劉 博

（華陽(yáng)集團(tuán)機(jī)電設(shè)備管理中心，山西 陽(yáng)泉 045008）

引言

皮帶機(jī)是煤礦生產(chǎn)中重要的運(yùn)輸設(shè)備，隨著采煤量的不斷增加，對(duì)皮帶機(jī)的運(yùn)輸效率也提出了更高的要求。常用的增大輸送量、提高運(yùn)輸效率的方法有兩種：增加帶寬或提高帶速。增加帶寬意味著增大皮帶的使用量，增大了設(shè)備的成本；而提高帶速后，由于皮帶機(jī)的運(yùn)行阻力減小，皮帶強(qiáng)度降低，驅(qū)動(dòng)裝置、支撐設(shè)備、滾筒等設(shè)備的規(guī)格降低，運(yùn)行成本顯著降低，因此提高帶速的效果明顯優(yōu)于增加帶寬。托醌是皮帶機(jī)的重要組成部分，在皮帶機(jī)運(yùn)行時(shí)起著支撐輸送帶的作用，托醌的性能直接影響皮帶機(jī)的工作效率[1]，皮帶機(jī)速度的提高會(huì)導(dǎo)致筒體等部件結(jié)構(gòu)破壞以及軸承失效，因此對(duì)托醌鋼管、密封件等配件提出了更高的要求。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外專家和學(xué)者對(duì)高速托醌開(kāi)展了一定的研究，如日本的NC 公司制造的托醌徑向圓跳動(dòng)可以控制在0.5 mm 以下，使用壽命約超過(guò)5 萬(wàn)h，使用壽命是國(guó)產(chǎn)托輥的2 倍。由于國(guó)外托醌只針對(duì)國(guó)外的生產(chǎn)條件，對(duì)國(guó)內(nèi)復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境并不適用。而目前國(guó)內(nèi)托醌的制造技術(shù)良莠不齊，無(wú)法滿足高速皮帶運(yùn)行的要求。因此，本文針對(duì)托醌在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)的強(qiáng)度不夠、易磨損、密封性能差、徑向跳動(dòng)量大以及噪聲高的問(wèn)題，分別進(jìn)行了優(yōu)化，提出了新型皮帶機(jī)高速托醌的方案，并對(duì)新型托醌裝置按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果符合要求。

1 高速托醌的設(shè)計(jì)

根據(jù)托醌的性能參數(shù)和影響其高速運(yùn)轉(zhuǎn)的因素，基于傳統(tǒng)托輥的設(shè)計(jì)，提出了圖1 所示的高速托輥的設(shè)計(jì)方案。該方案選擇深溝球軸承，該軸承帶有防塵蓋，整體結(jié)構(gòu)采用迷宮式接觸式的復(fù)合密封結(jié)構(gòu)，顯著提高了托輥的防水防塵性能，以高分子材料研制，減小了設(shè)備的重量和旋轉(zhuǎn)阻力，降低了功耗，保證了高速托輥的正常運(yùn)行。

圖1 高速托醌的結(jié)構(gòu)

1.1 密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

密封機(jī)構(gòu)是托醌的保護(hù)裝置，可以防止煤渣、水分等污物進(jìn)入托醌內(nèi)部，保證軸承轉(zhuǎn)動(dòng)阻力不變，延長(zhǎng)托醌的使用壽命。密封裝置選擇時(shí)要滿足以下幾個(gè)條件：密封面無(wú)裂紋、劃痕和氣孔等缺陷、防水防塵能力和旋轉(zhuǎn)阻力滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、耐腐蝕等。一般密封方式有非接觸性和接觸性性兩種結(jié)構(gòu)，本文采用軸向迷宮密封和接觸式密封復(fù)合結(jié)構(gòu)[2]，該結(jié)構(gòu)由內(nèi)密封圈、迷宮型內(nèi)、外密封圈、接觸式密封圈、內(nèi)、外擋圈和壓緊圈組成，其中內(nèi)密封圈是密封裝置的核心，能夠防止雜質(zhì)從內(nèi)側(cè)進(jìn)入軸承從而引起潤(rùn)滑脂流失。該密封結(jié)構(gòu)的具有以下三個(gè)特點(diǎn)：密封道數(shù)不受軸承徑向尺寸的影響；迷宮密封最外側(cè)的密封圈采用聚乙烯高分子材料，密度小，阻力小，耐腐蝕；內(nèi)擋圈表面的凸環(huán)起著調(diào)整的作用，當(dāng)粉塵或水進(jìn)入內(nèi)擋圈或外擋圈時(shí)，可以改變軸向運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)；同時(shí)凸環(huán)與外擋圈之間形成真空，提高了密封效果。

1.2 軸承的設(shè)計(jì)

密封結(jié)構(gòu)和軸承是影響托醌使用壽命的兩大因素。當(dāng)煤泥等雜質(zhì)大量進(jìn)入軸承內(nèi)，或軸承中的油脂變質(zhì)或流失，均會(huì)導(dǎo)致軸承失效[3-4]。軸承選擇時(shí)要重點(diǎn)關(guān)注軸承的載荷、轉(zhuǎn)速、調(diào)心性能以及游隙，同時(shí)也要考慮便于安裝和拆卸。本文選擇瑞典SKF 生產(chǎn)的帶有防塵蓋的深溝球軸承，軸承型號(hào)為6205-Z型，采用G 級(jí)制造精度和C4 大游隙組，以尼龍保持架支撐，整體結(jié)構(gòu)重量輕、耐腐蝕、耐磨損、摩擦系數(shù)小。

1.3 其他結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

潤(rùn)滑脂主要用于密封結(jié)構(gòu)的定期潤(rùn)滑保養(yǎng)，潤(rùn)滑脂的選擇時(shí)要考慮速度、載荷、溫度等環(huán)境條件，皮帶機(jī)帶速越高，潤(rùn)滑脂的錐入度越大；載荷越重，需選用基礎(chǔ)油黏度高、稠化劑含量高的潤(rùn)滑脂；工作環(huán)境的濕度大小、托醌的安裝狀況也會(huì)影響潤(rùn)滑脂的選擇?？紤]到本文選擇的是深溝球軸承，而皮帶機(jī)工作環(huán)境有水、軸承轉(zhuǎn)速范圍為1 500～3 000 r/min，因此最終選擇1 號(hào)鋰基潤(rùn)滑脂，此類型潤(rùn)滑脂具有良好的耐水性、機(jī)械穩(wěn)定性、抗腐蝕性和氧化安定性，適用于50～100 ℃范圍內(nèi)軸承等摩擦部位的潤(rùn)滑。

此外，托醌主軸選擇拉光軸，在軸體設(shè)計(jì)兩個(gè)卡槽用于放置擋環(huán)，起著定位準(zhǔn)確的作用；筒體結(jié)構(gòu)直接影響托醌裝置質(zhì)量，本文筒體結(jié)構(gòu)無(wú)止口，一次性加工成型，能更好地保證筒體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

2 高速托醌的性能試驗(yàn)

2.1 旋轉(zhuǎn)阻力的測(cè)試

試驗(yàn)前檢查設(shè)備是否工作正常，先將托醌裝置放在旋轉(zhuǎn)阻力測(cè)試儀管架上，使得管體中心和壓輪中心位于同一直線，啟動(dòng)液降按鈕，使得液壓電力推動(dòng)器壓緊托醌管體，然后開(kāi)啟電機(jī)按鈕，緩慢調(diào)節(jié)調(diào)速按鈕，設(shè)置管體壓力為250 N，托輥外圓線速度為10 m/s，運(yùn)行15 min 后，記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2.2 浸水密封試驗(yàn)

托醌浸水密封試驗(yàn)是通過(guò)試驗(yàn)前后托醌的質(zhì)量變化判斷其進(jìn)水量，試驗(yàn)前確認(rèn)設(shè)備狀態(tài)正常。試驗(yàn)時(shí)，先測(cè)定托輥質(zhì)量m1，再將托醌穩(wěn)定放置在可調(diào)托醌架上，調(diào)節(jié)托醌架位置，使得管體中心和電機(jī)輪中心重合，調(diào)節(jié)皮帶松緊度，滿足試驗(yàn)條件后擰緊托輥架底板螺栓；開(kāi)啟電機(jī)電源，旋轉(zhuǎn)5 min 查看各部位是否符合試驗(yàn)要求；若滿足要求，在儲(chǔ)水箱中添加冷水至與托醌中心線等高，然后調(diào)節(jié)電機(jī)功率使得托醌以3 000 r/min 運(yùn)轉(zhuǎn)24 h 后，再次測(cè)定托輥的質(zhì)量m2。

2.3 圓跳動(dòng)試驗(yàn)

圓跳動(dòng)試驗(yàn)前應(yīng)先檢查檢測(cè)平臺(tái)，確保干凈無(wú)雜物，將托醌置于V 形墊鐵上，檢查百分表工作是否正常，靈敏度是否符合要求；將百分表表頭對(duì)準(zhǔn)管體，表針歸零，隨機(jī)選擇托醌筒體三處位置，進(jìn)行測(cè)試并記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，最終取三點(diǎn)中數(shù)據(jù)最大值作為判斷依據(jù)。

2.4 軸向承載試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)前檢查千斤頂?shù)陌惭b，判斷是否存在漏壓、漏油現(xiàn)象，傳感器是否滿足檢測(cè)靈敏度，確認(rèn)無(wú)誤后，將托醌安裝于正確的檢測(cè)位置，以恒力緩慢按壓千斤頂施壓手柄，記錄托醌軸向載荷。

表1 為八次平行試驗(yàn)的結(jié)果，從表中可以看出，本文設(shè)計(jì)的托輥方案滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的托輥技術(shù)條件：徑向跳動(dòng)量不超過(guò)0.5 mm，旋轉(zhuǎn)阻力不大于3.5 N，所能承受的軸向載荷大于10 kN，浸水試驗(yàn)中進(jìn)水量不超過(guò)5 g。在托輥轉(zhuǎn)速提高的情況下，仍能滿足運(yùn)行條件。

表1 托醌性能試驗(yàn)結(jié)果

2.5 材料燃燒試驗(yàn)

由于托醌采用聚乙烯高分子材料，在礦井下工作時(shí)需保證無(wú)燃燒隱患，因此本文基于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中煤礦井下聚合物制品阻燃性的要求，對(duì)托醌裝置的阻燃性能進(jìn)行了試驗(yàn)。阻燃性的考察需證明在酒精噴燈或酒精燈燃燒條件下，聚合物不可燃或不支持燃燒。取一定量聚合物置于燃燒試驗(yàn)箱內(nèi)，以95%乙醇∶5%甲醇混合物為染料，進(jìn)行聚合物的酒精噴燈燃燒試驗(yàn)，并記錄有焰燃燒時(shí)間、無(wú)焰燃燒時(shí)間和火焰擴(kuò)展長(zhǎng)度。經(jīng)過(guò)五次平行試驗(yàn)，托醌聚合物材料的平均有焰燃燒時(shí)間為2.15 s，平均無(wú)焰燃燒時(shí)間為9.33 s，火焰擴(kuò)展長(zhǎng)度小于280 mm，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)論

本文針對(duì)托輥在高速條件下出現(xiàn)的軸承失效等問(wèn)題，提出了皮帶機(jī)新型高速托醌方案，采用了新型的密封結(jié)構(gòu)和軸承產(chǎn)品，改善了傳統(tǒng)密封方式對(duì)惡劣環(huán)境適應(yīng)能力差的問(wèn)題，提高了托輥軸承的防水防塵性能，設(shè)計(jì)出了適用于高速皮帶機(jī)的安全高效的托醌裝置，提高了皮帶機(jī)的工作效率。