皮带输送机托辊结构的分析与改进

yuyinsh

      随着煤炭、电力、港口、冶金等产业不断发展，皮带输送机应用范围不断扩展，使用量逐年增加，并向大运量、长距离、高速度的方向发展。作为皮带输送机的一个单元，托辊外形小，结构简单，在皮带输送机整机中使用数量巨大，托辊质量优劣直接影响到输送机的性能，如皮带寿命、电机功率、装载能力及托辊使用数量等。因其长期运转，托辊在承载时还时刻与输送机皮带发生接触摩擦并禁受各种变载冲击、灰尘、潮湿、淋水、盐雾等恶劣工况。因此，优化托辊结构，提高托辊制造和装配质量显得尤为重要。
      目前，国内使用的皮带输送机托辊以下列几种结构较为典型。下面就以下列几种托辊的轴承座及其内部密封形式做一分析比对。
      1、国产某型皮带输送机托辊
      国产某型皮带输送机托辊一般应用与煤矿及其井下作业面，结构参见图1。由于该托辊使用铸铁轴承座，其性能不低于HT150，承载能力突出。轴承座管理采取过赢配合。由于轴承座外圆管体端部止口均需继续加工，在专用设备及工装辅助加工下可使其具备良好的装配精度。其密封形式为非接触式迷宫密封，使用尼龙材质。密封内圈低过盈度装配与轴上，密封外圈装配与轴承座内圆，并利用外圆上的凸环嵌入至轴承座的沟槽内，防止轴向窜动。该托辊结构简单，易于装配与维护，无需焊接工艺及设备，正常工况下的运行阻力系数为0.035，使用寿命不低于6000小时。

图1 国产某型托辊结构示意图

      因该型托辊轴承座为铸件，轴承座及管体各配合部位均需机械加工，从而导致机械加工量较大，铸件及机械加工成本过高。该型托辊轴向只依靠密封外圈的凸圆定位，因密封外圈的尼龙材质强度较低，轴承和密封极易窜出。防水密封性能略差，无法满足现行国家及行业标准。
      2、日系某型皮带输送机托辊
      日系某型皮带输送机应用较为广泛，结构参见图2。该托辊使用冲压轴承座，重量较铸件轴承座大幅降低，并因此减少旋转运行阻力。尤其在长距离、大功率皮带输送机的应用效果最为显著。轴承座压入钢管后，通过双端自动焊机将轴承座周边完全焊实，安全性能良好强度统一。轴承外部的迷宫密封形成一个复杂、弯曲而狭窄的通道，并在密封腔内冲入润滑脂形成良好的防尘、防水性能。密封内圈外设置一个弹性挡圈，可有效防止轴向窜动。该托辊正常工况下的运行阻力系数为0.02，使用寿命不低于15000小时。

图2 日系某型托辊结构示意图

      由于该型托辊轴向只依靠密封内圈外设置的弹性挡圈定位，因密封圈的尼龙材质强度较低，无法有效抵御外部环境的影响（冲击、磨损、热变形等），所以该形托辊密封结构在运行一段时期后极易失效。防尘、防水性能初期使用效果良好，如遇恶劣工况运行一段时期后则无法满足现行国家及行业标准。
      3、我公司某型皮带输送机托辊
      该型托辊为我公司先期结合国内外各类托辊，经设计人员多年潜心研制而成。运行使用10余年，应用与各类场所，性能稳定可靠，其结构参见图3。轴承座、轴盖、端盖均为冲压件，主要配合尺寸全部以工装模具控制一体成型。钢管两端加工止口，将轴承座压入管体利用止口定位并使用双端自动焊机进行焊接。迷宫密封外设置一套钢制端盖组合，并于端盖组合与迷宫密封组合中填充润滑脂，防尘、防水性能均高于国家及行业标准。因钢质端盖组合的保护作用，使托辊免于外部不利环境对密封及轴承的干扰，且在轴承内侧亦添加一道尼龙隔离环，可有效防止轴承内的润滑脂外溢及托辊内部的污物（铁锈、灰尘）侵入轴承内部。该托辊正常工况下的运行阻力系数为0.025，使用寿命不低于2000小时。

图3 我公司某型托辊结构示意图

      由于该托辊管体两端需专用设备加工止口，为保证加工尺寸及两端同轴度，对机加设备精度要求较高，保养必须完善到位。另由于该型托辊密封组合部件较多，工序繁琐，故经过多年持续改进，本公司研制了一种新型托辊。
      4、新型皮带输送机托辊
      为解决前述托辊存在的问题，经参考相关资料并与产品使用及生产部门广泛沟通，对新型托辊进行了如下改进，结构参见图4。

      (1)轴承座与管体采用过盈冷压合装配工艺，减少管体加工工序及加工误差。
      (2)原端部密封盖和密封内圈合并一体与密封外圈组成迷宫密封，减少部件及安装工序。
      (3)改变密封结构后，轴承座腔体进深减小，更有利于冲压成型，减重增效，降低运行阻力。还可增加托辊两端轴承间距离，在相同轴承转角下，提高承载能力。
      (4)轴承外侧安装弹性挡圈，防止外力冲击造成轴向窜动。较挡圈安装于强度较低的尼龙密封件外侧更加稳定可靠。