博晟托辊为您深度解析：皮带输送机高速托辊的设计及选用

皮带输送机中的托辊用于支承输送带和输送带上的物料，减少输送带的运行阻力，保证输送带的垂度不超过技术规定，使输送带沿预定的方向平稳运行。托辊按其用途主要分为承载托辊、回程托辊、缓冲托辊和调心托辊。托辊是影响输送机使用效果的关键部件之一，约占整机质量的30%～40%，占整机价格的25%～30%，是日常管理、维护和更换的主要部件。托辊的设计和选用对于皮带输送机的正常使用、稳定运行、维护、功率消耗和整机价格都有着重要影响，尤其是在高带速情况下，对托辊的要求更加严格。
　　托辊作为皮带输送机的主要部件，随着带速的提高，对托辊的要求也越来越严格。影响托辊高速运行的主要因素在于托辊的圆跳动量与旋转阻力；托辊高速运行时托辊的密封结构由于发热等原因，防尘与防水都会受到影响。本文提出的高速托辊结构设计如图1所示。

1-筒体；2-轴；3-内密封圈；4-轴承座；5-轴承；6-迷宫形外密封圈；7-迷宫形内密封圈；
8-接触式密封圈；9-压紧圈；10-内挡圈；11-凸环；12-外挡圈；13-挡板；14-挡环
图1  高速托辊的结构 

　　1、密封结构
　　密封结构是影响托辊使用寿命和运转阻力的重要因素。目前，市场上托辊的密封结构主要有两种形式：
　　(1)非接触式密封(如迷宫密封)。这种密封方式运转阻力小，但在高速运行时，由于内摩擦的存在，必然导致热量的产生，随着气压的变化，粉尘颗粒伴随着吸气过程进入轴承密封腔内，甚至导致轴承在干摩擦状态下运行，加剧轴承的磨损。
　　(2)接触式密封。密封效果较非接触式好，但是运转阻力偏大，在温差和压差较大、分布不均匀的情况下，密封唇的弹性变形也不一致，致使密封效果变差。
　　单纯靠增加密封通道数和密封长度来增加密封效果很不理想。迷宫式密封结构的第一道旋转间隙是解决密封问题的关键，这一间隙出现问题，煤泥或水分就会流入内部的迷宫通道，引起托辊失效，这样迷宫道数再多也毫无意义。
　　本文提出的托辊采用了轴向迷宫密封加接触式密封的复合结构，其特点是：
　　(1)轴向迷宫式密封的密封道数不受轴承径向尺寸的影响，可适当增加。轴向迷宫的密封面与水流的离心力方向一致，托辊旋转时已进入密封的水分在离心力的作用下会沿着密封面流向迷宫的尖端，为加强效果，内密封圈的尖端可以考虑采用圆弧形结构。
　　(2)在迷宫密封的最外侧加一密封圈构成接触式密封，既能有效解决迷宫密封的“呼吸问题”，也不会像其他复合密封结构那样增加轴承座的深度。密封圈采用高分子聚四氟乙烯材料，质量轻，耐腐蚀，摩擦系数比其他工程塑料小。
　　(3)内挡圈上加一凸环(见图1)，在粉尘或水进入内外挡圈的间隙时改变轴向运动趋势。在满足既定的安装条件下，托辊高速运行时，凸环与外挡圈之间会形成真空，可保证密封效果。
　　2、工艺特点与材料选用
　　托辊的径向跳动主要取决于筒体的径向偏差、轴承座的质量与安装过程的同轴度。托辊径向跳动值的大小，对输送机的稳定运行有较大影响，尤其是高速运行时径向跳动量过大会导致输送带剧烈振动，影响正常运转。
　　现在托辊的筒体多数用钢管代替，质量大，管材的质量、椭圆度和外径公差等不易保证，尤其是筒体结构中止口的存在，影响同轴度，易引起托辊筒体偏心，运行过程中因离心力的作用会产生周期性振动，影响输送带的稳定运行。而该托辊结构中的筒体与轴承座都采用高分子材料，模压成型，比钢制材料托辊结构优越得多，主要体现在：
　　(1)高分子材料要比钢制材料轻，从而可减少启动、制动功耗，降低功率；耐磨损，抗腐蚀性强，不会生锈，可延长托辊使用寿命，减少托辊的维护工作量；热塑性材料具有吸振作用，可减小噪声。
　　(2)筒体和轴承座的结构简单，避免了筒体止口的加工，模压成型工艺能保证尺寸精度与质量。
　　(3)筒体与轴承座之间采用塑料胶粘接，与焊接相比，不但易装配，而且适用温度范围也更广泛。
　　3、轴承
　　托辊的使用寿命主要取决于轴承和密封性能。市场上所用托辊的结构中很多都采用了大游隙轴承，大游隙轴承与普通轴承相比，游隙和滚珠直径都比较大，这样可以降低对同轴度的敏感性，增强对异物的适应能力。但是采用大游隙轴承会大大影响托辊的轴向承载能力，尤其是在带速提高后，轴向承载能力的变化会引起带式输送机整机的不平稳运转，严重时必须停机重新调试检修。本文设计的方案采用了带防尘盖的深沟球轴承，不仅可保证轴承内部的清洁，增强托辊的轴向承载能力，减小轴向力高频冲击给轴承带来的高频破坏，还能保证轴承的润滑性能，提高轴承的实际使用寿命。
　　本文从结构，密封以及新型材料应用和工艺方面对高速托辊做了一些基础性的研究。新托辊结构采用了轴向迷宫与接触迷宫相结合的复合密封结构，选用了带防尘盖的深沟球轴承。新材料的应用与加工工艺的改进确保了托辊的旋转阻力、径向圆跳动及防水、防尘密封等性能。在以大功率、长距离、大运量皮带输送机为发展方向的背景下，本文提出的托辊结构方案旋转阻力小，噪声小，使用寿命长，对提高输送机的生产效率可起重要作用。