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长距离带式输送机托辊结构优化设计

2021/2/5    来源:互联网    作者:张艳华      
关键字:长距离带式输送机  托辊  密封结构  优化设计  
本文针对长距离带式输送机托辊存在的密封结构复杂、对旋转阻力大、运行功耗大的工况特点,对带式输送机的托辊进行了优化设计。

0 引言

    托辊是带式输送机的重要组成部件。其作用是承托输送带。以保证输送机在物料连续运输过程中具有较小的运行阻力,从而保证带式输送机平稳可靠地运转。有数据表明,带式输送机托辊的总重占整机的30%~40%,其价值占整机的20%左右。托辊的运行可靠性直接影响着带式输送机的正常运转。

    煤矿生产中使用的带式输送机托辊的失效形式多因轴承的非正常磨损而失效,这主要因为其工况环境恶劣,粉尘较大。因此,带式输送机托辊在设计过程中,其密封形式需要重点考虑。然而,复杂的密封结构使得托辊在工作过程中存在旋转阻力增大。特别是长距离、大运量的带式输送机,由于托辊阻力较大,使得带式输送机启动力矩较大;运行过程中,耗能较大本设计针对带式输送机托辊因密封结构技术不足所导致的运行阻力大的问题,对现有托辊进行了结构优化,以减小托辊的运行阻力。同时,保证了托辊转动副高可靠的密封结构。

1 现有托辊存在的技术不足

    带式输送机托辊的结构原理图如图1所示,托辊主要由托辊管体、轴承座、轴承及密封组件等组成。从图1中可以看出,托辊的密封结构非常复杂,为迷宫式密封结构其作用是防止环境中的颗粒杂质、水等进入滚动轴承。为了达到此效果,迷宫式的密封结构在设计过程中,密封圈与轴承座内壁之间会有一定的张紧力,以保证托辊在转动过程中(存在离心力),依然能够保证可靠的密封,防止杂物进入托辊内部的密封圈,以保护托辊轴承。

    然而,这种密封结构在低温环境下,由于橡胶材质的密封圈收缩量大于金属材质的轴收缩量,使得密封圈与转动轴之间连接的更加紧密,而此力为托辊旋转阻力的重要组成部分,使得带式输送机在启动或运转过程中具有大量功耗特别是矿用的长距离带式输送机,输送机使用大量托辊,托辊旋转阻力造成的功耗对输送机的正常运转产生重要影响此外,托辊的迷宫式密封结构虽然将滚动轴承与环境隔开,但是随着时间的推移,密封组件与轴或轴承座之间将会产生间隙,杂质或水分进入托辊内部,使托辊轴承的工作环境迅速恶化,严重影响滚动轴承的使用寿命。

    针对带式输送机托辊存在的此类不足。提出了一种新型的带式输送机托辊设计方案。

托辊结构原理图

图1 托辊结构原理图

1.迷宫式密封圈 2.密封圈 3.轴 4.管体 5.轴承座 6.轴承 7.挡板 8.弹簧挡圈

2 托辊的优化设计

    图2为优化设计后的托辊结构原理图。相对于原有的托辊结构。新型托辊主要是对其密封结构、托辊与托辊架的连接结构进行了优化设计。新型托辊主要包括托辊盖、管体、轴承、轴承端盖、轴和若干种密封圈等。

    在托辊两端各加上一个同定的托辊盖,托辊盖和托辊轴通过削平端面和小过盈配合同定在一起,不随托辊管体转动。此外,托辊盖和管体之间连接部位设有密封圈2,这样托辊盖将轴与外界环境隔开,可以有效避免外界的粉尘、水等对轴承有害因素进入轴承。

    由于托辊盖的隔离作用,托辊内部的杂质含量将会明显减少,因此,内部轴承的密封结构不再采用阻力较大的迷宫式密封轴承的固定形式采用轴承端盖固定,并在端盖与轴之间设有密封毡这种结构减少了托辊由于密封形式导致阻力大的问题。

优化设计后托辊结构原理图

图2 优化设计后托辊结构原理图

1.托辊盖 2.密封圈 3.轴承端盖 4.垫圈 5.螺钉 6.轴承 7.密封圈 8.管体 9.轴 10.轴承座 11.密封圈

    此外,为了便于托辊与托辊架的连接,在托辊盖的圆柱体上需要加工便于固定的端面,如图3(a)所示因托辊运转过程中,主要承受切向力和径向力,所承受的轴向力很小。因此,将两平行的端面直接卡装在托辊支架上,支架卡槽与托辊的同定端面采用小过盈配合,进而,托辊和托辊之间连接处将具有一定的卡紧力,可实现较为可靠的装配。托辊组的三维效果图如图3(b)所示。

托辊及托辊组三维图

图3 托辊及托辊组三维图

3 结语

    本文分析了带式输送机托辊存在的技术不足,提出了一种新型带式输送机的优化设计方法主要针对托辊的密封结构进行优化,新型的结构设计保证了托辊中滚动轴承与环境的隔离效果,使得密封不再需要旋转阻力大的迷宫式密封结构,从而减小了带式输送机启动过程中的阻力,保护了托辊轴承的工作环境,减小了带式输送机托辊的运行和维护成本。

责任编辑:程玥
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