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防水防塵托輥的設(shè)計原理及制造工藝

2013-10-21

陳國香
（徐州礦務(wù)集團(tuán)有限公司權(quán)宇實(shí)業(yè)有限公司，江蘇徐州　221153）
　　摘　要：介紹了防水防塵托輥的設(shè)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(jié)構(gòu)，以解決托輥工作過程中因存在“呼吸”現(xiàn)象而使?jié)櫥椭晃廴?，?dǎo)致托輥失效損壞的問題。同時，改進(jìn)托輥的生產(chǎn)工藝，設(shè)計專用卡具和設(shè)備，提高托輥的加工精度?，F(xiàn)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(guān)鍵詞：托輥；唇式密封；防水防塵；摩擦；潤滑
　　托輥是帶式輸送機(jī)中用量Z大、更換頻率Z高的零部件。托輥的質(zhì)量直接影響帶式輸送機(jī)整機(jī)的正常運(yùn)行、使用壽命和能耗。我國帶式輸送機(jī)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(yùn)行阻力系數(shù)大；密封效果不理想，防水防塵效果較差；結(jié)構(gòu)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(jìn)的帶式輸送機(jī)帶速已達(dá)到4～6m/s。帶速的提高對托輥的轉(zhuǎn)速提出了更高的要求。隨著長距離、大運(yùn)量、高速度、大功率帶式輸送機(jī)技術(shù)的日益廣泛應(yīng)用，迫切需要縮短我國與先進(jìn)工業(yè)國之間的差距，而研制新型托輥是關(guān)鍵之一。
　　1　影響托輥性能的主要因素
　?。?）密封。為了盡量減小托輥的旋轉(zhuǎn)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(shù)，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(dá)不到預(yù)期效果。當(dāng)淋水或粉塵嚴(yán)重時，很易侵入托輥的密封，并擴(kuò)散到整個密封結(jié)構(gòu)。因此，在惡劣環(huán)境中使用幾百小時就會失效。
　?。?）筒體偏心。托輥偏心嚴(yán)重時，膠帶運(yùn)行會發(fā)出異常噪聲，并因離心力作用而產(chǎn)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(zhì)量、潤滑及所受載荷。托輥在高速轉(zhuǎn)動時，由于內(nèi)摩擦產(chǎn)生熱量，從而引起軸承密封腔內(nèi)溫度升高，潤滑脂出現(xiàn)汽化現(xiàn)象。托輥停止轉(zhuǎn)動后，軸承溫度降低，密封腔內(nèi)氣壓下降，托輥吸入外界空氣，潤滑脂受到污染，油脂變質(zhì)干化，軸承處于干摩擦狀態(tài)運(yùn)行，從而加快軸承的磨損。
　?。?）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(diǎn)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。
　?。?）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(zhuǎn)動時偏心產(chǎn)生的動載荷，輸送帶及物料對托輥產(chǎn)生的沖擊等。
　　2　防水防塵托輥的結(jié)構(gòu)、組裝及特點(diǎn)
　　2.1 防水防塵托輥的結(jié)構(gòu)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(gòu)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(wěn)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(jié)構(gòu)既保證了密封的可靠，又滿足了對托輥旋轉(zhuǎn)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(zhì)量，使托輥具有理想的靜平衡、動平衡和旋轉(zhuǎn)阻力。測試數(shù)據(jù)表明：即使在惡劣的工況條件下，專用軸承的壽命也可達(dá)到普通軸承的1.6倍，而旋轉(zhuǎn)阻力降低近1倍。與同類產(chǎn)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(diǎn)是性能穩(wěn)定，有較好的機(jī)械安全性，適應(yīng)-40～120℃的環(huán)境溫度。
　　2.1.4 軸承座
　　軸承座的深度小，軸承的受力狀態(tài)得到了較大的改善。理想的軸承座應(yīng)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(yùn)行時因軸端彈性變形而產(chǎn)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(diǎn)到受力點(diǎn)（軸承到軸端支撐點(diǎn)）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(yōu)點(diǎn)是影響筒體的自然圓度、壁厚公差等指標(biāo)，易于在組裝時由設(shè)備自動調(diào)節(jié)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(shè)備，實(shí)現(xiàn)自動定和焊接。托輥組裝是以托輥軸為基準(zhǔn)，在專用卡具內(nèi)以軸為基準(zhǔn)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(shè)備的專用卡具自動調(diào)整。
　　設(shè)計的專用卡具，以托輥軸外徑為基準(zhǔn)，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(chǎn)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(diǎn)
　　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(nèi)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(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵是解決唇式密封圈的幾何尺寸精度和材質(zhì)的耐磨及穩(wěn)定性問題。
　　2.3.2 結(jié)構(gòu)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(chǎn)生的變形量，保證兩端軸承的同軸度，進(jìn)一步增強(qiáng)軸承座的強(qiáng)度與剛性，提高托輥承載能力。
　　2.3.3 生產(chǎn)工藝先進(jìn)，質(zhì)量可靠
　　通過采用專用設(shè)備、減少零部件的數(shù)量并配以Z優(yōu)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(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，保證托輥裝配精度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
　　3　使用效果
　　現(xiàn)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(yùn)量、高速度、工況條件差的情況下，能穩(wěn)定地長時間運(yùn)行，減少了設(shè)備停機(jī)檢修時間和故障出現(xiàn)的概率。以STD-1000/2×75型帶式輸送機(jī)為例，使用新型托輥與老式托輥比較，運(yùn)行阻力降低92.13%，輸送帶張力降低93.8%，電機(jī)功率降低91.53%，效果明顯。
來源：《煤炭科技》2008年第4期