帶式輸送機的新型托輥設計

張媛

摘 要：帶式輸送機在現代各行業中均有極廣泛的應用，目前我國在長距離帶式輸送機關鍵技術研究和新產品的開發方面也都取得了長足的進步，但是與國際先進機型在很多方面還有較大差距。長距離帶式輸送機的技術攻關關鍵在于減輕整機運行阻力，解決整機中數量最多、所占整機阻力比重較大的托輥阻力是長距離輸送的關鍵突破點。文章主要介紹帶式輸送機新型托輥的設計思想和結構形式優勢，以及其對長距離帶式輸送機的發展所起的作用。

關鍵詞：帶式輸送機；托輥；密封

兩個世紀以來，托輥一直被人們認為是普通的、成熟的、簡單的產品，也是一種易損件，國內外無數相關專業科研院所及從事生產的工程技術人員，致力于對托輥的研究改進，申報的專利有數百項，都沒有能夠解決托輥易損這一難題。托輥是帶式輸送機中用量最大的部件，托輥的性能好壞、壽命長短、旋轉阻力的大小對帶式輸送機的影響均是非常巨大的，現在托輥的密封形式大多是采用在迷宮密封內設置污染物積存區，使進入托輥密封的污染物通過托輥自身的旋轉產生的離心力存儲在積存區內，不至于污染軸承，以此來保證軸承的使用壽命，但是這樣的做法最終導致積存區的污染物越來越多，產生較大的旋轉阻力，污染物與鋰基潤滑脂長時間混合在一起，也會污染軸承的潤滑，降低軸承和托輥的壽命。所以密封性能的優劣才是托輥壽命及性能指標提升的關鍵所在，如果密封性能差，環境污染嚴重，軸承污染的時間無法確定，3-6個月污染損壞的屢見不鮮。國內外的工程技術人員都徘徊在迷宮式密封結構的誤區里。然而迷宮密封永遠不能徹底隔絕污染物的影響，真正的控制應該以疏導為主，根據該原理，設計出能夠控制污染源的新迷宮式密封結構，使淋水和粉塵不能進入最外側的第一道迷宮式密封，保證托輥中軸承長期在良好的潤滑狀態下工作，達到其正常的使用壽命。

1 國內現普遍使用的帶式輸送機托輥的結構形式

密封組件數量：5件

密封長度：88.1mm（微隙長度0mm）

托輥總質量：15826.21 克

旋轉部分質量：10998.30 克（不含軸承）

實測旋轉阻力：2N（平均）

圖1

托輥性能特點：（1）密封組件數量5件，組件數量較多，誤差累計影響托輥的各項性能指標。（2）在安裝時，由于密封組件是過盈配合，所留密封間隙不能完全打開，增加旋轉阻力。（3）污染物積存區2處，由于不能有效的控制污染物的進入，因此在托輥組裝過程中軸承座腔體及迷宮密封中需充滿鋰基潤滑脂，增大了托輥的旋轉阻力，也造成了浪費，平均旋轉阻力為2N。（4）該密封結構形式并不能有效的控制污染物進入密封系統內部，在迷宮密封和罩蓋之間設置較大的污染物積存區雖然可以在一定時間內控制一定量的污染物，讓其隨托輥的旋轉產生的離心力積存在此處，不至于污染軸承的潤滑系統，但是較長時間的時候后，污染物的積存逐漸增多，勢必導致托輥的旋轉阻力上升及污染軸承的密封系統。（5）筒皮材料Q235無法達到耐磨要求，是使用過程中最易損的部件，平均使用壽命3萬小時。（6）防水性能差，浸水試驗結果進水量為200克。通過對現有托輥性能、結構、組件的研究、分析與設計開發，為了能夠徹底降低托輥旋轉阻力、提升托輥壽命，同時為長距離帶式輸送機的研發奠定基礎，設計開發了新型托輥。（如圖1）

2 新型托輥結構

托輥性能特點：（1）密封組件數量5件，迷宮密封系統采用高分子材料，設計為整體式結構，在托輥組裝前，密封組件可在安裝前先壓合成一個整體密封組件，簡化了壓裝程序，也便于托輥自動生產線中機械手抓取密封組件。（2）防護罩也用高分子材料，與密封系統整體壓裝，縮短托輥加工制造周期，依靠其彈性變形將密封系統壓裝到位后自動回彈。（3）污染物積存區2處，軸向密封微隙的布置，更可靠的設計方式可以保證微隙尺寸的精確配合，嚴格控制進入密封系統的污染物，污染物積存區設置在迷宮密封系統、徑向微隙密封外部即軸承座錐形口處，污染物粉塵在進入迷宮密封系統前，由于積存區的進出口在積存腔的同側，粉塵形成渦流，并使粉塵的速度降低，被吸附于積存區密封組件上，通過托輥旋轉產生的離心力排出托輥外部，有效的控制了污染物對系統的影響，提高了軸承及托輥的使用壽命。外密封罩內部沖壓成方孔網格形式，有利于油脂的保存，能夠更好的吸附污染物，且該密封組件內部不許涂抹大量潤滑脂，只需將霧化潤滑油噴涂在密封腔體之間，由于微隙的存在就可以有效的防止污染物對密封系統的污染，經測試旋轉阻力只有1N。（4）筒皮采用3mm厚不銹鋼，屈服強度、耐磨性提升，預計可將壽命延長至5萬小時。（5）經浸水試驗測試，進水量為40克，是原托輥進水量的20%。（如圖2）

3 新舊托輥結構性能綜合對比

圖3

3.1 輥殼設計

舊托輥筒皮材質為Q345鋼，厚度為4.5mm，低阻力托輥材質為不銹鋼，厚度為3.25mm，其重量下降了28%，耐磨性提高了2倍。舊托輥軸承座材質為08AL，厚度為4mm，低阻力托輥材質為20#，厚度為3mm，其重量下降了25%，強度上升了20%。軸承由低阻力軸承接替普通軸承，其填充的油脂量減少，阻力下降50%。

3.2 密封組合

密封組件都是由高分子材質制成，其性能優良，帶來了一系列的性能優化：徑向間隙變小和防塵防水性能增強了，進水性下降了83%，且密封的壓裝也是整體壓裝好在壓入輥殼，這樣使得密封組件的彈性恢復，打開了自然間隙，更有助于提高設計間隙的精度和防水性能。

表1 改造完成后達到性能指標

4 新型托輥對帶式輸送機整機發展的影響

新型低阻力長壽命托輥的研發成功，解決了長距離帶式輸送機的突破瓶頸，對整機運行阻力降低起到了關鍵的作用，避免因帶式輸送機輸送距離過長、阻力過大而必須選擇更高強度、更厚膠帶導致的阻力上升的瓶頸問題。在該托輥研發成功的基礎上，2014年我單位將1.4米順槽可伸縮膠帶機的運輸長度從單點驅動3000米一舉延長至6000米，同時也將帶式輸送機的長距離研發制造帶上了一條節能、環保的新的道路，使現帶式輸送機托輥的完美更新換代產品，填補了國內煤礦行業的空白，推動了國內膠帶機制造業的發展。大大提高我國煤炭連采掘進裝備的專業化生產水平，提升了我國煤炭機械產品在國際市場上的競爭力，對于開拓煤機裝備市場的新領域具有廣泛而深遠的意義。

人類社會之所以能不斷的發展進步，是因為人們從來都沒有停下探索的腳步。我們相信不斷地探索進步終將會實現我們的夢想、祖國的夢想。

參考文獻

[1]黃萬吉.礦山運輸機械設計[M].沈陽：東北工學院出版社，1999.

[2]郭章，周哲波，李大釗，等，帶式輸送機托輥的長壽命密封設計[J].機械設計與制造，2008（3）.

[3]宋偉剛，通用帶式輸送機設計[M].北京：機械工業出版社，2006.

[4]唐民，朱拴成.煤礦帶式輸送機[M].北京：中國礦業大學出版社，2013.