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皮帶輸送機托輥的長壽命密封設計

發布時間:2014-12-1 10:12:17   來源:輸送機http://www.ayxoo.com   作者:上海昱音機械

  長期以來,托輥的使用壽命一直被從事皮帶輸送機設計和維修的技術人員所關注。因為托輥是皮帶輸送機上用量最多、分布最廣的組件,一般分布于整機的全程中(如上承載用的是“V”型托輥組,下回程用的是平托輥組),其重量約占整機重量的1/3,價格約占整機的1/5~1/3。
  同時托輥也是皮帶輸送機上出現故障率最高的組件,托輥失效形式一般均為軸承損壞而不能靈活旋轉。不論是布置于承載段的“V”型,還是分布于回程段的平托軸均都直接與皮帶輸送機的輸送帶接觸。當托輥旋轉失靈或不能旋轉時,就必然會引起輸送機工作阻力增大,能耗嚴重,加速輸送帶的磨損,嚴重時還會出現超載停機和輸送帶撕裂、撕斷現象。
  但是就托輥的使用工況來講,應屬于低速輕載,在軸承選型正確、結構合理、制造和安裝合格的情況下,軸承為什么不能到達設計壽命、甚至極短呢?通過對現場出現故障的托輥進行解剖分析,可確定其主要原因是由于托輥軸端的旋轉密封失效所致。因此,長壽命密封的設計是提高托輥壽命的關鍵,是降低輸送機故障率、降低維護成本的根源。
  1、常用托輥的密封結構形式和應用工況分析
  (1)常用密封結構形式
  不論是應用于承載段的“V”型托輥還是回程段的平托輥,就其密封結構來講大致上有兩大類:一種是應用于沖壓軸承座的端面帶有環形密封槽的內、外密封圈組合密封結構形式的迷宮密封,如圖1所示。

托輥迷宮密封的結構簡圖
1.內密封圈 2.外密封圈 3.沖壓軸承座
圖1  托輥迷宮密封的結構簡圖

  其工作原理是:
  安裝固定在轉軸上的徑向端面排有許多環形的矩形密封齒、槽的外密封環,軸旋轉時,外密封環與軸同時旋轉,它與內密封環之間就產生了相對旋轉,當氣體從一個密封齒、槽間隙進入下一個密封齒、槽時,會因運動速度不同而膨脹,出現強烈的旋渦現象,氣流的大部分能量轉化為熱量而散失,其焓值恢復到接近于間隙前的值,氣體壓力逐級下降,從而達到密封的作用。
  另一種是應用于鑄鐵軸承座的碗形密封結構,如圖2所示。

托輥碗形密封結構簡圖
1.碗形密封圈 2.鑄鐵軸承座
圖2  托輥碗形密封結構簡圖

  其工作原理是:
  耐油橡膠或皮革制成的彈性碗形件,在裝配預緊力的作用下,通過碗形件的磨損產生彈性變形來實現密封。
  (2)使用工況和失效原因分析
 、俟ぷ鳝h境
  對于應用于煤礦的帶式輸送機來講,一般均為長期工作于環境非常惡劣的井下,由于井下空氣流動性差,其空氣潮濕,粉塵、煤塵等污染物較多。如果托輥密封設計不合理或密封在工作
中磨損,極易造成安裝軸承的封閉腔內進水、泥漿和灰塵,加速托輥內的軸承磨損,從而導致托輥過早報廢。
 、趹霉r
  雖然皮帶輸送機的運輸量較大,托輥布置較多,但考慮到為了保證輸送帶正常連續運轉,必須嚴格控制膠帶的下垂度,因此對于每一段或兩個托輥組來講,每個托輥的承重量還是較小,又因托輥的轉速較慢,故托輥的應用工況屬低速輕載。
 、劢Y構缺陷
  迷宮密封的缺點:
  托輥工況特點為低速旋轉,旋轉產生的允許壓力差小,由于加工裝配的誤差存在,必然會造成旋轉環形齒、槽內的相對間隙分布不均勻。甚至會產生相互間的磨損,在間隙大的地方污染物易進入軸承內,產生磨料磨損,導致磨損的加劇。
  碗形密封的缺點:
  A、在溫度差和壓力差較大或分布不均勻情況下,密封唇部產生的彈性變形也不均勻,變形小的部位密封效果差,變形大的部位磨損嚴重。
  B、碗形密封是依賴彈性變形來達到密封效果的,由于密封唇部與旋轉件有相對運動,經過一段時間工作后,在摩擦力的作用下要產生唇部的磨損,如果達不到任何補償,起密封效果的彈性力就要下降,密封唇部的變形量也相應量小,造成密封效果不良。
  2、長壽命密封的設計
  (1)結構
  通過上述對托輥使用的工況分析,可以看出合理密封設計是保證托輥使用的關鍵,為了克服迷宮密封對制造、安裝和使用工況要求苛刻及碗形密封變形不均勻和無法實現磨損補償的缺陷,選擇“U”型的自補償旋轉密封形式,其結構如圖3所示。

托輥“U”密封結構
1.橡膠唇 2.金屬骨架 3.彈簧圈
圖3  托輥“U”密封結構

  工作原理為:
  當托輥工作時,軸承會因旋轉而產生的摩擦熱使軸承空腔內的氣壓上升,高于外界的大氣壓,此時密封圈外的煤塵等污染物不會隨空氣的流動而進入密封圈內來腐蝕軸承;但停機后,氣
壓會下降,外界的大氣壓高于密封圈內的氣壓,此時強迫唇口展開包壓在軸上,起到極好的密封效果,同時由于有自補償的彈簧壓環,能自動補償密封件與軸間的相對磨損,延長了密封圈的壽命,保證密封長期工作的可靠性。
  (2)優點
  該種密封就結構來講,結構簡單,安裝的徑向尺寸;就安裝方式來講,由于有金屬骨架,整體尺寸小,安裝簡單,拆卸方便;就密封效果來講,由于金屬骨架的作用,其彈性變形量均勻,密封效果好;就使用壽命來講,由于安裝了自補償的彈簧壓環來補償因密封唇與軸間的相對磨損,使用壽命更長。
  改進后的托輥密封從密封效果上來看,更加有效地防止了潤滑劑流失和有害物質的侵入,保證軸承能在有潤滑無有害異物的狀態下工作,軸承的壽命更長,大大提高了托輥的壽命。從結構上來講,該種密封結構更加緊湊,安裝更加方便,對托輥的整體設計十分有利。就其應用的范圍來講,該種密封可廣泛推廣應用于其它中高速旋轉軸的機構中。



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