新型UHMWPE托辊的设计与装配工艺

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　　皮带输送机是生产企业运输系统的主要输送设备，而托辊是影响皮带输送机使用效果的关键部件。托辊质量的好坏直接关系到皮带输送机的运行状况和运行质量。据调查，我国目前使用的钢制托辊大多达不到国家标准规定的20000h的使用寿命。所以开发具有耐腐蚀、质量轻、启动电流小、能耗低的新型托辊，将会有良好的市场前景和巨大的经济效益。上海昱音机械在对传统钢制托辊研究的基础上，开发出一种新型的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)托辊，现将该托辊的选材、结构设计、装配工艺及应用情况作一介绍。
　　1、UHMWPE的特性
　　UHMWPE是一种线性结构、具有优异综合性能的热塑性工程塑料。它有如下优点：
　　(1)耐磨性好。UHMWPE的耐磨性位居塑料之冠，比碳钢、黄铜要高数倍，在一定分子量范围内其耐磨性还随着分子量增大而提高。
　　(2)自润滑性好。UHMWPE的摩擦系数比其它工程塑料小，是理想的自润滑材料。
　　(3)耐冲击性好。UHMWPE的冲击强度是目前塑料中最高的，在一定分子量范围内其冲击强度随分子量的增加而提高。
　　UHMWPE的这些优良性能使其成为新型托辊的首选材料。用其制成的托辊筒体可以减轻工作过程中的磨损、减少托辊与皮带的摩擦、缓解货物对输送带的冲击，使货物能平稳安全地传送。此外，其还具有质量轻、耐腐蚀且不易老化等特点。
　　2、新型UHMWPE托辊的结构设计
　　托辊主要由筒体、轴承座、轴承、密封件、润滑脂和轴组成，现在各行业应用最广泛的是金属托辊。图1为仅有迷宫密封的普通托辊，其筒体一般采用高频焊管加工而成。轴承座由钢板冲压而成，利用过盈配合与简体连接成一整体。轴承采用大游隙专用轴承，这种轴承能适用恶劣的运转条件，使用寿命大大高于普通轴承。

1-筒体；2-冲压轴承座；3-轴承；4-迷宫密封；5-弹簧卡圈；6-轴
图1 仅有迷宫密封的普通托辊结构

　　经大量实践证明，托辊的失效形式一般为轴承不能灵活运转。造成托辊轴承不能灵活运转的原因除了常规的疲劳失效外，固体颗粒、腐蚀性气体和液体的侵入也是极重要的因素。这些污染物一旦混入润滑脂内不但会与轴承发生磨料磨损，而且还会使润滑脂变质失效。所以，延长托辊寿命的核心是要有良好的密封装置来保证轴承的灵活性。
　　鉴于传统托辊存在的缺点，上海昱音机械设计出新型托辊密封结构，如图2所示。筒体用UHMWPE模压而成；轴承座用尼龙6(PA6)注射成型，用粘结剂将它与筒体粘结在一起；轴承选择防尘轴承；为了保证新型托辊的密封效果，采用三道密封结构，即在传统托辊迷宫密封的基础上增加了软垫防尘密封和附加密封。

1-筒体；2-轴承座；3-轴承；4-迷宫密封；5-软垫防尘密封；6-附加密封；7-轴
图2 新型托辊结构

　　3、新型UHMWPE托辊主要部件的质量分析及其装配工艺
　　托辊主要部件如筒体、轴承座、轴承、密封件和轴的质量对托辊的整体质量有很大影响，只有控制好各部件的质量才能提升托辊的整体质量，最终提高托辊的运行寿命。
　　筒体的不圆度和加工止口的不同轴度是影响托辊径向跳动和旋转阻力的重要因素。为了提高筒体的质量，采用UHMWPE模压成筒体，模压成型工艺简单易实施，并能保证筒体的尺寸及精度要求。UHMWPE的耐磨性和自润滑性则能降低托辊的旋转阻力。轴承座由PA6注塑而成，注塑工艺能很好地控制轴承座内孔尺寸及内孔与外径的同轴度，使得托辊的旋转阻力和径向跳动不超过标准偏差。迷宫密封、软垫密封和附加密封也采用PA6注塑而成。迷宫密封的优点是旋转阻力小、防尘性能好，缺点是防水性能差；而软垫密封主要起防水作用，弥补了迷宫密封的不足；最外层再采用附加密封防尘使得密封效果更好。采用冷拔轴代替传统阶梯轴，可减少轴的加工工序，保证轴的同轴度，有利于提高托辊的使用寿命。