长期以来,托辊的使用寿命一直被从事皮带输送机设计和维修的技术人员所关注。因为托辊是皮带输送机上用量最多、分布最广的组件,一般分布于整机的全程中(如上承载用的是“V”型托辊组,下回程用的是平托辊组),其重量约占整机重量的1/3,价格约占整机的1/5~1/3。
同时托辊也是皮带输送机上出现故障率最高的组件,托辊失效形式一般均为轴承损坏而不能灵活旋转。不论是布置于承载段的“V”型,还是分布于回程段的平托轴均都直接与皮带输送机的输送带接触。当托辊旋转失灵或不能旋转时,就必然会引起输送机工作阻力增大,能耗严重,加速输送带的磨损,严重时还会出现超载停机和输送带撕裂、撕断现象。
但是就托辊的使用工况来讲,应属于低速轻载,在轴承选型正确、结构合理、制造和安装合格的情况下,轴承为什么不能到达设计寿命、甚至极短呢?通过对现场出现故障的托辊进行解剖分析,可确定其主要原因是由于托辊轴端的旋转密封失效所致。因此,长寿命密封的设计是提高托辊寿命的关键,是降低输送机故障率、降低维护成本的根源。
1、常用托辊的密封结构形式和应用工况分析
(1)常用密封结构形式
不论是应用于承载段的“V”型托辊还是回程段的平托辊,就其密封结构来讲大致上有两大类:一种是应用于冲压轴承座的端面带有环形密封槽的内、外密封圈组合密封结构形式的迷宫密封,如图1所示。
1.内密封圈 2.外密封圈 3.冲压轴承座
图1 托辊迷宫密封的结构简图
其工作原理是:
安装固定在转轴上的径向端面排有许多环形的矩形密封齿、槽的外密封环,轴旋转时,外密封环与轴同时旋转,它与内密封环之间就产生了相对旋转,当气体从一个密封齿、槽间隙进入下一个密封齿、槽时,会因运动速度不同而膨胀,出现强烈的旋涡现象,气流的大部分能量转化为热量而散失,其焓值恢复到接近于间隙前的值,气体压力逐级下降,从而达到密封的作用。
另一种是应用于铸铁轴承座的碗形密封结构,如图2所示。
1.碗形密封圈 2.铸铁轴承座
图2 托辊碗形密封结构简图
其工作原理是:
耐油橡胶或皮革制成的弹性碗形件,在装配预紧力的作用下,通过碗形件的磨损产生弹性变形来实现密封。
(2)使用工况和失效原因分析
①工作环境
对于应用于煤矿的带式输送机来讲,一般均为长期工作于环境非常恶劣的井下,由于井下空气流动性差,其空气潮湿,粉尘、煤尘等污染物较多。如果托辊密封设计不合理或密封在工作