皮带输送机托辊工艺设计与改进

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  托辊是皮带输送机的重要部件，种类多，数量大，其成本占皮带输送机总成本的35%，承受70%以上的阻力。托辊的作用是支承输送带和物料质量，托辊运转灵活可靠才能减少输送带与托辊间的摩擦力，对占输送机总成本25%以上的输送带寿命起着关键作用。虽然托辊部件较小，结构并不复杂，但制造出高质量的托辊并非易事。
      我公司托辊生产线于20世纪八十年代初期引进德国运输技术公司的专有技术和专有设备，能满足大批量生产的需要，各项技术性能指标达到了当时的国际水平。但随着使用时间增加，生产线设备性能指标逐渐下降，使部分托辊装配后外圆径向跳动存在超差问题而返修，已经到了必须解决的地步。
      1、解决方案
      在生产线设备无法满足生产要求的背景下，急需采购一条托辊专机生产线设备。在采购前必须重新确定托辊制造工艺过程，现托辊制造工艺过程是：托辊管切断下料，加工管止口，管与轴承座焊接成管座，装入轴、轴承、密封件、挡圈及端盖。其中管止口加工是关键工序，管止口加工受管止口加工设备、管原材料、操作者责任心等因素影响，是否有不受上述因素影响的新工艺方法，使管与轴承座焊接后不影响托辊外圆径向圆跳动性能指标。经考察，国内托辊管与轴承座组焊方式有3种：
      (1)管加工管止口，管与轴承座间隙配合装配后组焊成管座；
      (2)管不加工管止口，管端面与轴承座压紧装配后组焊成管座，见图1；
      (3)管不加工管止口，管与轴承座过盈配合装配后组焊成管座。

图1 轴承座与管端面压紧方式焊接
1．管体 2．焊缝 3．轴承座

      第一种方式是管加工管止口，也是我公司目前使用的管加工方法，管切断机床切断方式是靠主轴孔内弹簧胎具夹紧管旋转，刀具进给切断时管前端无辅助支撑，管切断过程中管前端下垂，管切断后管端面出现椭圆形误差，导致管切断后端面呈现马蹄形，即管端面与管轴线不垂直。而下一道工序加工管止口是以管端面和外圆定位的，管属薄壁件，外圆是椭圆的，管止口加工完后出现管止口圆周上薄厚不均，俗称壁厚差，另外管与轴承座在配合设计上也存在间隙，造成管两端轴承座焊后不同轴，影响托辊外圆径向圆跳动性能指标，且间隙的大小由操作者的技术水平和责任心决定，当管与轴承座焊接装配后就出现托辊外圆径向圆跳动性能指标超差。
      第二种方式是在专用双端焊接设备上直接焊接，托辊管不加工管止口，焊接前将托辊轴、轴承座、轴承、管组装在一起，将组装成半成品的托辊放到专用双端焊接设备托架上，利用双端焊接设备上专用的可更换“双重组合定位夹具”工装，既能保证轴承座与管同心、又能保证轴承座与管端面的压合压力，并带动轴承座与管同时旋转，进行焊接。可根据不同管径，更换相应夹具，更换后需要进行调整，使夹具系统达到要求，工作方式为：首先，以两端托辊轴为定位基准，带有内锥面的双重组合定位夹具外套伸出进行管定位，保证管外径与托辊轴同心，目的是确保托辊管外径与托辊轴同心。然后端面带有齿形的双重组合定位夹具内套伸出，将轴承座顶紧在管端面上，双重组合定位夹具外套定位胎具退回，露出焊接空间，双重组合定位夹具内套顶紧定位胎具，带动轴承座与管同时旋转并开始进行焊接。
      由于第二种方式双端焊接设备机构复杂且双重组合定位夹具制造精度要求高，根据不同管径更换相应夹具，更换后需要进行调整，费时费力，且要求操作者具有一定的技能，故放弃。第三种方式是不加工管止口，管与轴承座利用过盈配合，过盈量是多少不知，但是，可以通过具体试验过程收集过盈量数据，采取冷挤压方式将轴承座压入管子内部。具体试验过程如下：
      (1)管倒角
      取160只Φ108mm×465mm管，通过查阅资料知，冷压合要求对管端面内径进行30°倒角，在管双端止口加工设备上对各管端面内径进行了30°倒角。
      (2)轴承座加工
      选用Φ102.8mm×52mm轴承座320件，将320件轴承座分成8组，在轴承座加工专机上一次装夹完成轴承座外径和后端面倒角加工，轴承座外径根据管内径尺寸配做加工，保证过盈量为0.1～0.8mm，同时对后端面进行30°倒角。
      (3)冷压合
      在现有托辊压装机上，利用专用压头将轴承座压入无止口钢管内。
      (4)焊接
      用现有托辊双端焊床和特制胎具对托辊管座进行焊接。
      (5)测试数据分析
      轴承座外径与管内径分八种过盈量，每组20件每种过盈量增加0.1mm，将带有标记的八种冷压合过盈量管座装入轴、轴承后，对管座进行焊接前及焊接后托辊外圆两端及中间三点径向圆跳动性能指标测试，经过多次试验摸索出：过盈量为0.1～0.4mm时，焊接前后试验数据对比不稳定，说明过盈量不足以克服焊接时产生的变形；过盈量大于0.7mm时，将轴承座压人管子内部需加大压人力且进入困难；只有过盈量为0.5～0.6
mm时，焊接前后试验数据基本稳定，试验效果最佳。
      2、测试结果评定
      对20个过盈量为0.5mm的托辊进行了性能指标测试，托辊径向跳动合格率达到100%；又对这组托辊进行了旋转阻力测试，阻力值均在2N以内，托辊旋转阻力合格率达到100%。GB10595-2009带式输送机4.5.3条规定：长度小于550mm托辊径向跳动标准值不许超过0.5mm，4.5.6条规定Φ108mm托辊旋转阻力标准值不许超过2.5N。
      托辊管不加工管止口，托辊轴承座与管的配合在普通托辊压装机上以冷压合方式压入，设备结构简单，轴承座以合适过盈量的形式压人管子内部，在轴承座压装过程中，还能对托辊管圆度起到校准作用，可以保证焊接过程中轴承座不产生任何变形，保证了托辊两端轴承座的同轴度，也保证了托辊的旋转阻力性能指标，从而增加了托辊的使用寿命，使托辊制造工艺变得简单可靠，降低了制造工艺的复杂性。同时将管双端止口加工设备变为管端面倒角设备，降低了对设备使用性能的要求和精度。管与轴承座冷挤压工艺方法，从根本上解决了现有工艺方法难以保证托辊旋转阻力和径向跳动的难题。
      新采购的托辊全自动化生产线采用托辊管无止口冷挤压工艺方法，取消托辊管止口加工工艺，根据需要重新编制了新结构托辊制造工艺守则，委托沈阳一家大型国有机床企业，根据新结构托辊制造工艺，设计并制造一条新结构托辊全自动化生产线，在保证新结构托辊制造工艺的同时，在该自动化生产线尾部托辊装配成品后，增加两道工序，即在线自动检测每一个托辊的旋转阻力性能指标，在线自动检测每一个托辊的外圆径向跳动性能指标，并具有将检测数据进行储存和打印的功能。新结构托辊全自动化生产线已按要求安装投产使用，该生产线显示出我公司在国内托辊制造业的实力及重要地位。