皮帶輸送機(jī)滾筒用免維護(hù)軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

王朋偉，賈松陽(yáng)，范強(qiáng)

(1.洛陽(yáng)LYC軸承有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039；2.航空精密軸承國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽(yáng) 471039)

皮帶輸送機(jī)是重要的散裝物料運(yùn)輸設(shè)備，廣泛應(yīng)用于港口、礦山、碼頭、建筑、化工、物流輸送等領(lǐng)域,調(diào)心滾子軸承是皮帶輸送機(jī)滾筒的重要零部件，其故障在皮帶運(yùn)輸機(jī)故障中占有很大比例[1-4]。一般將調(diào)心滾子軸承裝在整體式軸承座內(nèi)，其結(jié)構(gòu)是普通開(kāi)放式(無(wú)密封圈),軸承靠軸承座進(jìn)行密封，安裝時(shí)向軸承座里注入潤(rùn)滑脂進(jìn)行潤(rùn)滑。某鋼廠有總長(zhǎng)約60 km的帶式輸送線路、400余架輸送機(jī)、3 000多支滾筒，現(xiàn)場(chǎng)工況惡劣，粉塵等異物較多，軸承潤(rùn)滑維護(hù)周期短且維護(hù)困難，軸承損耗率較高,故有必要開(kāi)發(fā)免維護(hù)的皮帶輸送機(jī)滾筒用軸承結(jié)構(gòu)。

1 設(shè)計(jì)要求

針對(duì)皮帶輸送機(jī)滾筒用軸承損耗率高、維護(hù)困難、維護(hù)成本高的問(wèn)題，提出如下設(shè)計(jì)要求：1)滾筒壽命周期內(nèi)軸承免維護(hù)，滾筒下線維護(hù)時(shí)更換軸承，采用調(diào)心滾子軸承和整體式軸承座整體更換方式；2)軸承和軸承座既要滿(mǎn)足軸承自動(dòng)調(diào)心功能，又要保證密封可靠，還需自帶潤(rùn)滑油孔。

2 初始設(shè)計(jì)方案及存在的問(wèn)題

2.1 初始方案

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，將調(diào)心滾子軸承裝在整體式軸承座內(nèi)，調(diào)心滾子軸承與軸承座組成的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。該方案軸承座采用帶有迷宮式密封+骨架油封的雙重密封結(jié)構(gòu)。迷宮式密封結(jié)構(gòu)如圖2所示，擋圈和透蓋的結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)設(shè)計(jì)[5]，軸向及徑向均存在一定的間隙，從而形成錯(cuò)列形迷宮密封。其徑向間隙e通過(guò)兩者端面槽的徑向尺寸控制，軸向間隙f通過(guò)安裝螺釘?shù)奈恢每刂?。根?jù)經(jīng)驗(yàn)，間隙值的選取見(jiàn)表1。骨架油封結(jié)構(gòu)如圖3所示，其結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)設(shè)計(jì)。

圖1 整體結(jié)構(gòu)

圖2 迷宮式密封結(jié)構(gòu)

表1 間隙值

圖3 骨架油封結(jié)構(gòu)

2.2 存在的問(wèn)題

使用中發(fā)現(xiàn)軸承在壽命周期內(nèi)仍出現(xiàn)失效，分析認(rèn)為存在以下原因：1)軸承座內(nèi)部空間較大，油脂被滾子擠出滾道后難以返回滾道，且長(zhǎng)期未補(bǔ)充新脂。軸承缺油或油脂老化會(huì)造成潤(rùn)滑不足，滾道與滾子表面出現(xiàn)干摩擦；2)皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)牡V粉、煤、焦炭等粉塵顆粒侵入軸承內(nèi)部，造成磨粒磨損；3)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸承座內(nèi)部形成負(fù)壓，密封不能有效防止外部灰塵及雨水的侵入，造成潤(rùn)滑脂失效，軸承銹蝕。

3 改進(jìn)方案

對(duì)調(diào)心滾子軸承增加密封結(jié)構(gòu)，并將軸承座改為上下剖分結(jié)構(gòu)。

3.1 密封圈設(shè)計(jì)

軸承在使用過(guò)程中要實(shí)現(xiàn)調(diào)心功能，若采取普通的密封結(jié)構(gòu)，內(nèi)外圈發(fā)生錯(cuò)位時(shí)外部異物會(huì)進(jìn)入軸承內(nèi)部，起不到良好的密封作用。故采用如圖4所示的雙唇密封結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：1)起雙重保護(hù)作用,主、副唇之間會(huì)形成環(huán)形空腔，既可緩沖壓力，又可儲(chǔ)存潤(rùn)滑脂,阻止內(nèi)部潤(rùn)滑脂泄漏和外部雜質(zhì)侵入；2)內(nèi)滾道表面粗糙度值較小，密封唇與內(nèi)滾道接觸時(shí)密封唇磨損小，可延長(zhǎng)密封壽命；3)軸承正常工作時(shí)主唇起主要密封作用，調(diào)心時(shí)內(nèi)外圈發(fā)生錯(cuò)位，密封圈也跟著旋轉(zhuǎn)，主、副唇同時(shí)起密封作用，如圖5所示。

圖4 帶雙唇式密封的調(diào)心滾子軸承

圖5 雙唇密封狀態(tài)

設(shè)計(jì)中應(yīng)注意：1)雙唇過(guò)盈量的選擇，一般主唇過(guò)盈量取0.15～0.25 mm，副唇過(guò)盈量適當(dāng)減小30%～50%。若過(guò)盈量太小，達(dá)不到密封效果且易產(chǎn)生油脂泄漏；過(guò)盈量太大，軸承的能耗提高，溫升較高，唇口橡膠磨損較嚴(yán)重，密封壽命降低[6]；2)密封圈骨架材質(zhì)均勻,有良好剛度，表面防銹處理，橡膠與骨架均勻貼合牢固,密封圈的形狀和尺寸精度應(yīng)保證雙唇與內(nèi)圈滾道的過(guò)盈量；3)為保證軸承內(nèi)、外圈發(fā)生偏移或軸承軸向竄動(dòng)時(shí)保持架端面與密封不發(fā)生干涉，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整軸承設(shè)計(jì)主參數(shù)，使密封圈與保持架之間存在一定的間隙，最小間隙為4 mm。

3.2 軸承座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

帶密封調(diào)心滾子軸承安裝時(shí)，軸承首先安裝在軸上，再安裝軸承座。安裝軸承座時(shí)，軸承座與外圈接觸，外圈會(huì)發(fā)生偏移，軸承密封圈容易脫落、損壞，故需對(duì)軸承座結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)?，F(xiàn)采用剖分式軸承座結(jié)構(gòu)[7]，在安裝時(shí)，下部分軸承座支承軸承，上部分軸承座從軸承正上方安裝，用螺釘固定，可有效防止軸承密封圈的脫落、損壞。

4 結(jié)束語(yǔ)

設(shè)計(jì)了一種皮帶輸送機(jī)滾筒用免維護(hù)軸承結(jié)構(gòu)，軸承座采用上下剖分座體且?guī)в忻詫m式密封+骨架油封雙重密封的結(jié)構(gòu)，調(diào)心滾子軸承也有自身密封結(jié)構(gòu)，滾筒下線維護(hù)時(shí)更換整體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)免維護(hù)的目的。經(jīng)驗(yàn)證，該結(jié)構(gòu)軸承使用效果良好，達(dá)到了免維護(hù)的效果，軸承年損耗量減少近50%，維護(hù)成本降低近70%，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。