新型復(fù)合密封托輥的結(jié)構(gòu)設(shè)計與試驗研究

劉 杰，于 濤，孫麗英

（山東礦機集團股份有限公司，山東 濰坊 262400）

帶式輸送機廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、電力、化工、港口、建材等各個行業(yè)。托輥是帶式輸送機的重要組成部分，也是影響輸送機使用效果的關(guān)鍵部件之一，其成本約占輸送機總成本的25%～30%，同時也是輸送機損壞率最高的部件。托輥的使用壽命主要取決于軸承和密封的性能，而軸承的性能很大程度上依賴于托輥的密封性。因此，需要合理選用托輥的密封結(jié)構(gòu)形式，以提高托輥的性能和使用壽命，同時也要考慮適當(dāng)減小托輥的旋轉(zhuǎn)阻力，以降低整機的運行損耗。

目前，帶式輸送機通常使用的DTⅡ型托輥采用迷宮式密封，其托輥的密封效果不好，特別是在有粉塵、潮濕等惡劣環(huán)境，以及有特殊安裝位置的場所，如圓管帶式輸送機托輥的安裝傾角為60°～90°，這就對托輥的防水、防塵性能提出了更高的要求。為此，公司專門對托輥的各種密封形式進行了研究，并結(jié)合非接觸式和接觸式密封的特點，對DTⅡ型托輥的結(jié)構(gòu)進行了改進，設(shè)計了一種新型防水、防塵復(fù)合密封托輥。

1 托輥的密封結(jié)構(gòu)形式

帶式輸送機托輥的密封結(jié)構(gòu)主要有兩種形式：非接觸式密封和接觸式密封。非接觸式密封多為迷宮式密封，迷宮間隙內(nèi)充以潤滑脂，其運行阻力小，防塵性能好，但防水性能差，整體密封效果稍差，而且托輥在低溫下工作時旋轉(zhuǎn)阻力較常溫時成倍增加。接觸式密封多采用油封密封，其密封效果比非接觸式好，但是油封密封唇口內(nèi)徑對軸徑的過盈量不好把握，托輥的振擺跳動會產(chǎn)生間隙，油封也并不能保證唇口始終緊貼于軸的表面；另外，油封的材料易磨損，灰塵極易進入。因此，對接觸式油封密封需要解決好油封的尺寸精度、耐磨性和穩(wěn)定性等問題。

另外，還有一種雙密封結(jié)構(gòu)托輥，又稱復(fù)合密封結(jié)構(gòu)，它充分結(jié)合前兩種密封方式的優(yōu)點，使得接觸式和非接觸式密封效果能夠互補。復(fù)合式密封雖然在旋轉(zhuǎn)阻力上較非接觸式密封大，但是它的防水、防塵性能更加突出，而且其接觸式密封件一般采用橡膠材質(zhì)，彈性好，可以有效地防止粉塵和水的侵入，提高托輥的性能和使用壽命，不失為一種好的托輥密封方案。

2 新型復(fù)合密封托輥的結(jié)構(gòu)設(shè)計

公司對帶式輸送機托輥的密封方式的原理和特點進行了分析，并對各種密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案進行對比，根據(jù)公司托輥的實際生產(chǎn)條件和工藝經(jīng)驗，設(shè)計并制造出了一種新型復(fù)合密封托輥。

如圖1a），托輥采用雙密封結(jié)構(gòu)，托輥的密封組件采用非接觸式迷宮和接觸式油封密封的復(fù)合結(jié)構(gòu)。參照DTⅡ型托輥結(jié)構(gòu)，輥體的軸承座加深，增設(shè)了外側(cè)的接觸式油封，即多唇邊油封3與內(nèi)、外密封圈4、5的迷宮密封，共同組成的密封結(jié)構(gòu)作為外密封系統(tǒng)，與軸承內(nèi)側(cè)設(shè)置的密封圈8與外密封系統(tǒng)組成了整套的托輥復(fù)合密封結(jié)構(gòu)；工作時防塵蓋2、多唇邊油封3、內(nèi)密封圈5、軸承7、密封圈8一起與輥體繞軸轉(zhuǎn)動。為方便展示新型復(fù)合密封托輥的結(jié)構(gòu)，該產(chǎn)品的剖分實物圖如圖1（b）。多唇邊油封可有效地切斷軸承外側(cè)粉塵和水的侵入路徑，加之內(nèi)外側(cè)設(shè)置的密封圈，使得大游隙軸承能很好地密封，而且軸承兩側(cè)都可以儲存潤滑油，儲油空間大，潤滑時效長。

圖1 新型復(fù)合密封托輥結(jié)構(gòu)圖

3 接觸式油封密封的設(shè)計

托輥通常在低中速（≤600r/min）、常溫下（-10℃～60℃）運行，接觸式油封采用兩道唇形丁晴橡膠密封，為保證有良好的密封性能，硬度應(yīng)在65～75（邵氏A）之間。

在自由狀態(tài)下，托輥唇形油封的內(nèi)徑稍小于外密封圈的外徑，這樣就在密封的徑向尺寸上有一定的過盈量，實際設(shè)計時唇口與外密封圈之間的過盈量為0～0.2mm，并保證唇口的接觸寬度在0.2mm～1mm間，這樣也能減小徑向力的大小，以減少干摩擦，防止唇部過早損壞。

另外，油封許用的軸的振動量必須小于0.4mm，當(dāng)振擺跳動產(chǎn)生間隙時，油封能保證唇口始終緊貼于外密封圈的表面，能長久有效地對迷宮和軸承進行密封。

4 托輥生產(chǎn)的加工工藝

為檢測新型復(fù)合密封托輥的防水、防塵和旋轉(zhuǎn)阻力等性能，專門制作了一批復(fù)合密封托輥，產(chǎn)品規(guī)格為133mm×465mm（礦用軸承306KA），批量為400只。

復(fù)合密封托輥的生產(chǎn)使用我公司的托輥輥體、軸加工自動生產(chǎn)線，如鋼管自動切斷/倒角機床，鋼管雙端自動車孔機床以及CO2氣體保護雙槍自動焊接機，能保證加工的效率和均一性。此外，在輥體生產(chǎn)中采用了輥體縮口工藝專利技術(shù)，能更好地保證了兩軸承座的同軸度，輥皮兩端頭呈弧形縮口狀，在降低徑向跳動的同時也降低了對皮帶磨損和托輥的旋轉(zhuǎn)阻力。

另外，為保證托輥的裝配質(zhì)量，在采用托輥自動壓裝機的基礎(chǔ)上，設(shè)計了適用于復(fù)合密封結(jié)構(gòu)的壓裝壓頭專用工裝，能實現(xiàn)軸承、密封圈以及內(nèi)外密封圈、多唇邊油封、防塵蓋等的二次壓裝，生產(chǎn)效率高、裝配精度好。

5 托輥的試驗方法和結(jié)果討論

5.1 托輥的試驗方法

按照GB/T10595-2009帶式輸送機技術(shù)條件和MT821-2006煤礦用帶式輸送機托輥技術(shù)條件。新型復(fù)合密封托輥的出廠驗收，須符合防水、防塵輥子的性能，以及旋轉(zhuǎn)阻力的性能要求。試驗設(shè)備采用托輥旋轉(zhuǎn)阻力試驗臺（型號WC-2000C）和浸水密封試驗臺（型號ZT-512）進行試驗。防水防塵和旋轉(zhuǎn)阻力的試驗中抽檢托輥的樣本大小n1分別為80件和8件。

托輥的防塵和防水性能應(yīng)滿足下列條件：防水托輥輥子（接觸式密封）在浸水工況下，以600r/min旋轉(zhuǎn)，連續(xù)運轉(zhuǎn)24h后，托輥的進水量不應(yīng)超過5g.對于防水和防塵輥子的旋轉(zhuǎn)阻力試驗，在250N的徑向壓力下，輥子以600r/min的速度旋轉(zhuǎn)，測其旋轉(zhuǎn)阻力，其值不應(yīng)大于表1中的數(shù)值，停止1h后再旋轉(zhuǎn)時，其旋轉(zhuǎn)阻力不應(yīng)大于表1數(shù)值的1.5倍。

表1 防水、防塵輥子的旋轉(zhuǎn)阻力極值

5.2 托輥的試驗結(jié)果討論

經(jīng)以上試驗測定，可得到托輥的防水和旋轉(zhuǎn)阻力性能的試驗數(shù)據(jù)，為便于查看和對比分析，繪制出抽檢托輥的旋轉(zhuǎn)阻力的數(shù)據(jù)分布圖，如圖2所示。

由圖2可知，試驗測定的復(fù)合密封托輥的旋轉(zhuǎn)阻力數(shù)據(jù)大部分在2N～3.5N之間波動，平均值為2.91N（圖中的水平虛線），經(jīng)檢測的80件中只有4件超過了許用值4.35N（圖中的水平實線）。另外，停止1h后再旋轉(zhuǎn)時，其旋轉(zhuǎn)阻力都不大于6.5N.按照MT821-2006標(biāo)準(zhǔn)的要求：實測旋轉(zhuǎn)阻力合格判定數(shù)AC=4<10，此次抽檢合格。對托輥浸水前后的重量進行測量，托輥進水量項目抽檢的8件中，進水量均小于5g，數(shù)據(jù)同樣也滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。

試驗結(jié)果顯示：生產(chǎn)的新型復(fù)合密封托輥的防水、防塵性能優(yōu)良，旋轉(zhuǎn)阻力數(shù)據(jù)均符合接觸式密封的出廠檢驗標(biāo)準(zhǔn)的要求。

圖2 托輥的旋轉(zhuǎn)阻力分布圖

6 結(jié)束語

新型復(fù)合密封托輥于2012年5月已申請了新型復(fù)合密封托輥的實用新型專利，其軸承密封組件采用非接觸式迷宮和接觸式多唇邊油封的復(fù)合密封，結(jié)構(gòu)簡單，并配以大游隙軸承，經(jīng)試驗檢驗其防水、防塵和旋轉(zhuǎn)阻力各項性能均符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。該種帶式輸送機復(fù)合密封托輥，經(jīng)過在某煤礦井下兩年多的使用，壽命已超過30000h，在壽命期內(nèi)損壞率也不到6%，值得作為高性能、高壽命托輥進行推廣，特別是對惡劣環(huán)境中的帶式輸送機以及圓管帶式輸送機，防水防塵性能俱佳。另外，可以將復(fù)合密封結(jié)構(gòu)中的多唇形油封替換為自補償?shù)膹椈蓧涵h(huán)油封，來補償軸的振動以及密封唇與軸間的相對磨損，這將明顯提高接觸式密封的效果，使得托輥的使用性能和壽命大幅提高。

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