金英舉

（鑫誠(chéng)建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司，北京 100089）

1 概述

帶式輸送機(jī)是一種利用物料和皮帶之間的摩擦實(shí)現(xiàn)輸送的高效連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備，它可以滿足運(yùn)距長(zhǎng)、運(yùn)量大、傾角大、連續(xù)運(yùn)輸?shù)纫?，而且設(shè)備系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)集中管理和控制，在礦山、港口、冶金、化工等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。托輥?zhàn)鳛閹捷斔蜋C(jī)中的易損部件，更換頻率高、用量最大，直接決定輸送機(jī)整機(jī)運(yùn)行效果，托輥約占整機(jī)重量的35%和整機(jī)價(jià)格的30%。托輥在運(yùn)行過(guò)程中作為主要承重和摩擦工作部件，其損耗量十分驚人，是帶式輸送機(jī)替換、維護(hù)最多的部件，其發(fā)展至今至少已有150年的歷史，早期托輥密封設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，基本可以滿足旋轉(zhuǎn)和支撐功能的需求，伴隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異發(fā)展，隨之新材料廣泛應(yīng)用于制造行業(yè)，以及新技術(shù)和新工藝的不斷出現(xiàn)，使得托輥技術(shù)的更新發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新階段。因此為達(dá)到降低帶式輸送機(jī)的制造成本以及提高運(yùn)行質(zhì)量的目標(biāo)，托輥的優(yōu)化設(shè)計(jì)是勢(shì)在必行的，本文從帶式輸送機(jī)托輥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及優(yōu)化方向進(jìn)行論述。

2 帶式輸送機(jī)托輥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

帶式輸送機(jī)通常采用全程密布托輥組來(lái)進(jìn)行支撐，此結(jié)構(gòu)可以有效減小膠帶的運(yùn)行阻力和限制輸送帶的垂度。托輥的基本結(jié)構(gòu)是由軸、軸承、密封結(jié)構(gòu)、管體、端蓋組成,作為托輥組的核心部件，最基本的要求是保證徑向跳動(dòng)小，功率消耗低,并能夠?qū)斔湍z帶發(fā)揮良好的支撐作用，確保輸送膠帶始終保持垂度狀態(tài)，有效降低運(yùn)行阻力，實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)輸物料，達(dá)到整機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行的目標(biāo)。考慮到帶式傳輸機(jī)需要設(shè)置較多的托輥數(shù)量，這使得托輥的品質(zhì)和性能對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行成本與可靠性都會(huì)產(chǎn)生明顯影響，綜合以上分析，可以從托輥的結(jié)構(gòu)組成部件進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，以達(dá)到降本增效目的。

3 帶式輸送機(jī)托輥的優(yōu)化

托輥的優(yōu)化僅從單一部件改進(jìn)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，應(yīng)從多方面結(jié)構(gòu)部件相結(jié)合來(lái)進(jìn)行綜合優(yōu)化，可以從管體、軸承、密封結(jié)構(gòu)、潤(rùn)滑脂選用這幾方面同時(shí)入手，以實(shí)現(xiàn)托輥整體性能的有效改進(jìn)提升，下面具體進(jìn)行詳細(xì)介紹。

3.1 托輥管體的優(yōu)化

（1）托輥管體壁厚的優(yōu)化

金屬托輥的管體的壁厚的大小直接影響著決定著托輥轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大意味著帶式輸送機(jī)的托輥旋轉(zhuǎn)時(shí)所承受的阻力越大，反之則阻力減小，因此托輥的旋轉(zhuǎn)阻力是影響帶式輸送機(jī)功率的重要參數(shù)。倘若降低托輥的壁厚，可大幅度的降低托輥的旋轉(zhuǎn)阻力，對(duì)帶式輸送機(jī)的成本優(yōu)化起著重要作用。通過(guò)有限元分析軟件ANSYS對(duì)托輥輥皮進(jìn)行載荷分析，達(dá)到管體壁厚最優(yōu)化。在滿足強(qiáng)度的要求下，選用較薄的壁厚，達(dá)到降低托輥旋轉(zhuǎn)阻力的目的，優(yōu)化帶式輸送機(jī)功率，降低成本。

（2）托輥管體的材質(zhì)的優(yōu)化

托輥的管體通常為金屬，但隨著非金屬材料在礦山機(jī)械方面的廣泛應(yīng)用，非金屬托輥在帶式輸送機(jī)的應(yīng)用日益增多。非金屬托輥管體可采用高分子材料制作而成，尼龍、玻璃鋼、聚氨酯、脲醛樹(shù)脂、聚氯乙烯等材料被廣泛應(yīng)用，而非金屬托輥的密封結(jié)構(gòu)大體也和傳動(dòng)的金屬托輥一致，隨著技術(shù)的發(fā)展，也出現(xiàn)了為非金屬托輥專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的樹(shù)脂密封。實(shí)踐證明，非金屬托輥具有重量輕，便于安裝、抗腐蝕、降低對(duì)輸送帶的磨損、減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、運(yùn)行阻力等顯著優(yōu)點(diǎn)，相比與傳統(tǒng)鋼制金屬托輥，至少有效降低帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)功率20%、降低整機(jī)質(zhì)量10%，可合理優(yōu)化電機(jī)功率選型，從而達(dá)到降低制造成本目的，且其低噪音及環(huán)保的特點(diǎn)備受用戶好評(píng)，但同時(shí)也要綜合考慮在制作長(zhǎng)托輥時(shí)靈活采用復(fù)合結(jié)構(gòu)，總之非金屬托輥將得到廣泛推廣應(yīng)用于帶式輸送機(jī)。

3.2 托輥軸承的優(yōu)化

托輥的軸承一般的采用大游隙、深溝槽的減摩軸承，一般指滾動(dòng)軸承，深溝球軸承作為最具代表性的滾筒軸承，其使用方便，生產(chǎn)批量最大、應(yīng)用范圍廣，是一種目前市場(chǎng)上的托輥廠家廣泛采用的托輥專(zhuān)用軸承，此類(lèi)軸其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要由外圈、內(nèi)圈、鋼球以及保持架四部分構(gòu)成，內(nèi)外圈滾道采用圓弧狀結(jié)構(gòu)，主要承受徑向載荷，當(dāng)軸承的徑向游隙加大時(shí)，使其具有角接觸球軸承的功能，從而承受較大的軸向載荷，具有極限轉(zhuǎn)速高，摩擦因數(shù)小的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在使用過(guò)程中避免使其承受重載荷和沖擊。準(zhǔn)確的對(duì)托輥負(fù)載進(jìn)行計(jì)算，是保證合理選用托輥軸承的關(guān)鍵，軸承可選擇深溝球軸承的不同系列或者圓錐滾子軸承等其他系列軸承，托輥軸承的優(yōu)化可以從軸承的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)型式等方面進(jìn)行研究,也為后續(xù)密封結(jié)構(gòu)的優(yōu)化拓寬思路。

3.3 密封結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

密封結(jié)構(gòu)按密封與運(yùn)動(dòng)零件接觸方式可分為有接觸式密封和非接觸式密封結(jié)構(gòu)。接觸式密封指密封和其相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件相接觸且沒(méi)有間隙的密封，在設(shè)備運(yùn)行中這種密封結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是存在較大摩擦，發(fā)熱量大易造成潤(rùn)滑不良，易造成接觸面磨損，因此常用于中低、速的工作條件，以毛氈密封、皮碗密封等結(jié)構(gòu)型式為主；非接觸式密封指密封和其相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件不接觸且有適當(dāng)?shù)拈g隙的密封，這種型式密封可以有效避免接觸式密封的缺點(diǎn)，并被廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，常見(jiàn)結(jié)構(gòu)型式有間隙式、迷宮式和墊圈式等結(jié)構(gòu)。經(jīng)過(guò)托輥結(jié)構(gòu)的不斷更新，目前市場(chǎng)上托輥的密封結(jié)構(gòu)以接觸式密封與非接觸式密封相結(jié)合的方式進(jìn)行改進(jìn)。在行業(yè)內(nèi)劃分為DTⅡ型、TK型、TKⅡ型、TF型以及樹(shù)脂型式密封。軸承作為托輥的關(guān)鍵部件之一，軸承的運(yùn)行狀態(tài)直接決定托輥的使用壽命，影響運(yùn)轉(zhuǎn)阻力以及對(duì)輸送帶造成磨損的大小。因此托輥密封結(jié)構(gòu)的優(yōu)化要在保證防塵、防水以及阻力小等特點(diǎn)的同時(shí)，提高托輥?zhàn)陨淼某休d能力為主要方向。因此密封結(jié)構(gòu)的優(yōu)化不但可以降低托輥的損壞率，更可以降低托輥的軸承型號(hào)從而大大的降低托輥的成本，從而達(dá)到降低帶式輸送機(jī)成本的目的。

綜合考慮皮帶輸機(jī)的使用環(huán)境特點(diǎn)，托輥的密封在不同環(huán)境下要求也不盡相同，優(yōu)良的密封設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，可以有效避影用壽命，降低托輥的損壞率，能夠經(jīng)得起實(shí)踐檢驗(yàn)，贏得市場(chǎng)的需求和肯定。因此改進(jìn)托輥的密封結(jié)構(gòu)具有相當(dāng)大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，對(duì)托輥質(zhì)量的提升起著極其重要的作用。

3.4 潤(rùn)滑脂的優(yōu)化

托輥軸承在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中出現(xiàn)熱量變化，造成潤(rùn)滑脂體積變化，嚴(yán)重的情況還會(huì)加速揮發(fā)，使?jié)櫥粩鄿p少。潤(rùn)滑效果變差，導(dǎo)致軸承的磨損加劇，損壞率增加。因此，托輥的潤(rùn)滑脂的正確選用，在保證帶式輸送機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。

潤(rùn)滑脂種類(lèi)繁多，如鋰基潤(rùn)滑脂（通用鋰基潤(rùn)滑脂、極壓鋰基潤(rùn)滑脂）、復(fù)合磺酸鈣基潤(rùn)滑脂、低溫潤(rùn)滑脂（合成及半合成低溫潤(rùn)滑脂、鋰基低溫潤(rùn)滑脂）等被廣泛應(yīng)用于托輥潤(rùn)滑系統(tǒng)。針對(duì)不同的工況條件選用的潤(rùn)滑脂也不盡相同，因此充分了解工況的條件、合理的選用潤(rùn)滑脂，才能真正的對(duì)軸承起到保護(hù)作用，決定托輥的綜合運(yùn)行質(zhì)量。通常情況下，潤(rùn)滑脂根據(jù)托輥所受載荷、運(yùn)行轉(zhuǎn)速，環(huán)境條件以及使用溫度進(jìn)行選擇，托輥油脂的種類(lèi)以及填充量的多少都決定這托輥質(zhì)量的好壞，因此只有合理選用的潤(rùn)滑脂，才能保證其發(fā)揮潤(rùn)滑作用。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷提高，礦山機(jī)械也在迅猛發(fā)展。因此對(duì)帶式輸送機(jī)的優(yōu)化節(jié)約成本提出了更高的要求。而托輥的優(yōu)化是降低成本，減低損壞率的重要組成部分，因此托輥結(jié)構(gòu)優(yōu)化刻不容緩，低阻力、低噪音的托輥即將成為未來(lái)帶式輸送機(jī)市場(chǎng)發(fā)展方向。