浅析皮带机托辊密封结构

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　　[摘要]在皮带机设备中，占有比例最多的部件就是托辊装置，其主要作用是安装在输送物料的设备上来支撑皮带和物料重量。托辊整体结构一般比较单一，多数情况由轴承座、辊筒、轴承、润滑脂、密封件以及轴等这些零件构成，是支撑输送带且用于减小输送带挠度的重要部件。本文结合现场调查和托辊实物解剖分析，进一步对皮带机托辊密封结构进行探讨。
　　[关键词]皮带机 托辊 密封结构 改进
　　目前，在我国的工业生产过程中，皮带机托辊在结构上较为单一，轴承座，轴承，密封件以及辊筒等部件组成了皮带机设备的托辊装置，托辊在很大程度上决定了皮带机的运行状况。正因如此，由于托辊问题造成的设备运转问题较为常见。常用的托辊自身存在许多不足，主要是体积比较大、磨损较大、易被腐蚀，这主要由于是托辊的工作环境比较恶劣，而且本身的构造也不完美，直接导致了托辊的密封结构需要进行针对性的改进处理。
　　一、托辊的主要失效原理
　　（1）在托辊中加入变质润滑脂。矿用带式输送机的工作环境一般都伴有大量的粉尘，如果长时间在这种环境中工作，润滑脂中就会掺入粉尘，这样润滑脂就不能平稳的发挥它的作用，效果变差。如果轴承一直在比较干的情况下进行摩擦，那么轴承就会出现比较频繁的磨损，使用周期变短。
　　（2）托辊中的润滑脂由于时间原因导致的流失。这一现象是因为托辊轴承的“呼吸’行为。因为摩擦的原因，产生了大量的热量，热量导致润滑脂的挥发汽化，这样密封腔内的压力就变大了，此时密封腔中的其他气体就会被向外排挤，这就是‘‘呼气”动作;托辊停止工作后，温度就会回落，密封腔内的压力也变低了，这时被排出的气体就会又回到密封腔内，这就是‘‘吸气”动作。“呼气”的时候，外面的压力小于密封腔内的压力，杂质不会被带入密封腔内，但是在“吸气”过程中，外面的压力大于密封腔内的压力，外界的杂质就会被吸入密封腔内，这些杂质会污染润滑脂。长时间的“呼吸”行为会使得润滑脂中含有过多的杂质，减少润滑脂的含量，这样轴承的磨损就加剧了。
　　二、现有托辊的密封形式
　　我国皮带机托辊密封结构主要采用迷宫密封。这种密封结构主要是在通过多个密封环形齿的设置，在容易泄漏的位置形成膨胀空腔以及相应的节流间隙。在迷宫密封中齿隙的主要工作就是要将势能有效地转化成为动能，空腔的主要工作就是要将动能有效地转化成为热能，这样就能够有效的防治密封结构中出现压力能的转化，对密封结构起到了很好的保护作用。下面是我国皮带机托辊普遍采用的两种密封形式：
　　（1）材料升级替换出的新结构托辊。常规的托辊的制作材料一般都是钢材，钢制材质的托辊比较重而且极易被腐蚀和磨损。为了完成重量减轻、使用期增长的要求，高分子材料托辊应运而生。对比新型托辊和传统托辊，新型托辊的重量比较小，比较耐磨、不易被腐蚀、旋转阻力非常的小，不容易磨损传送带。老式的轴承和轴承座已经不能和新材料的托辊相匹配，轴承和轴承座的托辊需要选择无轴承结构或者橡胶轴承座。无心轴托辊中的辊筒多数情况下选择的是整体旋压成型，就是指使用旋压工艺生产出的半轴结构的托辊，然后再安装好轴承。无心轴托辊能够剔除存在于轴承和管体之间的连接缝隙，这样就能延长托辊的使用期限。
　　（2）唇式密封。托辊唇式密封本质上归属于接触式密封，它代替的就是迷宫密封，即使是在托辊停止工作的时候也能起到密封的作用，而且防水效果也不错。唇式密封中的密封条的制作材料拥有比较稳定的性能、而且比较不易磨损、对静电的抗阻燃效果也很好。唇式密封中的轴和密封条是平行排列存在的，或者垂直安放。安装的时候，唇式结构和托辊良好的匹配，使得托辊工作的时候密封效果比较好，即使托辊停止工作，密封效果仍然存在。考虑到正常运行时，托辊轴和密封唇之间的配合比较超标，这就导致运转时候产生的阻力比较强，如果皮带机大部分都选择这种唇式密封，那么整台机器就需要消耗比较多的能量。
　　三、托辊密封形式的改进结构
　　（1）用迷宫密封和螺旋密封的结构进行组合密封。在泄露通道内增设多个齿或者槽以使流动阻力得到增加，从而急剧损失泄漏的压差，进而达到密封效果。此迷宫密封的设计要求很高，首先要忽略托辊的轴承间隙，每个零件的制作公差和装配的误差，还有在运转时托辊的弯曲变形和迷宫室内的热膨胀以及其引起的变形等等各种因素，再按照气体和液体在单独密封的最好的状态下迷宫密封的结构进行设计和尺寸计算，然后再把两种结构进行复合，最后圆整尺寸和优化结构。按照这种设计，尽可能使气流动能转换成热能而不让其进到下一个间隙，把迷宫密封的每级的缝口流量系数根据内到外逐渐增大的次序进行排列，使流动的液体在通过密封孔口时的流速能尽量减小，把已经通过缝口的流体动能在膨胀室内将其作恒温恒压恢复，在每个缝口之前的速度逐渐为零，从而防止‘‘透气现象”的发生，进而有好的密封性。这样做是因为迷宫密封在运行时阻力小，使用的寿命长以及维修简单方便，同时还避免了迷宫密封所发生的“透气现象”。
　　（2）设置较小的间隙的单段螺旋密封在迷宫密封的外端。它的内端不仅给迷宫作挡板，又把轴承腔内的润滑脂所气化的油脂送回轴承腔内，从而达到密封效果。螺旋密封对密封液体或者气液的混合物很适用，不用再另外加封液，一般用于轴承封油。但是要注意的是在安装螺旋密封时要使螺旋的赶油方向和油的泄露方向相反，不然不仅不能有效密封，还会使泄露严重增加。在理论上，螺旋密封的间隙越小越好，但是如果太小就会在高速运转时使轴好螺旋密封圈發生碰撞与摩擦，因此可以在孔壁的表面涂上一层润滑石墨，减小碰撞与摩擦。
　　（3）如果在轴承腔内增设一个接触式的内密封圈，就会防止轴承腔内的润滑脂向内泄漏。在轴头的外端加上外端面是内凹面的内挡圈以及凸环。当托辊处于高速运转时，内挡圈内凹面的气体就会在离心力的作用下逐渐形成一道真空的密封墙，而且凸环可作为一道简单的水文轴向迷宫密封，使外界的水分、气体以及处于半流动性的稀泥的轴向运动趋势得到改变，共同使轴头外端有好的密封效果。
　　四、结束语
　　综上所述，托辊是皮带机的重要组成部分，我们必须每一个部件给予足够的重视，才能保障皮带机设备运行的安全稳定。想要解决皮带机托辊使用寿命短等问题，就要对托辊的使用环境、密封结构及其结构特点进行认真的分析，加以改进。这不仅能够有效地延长托辊的使用寿命，还能适当减少维修人员的劳动强度，同时也为生产赢得了宝贵的时间，创造更大的经济效益。
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