高速高分子托輥設計及研制

邊震 姜海 王金軍 劉傳營 羅德剛

摘要：煤礦開采技術的發展對運輸系統的運力提出了更高要求。帶式輸送機作為井下原煤輸送的主要運輸手段，其運量主要受帶寬和帶速制約?，F以1 200 mm帶寬的帶式輸送機和？準159型號托輥作為研究對象，對影響帶速提升的關鍵部件托輥進行重新設計和選型，設計了復合密封結構，在保證良好密封性的前提下，避免了外密封圈與托輥軸接觸，既不損傷托輥軸，還降低了旋轉阻力。新研制的托輥重量輕、摩擦系數小、耐腐蝕性強，輥皮采用超高分子量聚乙烯管材。通過井下現場試驗，1 200 mm帶寬條件下選擇？準159型號托輥，帶式輸送機能長期運行在6 m/s帶速，提速效果明顯。

關鍵詞：帶式輸送機;托輥;密封;輥皮;提速

0? ? 引言

運輸系統是煤礦生產的重要環節，帶式輸送機作為其主要設備，目前正向著高速化方向發展，本文為高速帶式輸送機設計了新型密封結構和新材料的輥皮，滿足1 200 mm帶寬帶式輸送機使用？準159托輥長期平穩運行在6 m/s帶速的要求。

1? ? 帶式輸送機高速化主要限制因素分析

帶式輸送機的運量取決于輸送帶的寬度和運行速度，以往的研究已經證明：運量相同時，窄輸送帶、高帶速比寬輸送帶、低帶速運行更經濟，因此高帶速是帶式輸送機的發展方向[1]。在國外，帶式輸送機帶速已經達到8 m/s，有的甚至超過10 m/s。國內帶式輸送機運行速度較以前已有大幅度的提高，但與國外先進水平相比還有不少差距。

現行帶式輸送機設計標準中，托輥許用轉速通常都要求不大于600 m/s，否則，輥子的旋轉阻力將急劇增加，使用壽命大幅度下降。帶式輸送機的最高帶速受托輥輥子的許用轉速制約，對應不同直徑的輥子，最高帶速如表1所示。

本文研究對象為濟寧三號煤礦七采東部邊界帶式輸送機。帶寬B=1 200 mm，托輥直徑為159 mm，如果采用普通托輥，帶速最大不能超過5 m/s。要實現帶式輸送機高速運行，要么加大托輥直徑，要么提高托輥的許用轉速。加大輥子直徑，輥子的體積和重量就要加大，設備笨重，運輸、安裝困難，制造成本提高，能耗增大。而增加托輥的許用轉速可以在現有條件下解決這個問題，故限制帶式輸送機高速化的主要因素為托輥許用轉速[2]。

2? ? 實驗帶式輸送機主要參數

本文選取的現場工業性試驗場地為濟寧三號煤礦七采東部邊界帶式輸送機，其主要參數如表2所示。

3? ? 高速高分子托輥設計

3.1? ? 復合密封結構設計

如圖1所示，復合密封由內外密封圈組成，外密封圈采用綜合性能優良的聚氨酯材料注塑而成，內密封圈的材料為尼龍，內外密封相互接觸，形成接觸密封的同時，也形成了迷宮密封。復合密封具有迷宮密封和接觸密封的共同優點，對水、潮氣、灰塵都具有良好的密封性，由于外密封圈的唇邊是與內密封圈而不是托輥軸接觸，既不損傷托輥軸，還降低了旋轉阻力。

3.2? ? 高速托輥輥皮設計

托輥旋轉部分質量越小，旋轉阻力就越小，因此在滿足托輥強度和剛性的前提下，應最大限度減小托輥旋轉部分質量，高速托輥更是如此。要降低托輥旋轉部分質量，輥皮是關鍵。目前煤礦大面積使用的托輥為金屬材料輥皮，剛性好、精度高、價格較低，但質量大、磨損快，且在腐蝕環境下易銹蝕，一旦出現卡死現象，極易損傷膠帶，在膠帶高速運行時，后果將非常嚴重。正因如此，本項目研究的智能型高效高速帶式輸送機系統托輥輥皮沒有采用鋼質材料，而是采用了分子量在300萬以上的超高分子量聚乙烯（UHWM-PE）管材。與鋼質管材相比，超高分子量聚乙烯管材具有以下優點：

（1）密度只有940 kg/m3，是鋼材（密度為7 800 kg/m3）的1/8，制作托輥重量輕、旋轉質量小;

（2）具有良好的自潤滑性，自身滑動性能優于用油潤滑的鋼和黃銅，因此對輸送帶具有良好的保護性，即使托輥卡死，也不會損傷膠帶;

（3）摩擦系數極小，近似于冰面，與輸送帶的摩擦系數遠遠低于鋼材與輸送帶的摩擦系數，運轉更加靈活、平穩;

（4）吸水率低（0.01%），抗粘附性好，即使在水或油媒介下，粉塵也不會在其表面粘著和堆積;

（5）耐磨性高于一般合金鋼的6倍，有“耐磨王”之稱，抗沖擊性能好;

（6）化學穩定性極高，耐腐蝕性強，可以承受烈性化學物質的侵蝕，除對某些強酸在高溫下有輕微的腐蝕外，在其他酸堿液中不受腐蝕，不會銹蝕。

基于以上設計，采用新型復合密封和高分子輥皮研制的高速托輥配合KA系列C3優質托輥專用軸承[3]，可滿足轉速720 r/min，從而在1 200 mm帶寬條件下，使用？準159型號托輥，帶速可達到6 m/s。

4? ? 試驗情況

通過使用高速高分子托輥，帶式輸送機工作狀態下，現場環境噪聲從使用鋼托輥的86 dB降為66 dB，有效改善了作業環境。在帶寬1 200 mm的帶式輸送機系統中使用？準159型號的新型托輥，運行帶速可長期穩定在6 m/s，對應托輥轉速75.5 r/s，在大大提高帶式輸送機運輸效率的同時保障安全運行。

[參考文獻]

[1] 劉振，包繼華，黃世鼎，等.帶式輸送機高速托輥的應用研究[J].礦山機械，2011，39（6）：66-69.

[2] 江旗.膠帶輸送機托輥密封結構機理及托輥強度分析[D].唐山：華北理工大學，2019.

[3] 孫海燕，包繼華.高速托輥滾動軸承的分析[J].起重運輸機械，2012（11）：63-64.

收稿日期：2020-08-11

作者簡介：邊震（1972—），男，山東鄒城人，助理工程師，研究方向：礦山機電。