影响托辊使用寿命的原因分析与对策

李栋梁

（河北港口集团港口机械有限公司，河北 秦皇岛 066002）

0 引言

目前，港口用于煤炭、矿石等货物输送的通用带式输送机，多为长距离、大运量、高速度、大功率，一般运行带速为4～6 m/s。钢制托辊是目前使用最为广泛、用量最大、更换频次最高的港口通用带式输送机组成部件，其转速一般高达481～591 r/min。所以，托辊的质量直接影响着带式输送机的正常运行，影响着港口的吞吐量和经济效益。

反映托辊质量优劣的主要参数包括：旋转阻力、防尘性能、防水性能、轴向位移量、轴向载荷、跌落试验、外圆径向圆跳动，这也是托辊型式试验的检验项目。在《轻小型起重运输设备产品生产许可证实施细则（一）》中，托辊的旋转阻力、防尘性能、防水性能被列为A 类缺陷项，A类缺陷项是指影响人体健康、人身安全、设备安全及环保的主要使用性能的关键项达不到标准要求。也就是说，托辊的旋转阻力、防尘性能、防水性能是衡量托辊质量好坏的重要参数，如果这些参数中有一项不合格，则带式输送机就是不合格整机。

我公司通过对用户的跟踪走访，对多年来托辊使用情况数据进行统计分析，发现承载托辊损坏原因90%以上是由于轴承损坏造成的筒皮不转或者磨漏。尽管托辊在使用寿命周期内损坏数量占装机总量的比值很小，但必须进一步提高托辊使用寿命，制造出更高标准要求的托辊产品。

1 问题的分析

为保证托辊品质，公司生产的托辊全部采用日本精工NSK 或SKF 进口轴承，经进货检验数据分析和多年的使用经验判断，轴承很少存在质量问题，轴承的尺寸公差、游隙、硬度等性能指标一直稳定，轴承损坏的主要原因不是轴承本身质量原因引起。经排除法分析，托辊两端的密封件密封失效，粉尘、水进入轴承的润滑脂内，是造成轴承损坏、托辊筒皮不转的主要原因。密封件的结构、注油量及密封件压装直接影响密封的效果。

1.1 密封件结构与种类

托辊常见密封结构如图1 所示，有TKⅡ型、TK 型、DTⅡ型等型号。

1.2 试验检测

为了便于分析不同密封结构托辊的防尘、防水性能及对旋转阻力的影响，我们按工艺要求，制作了同一规格φ159×660、不同密封结构的托辊数根，按密封结构型式编号为TKⅡ、TK、DTⅡ，对托辊的旋转阻力和防尘、防水性能进行测试。

图1

1.2.1 旋转阻力试验

在环境温度20～25℃实验室，将托辊安装在旋转阻力测试试验台上，以1 450 r/min 转速连续跑合20 min 后开始测试。在辊子轴端安装一力臂杆，长度为l，力臂杆另一端置于测力计上，托辊以600 r/min 转速运行10 min，记录测力计读数FR，关闭电机，待托辊停下2 min 后，重新启动电机使托辊以600 r/min 向另一个方向旋转，运行10min，记录测力计读数FL。计算出FR和FL的算数平均值FRL=（FR＋FL）/2。

辊子的旋转阻力F＝2FRLl/d。其中d 为辊子的直径。

托辊辊子停止旋转1 h 后，无需再跑合，按上述步骤测试托辊辊子停止1 h 后的旋转阻力。

1.2.2 防尘性能试验

将托辊辊子安装在倾角为35°的防尘性能试验台上，辊子的一端放置在装有粒度小于0.635 mm 煤尘的密封轴头内，煤尘加入量为尘室容积的1/5。启动试验装置，使托辊辊子以600 r/min 的转速累计运转200 h 后，取出托辊，拆除轴承密封装置，检查轴承润滑脂内有无煤尘。

1.2.3 防水性能试验

试验托辊为非接触密封的防尘辊子，采用托辊淋水试验台进行试验。测定试验托辊质量m1，然后将托辊安装在倾角为35°的试验台上，使托辊以600 r/min 的转速运转，同时喷水管以0.45 L/min 的流量，将水温不高于40℃的清水直接喷射到旋转的托辊密封装置开口处，连续运转72 h，取出托辊并测定托辊质量m2。托辊进水量m3=m2-m1。

试验数据如表1 所示。

表1 托辊辊子旋转阻力、防尘性能、防水性能试验数据

1.3 分析

三种密封结构形式的托辊辊子动旋转阻力、停止1 h 后的旋转阻力、防尘、防水性能试验均符合文献［1］的标准要求。

TKⅡ型密封件结构简单，仅有两部分组成，这种密封件迷宫路径较短，充油情况下内外密封件相对转动阻力较小。由于密封圈之间的空隙较大，能充入较多的锂基润滑脂，足以防止粉尘的侵入。

TK 型密封结构迷宫路径较长，粉尘需经较长的路径才能穿过密封，所以该种密封结构具有更好的防尘防水效果，适于更为恶劣的环境。由于该密封结构迷宫路径长，迷宫道数较多，充油情况下内外密封件相对转动的阻力比TKⅡ型大，故旋转阻力比TKⅡ型大。

DTⅡ型较TK 型又增加了一道迷宫，迷宫路径更长，理论上防尘防水效果更好，但该种密封结构托辊旋转阻力是这三种密封结构形式托辊中最大的。此种密封结构常用于缓冲托辊。

表1 试验数据从侧面验证了上述分析。

2 解决方案

1）密封件的选用。通过上述试验及分析，无论采用哪种密封形式，生产出的产品均符合国家标准要求。如果一般工况条件下使用，为了减小辊子的旋转阻力，降低皮带机能耗，可选用TKⅡ型密封件结构形式托辊。较恶劣环境下使用，可选用TK 型密封件结构形式托辊。

2）密封件之间的空隙注油量。托辊辊子装配时，密封件中应充入性能不低于GB/T7324-2010 中规定的2 号锂基润滑脂，密封件之间的空隙必须充满，这直接影响着托辊辊子的防尘防水性能好坏，应引起足够重视。

3）密封件的压装。密封件与轴承座之间虽为过盈配合，但密封件压入轴承座后存在形变的可能，造成密封件和轴承座之间某一位置可能出现缝隙，粉尘有侵入的可能。密封件压装时，应在内密封与轴承座之间，内密封外沿儿上涂胶或采取其他密封措施。

3 结语

在托辊生产中，选用适当的密封件结构，严格控制密封件之间空隙的注油量，特殊处理内密封与轴承座之间可能存在的间隙。通过对生产过程细节的控制，经多年实践检验，托辊使用寿命不少于30 000 h，远远高于国家标准，寿命期内辊子损坏率不大于10%的要求。托辊使用寿命的提高减少了客户的使用及维修成本，降低了带式输送机因托辊损坏而造成的停机时间，提高了港口的经济效益。

［1］GB/T10595-2009 带式输送机［S］.北京：中国标准出版社，2009.

［2］JB/T8908-2013 波状挡边带式输送机［S］.北京：机械工业出版社，2014.

［3］XK06-05 轻小型起重运输设备产品生产许可实施细则（一）（千斤顶、手动葫芦、带式输送机产品部分）［S］.北京：中国标准出版社，2011.