皮帶機托輥密封結構現狀

郭敬 李妙紅

摘 要：托輥在帶式輸送機中的占比比較大，而帶式輸送機主要應用于糧站、煤礦和礦山等的運輸。托輥的整體結構一般比較單一，多數情況由軸承座、輥筒、軸承、潤滑脂、密封件以及軸等這些零件構成。常用的托輥自身存在許多不足，主要是體積比較大、磨損較大、容易被腐蝕、使用期較短，這主要是托輥的工作環境引起的，托輥主要被用于一些比較惡劣的工作環境中，而且它本身的構造也不完美。所以，改善傳統的托輥勢在必行。

關鍵詞：帶式輸送機；托輥；密封設計

中圖分類號：TD528.1；TH222 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）24-0110-01

1 皮帶機的應用現狀

帶式輸送機還可以叫做膠帶機或者皮帶機，主要的應用領域是鐵礦、煤礦、糧站、港口、焦化廠、洗煤廠、發電廠和化肥廠等工業的運輸部門，是一種用于物料輸送的機器，負責的是粒料和固體散料的輸送。帶式輸送機是物料傳送領域的必須品，它擁有比較簡單的結構，靈活的架設，較少的占地面積，同時可以進行不間斷的工作，皮帶機的長度是不固定的，最短的只用幾米，最長的時候可以達到幾千米。現在已知最長的皮帶機的長度是2 km，寬度是2 m，最小的皮帶機長度要小于10 m，寬度大約是300 mm。

2 托輥的種類

托輥的種類有很多，以材料進行劃分可分為：陶瓷托輥、鑄石托輥、尼龍托輥、鋼制托輥、脈醛樹脂托輥、PVC托輥、超高分子量聚乙烯托輥、酚醛樹脂托輥、玻璃鋼托輥、聚氨醋托輥、橡膠托輥等，在這些不同的托輥中使用比重最大的是尼龍托輥、鋼制托輥以及脈醛樹脂托輥。

以直徑進行劃分，托輥可以分為：108直徑、89直徑、159直徑、133直徑和194直徑等。現在使用比重較大的托輥直徑是108直徑、89直徑、159直徑和133直徑等。托輥的直徑直接關系著托輥的長度，如果托輥的直徑是89，那么它的長度多數情況下最短是180 mm，最長能夠達到1 000 mm；托輥直徑是108那么它的長度最短是240 mm，最長是1 200 mm；托輥直徑是133，那么它的長度最短是375 mm，最長是1 600 mm，托輥直徑是159，那么它的長度最短是465 mm，最長是1 800 mm；托輥直徑是194，那么它的長度最短是600 mm，最長是2 200 mm。

3 托輥失效機理

現在帶式輸送機上使用的軸承都是專用的，包括205 ka、204 ka、306 ka、305 ka以及704 ka。不過在替換完專用的軸承后，軸承損壞的情況依然沒有得到改善，主要表現為旋轉不連續、運轉變得遲緩等，造成這種現象的原因有以下幾點。

3.1 使用了變質的潤滑脂

礦用帶式輸送機的工作環境一般都伴有大量的粉塵，如果長時間在這種環境中工作，潤滑脂中就會摻入粉塵，這樣潤滑脂就不能平穩的發揮它的作用，效果變差。如果軸承一直在比較干的情況下進行摩擦，那么軸承就會出現比較頻繁的磨損，使用周期變短。

3.2 潤滑脂慢慢流失

這一現象是因為托輥軸承的“呼吸”行為。“呼吸”指的是高速運轉的托輥，因為摩擦的原因，產生了大量的熱量，熱量導致潤滑脂的揮發汽化，這樣密封腔內的壓力就變大了，此時密封腔中的其它氣體就會被向外排擠，這就是“呼氣”動作。托輥停止工作后，溫度就會回落，密封腔內的壓力也變低了，這時被排出的氣體就會又回到密封腔內，這就是“吸氣”動作。這兩個動作組成了“呼吸”行為。“呼氣”的時候，外面的壓力小于密封腔內的壓力，雜質不會被帶入密封腔內，但是在“吸氣”過程中，外面的壓力大于密封腔內的壓力，外界的雜質就會被吸入密封腔內，這些雜質會污染潤滑脂。長時間的“呼吸”行為會使得潤滑脂中含有過多的雜質，減少潤滑脂的含量，這樣軸承的磨損就加劇了。

4 現有托輥的密封形式

迷宮密封是指安置數個排布整齊的環形密封齒在泄露通道中，兩齒之間構建了一組膨脹空腔和節流間隙，一級迷宮的組成部分是一個膨脹空腔和一個節流齒隙，迷宮密封結構的組成部分就是幾個迷宮。齒隙的工作就是完成勢能向動能的轉變，空腔的工作是完成動能和熱能的轉變，防止其轉變為壓力能。迷宮效應指的是流體依靠迷宮發出阻礙使得它的流量變弱。實事求是的迷宮效應就是一些效應的綜合，比如流束收縮效應、水力摩阻效應、透氣效應以及熱力學效應等等。簡化迷宮密封的工作原理就是以密封介質為轉折，通過迷宮之中的空隙營造出節流效應完成密封阻漏的工作。非接觸式迷宮密封所擁有旋轉阻力是非常弱的，需要完成多級迷宮的設置才能完成工作需要。通過迷宮密封的工作原理能夠發現迷宮密封和軸承的“呼吸”非常的匹配。不過在煤礦井下使用的帶式輸送機需要托輥能夠加強其防塵防水的性能。迷宮密封在本質上屬于非接觸式密封，它本身擁有比較差的防水性能，而且，迷宮密封所發揮出的作用與轉速息息相關，轉速越低效果越差。在設計托輥的密封結構的時候，使用頻率最高的是迷宮密封與某些附件密封相組合的方式。

為了更好地將托輥的性能發揮出來，最近一段時間各項研究開始從不同的方面下功夫，比如說：改善托輥的構成材料，將鋼制材料的托輥改為新型材料的托輥，這樣托輥才能和新型密封結構想匹配，還有就是選擇其它的密封結構，而不再是單純的迷宮密封結構。

4.1 材料升級替換出的新結構托輥

常規的托輥的制作材料一般都是鋼材，鋼制材質的托輥比較重而且極易被腐蝕，容易被磨損。為了完成重量減輕、使用期增長的要求，近期有某些非金屬質地的托輥產生了。現在正在使用中的托輥有脈醛樹脂托輥、酚醛樹脂托輥和尼龍托輥等，這些托輥的材質都是高分子材料。不止這些，還出現了玻璃鋼托輥和陶瓷托輥等托輥，這些托輥的材質屬于非金屬材料。對比新型托輥和傳統托輥，新型托輥的重量比較小，比較耐磨、不易被腐蝕、旋轉阻力非常的小，不容易磨損傳送帶。老式的軸承和軸承座已經不能和新材料的托輥相匹配，軸承和軸承座的托輥需要選擇無軸承結構或者橡膠軸承座。類似于在陶瓷托輥中選擇的組合就是陶瓷輥和橡膠軸承座，這樣陶瓷托輥的使用時間久延長了很多。

無心軸托輥中的輥筒多數情況下選擇的是整體旋壓成型，就是指使用旋壓工藝生產出的半軸結構的托輥，然后再安裝好軸承。無心軸托輥能夠剔除存在于軸承和管體之間的連接縫隙，這樣就能延長托輥的使用期限。現在，鹽場和洗煤廠已經開始使用新型材質的托輥。

4.2 唇式密封

托輥唇式密封本質上歸屬于接觸式密封，它代替的就是迷宮密封，即使是在托輥停止工作的時候也能起到密封的作用，而且防水效果也不錯。唇式密封中的密封條的制作材料是聚氨酷材料，這種材料擁有比較穩定的性能、而且比較不易磨損、對靜電的抗阻燃效果也很好。唇式密封中的軸和密封條是平行排列存在的，或者旋轉90度成為垂直安放的。安裝的時候，唇式結構和托輥良好的匹配，使得托輥工作的時候密封效果比較好，即使托輥停止工作，密封效果仍然存在。考慮到正常運行時，托輥軸和密封唇之間的配合比較超標，這就導致運轉時候產生的阻力比較強，如果帶式輸送機大部分都選擇這種唇式密封，那么整臺機器就需要消耗比較多的能量。

4.3 其它類別的密封結構

不只有以上兩種密封結構，還有一些密封結構的使用范圍比較窄，使用率比較低，比如專用密封件的密封結構。托輥工作的時候，采用離心力導致雜質經過特制的甩油杯被甩出軸承座。不過這種密封結構使用率較低，但是是可行的。不過這種密封結構存在很明顯的不足，在這種結構中選擇的零部件都不是標準的構造，在生產過程中需要配置相應的模具以及工序，這樣產品的質量才能夠保障。所以這就需要耗費較多的人力物力，降低了產品的性價比，不能夠被大范圍的認可。

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