淺談帶式輸送機托輥的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

金英舉

（鑫誠建設(shè)監(jiān)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(xiàn)輸送的高效連續(xù)運輸設(shè)備，它可以滿足運距長、運量大、傾角大、連續(xù)運輸?shù)纫?，而且設(shè)備系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)集中管理和控制，在礦山、港口、冶金、化工等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)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(fā)展至今至少已有150年的歷史，早期托輥密封設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，基本可以滿足旋轉(zhuǎn)和支撐功能的需求，伴隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異發(fā)展，隨之新材料廣泛應(yīng)用于制造行業(yè)，以及新技術(shù)和新工藝的不斷出現(xiàn)，使得托輥技術(shù)的更新發(fā)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(zhì)量的目標(biāo)，托輥的優(yōu)化設(shè)計是勢在必行的，本文從帶式輸送機托輥的結(jié)構(gòu)特點以及優(yōu)化方向進行論述。

2 帶式輸送機托輥的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)是由軸、軸承、密封結(jié)構(gòu)、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?qū)斔湍z帶發(fā)揮良好的支撐作用，確保輸送膠帶始終保持垂度狀態(tài)，有效降低運行阻力，實現(xiàn)高效運輸物料，達到整機平穩(wěn)運行的目標(biāo)?？紤]到帶式傳輸機需要設(shè)置較多的托輥數(shù)量，這使得托輥的品質(zhì)和性能對帶式輸送機運行成本與可靠性都會產(chǎn)生明顯影響，綜合以上分析，可以從托輥的結(jié)構(gòu)組成部件進行設(shè)計優(yōu)化，以達到降本增效目的。

3 帶式輸送機托輥的優(yōu)化

托輥的優(yōu)化僅從單一部件改進還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，應(yīng)從多方面結(jié)構(gòu)部件相結(jié)合來進行綜合優(yōu)化，可以從管體、軸承、密封結(jié)構(gòu)、潤滑脂選用這幾方面同時入手，以實現(xiàn)托輥整體性能的有效改進提升，下面具體進行詳細(xì)介紹。

3.1 托輥管體的優(yōu)化

（1）托輥管體壁厚的優(yōu)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(zhuǎn)動慣量的大小，轉(zhuǎn)動慣量越大意味著帶式輸送機的托輥旋轉(zhuǎn)時所承受的阻力越大，反之則阻力減小，因此托輥的旋轉(zhuǎn)阻力是影響帶式輸送機功率的重要參數(shù)。倘若降低托輥的壁厚，可大幅度的降低托輥的旋轉(zhuǎn)阻力，對帶式輸送機的成本優(yōu)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(yōu)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(zhuǎn)阻力的目的，優(yōu)化帶式輸送機功率，降低成本。

（2）托輥管體的材質(zhì)的優(yōu)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(yīng)用，非金屬托輥在帶式輸送機的應(yīng)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(yīng)用，而非金屬托輥的密封結(jié)構(gòu)大體也和傳動的金屬托輥一致，隨著技術(shù)的發(fā)展，也出現(xiàn)了為非金屬托輥專門設(shè)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(zhuǎn)動慣量、運行阻力等顯著優(yōu)點，相比與傳統(tǒng)鋼制金屬托輥，至少有效降低帶式輸送機設(shè)計功率20%、降低整機質(zhì)量10%，可合理優(yōu)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(huán)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(fù)合結(jié)構(gòu)，總之非金屬托輥將得到廣泛推廣應(yīng)用于帶式輸送機。

3.2 托輥軸承的優(yōu)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(chǎn)批量最大、應(yīng)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(jié)構(gòu)簡單，主要由外圈、內(nèi)圈、鋼球以及保持架四部分構(gòu)成，內(nèi)外圈滾道采用圓弧狀結(jié)構(gòu)，主要承受徑向載荷，當(dāng)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(zhuǎn)速高，摩擦因數(shù)小的優(yōu)點，同時在使用過程中避免使其承受重載荷和沖擊。準(zhǔn)確的對托輥負(fù)載進行計算，是保證合理選用托輥軸承的關(guān)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(yōu)化可以從軸承的類型、結(jié)構(gòu)型式等方面進行研究,也為后續(xù)密封結(jié)構(gòu)的優(yōu)化拓寬思路。

3.3 密封結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

密封結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。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(shè)備運行中這種密封結(jié)構(gòu)的缺點是存在較大摩擦，發(fā)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(jié)構(gòu)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(dāng)?shù)拈g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(yīng)用于實際生產(chǎn)中，常見結(jié)構(gòu)型式有間隙式、迷宮式和墊圈式等結(jié)構(gòu)。經(jīng)過托輥結(jié)構(gòu)的不斷更新，目前市場上托輥的密封結(jié)構(gòu)以接觸式密封與非接觸式密封相結(jié)合的方式進行改進。在行業(yè)內(nèi)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(guān)鍵部件之一，軸承的運行狀態(tài)直接決定托輥的使用壽命，影響運轉(zhuǎn)阻力以及對輸送帶造成磨損的大小。因此托輥密封結(jié)構(gòu)的優(yōu)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(jié)構(gòu)的優(yōu)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(huán)境特點，托輥的密封在不同環(huán)境下要求也不盡相同，優(yōu)良的密封設(shè)計結(jié)構(gòu)環(huán)境適應(yīng)能力強，可以有效避影用壽命，降低托輥的損壞率，能夠經(jīng)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(jié)構(gòu)具有相當(dāng)大的實際應(yīng)用價值，對托輥質(zhì)量的提升起著極其重要的作用。

3.4 潤滑脂的優(yōu)化

托輥軸承在設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)熱量變化，造成潤滑脂體積變化，嚴(yán)重的情況還會加速揮發(fā)，使?jié)櫥粩鄿p少。潤滑效果變差，導(dǎo)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(wěn)定運行起著至關(guān)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(fù)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(yīng)用于托輥潤滑系統(tǒng)。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(zhì)量。通常情況下，潤滑脂根據(jù)托輥所受載荷、運行轉(zhuǎn)速，環(huán)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(zhì)量的好壞，因此只有合理選用的潤滑脂，才能保證其發(fā)揮潤滑作用。

4 結(jié)語

隨著國民經(jīng)濟的不斷提高，礦山機械也在迅猛發(fā)展。因此對帶式輸送機的優(yōu)化節(jié)約成本提出了更高的要求。而托輥的優(yōu)化是降低成本，減低損壞率的重要組成部分，因此托輥結(jié)構(gòu)優(yōu)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(fā)展方向。