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啤嶺機電設備（上海）有限公司
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防水防塵托輥的設計原理及制造工藝

2013-10-21

陳國香
（徐州礦務集團有限公司權宇實業有限公司，江蘇徐州　221153）
　　摘　要：介紹了防水防塵托輥的設計原理和制造工藝。通過對影響托輥性能主要因素的分析，提出了采用唇式密封結構，以解決托輥工作過程中因存在“呼吸”現象而使潤滑油脂被污染，導致托輥失效損壞的問題。同時，改進托輥的生產工藝，設計專用卡具和設備，提高托輥的加工精度。現場使用情況證明，新型托輥在受力狀況、徑向跳動、密封效果及使用壽命等方面，比老式托輥有了較大改善。
　　關鍵詞：托輥；唇式密封；防水防塵；摩擦；潤滑
　　托輥是帶式輸送機中用量Z大、更換頻率Z高的零部件。托輥的質量直接影響帶式輸送機整機的正常運行、使用壽命和能耗。我國帶式輸送機所使用的托輥與國外托輥相比存在的問題主要是：使用壽命短；運行阻力系數大；密封效果不理想，防水防塵效果較差；結構不合理，潤滑和受力性能不好；加工制造精度不高。
　　目前，上先進的帶式輸送機帶速已達到4～6m/s。帶速的提高對托輥的轉速提出了更高的要求。隨著長距離、大運量、高速度、大功率帶式輸送機技術的日益廣泛應用，迫切需要縮短我國與先進工業國之間的差距，而研制新型托輥是關鍵之一。
　　1　影響托輥性能的主要因素
　　（1）密封。為了盡量減小托輥的旋轉阻力，目前托輥均采用非接觸式迷宮密封。雖然可以盡可能增加迷宮層數，并在迷宮密封腔中填充潤滑脂，但托輥的防水防塵性能仍達不到預期效果。當淋水或粉塵嚴重時，很易侵入托輥的密封，并擴散到整個密封結構。因此，在惡劣環境中使用幾百小時就會失效。
　　（2）筒體偏心。托輥偏心嚴重時，膠帶運行會發出異常噪聲，并因離心力作用而產生周期性的振動。偏心原因有兩方面：一是制造托輥的鋼管壁厚不均勻，二是兩端軸承與筒體同軸度偏差較大。
　　（3）軸承。軸承的使用壽命主要取決于質量、潤滑及所受載荷。托輥在高速轉動時，由于內摩擦產生熱量，從而引起軸承密封腔內溫度升高，潤滑脂出現汽化現象。托輥停止轉動后，軸承溫度降低，密封腔內氣壓下降，托輥吸入外界空氣，潤滑脂受到污染，油脂變質干化，軸承處于干摩擦狀態運行，從而加快軸承的磨損。
　　（4）潤滑脂。煤礦井下用托輥一般選用鈣基潤滑脂。鈣基潤滑脂抗水性能好，但熔點低，高溫時極易凝固，使用一段時間后就變色、變干，從而影響軸承的使用壽命。
　　（5）載荷。托輥載荷可分為靜載荷和動載荷。靜載荷主要是所傳送物料和輸送帶的自重，中間托輥受力Z大。托輥的動載荷主要包括：托輥轉動時偏心產生的動載荷，輸送帶及物料對托輥產生的沖擊等。
　　2　防水防塵托輥的結構、組裝及特點
　　2.1 防水防塵托輥的結構原理
　　防水防塵托輥主要由托輥筒體、軸承座、托輥軸、軸承及唇式密封圈構成（見圖1）。
　　2.1.1 唇式密封
　　將迷宮式塑料“小七件”密封改為唇式聚氨酯密封，防水、防塵性能有了根本改善。密封的作用是為防止外界灰塵、水分等浸入軸承。非接觸式迷宮密封雖然沒有磨損，但粉塵顆粒會因托輥“呼吸”，從縫隙侵入密封腔，防水、防塵效果不好。接觸式唇式密封采用性能穩定、精度高、耐磨、阻燃抗靜電的聚氨酯密封圈。三層唇形密封結構既保證了密封的可靠，又滿足了對托輥旋轉阻力的要求，從根本上解決了托輥防水、防塵問題。
　　2.1.2 專用軸承
　　在托輥軸承的選擇上，一般傾向于使用專用軸承，這樣可以提高托輥的耐沖擊力和整體質量，使托輥具有理想的靜平衡、動平衡和旋轉阻力。測試數據表明：即使在惡劣的工況條件下，專用軸承的壽命也可達到普通軸承的1.6倍，而旋轉阻力降低近1倍。與同類產品相比，動載提高28%，靜載提高12%。
　　2.1.3 潤滑油
　　采用英國制造的專用潤滑脂。特點是性能穩定，有較好的機械安全性，適應-40～120℃的環境溫度。
　　2.1.4 軸承座
　　軸承座的深度小，軸承的受力狀態得到了較大的改善。理想的軸承座應具有Z小的軸向深度，以使軸承與軸端距離盡可能小，從而降低重載運行時因軸端彈性變形而產生的阻力對軸承和密封的影響。在軸徑和受力條件相同的情況下，軸端徑向彈性變形量與支點到受力點（軸承到軸端支撐點）距離的三次方成正比，此距離越小越好。
　　2.1.5 筒體
　　筒體采用免加工止口形式，優點是影響筒體的自然圓度、壁厚公差等指標，易于在組裝時由設備自動調節同軸度。
　　2.2 托輥的組裝工藝
　　托輥的組裝采用專用卡具和設備，實現自動定和焊接。托輥組裝是以托輥軸為基準，在專用卡具內以軸為基準再定位筒體，以保證軸與筒體、兩端軸承的同軸度和兩端軸承座端面的平行度。徑向誤差由設備的專用卡具自動調整。
　　設計的專用卡具，以托輥軸外徑為基準，直接與筒體外徑定位，并將軸承座端面與筒體截面焊接，從而減小了中間工序產生的誤差對托輥幾何尺寸精度的影響。只要保證專用卡具的精度和托輥軸的精度，就能保證托輥的精度要求，從根本上消除了影響托輥偏心的因素。
　　2.3 防水防塵托輥的特點
　　2.3.1 密封性能好
　　新型托輥采用多唇式密封，由于是接觸式的，托輥內部與外界的通路被密封圈的唇完全切斷，從根本上解決了托輥的“呼吸”問題。這種結構設計的關鍵是解決唇式密封圈的幾何尺寸精度和材質的耐磨及穩定性問題。
　　2.3.2 結構合理，承載能力高
　　將軸承座、軸承、密封圈和擋板鉚合成一體形成一個整體部件，Z大限度地縮短托輥軸所受徑向載荷的力臂長度，減少托輥軸因受力而產生的變形量，保證兩端軸承的同軸度，進一步增強軸承座的強度與剛性，提高托輥承載能力。
　　2.3.3 生產工藝先進，質量可靠
　　通過采用專用設備、減少零部件的數量并配以Z優的組裝工藝，在托輥軸、軸承座、密封圈及筒體等部件的尺寸公差符合標準的基礎上，保證托輥裝配精度，提高產品質量。
　　3　使用效果
　　現場使用證明，新型防水防塵托輥克服了老式托輥受力狀況差、徑向跳動大、密封圈老化快、使用壽命短的問題。在大運量、高速度、工況條件差的情況下，能穩定地長時間運行，減少了設備停機檢修時間和故障出現的概率。以STD-1000/2×75型帶式輸送機為例，使用新型托輥與老式托輥比較，運行阻力降低92.13%，輸送帶張力降低93.8%，電機功率降低91.53%，效果明顯。
來源：《煤炭科技》2008年第4期