托辊胶圈失效机理
托辊是带式输送机中用量最大，更换频率最高的零部件，是影响皮带机使用效果的关键部件之一，约占整机重量的30%-40%，占整机价格的25%-30%。目前国内使用的托辊胶圈寿命从几小时到几个月不等，托辊失效的形式一般表现为因轴承损坏而不能
正常运转。
早期的研究认为这是由于选用的轴承不合理所致，因为带式输送机一度大量使用204，205系列轴承。目一前在带式输送机中广泛使用煤科总院上海分院运输机械研究所研制的204KA，205KA，305KA，306KA和704KA系列大游隙专用轴承。
但是在使用了专用轴承之后，托辊仍然大量出现由于轴承损坏而失效的情况，轴承失效的表现形式为运转阻力大或者不能灵活旋转。其原因主要为以下两点：
(1)润滑脂变质。由于矿用带式输送机大多工作在多粉尘的环境中，在长期的运转过程中，粉尘侵入轴承的润滑脂中，造成润滑脂流动性变差，润滑效果大打折扣。若轴承持续在干摩擦状态下运行，势必会逐渐磨损轴承滚珠直至轴承失效。
(2)润滑脂在使用中逐渐变少。造成这一现象的原因是托辊轴承的“呼吸”效应。
所谓“呼吸”效应是指托辊在高速运转的情况下，由于内摩擦的存在，必然导致热量的产生，引起轴承密封腔内温度的升高和润滑脂的汽化，进而导致密封腔内压力的上升，这时密封腔内的介质有向外扩散的趋势。这一过程称为“呼气”过程。当托辊停止运行后，随着温度的降低，密封腔内的压力也随之降低，这时在“呼气”阶段汽化的润滑脂降温冷却并缩回密封腔内，这一过程称为“吸气”过程。这一呼一吸就构成了托辊轴承的“呼吸”效应。在“呼气”过程中，密封腔压力高于外界大气压力，密封圈外的粉尘等污染物不会随空气的流动进入密封腔来影响润滑脂的品质或腐蚀轴承；但是在“吸气”过程中，大量的粉尘颗粒等污染物会随气流进入密封腔内，从而导致润滑脂的污染。长期的“呼吸”效应会导致润滑脂中混入其他杂质，托辊配件使得有效润滑脂的量减少，因而加快了轴承的磨损。
现有托辊的密封形式
在以往的研究中，有相当一部分研究人员将研究重点放在了托辊的辊筒的材料上。而由以上的分析可知，托辊失效表现为轴承的失效，而轴承的失效是由于密封效果不良而使粉尘等污染物“有机可乘”，若托辊的密封结构能够防水防尘，则可在很大程度上能长期保证润滑脂的润滑效果。可以说，轴承才是托辊的核心，而保护核心的办法就是密封结构。因此，托辊的使用效果实际由密封结构的密封效果所决定。
目前带式输送机托辊的密封结构大多选用非接触式迷宫密封，有关托辊密封结构的学术文献和专利也都集中在迷宫密封领域。
迷宫密封是20世纪60年代开始研究并应用的密封形式。它是通过在泄漏通道内加设多个齿或槽来增加介质泄漏过程中的流动阻力，使通过泄漏通道的介质压差逐渐降低，当泄漏通道两端的压力平衡时，即可实现封严不漏。迷宫密封在泄漏通道内设置了多个依次排列的环形密封齿，齿与齿之间形成了一系列节流间隙与膨胀空腔，一个节流齿隙和一个膨胀空腔构成了一级迷宫，多级迷宫组成了实际应用的迷宫密封结构。齿隙的作用是把泄漏流的势能(压力能)转变为动能，而空腔的作用是通过流体的湍流混合作用尽可能地把流体经齿形转化的动能变为热能，而不是让它恢复成压力能。流体通过迷宫产生阻力并使其流量减小的现象称为迷宫效应。实际上迷宫效应是水力摩阻效应、流束收缩效应、热力学效应和透气效应等的综合反应。迷宫密封的工作机理可以简单理解为被密封介质在通过曲折迷宫的间隙时产生节流效应而达到密封阻漏的目的。
非接触式迷宫密封的旋转阻力较小，且可以通过设置多级迷宫而达到指定的密封要求。由迷宫密封的工作机理可以看出其对托辊轴承的“呼吸”有很好的适应性。但是在用于煤矿井下作业的带式输送机托辊时，其防水防尘性则需要加强。因为迷宫密封属于非接触式密封，其自身的防水性较差，且迷宫密封的密封效果与转速的平方成正比，即转速越高密封效果越好，停车时密封效果最差。在托辊的密封结构中，用的最多的还是迷宫密封和其他附加密封的组合密封形式。
为了改善托辊的性能，近年来带式输送机及托辊的设计者主要从两方面着手：一是使用新型材料取代之前广泛使用的钢制托辊，以配合新型密封结构：二是使用其他密封结构代替传统的迷宫密封结构。
(l)新材料新结构托辊
传统托辊的辊筒、轴和轴承多采用钢材制成。这种材料的托辊重量大且不耐腐蚀、不耐磨损。为了达到减轻重量，延长托辊使用寿命的目的，近年来出现了一些非金属材料的托辊。
目前已投入使用的有酚醛树脂托辊、脉醛树脂托辊、尼龙托辊等高分子材料托辊。另外也有陶瓷托辊、玻璃钢托辊等非金属材料托辊。与传统钢制托辊相比，由上述材料制成的托辊具有重量轻、耐r损、抗腐蚀、旋转阻力小、对传送带磨损轻的优点。
使用新材料托辊时，传统的轴承及轴承座材料已不能满足使用需求。此类托辊需采用橡胶轴承座或无轴承结构。例如在陶瓷托辊中使用橡胶轴承座与陶瓷辊筒配合组装，可使陶瓷托辊的使用寿命比钢制托辊的使用寿命提高2倍以上。
此外，还有去除心轴与铸铁轴承座的无心轴托辊。此类托辊辊筒一般采用整体旋压成型，即将托辊坯料管材采用旋压工艺加工成半轴结构，而后将轴承安装在辊筒两端的半轴上。无心轴托辊消除了管体一轴承座、轴承座一轴承的连接松动，从而提高了托辊的使用寿命。
目前，部分酚醛树脂托辊和其他非金属材料托辊已在洗煤厂和盐场等地得到推广使用。
(2)用唇式密封代替迷宫密封的托辊
唇式密封属于接触式密封，无论托辊运行或者停机时均有一定的密封效果，接触式唇式密封的防水效果较非接触式的迷宫密封的防水效果好很多。唇式密封的密封条一般由性能稳定、耐磨、阻燃抗静电的聚氨酷材料制成。
唇式密封的密封条与轴由平行布置，也可将该密封条旋转900，即垂直于轴布置。装配时，密封唇与托辊轴过盈配合，除托辊运转时密封效果可靠外，还可解决停车时迷宫密封的密封失效问题。由于日常工作时密封唇与托辊轴之间存在一定的过盈配合量，这种密封方式的缺点是运转阻力较迷宫密封大。若带式输送机托辊大量采用此种密封时，整个设备的能耗较高。
(3)其他种类的密封结构
在托辊轴承座的运转过程中，通过离心力使灰尘和水分经由专门设计的甩油杯排出轴承座。这种专利密封结构未见大规模使用，但是分析其原理可知存在技术上的可行性。但是此种密封结构的缺点也显而易见。这种密封结构中的零部件均为非标准结构，制造时需要专门的模具或工序来保证产品的质量。这无疑提高了产品的成本，不利于大量推广使用。
盐山县明鑫输送机械制造有限公司（http://www.ysmingxin.com）生产的产品托辊、托辊胶圈、托辊配件、托辊轴承座、托辊密封经过严格的质量检测体系检测，产品符合国家的生产标准，具有优越的产品质量。 |
沈网警备案20040880号
增值电信业务经营许可证：辽B2-20190027
