浅谈带式输送机托辊的结构优化

2020-12-08金英举

世界有色金属 2020年12期

金英举

（鑫诚建设监理咨询有限公司，北京 100089）

1 概述

带式输送机是一种利用物料和皮带之间的摩擦实现输送的高效连续运输设备，它可以满足运距长、运量大、倾角大、连续运输等要求，而且设备系统能够实现集中管理和控制，在矿山、港口、冶金、化工等行业得到了广泛应用。托辊作为带式输送机中的易损部件，更换频率高、用量最大，直接决定输送机整机运行效果，托辊约占整机重量的35%和整机价格的30%。托辊在运行过程中作为主要承重和摩擦工作部件，其损耗量十分惊人，是带式输送机替换、维护最多的部件，其发展至今至少已有150年的历史，早期托辊密封设计结构简单，基本可以满足旋转和支撑功能的需求，伴随着科学技术的日新月异发展，随之新材料广泛应用于制造行业，以及新技术和新工艺的不断出现，使得托辊技术的更新发展进入了一个新阶段。因此为达到降低带式输送机的制造成本以及提高运行质量的目标，托辊的优化设计是势在必行的，本文从带式输送机托辊的结构特点以及优化方向进行论述。

2 带式输送机托辊的结构特点

带式输送机通常采用全程密布托辊组来进行支撑，此结构可以有效减小胶带的运行阻力和限制输送带的垂度。托辊的基本结构是由轴、轴承、密封结构、管体、端盖组成,作为托辊组的核心部件，最基本的要求是保证径向跳动小，功率消耗低,并能够对输送胶带发挥良好的支撑作用，确保输送胶带始终保持垂度状态，有效降低运行阻力，实现高效运输物料，达到整机平稳运行的目标。考虑到带式传输机需要设置较多的托辊数量，这使得托辊的品质和性能对带式输送机运行成本与可靠性都会产生明显影响，综合以上分析，可以从托辊的结构组成部件进行设计优化，以达到降本增效目的。

3 带式输送机托辊的优化

托辊的优化仅从单一部件改进还远远不够，应从多方面结构部件相结合来进行综合优化，可以从管体、轴承、密封结构、润滑脂选用这几方面同时入手，以实现托辊整体性能的有效改进提升，下面具体进行详细介绍。

3.1 托辊管体的优化

（1）托辊管体壁厚的优化

金属托辊的管体的壁厚的大小直接影响着决定着托辊转动惯量的大小，转动惯量越大意味着带式输送机的托辊旋转时所承受的阻力越大，反之则阻力减小，因此托辊的旋转阻力是影响带式输送机功率的重要参数。倘若降低托辊的壁厚，可大幅度的降低托辊的旋转阻力，对带式输送机的成本优化起着重要作用。通过有限元分析软件ANSYS对托辊辊皮进行载荷分析，达到管体壁厚最优化。在满足强度的要求下，选用较薄的壁厚，达到降低托辊旋转阻力的目的，优化带式输送机功率，降低成本。

（2）托辊管体的材质的优化

托辊的管体通常为金属，但随着非金属材料在矿山机械方面的广泛应用，非金属托辊在带式输送机的应用日益增多。非金属托辊管体可采用高分子材料制作而成，尼龙、玻璃钢、聚氨酯、脲醛树脂、聚氯乙烯等材料被广泛应用，而非金属托辊的密封结构大体也和传动的金属托辊一致，随着技术的发展，也出现了为非金属托辊专门设计的树脂密封。实践证明，非金属托辊具有重量轻，便于安装、抗腐蚀、降低对输送带的磨损、减小转动惯量、运行阻力等显著优点，相比与传统钢制金属托辊，至少有效降低带式输送机设计功率20%、降低整机质量10%，可合理优化电机功率选型，从而达到降低制造成本目的，且其低噪音及环保的特点备受用户好评，但同时也要综合考虑在制作长托辊时灵活采用复合结构，总之非金属托辊将得到广泛推广应用于带式输送机。

3.2 托辊轴承的优化

托辊的轴承一般的采用大游隙、深沟槽的减摩轴承，一般指滚动轴承，深沟球轴承作为最具代表性的滚筒轴承，其使用方便，生产批量最大、应用范围广，是一种目前市场上的托辊厂家广泛采用的托辊专用轴承，此类轴其结构简单，主要由外圈、内圈、钢球以及保持架四部分构成，内外圈滚道采用圆弧状结构，主要承受径向载荷，当轴承的径向游隙加大时，使其具有角接触球轴承的功能，从而承受较大的轴向载荷，具有极限转速高，摩擦因数小的优点，同时在使用过程中避免使其承受重载荷和冲击。准确的对托辊负载进行计算，是保证合理选用托辊轴承的关键，轴承可选择深沟球轴承的不同系列或者圆锥滚子轴承等其他系列轴承，托辊轴承的优化可以从轴承的类型、结构型式等方面进行研究,也为后续密封结构的优化拓宽思路。

3.3 密封结构的优化

密封结构按密封与运动零件接触方式可分为有接触式密封和非接触式密封结构。接触式密封指密封和其相对运动的零件相接触且没有间隙的密封，在设备运行中这种密封结构的缺点是存在较大摩擦，发热量大易造成润滑不良，易造成接触面磨损，因此常用于中低、速的工作条件，以毛毡密封、皮碗密封等结构型式为主；非接触式密封指密封和其相对运动的零件不接触且有适当的间隙的密封，这种型式密封可以有效避免接触式密封的缺点，并被广泛应用于实际生产中，常见结构型式有间隙式、迷宫式和垫圈式等结构。经过托辊结构的不断更新，目前市场上托辊的密封结构以接触式密封与非接触式密封相结合的方式进行改进。在行业内划分为DTⅡ型、TK型、TKⅡ型、TF型以及树脂型式密封。轴承作为托辊的关键部件之一，轴承的运行状态直接决定托辊的使用寿命，影响运转阻力以及对输送带造成磨损的大小。因此托辊密封结构的优化要在保证防尘、防水以及阻力小等特点的同时，提高托辊自身的承载能力为主要方向。因此密封结构的优化不但可以降低托辊的损坏率，更可以降低托辊的轴承型号从而大大的降低托辊的成本，从而达到降低带式输送机成本的目的。

综合考虑皮带输机的使用环境特点，托辊的密封在不同环境下要求也不尽相同，优良的密封设计结构环境适应能力强，可以有效避影用寿命，降低托辊的损坏率，能够经得起实践检验，赢得市场的需求和肯定。因此改进托辊的密封结构具有相当大的实际应用价值，对托辊质量的提升起着极其重要的作用。

3.4 润滑脂的优化

托辊轴承在设备运转过程中出现热量变化，造成润滑脂体积变化，严重的情况还会加速挥发，使润滑脂不断减少。润滑效果变差，导致轴承的磨损加剧，损坏率增加。因此，托辊的润滑脂的正确选用，在保证带式输送机的稳定运行起着至关重要的作用。

润滑脂种类繁多，如锂基润滑脂（通用锂基润滑脂、极压锂基润滑脂）、复合磺酸钙基润滑脂、低温润滑脂（合成及半合成低温润滑脂、锂基低温润滑脂）等被广泛应用于托辊润滑系统。针对不同的工况条件选用的润滑脂也不尽相同，因此充分了解工况的条件、合理的选用润滑脂，才能真正的对轴承起到保护作用，决定托辊的综合运行质量。通常情况下，润滑脂根据托辊所受载荷、运行转速，环境条件以及使用温度进行选择，托辊油脂的种类以及填充量的多少都决定这托辊质量的好坏，因此只有合理选用的润滑脂，才能保证其发挥润滑作用。