带式输送机的新型托辊设计

张媛

摘 要：带式输送机在现代各行业中均有极广泛的应用，目前我国在长距离带式输送机关键技术研究和新产品的开发方面也都取得了长足的进步，但是与国际先进机型在很多方面还有较大差距。长距离带式输送机的技术攻关关键在于减轻整机运行阻力，解决整机中数量最多、所占整机阻力比重较大的托辊阻力是长距离输送的关键突破点。文章主要介绍带式输送机新型托辊的设计思想和结构形式优势，以及其对长距离带式输送机的发展所起的作用。

关键词：带式输送机；托辊；密封

两个世纪以来，托辊一直被人们认为是普通的、成熟的、简单的产品，也是一种易损件，国内外无数相关专业科研院所及从事生产的工程技术人员，致力于对托辊的研究改进，申报的专利有数百项，都没有能够解决托辊易损这一难题。托辊是带式输送机中用量最大的部件，托辊的性能好坏、寿命长短、旋转阻力的大小对带式输送机的影响均是非常巨大的，现在托辊的密封形式大多是采用在迷宫密封内设置污染物积存区，使进入托辊密封的污染物通过托辊自身的旋转产生的离心力存储在积存区内，不至于污染轴承，以此来保证轴承的使用寿命，但是这样的做法最终导致积存区的污染物越来越多，产生较大的旋转阻力，污染物与锂基润滑脂长时间混合在一起，也会污染轴承的润滑，降低轴承和托辊的寿命。所以密封性能的优劣才是托辊寿命及性能指标提升的关键所在，如果密封性能差，环境污染严重，轴承污染的时间无法确定，3-6个月污染损坏的屡见不鲜。国内外的工程技术人员都徘徊在迷宫式密封结构的误区里。然而迷宫密封永远不能彻底隔绝污染物的影响，真正的控制应该以疏导为主，根据该原理，设计出能够控制污染源的新迷宫式密封结构，使淋水和粉尘不能进入最外侧的第一道迷宫式密封，保证托辊中轴承长期在良好的润滑状态下工作，达到其正常的使用寿命。

1 国内现普遍使用的带式输送机托辊的结构形式

密封组件数量：5件

密封长度：88.1mm（微隙长度0mm）

托辊总质量：15826.21 克

旋转部分质量：10998.30 克（不含轴承）

实测旋转阻力：2N（平均）

图1

托辊性能特点：（1）密封组件数量5件，组件数量较多，误差累计影响托辊的各项性能指标。（2）在安装时，由于密封组件是过盈配合，所留密封间隙不能完全打开，增加旋转阻力。（3）污染物积存区2处，由于不能有效的控制污染物的进入，因此在托辊组装过程中轴承座腔体及迷宫密封中需充满锂基润滑脂，增大了托辊的旋转阻力，也造成了浪费，平均旋转阻力为2N。（4）该密封结构形式并不能有效的控制污染物进入密封系统内部，在迷宫密封和罩盖之间设置较大的污染物积存区虽然可以在一定时间内控制一定量的污染物，让其随托辊的旋转产生的离心力积存在此处，不至于污染轴承的润滑系统，但是较长时间的时候后，污染物的积存逐渐增多，势必导致托辊的旋转阻力上升及污染轴承的密封系统。（5）筒皮材料Q235无法达到耐磨要求，是使用过程中最易损的部件，平均使用寿命3万小时。（6）防水性能差，浸水试验结果进水量为200克。通过对现有托辊性能、结构、组件的研究、分析与设计开发，为了能够彻底降低托辊旋转阻力、提升托辊寿命，同时为长距离带式输送机的研发奠定基础，设计开发了新型托辊。（如图1）

2 新型托辊结构

托辊性能特点：（1）密封组件数量5件，迷宫密封系统采用高分子材料，设计为整体式结构，在托辊组装前，密封组件可在安装前先压合成一个整体密封组件，简化了压装程序，也便于托辊自动生产线中机械手抓取密封组件。（2）防护罩也用高分子材料，与密封系统整体压装，缩短托辊加工制造周期，依靠其弹性变形将密封系统压装到位后自动回弹。（3）污染物积存区2处，轴向密封微隙的布置，更可靠的设计方式可以保证微隙尺寸的精确配合，严格控制进入密封系统的污染物，污染物积存区设置在迷宫密封系统、径向微隙密封外部即轴承座锥形口处，污染物粉尘在进入迷宫密封系统前，由于积存区的进出口在积存腔的同侧，粉尘形成涡流，并使粉尘的速度降低，被吸附于积存区密封组件上，通过托辊旋转产生的离心力排出托辊外部，有效的控制了污染物对系统的影响，提高了轴承及托辊的使用寿命。外密封罩内部冲压成方孔网格形式，有利于油脂的保存，能够更好的吸附污染物，且该密封组件内部不许涂抹大量润滑脂，只需将雾化润滑油喷涂在密封腔体之间，由于微隙的存在就可以有效的防止污染物对密封系统的污染，经测试旋转阻力只有1N。（4）筒皮采用3mm厚不锈钢，屈服强度、耐磨性提升，预计可将寿命延长至5万小时。（5）经浸水试验测试，进水量为40克，是原托辊进水量的20%。（如图2）

3 新旧托辊结构性能综合对比

图3

3.1 辊壳设计

旧托辊筒皮材质为Q345钢，厚度为4.5mm，低阻力托辊材质为不锈钢，厚度为3.25mm，其重量下降了28%，耐磨性提高了2倍。旧托辊轴承座材质为08AL，厚度为4mm，低阻力托辊材质为20#，厚度为3mm，其重量下降了25%，强度上升了20%。轴承由低阻力轴承接替普通轴承，其填充的油脂量减少，阻力下降50%。

3.2 密封組合

密封组件都是由高分子材质制成，其性能优良，带来了一系列的性能优化：径向间隙变小和防尘防水性能增强了，进水性下降了83%，且密封的压装也是整体压装好在压入辊壳，这样使得密封组件的弹性恢复，打开了自然间隙，更有助于提高设计间隙的精度和防水性能。

表1 改造完成后达到性能指标

4 新型托辊对带式输送机整机发展的影响

新型低阻力长寿命托辊的研发成功，解决了长距离带式输送机的突破瓶颈，对整机运行阻力降低起到了关键的作用，避免因带式输送机输送距离过长、阻力过大而必须选择更高强度、更厚胶带导致的阻力上升的瓶颈问题。在该托辊研发成功的基础上，2014年我单位将1.4米顺槽可伸缩胶带机的运输长度从单点驱动3000米一举延长至6000米，同时也将带式输送机的长距离研发制造带上了一条节能、环保的新的道路，使现带式输送机托辊的完美更新换代产品，填补了国内煤矿行业的空白，推动了国内胶带机制造业的发展。大大提高我国煤炭连采掘进装备的专业化生产水平，提升了我国煤炭机械产品在国际市场上的竞争力，对于开拓煤机装备市场的新领域具有广泛而深远的意义。

人类社会之所以能不断的发展进步，是因为人们从来都没有停下探索的脚步。我们相信不断地探索进步终将会实现我们的梦想、祖国的梦想。

参考文献

[1]黄万吉.矿山运输机械设计[M].沈阳：东北工学院出版社，1999.

[2]郭章，周哲波，李大钊，等，带式输送机托辊的长寿命密封设计[J].机械设计与制造，2008（3）.

[3]宋伟刚，通用带式输送机设计[M].北京：机械工业出版社，2006.

[4]唐民，朱拴成.煤矿带式输送机[M].北京：中国矿业大学出版社，2013.