高速托辊技术的分析与应用

高速托辊技术的分析与应用

马刚

(煤炭科学研究总院上海分院,上海200030)

摘 要: 托辊是带式输送机的关键部件,它沿输送机全长分布,用量很大,重量约占整机重量的1/3,价格约占整机的1/5~1/3,提高托辊质量对降低能耗、节省费用、增加运行可靠性具有很大的意义。

关键词: 托辊;质量;轴承失效;结构改进

中图分类号:TD528+.1 文献标识码:B 文章编号:1001-0874(2005)03-0041-02 The Analysis and Applicati o n of High-speed I dl e r Technol o gy

MA Gang

(Ch i n a Coal Research I nstitute Shangha iLtd.,Shanghai200030,Ch i n a)

Abstract: The i d ler is the key part of belt conveyor.It is spread along the overall leng th o f conveyor bel,t h i g hly consu m ed,and w it h about one th ird o f the w ho le belt conveyor i n we i g ht and one fift h to one th ird o f the whole conveyor belt i n price.I m proving the qua lity o f the idler is a great si g nificance to reduce energy consum ing,save expense and i n crease runn i n g reliability.

Keyw ords: i d ler;quality;beari n g fa ilure;structure i m pr ove m ent

1 概述

对带式输送机来说,在输送量相同的前提下,提高带速要比增大带宽有利得多,因为带速提高后,输送带最大张力可下降,输送带强度等级也可随之下降,从而节省了设备的投资费用;而增大带宽则需要扩大巷道的宽度,这就增加了巷道开拓的基建费用。但是带速过高,煤尘飞扬就越利害,当煤尘浓度高到一定程度时就会发生爆炸。为了安全起见,当输送机长度L>1km时,推荐带宽为0.8~1.2m、带速为6~8m/s或更高、运量控制在500~3000t/h,这时年当量费用最低。

目前国外煤矿井下使用的带式输送机带速达到7~12m/s,个别可达15m/s,国内则一般控制在6 m/s之内。带速提高后,托辊转速也随着增大,导致托辊的旋转阻力增大和使用寿命降低。根据国内和国外有关托辊标准的规定,托辊转速不得超过600 r/m in,否则托辊旋转阻力会急剧增大,并导致使用寿命急剧下降。当托辊转速超过600r/m i n时,可采用加大托辊直径的方法来降低托辊转速。托辊是带式输送机的主要部件,量大面广,重量约占整机重量的1/3,价格约占整机的1/5~1/3。据现场调查,煤矿井下托辊的使用寿命一般在180~240d。在顺槽中使用的托辊,在采完一个工作面后,托辊损坏数量约为60%~80%,消耗量相当大。另外托辊的旋转阻力增大会导致输送机运行阻力变大,从而使功率消耗也变大。煤矿中带式输送机的停机事故,绝大多数是由于托辊故障而引起的。因此,提高托辊的质量对降低带式输送机的能耗、节省费用、增加运行可靠性具有很大的意义。

2 托辊质量分析

高速托辊在结构密封、加工质量、轴承、润滑脂等方面有更高的要求。美国、澳大利亚等国家目前使用的新型注油托辊,其运行阻力小,轴承采用稀油润滑,托辊速度可达6~8m/s,托辊寿命可达10a 以上。因此,要提高我国输送机的托辊技术,很重要的一点就是应该通过改进密封结构与材质,采用非金属保持架的大游隙专用轴承与专用润滑脂来提高高速托辊的质量。目前,国内托辊质量存在差距的

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另一个主要原因是加工质量,国内托辊生产厂家的加工工艺与设备精度保证不了设计要求,造成托辊旋转阻力大、甚至不能转动,使用寿命短、有时使用不到1~2个月就损坏了。因此,要制造出高质量的高速托辊,只有改进托辊的加工工艺和更新设备,才能满足大型带式输送机高带速的要求。据有关统计资料,在我国现有煤矿的使用条件下,若把托辊的使用寿命从原来的1a左右提高到5a以上,则每年托辊损坏的数量可减少4/5,可见经济效益是非常显著的。

3 托辊轴承失效的主要原因

托辊的使用寿命主要取决于轴承及密封的性能,如果托辊具有良好的密封性能(如采用组合密封),那么托辊的使用寿命就能大大延长。轴承不仅对托辊使用寿命有重大影响,而且对托辊旋转阻力也有一定的影响。测试结果表明:轴承的摩擦阻力约占托辊旋转阻力的1/4~1/8。目前,托辊常用轴承型号为204、205系列滚动轴承。通过对国内外轴承的分析,认为国产轴承在加工精度和材料热处理等方面与英国、西德等国家基本相同,但英国道梯公司由于采用415705型托辊专用轴承,其寿命可比普通204系列轴承提高10倍以上,旋转阻力降低1倍以上。

分析国内托辊轴承失效的原因,主要包括如下几个方面:

(1)煤尘或煤泥大量进入到轴承内,使轴承的沟道和保持架的兜孔内填满黑色油泥,使其不能转动而失效。

(2)轴承中的油脂流失后,由于外界的水或潮气大量侵入,使钢保持架、钢球和内外沟道严重锈蚀,使其不能转动而失效。

(3)油脂变质造成轴承失效。

(4)轴承本身制造质量差,引起失效。

(5)轴承的装配质量差,引起轴承失效。

4 KA系列大游隙托辊专用轴承

由上分析可知,托辊的使用寿命主要取决于轴承的密封和轴承的性能。经多次攻关,煤科总院上海分院研制成功了国产KA系列大游隙托辊专用轴承,该项目曾获得原煤炭工业部科技进步二等奖。这种用于带式输送机托辊的专用轴承,在结构上主要进行了如下几项改进:

(1)轴承的密封由原来的3道改为采用密封件及迷宫组合的5道密封。

(2)增大了轴承的径向游隙,这样,即使在轴承中进入一些污物粒子,轴承仍能灵活转动、不会堵塞;同时还相应增大了轴承所允许的角位移,使不同心度对轴承的影响减小。

(3)采用具有一定柔性、呈爪型的尼龙保持架,使钢球在碰到污物粒子时能改变运动轨迹,不会由于硬磨而卡死。

(4)加大轴承沟槽的曲率、同时加大钢球直径,提高了轴承的承载能力。而且钢球直径大的轴承对硬粒子的敏感程度要小得多,这就大大提高轴承的使用寿命。

试验结果表明:KA系列托辊专用轴承即使在非常恶劣的条件下运转,专用轴承的实验室寿命可以达到204系列轴承的10倍以上,而且旋转阻力降低1倍以上,使用寿命超过30000h。

5 结论

托辊是带式输送机的主要部件,量大面广,其质量直接影响输送机的正常运行。因此,提高托辊质量对降低能耗、节省费用、增加运行可靠性具有很大的意义。随着输送机向长距离、大运量、高速度方向发展,对高速托辊在密封结构、加工质量、轴承、润滑脂等方面提出了更高的要求,只有通过改进密封结构与材质,采用非金属保持架的大游隙专用轴承与专用润滑脂,才有可能从根本上提高高速托辊的质量,从而延长输送机托辊的使用寿命。

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作者简介:马刚(1963-),男,高级工程师。1985年毕业于上海交通大学,主要从事带式输送机及元部件的设计研究工作,曾获原煤炭工业部科技进步二、三等奖,发表论文多篇。

(收稿日期:2005-01-31)

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