防水防尘托辊的设计原理及组装工艺

防水防尘托辊的设计原理及组装工艺

托辊是皮带输送机中用量最大、更换频率最高的零部件。托辊的质量直接影响输送机的正常运行、使用寿命和能耗。我国皮带输送机所使用的托辊与国外托辊相比存在的问题主要是：使用寿命短；运行阻力系数大；密封效果不理想，防水防尘效果较差；结构不合理，润滑和受力性能不好；加工制造精度不高。

目前，国际上先进的皮带输送机带速已达到4～6m/s。带速的提高对托辊的转速提出了更高的要求。随着长距离、大运量、高速度、大功率皮带输送机技术的日益广泛应用，迫切需要缩短我国与国际先进工业国之间的差距，而研制新型托辊是关键之一。

1、影响托辊性能的主要因素

(1)密封。为了尽量减小托辊的旋转阻力，目前托辊均采用非接触式迷宫密封。虽然可以尽可能增加迷宫层数，并在迷宫密封腔中填充润滑脂，但托辊的防水防尘性能仍达不到预期效果。当淋水或粉尘严重时，很易侵入托辊的密封，并扩散到整个密封结构。因此，在恶劣环境中使用几百小时就会失效。

(2)筒体偏心。托辊偏心严重时，输送带运行会发出异常噪声，并因离心力作用而产生周期性的振动。偏心原因有两方面：一是制造托辊的钢管壁厚不均匀，二是两端轴承与筒体同轴度偏差较大。

(3)轴承。轴承的使用寿命主要取决于质量、润滑及所受载荷。托辊在高速转动时，由于内摩擦产生热量，从而引起轴承密封腔内温度升高，润滑脂出现汽化现象。托辊停止转动后，轴承温度降低，密封腔内气压下降，托辊吸入外界空气，润滑脂受到污染，油脂变质干化，轴承处于干摩擦状态运行，从而加快轴承的磨损。

(4)润滑脂。托辊一般选用钙基润滑脂。钙基润滑脂抗水性能好，但熔点低，高温时极易凝固，使用一段时间后就变色、变干，从而影响轴承的使用寿命。

(5)载荷。托辊载荷可分为静载荷和动载荷。静载荷主要是所传送物料和输送带的自重，中间托辊受力最大。托辊的动载荷主要包括：托辊转动时偏心产生的动载荷，输送带及物料对托辊产生的冲击等。

2、防水防尘托辊的结构

防水防尘托辊主要由托辊筒体、轴承座、托辊轴、轴承及唇式密封圈构成（见图1）。

1-筒体；2-唇式密封圈；3-挡板；4-托辊轴；5-轴承；6-轴承座

图1 防水防尘托辊的结构

(1)唇式密封。将迷宫式塑料“小七件”密封改为唇式聚氨酯密封，防水、防尘性能有了根本改善。密封的作用是为防止外界灰尘、水分等浸入轴承。非接触式迷宫密封虽然没有磨损，但粉尘颗粒会因托辊“呼吸”，从缝隙侵入密封腔，防水、防尘效果不好。接触式唇式密封采用性能稳定、精度高、耐磨、阻燃抗静电的聚氨酯密封圈。三层唇形密封结构既保证了密封的可靠，又满足了对托辊旋转阻力的要求，从根本上解决了托辊防水、防尘问题。

(2)专用轴承。在托辊轴承的选择上，一般倾向于使用专用轴承，这样可以提高托辊的耐冲击力和整体质量，使托辊具有理想的静平衡、动平衡和旋转阻力。测试数据表明：即使在恶劣的工况条件下，专用轴承的寿命也可达到普通轴承的1.6倍，而旋转阻力降低近1倍。与同类产品相比，动载提高28%，静载提高12%。

(3)润滑油。采用英国制造的专用润滑脂。特点是性能稳定，有较好的机械安全性，适应-40～120℃的环境温度。

(4)轴承座。轴承座的深度小，轴承的受力状态得到了较大的改善。理想的轴承座应具有最小的轴向深度，以使轴承与轴端距离尽可能小，从而降低重载运行时因轴端弹性变形而产生的阻力对轴承和密封的影响。在轴径和受力条件相同的情况下，轴端径向弹性变形量与支点到受力点（轴承到轴端支撑点）距离的三次方成正比，此距离越小越好。

(5)筒体。筒体采用免加工止口形式，优点是影响筒体的自然圆度、壁厚公差等指标，易于在组装时由设备自动调节同轴度。

3、托辊的组装工艺

托辊的组装采用专用卡具和设备，实现自动定位和焊接。托辊组装是以托辊轴为基准，在专用卡具内以轴为基准再定位筒体，以保证轴与筒体、两端轴承的同轴度和两端轴承座端面的平行度。径向误差由设备的专用卡具自动调整。

设计的专用卡具，以托辊轴外径为基准，直接与筒体外径定位，并将轴承座端面与筒体截面焊接，从而减小了中间工序产生的误差对托辊几何尺寸精度的影响。只要保证专用卡具的精度和托辊轴的精度，就能保证托辊的精度要求，从根本上消除了影响托辊偏心的因素。

4、防水防尘托辊的特点

(1)密封性能好。新型托辊采用多唇式密封，由于是接触式的，托辊内部与外界的通路被密封圈的唇完全切断，从根本上解决了托辊的“呼吸”问题。这种结构设计的关键是解决唇式密封圈的几何尺寸精度和材质的耐磨及稳定性问题。

(2)结构合理，承载能力高。将轴承座、轴承、密封圈和挡板铆合成一体形成一个整体部件，最大限度地缩短托辊轴所受径向载荷的力臂长度，减少托辊轴因受力而产生的变形量，保证两端轴承的同轴度，进一步增强轴承座的强度与刚性，提高托辊承载能力。

(3)生产工艺先进，质量可靠。通过采用专用设备、减少零部件的数量并配以最优的组装工艺，在托辊轴、轴承座、密封圈及筒体等部件的尺寸公差符合标准的基础上，保证托辊装配精度，提高产品质量。

现场使用证明，新型防水防尘托辊克服了老式托辊受力状况差、径向跳动大、密封圈老化快、使用寿命短的问题。在大运量、高速度、工况条件差的情况下，能稳定地长时间运行，减少了输送机停机检修时间和故障出现的概率。