淺談帶式輸送機托輥的結構優化

金英舉

（鑫誠建設監理咨詢有限公司，北京 100089）

1 概述

帶式輸送機是一種利用物料和皮帶之間的摩擦實現輸送的高效連續運輸設備，它可以滿足運距長、運量大、傾角大、連續運輸等要求，而且設備系統能夠實現集中管理和控制，在礦山、港口、冶金、化工等行業得到了廣泛應用。托輥作為帶式輸送機中的易損部件，更換頻率高、用量最大，直接決定輸送機整機運行效果，托輥約占整機重量的35%和整機價格的30%。托輥在運行過程中作為主要承重和摩擦工作部件，其損耗量十分驚人，是帶式輸送機替換、維護最多的部件，其發展至今至少已有150年的歷史，早期托輥密封設計結構簡單，基本可以滿足旋轉和支撐功能的需求，伴隨著科學技術的日新月異發展，隨之新材料廣泛應用于制造行業，以及新技術和新工藝的不斷出現，使得托輥技術的更新發展進入了一個新階段。因此為達到降低帶式輸送機的制造成本以及提高運行質量的目標，托輥的優化設計是勢在必行的，本文從帶式輸送機托輥的結構特點以及優化方向進行論述。

2 帶式輸送機托輥的結構特點

帶式輸送機通常采用全程密布托輥組來進行支撐，此結構可以有效減小膠帶的運行阻力和限制輸送帶的垂度。托輥的基本結構是由軸、軸承、密封結構、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小，功率消耗低,并能夠對輸送膠帶發揮良好的支撐作用，確保輸送膠帶始終保持垂度狀態，有效降低運行阻力，實現高效運輸物料，達到整機平穩運行的目標。考慮到帶式傳輸機需要設置較多的托輥數量，這使得托輥的品質和性能對帶式輸送機運行成本與可靠性都會產生明顯影響，綜合以上分析，可以從托輥的結構組成部件進行設計優化，以達到降本增效目的。

3 帶式輸送機托輥的優化

托輥的優化僅從單一部件改進還遠遠不夠，應從多方面結構部件相結合來進行綜合優化，可以從管體、軸承、密封結構、潤滑脂選用這幾方面同時入手，以實現托輥整體性能的有效改進提升，下面具體進行詳細介紹。

3.1 托輥管體的優化

（1）托輥管體壁厚的優化

金屬托輥的管體的壁厚的大小直接影響著決定著托輥轉動慣量的大小，轉動慣量越大意味著帶式輸送機的托輥旋轉時所承受的阻力越大，反之則阻力減小，因此托輥的旋轉阻力是影響帶式輸送機功率的重要參數。倘若降低托輥的壁厚，可大幅度的降低托輥的旋轉阻力，對帶式輸送機的成本優化起著重要作用。通過有限元分析軟件ANSYS對托輥輥皮進行載荷分析，達到管體壁厚最優化。在滿足強度的要求下，選用較薄的壁厚，達到降低托輥旋轉阻力的目的，優化帶式輸送機功率，降低成本。

（2）托輥管體的材質的優化

托輥的管體通常為金屬，但隨著非金屬材料在礦山機械方面的廣泛應用，非金屬托輥在帶式輸送機的應用日益增多。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、脲醛樹脂、聚氯乙烯等材料被廣泛應用，而非金屬托輥的密封結構大體也和傳動的金屬托輥一致，隨著技術的發展，也出現了為非金屬托輥專門設計的樹脂密封。實踐證明，非金屬托輥具有重量輕，便于安裝、抗腐蝕、降低對輸送帶的磨損、減小轉動慣量、運行阻力等顯著優點，相比與傳統鋼制金屬托輥，至少有效降低帶式輸送機設計功率20%、降低整機質量10%，可合理優化電機功率選型，從而達到降低制造成本目的，且其低噪音及環保的特點備受用戶好評，但同時也要綜合考慮在制作長托輥時靈活采用復合結構，總之非金屬托輥將得到廣泛推廣應用于帶式輸送機。

3.2 托輥軸承的優化

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，生產批量最大、應用范圍廣，是一種目前市場上的托輥廠家廣泛采用的托輥專用軸承，此類軸其結構簡單，主要由外圈、內圈、鋼球以及保持架四部分構成，內外圈滾道采用圓弧狀結構，主要承受徑向載荷，當軸承的徑向游隙加大時，使其具有角接觸球軸承的功能，從而承受較大的軸向載荷，具有極限轉速高，摩擦因數小的優點，同時在使用過程中避免使其承受重載荷和沖擊。準確的對托輥負載進行計算，是保證合理選用托輥軸承的關鍵，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，托輥軸承的優化可以從軸承的類型、結構型式等方面進行研究,也為后續密封結構的優化拓寬思路。

3.3 密封結構的優化

密封結構按密封與運動零件接觸方式可分為有接觸式密封和非接觸式密封結構。接觸式密封指密封和其相對運動的零件相接觸且沒有間隙的密封，在設備運行中這種密封結構的缺點是存在較大摩擦，發熱量大易造成潤滑不良，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、皮碗密封等結構型式為主；非接觸式密封指密封和其相對運動的零件不接觸且有適當的間隙的密封，這種型式密封可以有效避免接觸式密封的缺點，并被廣泛應用于實際生產中，常見結構型式有間隙式、迷宮式和墊圈式等結構。經過托輥結構的不斷更新，目前市場上托輥的密封結構以接觸式密封與非接觸式密封相結合的方式進行改進。在行業內劃分為DTⅡ型、TK型、TKⅡ型、TF型以及樹脂型式密封。軸承作為托輥的關鍵部件之一，軸承的運行狀態直接決定托輥的使用壽命，影響運轉阻力以及對輸送帶造成磨損的大小。因此托輥密封結構的優化要在保證防塵、防水以及阻力小等特點的同時，提高托輥自身的承載能力為主要方向。因此密封結構的優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從而大大的降低托輥的成本，從而達到降低帶式輸送機成本的目的。

綜合考慮皮帶輸機的使用環境特點，托輥的密封在不同環境下要求也不盡相同，優良的密封設計結構環境適應能力強，可以有效避影用壽命，降低托輥的損壞率，能夠經得起實踐檢驗，贏得市場的需求和肯定。因此改進托輥的密封結構具有相當大的實際應用價值，對托輥質量的提升起著極其重要的作用。

3.4 潤滑脂的優化

托輥軸承在設備運轉過程中出現熱量變化，造成潤滑脂體積變化，嚴重的情況還會加速揮發，使潤滑脂不斷減少。潤滑效果變差，導致軸承的磨損加劇，損壞率增加。因此，托輥的潤滑脂的正確選用，在保證帶式輸送機的穩定運行起著至關重要的作用。

潤滑脂種類繁多，如鋰基潤滑脂（通用鋰基潤滑脂、極壓鋰基潤滑脂）、復合磺酸鈣基潤滑脂、低溫潤滑脂（合成及半合成低溫潤滑脂、鋰基低溫潤滑脂）等被廣泛應用于托輥潤滑系統。針對不同的工況條件選用的潤滑脂也不盡相同，因此充分了解工況的條件、合理的選用潤滑脂，才能真正的對軸承起到保護作用，決定托輥的綜合運行質量。通常情況下，潤滑脂根據托輥所受載荷、運行轉速，環境條件以及使用溫度進行選擇，托輥油脂的種類以及填充量的多少都決定這托輥質量的好壞，因此只有合理選用的潤滑脂，才能保證其發揮潤滑作用。

4 結語

隨著國民經濟的不斷提高，礦山機械也在迅猛發展。因此對帶式輸送機的優化節約成本提出了更高的要求。而托輥的優化是降低成本，減低損壞率的重要組成部分，因此托輥結構優化刻不容緩，低阻力、低噪音的托輥即將成為未來帶式輸送機市場發展方向。