皮帶輸送機滾筒用免維護軸承的結構設計

王朋偉，賈松陽，范強

(1.洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039；2.航空精密軸承國家重點實驗室，河南 洛陽 471039)

皮帶輸送機是重要的散裝物料運輸設備，廣泛應用于港口、礦山、碼頭、建筑、化工、物流輸送等領域,調心滾子軸承是皮帶輸送機滾筒的重要零部件，其故障在皮帶運輸機故障中占有很大比例[1-4]。一般將調心滾子軸承裝在整體式軸承座內，其結構是普通開放式(無密封圈),軸承靠軸承座進行密封，安裝時向軸承座里注入潤滑脂進行潤滑。某鋼廠有總長約60 km的帶式輸送線路、400余架輸送機、3 000多支滾筒，現場工況惡劣，粉塵等異物較多，軸承潤滑維護周期短且維護困難，軸承損耗率較高,故有必要開發免維護的皮帶輸送機滾筒用軸承結構。

1 設計要求

針對皮帶輸送機滾筒用軸承損耗率高、維護困難、維護成本高的問題，提出如下設計要求：1)滾筒壽命周期內軸承免維護，滾筒下線維護時更換軸承，采用調心滾子軸承和整體式軸承座整體更換方式；2)軸承和軸承座既要滿足軸承自動調心功能，又要保證密封可靠，還需自帶潤滑油孔。

2 初始設計方案及存在的問題

2.1 初始方案

根據設計要求，將調心滾子軸承裝在整體式軸承座內，調心滾子軸承與軸承座組成的整體結構如圖1所示。該方案軸承座采用帶有迷宮式密封+骨架油封的雙重密封結構。迷宮式密封結構如圖2所示，擋圈和透蓋的結構尺寸根據機械設計手冊設計[5]，軸向及徑向均存在一定的間隙，從而形成錯列形迷宮密封。其徑向間隙e通過兩者端面槽的徑向尺寸控制，軸向間隙f通過安裝螺釘的位置控制。根據經驗，間隙值的選取見表1。骨架油封結構如圖3所示，其結構尺寸根據機械設計手冊設計。

圖1 整體結構

圖2 迷宮式密封結構

表1 間隙值

圖3 骨架油封結構

2.2 存在的問題

使用中發現軸承在壽命周期內仍出現失效，分析認為存在以下原因：1)軸承座內部空間較大，油脂被滾子擠出滾道后難以返回滾道，且長期未補充新脂。軸承缺油或油脂老化會造成潤滑不足，滾道與滾子表面出現干摩擦；2)皮帶輸送機運輸的礦粉、煤、焦炭等粉塵顆粒侵入軸承內部，造成磨粒磨損；3)軸承運轉時，軸承座內部形成負壓，密封不能有效防止外部灰塵及雨水的侵入，造成潤滑脂失效，軸承銹蝕。

3 改進方案

對調心滾子軸承增加密封結構，并將軸承座改為上下剖分結構。

3.1 密封圈設計

軸承在使用過程中要實現調心功能，若采取普通的密封結構，內外圈發生錯位時外部異物會進入軸承內部，起不到良好的密封作用。故采用如圖4所示的雙唇密封結構，該結構優點：1)起雙重保護作用,主、副唇之間會形成環形空腔，既可緩沖壓力，又可儲存潤滑脂,阻止內部潤滑脂泄漏和外部雜質侵入；2)內滾道表面粗糙度值較小，密封唇與內滾道接觸時密封唇磨損小，可延長密封壽命；3)軸承正常工作時主唇起主要密封作用，調心時內外圈發生錯位，密封圈也跟著旋轉，主、副唇同時起密封作用，如圖5所示。

圖4 帶雙唇式密封的調心滾子軸承

圖5 雙唇密封狀態

設計中應注意：1)雙唇過盈量的選擇，一般主唇過盈量取0.15～0.25 mm，副唇過盈量適當減小30%～50%。若過盈量太小，達不到密封效果且易產生油脂泄漏；過盈量太大，軸承的能耗提高，溫升較高，唇口橡膠磨損較嚴重，密封壽命降低[6]；2)密封圈骨架材質均勻,有良好剛度，表面防銹處理，橡膠與骨架均勻貼合牢固,密封圈的形狀和尺寸精度應保證雙唇與內圈滾道的過盈量；3)為保證軸承內、外圈發生偏移或軸承軸向竄動時保持架端面與密封不發生干涉，應適當調整軸承設計主參數，使密封圈與保持架之間存在一定的間隙，最小間隙為4 mm。

3.2 軸承座結構設計

帶密封調心滾子軸承安裝時，軸承首先安裝在軸上，再安裝軸承座。安裝軸承座時，軸承座與外圈接觸，外圈會發生偏移，軸承密封圈容易脫落、損壞，故需對軸承座結構進行改進。現采用剖分式軸承座結構[7]，在安裝時，下部分軸承座支承軸承，上部分軸承座從軸承正上方安裝，用螺釘固定，可有效防止軸承密封圈的脫落、損壞。

4 結束語

設計了一種皮帶輸送機滾筒用免維護軸承結構，軸承座采用上下剖分座體且帶有迷宮式密封+骨架油封雙重密封的結構，調心滾子軸承也有自身密封結構，滾筒下線維護時更換整體結構，實現免維護的目的。經驗證，該結構軸承使用效果良好，達到了免維護的效果，軸承年損耗量減少近50%，維護成本降低近70%，滿足設計要求。