皮带机托辊密封结构现状

摘 要：托辊在带式输送机中的占比比较大，而带式输送机主要应用于粮站、煤矿和矿山等的运输。托辊的整体结构一般比较单一，多数情况由轴承座、辊筒、轴承、脂、密封件以及轴等这些零件构成。常用的托辊自身存在许多不足，主要是体积比较大、磨损较大、容易被腐蚀、使用期较短，这主要是托辊的工作环境引起的，托辊主要被用于一些比较恶劣的工作环境中，而且它本身的构造也不完美。所以，改善传统的托辊势在必行。

关键词：带式输送机；托辊；密封设计

中图分类号：TD528.1；TH222 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）24-0110-01

1 皮带机的应用现状

带式输送机还可以叫做胶带机或者皮带机，主要的应用领域是铁矿、煤矿、粮站、港口、焦化厂、洗煤厂、发电厂和化肥厂等工业的运输部门，是一种用于物料输送的机器，负责的是粒料和固体散料的输送。带式输送机是物料传送领域的必须品，它拥有比较简单的结构，灵活的架设，较少的占地面积，同时可以进行不间断的工作，皮带机的长度是不固定的，最短的只用几米，最长的时候可以达到几千米。现在已知最长的皮带机的长度是2 km，宽度是2 m，最小的皮带机长度要小于10 m，宽度大约是300 mm。

2 托辊的种类

托辊的种类有很多，以材料进行划分可分为：陶瓷托辊、铸石托辊、尼龙托辊、钢制托辊、脉醛树脂托辊、PVC托辊、超高分子量聚乙烯托辊、酚醛树脂托辊、玻璃钢托辊、聚氨醋托辊、橡胶托辊等，在这些不同的托辊中使用比重最大的是尼龙托辊、钢制托辊以及脉醛树脂托辊。

以直径进行划分，托辊可以分为：108直径、89直径、159直径、133直径和194直径等。现在使用比重较大的托辊直径是108直径、89直径、159直径和133直径等。托辊的直径直接关系着托辊的长度，如果托辊的直径是89，那么它的长度多数情况下最短是180 mm，最长能够达到1 000 mm；托辊直径是108那么它的长度最短是240 mm，最长是1 200 mm；托辊直径是133，那么它的长度最短是375 mm，最长是1 600 mm，托辊直径是159，那么它的长度最短是465 mm，最长是1 800 mm；托辊直径是194，那么它的长度最短是600 mm，最长是2 200 mm。

3 托辊失效机理

现在带式输送机上使用的轴承都是专用的，包括205 ka、204 ka、306 ka、305 ka以及704 ka。不过在替换完专用的轴承后，轴承损坏的情况依然没有得到改善，主要表现为旋转不连续、运转变得迟缓等，造成这种现象的原因有以下几点。

3.1 使用了变质的脂

矿用带式输送机的工作环境一般都伴有大量的粉尘，如果长时间在这种环境中工作，脂中就会掺入粉尘，这样脂就不能平稳的发挥它的作用，效果变差。如果轴承一直在比较干的情况下进行摩擦，那么轴承就会出现比较频繁的磨损，使用周期变短。

3.2 脂慢慢流失

这一现象是因为托辊轴承的“呼吸”行为。“呼吸”指的是高速运转的托辊，因为摩擦的原因，产生了大量的热量，热量导致脂的挥发汽化，这样密封腔内的压力就变大了，此时密封腔中的其它气体就会被向外排挤，这就是“呼气”动作。托辊停止工作后，温度就会回落，密封腔内的压力也变低了，这时被排出的气体就会又回到密封腔内，这就是“吸气”动作。这两个动作组成了“呼吸”行为。“呼气”的时候，外面的压力小于密封腔内的压力，杂质不会被带入密封腔内，但是在“吸气”过程中，外面的压力大于密封腔内的压力，外界的杂质就会被吸入密封腔内，这些杂质会污染脂。长时间的“呼吸”行为会使得脂中含有过多的杂质，减少脂的含量，这样轴承的磨损就加剧了。

4 现有托辊的密封形式

迷宫密封是指安置数个排布整齐的环形密封齿在泄露通道中，两齿之间构建了一组膨胀空腔和节流间隙，一级迷宫的组成部分是一个膨胀空腔和一个节流齿隙，迷宫密封结构的组成部分就是几个迷宫。齿隙的工作就是完成势能向动能的转变，空腔的工作是完成动能和热能的转变，防止其转变为压力能。迷宫效应指的是流体依靠迷宫发出阻碍使得它的流量变弱。实事求是的迷宫效应就是一些效应的综合，比如流束收缩效应、水力摩阻效应、透气效应以及热力学效应等等。简化迷宫密封的工作原理就是以密封介质为转折，通过迷宫之中的空隙营造出节流效应完成密封阻漏的工作。非接触式迷宫密封所拥有旋转阻力是非常弱的，需要完成多级迷宫的设置才能完成工作需要。通过迷宫密封的工作原理能够发现迷宫密封和轴承的“呼吸”非常的匹配。不过在煤矿井下使用的带式输送机需要托辊能够加强其防尘防水的性能。迷宫密封在本质上属于非接触式密封，它本身拥有比较差的防水性能，而且，迷宫密封所发挥出的作用与转速息息相关，转速越低效果越差。在设计托辊的密封结构的时候，使用频率最高的是迷宫密封与某些附件密封相组合的方式。

为了更好地将托辊的性能发挥出来，最近一段时间各项研究开始从不同的方面下功夫，比如说：改善托辊的构成材料，将钢制材料的托辊改为新型材料的托辊，这样托辊才能和新型密封结构想匹配，还有就是选择其它的密封结构，而不再是单纯的迷宫密封结构。

4.1 材料升级替换出的新结构托辊

常规的托辊的制作材料一般都是钢材，钢制材质的托辊比较重而且极易被腐蚀，容易被磨损。为了完成重量减轻、使用期增长的要求，近期有某些非金属质地的托辊产生了。现在正在使用中的托辊有脉醛树脂托辊、酚醛树脂托辊和尼龙托辊等，这些托辊的材质都是高分子材料。不止这些，还出现了玻璃钢托辊和陶瓷托辊等托辊，这些托辊的材质属于非金属材料。对比新型托辊和传统托辊，新型托辊的重量比较小，比较耐磨、不易被腐蚀、旋转阻力非常的小，不容易磨损传送带。老式的轴承和轴承座已经不能和新材料的托辊相匹配，轴承和轴承座的托辊需要选择无轴承结构或者橡胶轴承座。类似于在陶瓷托辊中选择的组合就是陶瓷辊和橡胶轴承座，这样陶瓷托辊的使用时间久延长了很多。

无心轴托辊中的辊筒多数情况下选择的是整体旋压成型，就是指使用旋压工艺生产出的半轴结构的托辊，然后再安装好轴承。无心轴托辊能够剔除存在于轴承和管体之间的连接缝隙，这样就能延长托辊的使用期限。现在，盐场和洗煤厂已经开始使用新型材质的托辊。

4.2 唇式密封

托辊唇式密封本质上归属于接触式密封，它代替的就是迷宫密封，即使是在托辊停止工作的时候也能起到密封的作用，而且防水效果也不错。唇式密封中的密封条的制作材料是聚氨酷材料，这种材料拥有比较稳定的性能、而且比较不易磨损、对静电的抗阻燃效果也很好。唇式密封中的轴和密封条是平行排列存在的，或者旋转90度成为垂直安放的。安装的时候，唇式结构和托辊良好的匹配，使得托辊工作的时候密封效果比较好，即使托辊停止工作，密封效果仍然存在。考虑到正常运行时，托辊轴和密封唇之间的配合比较超标，这就导致运转时候产生的阻力比较强，如果带式输送机大部分都选择这种唇式密封，那么整台机器就需要消耗比较多的能量。

4.3 其它类别的密封结构

不只有以上两种密封结构，还有一些密封结构的使用范围比较窄，使用率比较低，比如专用密封件的密封结构。托辊工作的时候，采用离心力导致杂质经过特制的甩油杯被甩出轴承座。不过这种密封结构使用率较低，但是是可行的。不过这种密封结构存在很明显的不足，在这种结构中选择的零部件都不是标准的构造，在生产过程中需要配置相应的模具以及工序，这样产品的质量才能够保障。所以这就需要耗费较多的人力物力，降低了产品的性价比，不能够被大范围的认可。

参考文献：

[1] 刘利，娄俊辉.圆筒混合机托辊调整[J].现代商贸工业，2012，（7）.

[2] 刘振，刘静.带式输送机托辊的分析[J].机电信息，2011，（3）.

[3] 王建昆，张斌.输送带托辊的研制与开发[J].矿山机械，2011，（5）.

[4] 李宗利，张丙文，赵文波.带式输送机缓冲托辊的改进[J].矿山机械，2010，（4）.

[5] 王伟平.煤矿用带式输送机托辊的密封设计[J].煤矿机械，2009，（6）.