撑块固定在复合发热板上，将复合发热板、线圈分割成N个加热空间，独立线圈底部由支撑薄板固定、侧面由导磁支撑块固定，保温棉布置在支撑薄板与复合发热板之间。屏蔽罩将导磁支撑块、矩阵式线圈、支撑薄板、保温棉固定在复合发热板上，复合发热板底部通过导热涂层与均热板紧密贴合。

所述独立线圈通过串联或并联的方式与电源控制器连接，串联时，每个独立线圈的内侧线端与相邻独立线圈外侧线端连接，最后与电源控制器连接，电源控制器同步控制所有独立线圈；并联时，每个独立线圈的内侧线端与外侧线端与电源控制器连接，电源控制器可独立控制每个独立线圈。以矩阵式线圈的几何中心为原点，靠近原点的独立线圈中导线的间距大，远离原点的独立线圈中导线的间距小，通过改变不同区域独立线圈中导线的间距（疏密），可改变独立线圈对应复合发热板上加热功率的大小，实现复合发热板上温度的均匀分布。

所述矩阵式线圈中的独立线圈为平面线圈，各独立线圈不在同一平面内，独立线圈与复合发热板的垂直距离可调，分布在四角区域的独立线圈与复合发热板间垂直方向的距离较小，而分布在中心区域的独立线圈与复合发热板间垂直方向的距离较大；通过控制独立线圈与加热板的垂直距离调整独立线圈对应复合发热板上加热功率的大小，进一步提高复合发热板上温度的均匀性。本发明中，独立线圈与复合发热板的垂直距离在10~80 mm。所述矩阵式线圈中的独立线圈不与复合发热板平行，独立线圈远离整体结构中心原点的一端，相较靠近原点一端，离复合发热板的垂直距离更近，通过调整独立线圈各部位与复合发热板的垂直距离，进一步提高复合发热板上温度的均匀性。本发明中，独立线圈的水平倾斜角度在0~10°。

本实施例中设置了6个独立线圈，包括4个第一独立线圈和2个第二独立线圈，其中，第一独立线圈位于整体装置的四个角上（图1中矩阵式线圈的两侧），线圈密，第一独立线圈以远离矩阵式线圈原点的顶点为转轴点向上倾斜，第一独立线圈所在面与水平面的倾斜角度为5°，第一独立线圈中心处与复合发热板的垂直距离为15 mm；第二独立线圈位于矩阵式线圈的中心部分（见图1所示），线圈疏，第二独立线圈以远离矩阵式线圈原点的边线为轴线向上倾斜，第二独立线圈所在面与水平面的倾斜角度为7°，第二独立线圈中心处与复合发热板的垂直距离为25 mm。

所述支撑薄板4材质为强度较高、耐高温、绝缘绝磁材料，如环氧树脂板，为独立线圈提供支撑，同时将其固定在导磁支撑块侧壁上。

所述导磁支撑块2为长方体结构，布置在每个独立线圈四周，将线圈独立设置（与周围部件隔开），材质为强度较高、耐高温、导磁性材料，可将每个独立线圈产生的磁场限制在各自区域，不影响其他独立线圈，同时导磁支撑块上方紧贴屏蔽罩，下方连接复合发热板，为整个装置提供骨架支撑作用，使矩阵式线圈结构不承受压力。

导磁支撑块2上分布有椭圆孔，通风管与屏蔽罩上的椭圆型孔相连。外界可通过通风管向屏蔽罩内部提供一定压力的空气，经导磁支撑块上的椭圆型孔在矩阵式线圈所处空间形成单向气流，带走矩阵式线圈上的热量，由另一侧通风管排出，可实现矩阵式线圈的散热。进一步地，所述椭圆型孔的长边垂直于水平面，在保证空气顺利流通的情况下减少屏蔽罩及导磁支撑块水平方向的体积损失，以减少磁场的泄露。

屏蔽罩1将矩阵式线圈结构产生的磁场限制在内部，防止磁场逸散，提高能源的利用效率。

如图4所示，复合发热板6为平行四边形板，由石墨板11与钢板12组成，在平行四边形板的四个角上设置四个石墨板11，其余中间部分为钢板12。钢板12与石墨板11间隙填充有导热涂层7，用于连接及传热所述导热涂层为柔性或流体物质，比如硅胶、石墨气凝胶，填充在钢板和石墨板以及均热板（铝板）间的空隙，起到粘连作用，同时也使热量均匀传递。散热快的区域即复合发热板四角处材质为发热效率较高的石墨，散热慢的区域即复合发热板中心处材质为发热效率稍差的钢，通过调整复合发热板不同位置的发热功率，可进一步实现温度均匀性。进一步地，四角的石墨板大小应对称一致，但是具体大小可不定，可为平行四边形或其他形状。

所述均热板8为铝板，通过导热涂层7与复合发热板6连接。

上述输送带接头硫化机用矩阵式电磁感应加热装置主体结构的横截面为平行四边形，根据不同型号输送带的尺寸、硫化工艺要求，平行四边形的锐角角度可在70~90°间调整。

上述输送带接头硫化机用矩阵式电磁感应加热装置用于输送带加热时，包括上加热装置15、下加热装置16，内部结构上下对称。通过上下均热板将输送带夹在中间对其加热。

本发明提供了上述输送带接头硫化机用矩阵式电磁感应加热装置的使用方法，包括以下步骤：

首先，将输送带接头放置在上、下两个加热装置中间，使上、下均热板与输送带接头胶面紧密结合，配合硫化机其他机构对输送带及加热装置施加一定强度的垂直压力，然后，启动电源控制器，通过导线对矩阵式线圈通入一定强度、频率的高频交流电，致使矩阵式线圈中的各独立线圈通过电磁感应原理在复合发热板上产生热量，热量再经复合发热板、导热涂层及均热板的传导，均匀地传递给输送带接头，在一定时间、温度、压力下，完成接头硫化作业。

Claims (10)

1.一种输送带接头硫化机用矩阵式电磁感应加热装置，其特征在于：包括屏蔽罩、导磁支撑块、矩阵式线圈、支撑薄板、保温棉、复合发热板、导热涂层、均热板、通风管、电源控制器；

所述矩阵式线圈由N个独立线圈组成，N≥4，且N为偶数；独立线圈为矩形平面线圈，平铺在支撑薄板上方；导磁支撑块固定在复合发热板上，将复合发热板、线圈分割成N个加热空间，独立线圈底部由支撑薄板固定、侧面由导磁支撑块固定，保温棉布置在支撑薄板与复合发热板之间；屏蔽罩将导磁支撑块、矩阵式线圈、支撑薄板、保温棉固定在复合发热板上，复合发热板由钢板和石墨板组成，复合发热板底部通过导热涂层与均热板紧密贴合；

所述矩阵式线圈中的独立线圈为平面线圈，不在同一平面内，独立线圈通过串联或并联的方式与电源控制器连接；以矩阵式线圈的几何中心为原点，靠近原点的独立线圈中导线的间距大，远离原点的独立线圈中导线的间距小，通过改变不同区域独立线圈中导线的间距，改变独立线圈对应复合发热板上加热功率的大小，实现复合发热板上温度的均匀分布。

2.根据权利要求1所述的输送带接头硫化机用矩阵式电磁感应加热装置，其特征在于：所述独立线圈串联时，每个独立线圈的内侧线端与相邻独立线圈外侧线端连接，最后与电源控制器连接，电源控制器同步控制所有独立线圈；独立线圈并联时，每个独立线圈的内侧线端与外侧线端与电源控制器连接，电源控制器可独立控制每个独立线圈。

3.根据权利要求1所述的输送带接头硫化机用矩阵式电磁感应加热装置，其特征在于：独立线圈与复合发热板的垂直距离可调，分布在四角区域的独立线圈与复合发热板间垂直方向的距离较小，而分布在中心区域的独立线圈与复合发热板间垂直方向的距离较大；独立线圈与复合发热板的垂直距离在10~80 mm。

4.根据权利要求3所述的输送带接头硫化机用矩阵式电磁感应加热装置，其特征在于：独立线圈的水平倾斜角度在0~10°。

5.根据权利要求1所述的输送带接头硫化机用矩阵式电磁感应加热装置，其特征在于：所述导热涂层为柔性或流体物质，包括硅胶、石墨气凝胶中的一种。

6.根据权利要求1所述的输送带接头硫化机用矩阵式电磁感应加热装置，其特征在于：所述支撑薄板材质为环氧树脂板，为独立线圈提供支撑，同时将其固定在导磁支撑块侧壁上；

所述导磁支撑块为长方体，布置在每个独立线圈四周。

7.根据权利要求6所述的输送带接头硫化机用矩阵式电磁感应加热装置，其特征在于：导磁支撑块上分布有椭圆孔，屏蔽罩左右两侧各延伸出一个通风管；外界通过通风管向屏蔽罩内部提供一定压力的空气，经导磁支撑块上的椭圆型孔在矩阵式线圈所处空间形成单向气流，带走矩阵式线圈上的热量，由另一侧通风管排出，实现矩阵式线圈的散热。

8.根据权利要求1所述的输送带接头硫化机用矩阵式电磁感应加热装置，其特征在于：电磁感应加热装置主体结构的横截面为平行四边形，平行四边形的锐角角度可在70~90°间调整；所述复合发热板为平行四边形板，由石墨板与钢板组成，在平行四边形板的四个角上设置四个石墨板，其余中间部分为钢板；钢板与石墨板间隙填充有导热涂层，用于连接及传热；所述均热板为铝板，通过导热涂层与复合发热板连接；导热涂层填充在钢板和石墨板以及均热板间的空隙，起到粘连作用，同时也使热量均匀传递。

9.根据权利要求8所述的输送带接头硫化机用矩阵式电磁感应加热装置，其特征在于：四角的石墨板大小应对称一致，具体结构为与独立线圈角度一致的平行四边形。

10.一种权利要求1~9任一项所述的输送带接头硫化机用矩阵式电磁感应加热装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤：将输送带接头放置在上、下两个加热装置中间，使上、下均热板与输送带接头胶面紧密结合，配合硫化机其他机构对输送带及加热装置施加一定强度的垂直压力，然后，启动电源控制器，通过导线对矩阵式线圈通入高频交流电，使矩阵式线圈中的各独立线圈通过电磁感应原理在复合发热板上产生热量，热量再经复合发热板、导热涂层及均热板的传导，均匀地传递给输送带接头，在时间、温度、压力条件下，完成接头硫化作业。

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