刘 杰，于 涛，孙丽英

（山东矿机集团股份有限公司，山东 潍坊 262400）

带式输送机广泛应用于矿山、冶金、电力、化工、港口、建材等各个行业。托辊是带式输送机的重要组成部分，也是影响输送机使用效果的关键部件之一，其成本约占输送机总成本的25%～30%，同时也是输送机损坏率最高的部件。托辊的使用寿命主要取决于轴承和密封的性能，而轴承的性能很大程度上依赖于托辊的密封性。因此，需要合理选用托辊的密封结构形式，以提高托辊的性能和使用寿命，同时也要考虑适当减小托辊的旋转阻力，以降低整机的运行损耗。

目前，带式输送机通常使用的DTⅡ型托辊采用迷宫式密封，其托辊的密封效果不好，特别是在有粉尘、潮湿等恶劣环境，以及有特殊安装位置的场所，如圆管带式输送机托辊的安装倾角为60°～90°，这就对托辊的防水、防尘性能提出了更高的要求。为此，公司专门对托辊的各种密封形式进行了研究，并结合非接触式和接触式密封的特点，对DTⅡ型托辊的结构进行了改进，设计了一种新型防水、防尘复合密封托辊。

1 托辊的密封结构形式

带式输送机托辊的密封结构主要有两种形式：非接触式密封和接触式密封。非接触式密封多为迷宫式密封，迷宫间隙内充以润滑脂，其运行阻力小，防尘性能好，但防水性能差，整体密封效果稍差，而且托辊在低温下工作时旋转阻力较常温时成倍增加。接触式密封多采用油封密封，其密封效果比非接触式好，但是油封密封唇口内径对轴径的过盈量不好把握，托辊的振摆跳动会产生间隙，油封也并不能保证唇口始终紧贴于轴的表面；另外，油封的材料易磨损，灰尘极易进入。因此，对接触式油封密封需要解决好油封的尺寸精度、耐磨性和稳定性等问题。

另外，还有一种双密封结构托辊，又称复合密封结构，它充分结合前两种密封方式的优点，使得接触式和非接触式密封效果能够互补。复合式密封虽然在旋转阻力上较非接触式密封大，但是它的防水、防尘性能更加突出，而且其接触式密封件一般采用橡胶材质，弹性好，可以有效地防止粉尘和水的侵入，提高托辊的性能和使用寿命，不失为一种好的托辊密封方案。

2 新型复合密封托辊的结构设计

公司对带式输送机托辊的密封方式的原理和特点进行了分析，并对各种密封结构的设计方案进行对比，根据公司托辊的实际生产条件和工艺经验，设计并制造出了一种新型复合密封托辊。

如图1a），托辊采用双密封结构，托辊的密封组件采用非接触式迷宫和接触式油封密封的复合结构。参照DTⅡ型托辊结构，辊体的轴承座加深，增设了外侧的接触式油封，即多唇边油封3与内、外密封圈4、5的迷宫密封，共同组成的密封结构作为外密封系统，与轴承内侧设置的密封圈8与外密封系统组成了整套的托辊复合密封结构；工作时防尘盖2、多唇边油封3、内密封圈5、轴承7、密封圈8一起与辊体绕轴转动。为方便展示新型复合密封托辊的结构，该产品的剖分实物图如图1（b）。多唇边油封可有效地切断轴承外侧粉尘和水的侵入路径，加之内外侧设置的密封圈，使得大游隙轴承能很好地密封，而且轴承两侧都可以储存润滑油，储油空间大，润滑时效长。

图1 新型复合密封托辊结构图

3 接触式油封密封的设计

托辊通常在低中速（≤600r/min）、常温下（-10℃～60℃）运行，接触式油封采用两道唇形丁晴橡胶密封，为保证有良好的密封性能，硬度应在65～75（邵氏A）之间。

在自由状态下，托辊唇形油封的内径稍小于外密封圈的外径，这样就在密封的径向尺寸上有一定的过盈量，实际设计时唇口与外密封圈之间的过盈量为0～0.2mm，并保证唇口的接触宽度在0.2mm～1mm间，这样也能减小径向力的大小，以减少干摩擦，防止唇部过早损坏。

另外，油封许用的轴的振动量必须小于0.4mm，当振摆跳动产生间隙时，油封能保证唇口始终紧贴于外密封圈的表面，能长久有效地对迷宫和轴承进行密封。

4 托辊生产的加工工艺

为检测新型复合密封托辊的防水、防尘和旋转阻力等性能，专门制作了一批复合密封托辊，产品规格为133mm×465mm（矿用轴承306KA），批量为400只。

复合密封托辊的生产使用我公司的托辊辊体、轴加工自动生产线，如钢管自动切断/倒角机床，钢管双端自动车孔机床以及CO2气体保护双枪自动焊接机，能保证加工的效率和均一性。此外，在辊体生产中采用了辊体缩口工艺专利技术，能更好地保证了两轴承座的同轴度，辊皮两端头呈弧形缩口状，在降低径向跳动的同时也降低了对皮带磨损和托辊的旋转阻力。

另外，为保证托辊的装配质量，在采用托辊自动压装机的基础上，设计了适用于复合密封结构的压装压头专用工装，能实现轴承、密封圈以及内外密封圈、多唇边油封、防尘盖等的二次压装，生产效率高、装配精度好。

5 托辊的试验方法和结果讨论

5.1 托辊的试验方法

按照GB/T10595-2009带式输送机技术条件和MT821-2006煤矿用带式输送机托辊技术条件。新型复合密封托辊的出厂验收，须符合防水、防尘辊子的性能，以及旋转阻力的性能要求。试验设备采用托辊旋转阻力试验台（型号WC-2000C）和浸水密封试验台（型号ZT-512）进行试验。防水防尘和旋转阻力的试验中抽检托辊的样本大小n1分别为80件和8件。

托辊的防尘和防水性能应满足下列条件：防水托辊辊子（接触式密封）在浸水工况下，以600r/min旋转，连续运转24h后，托辊的进水量不应超过5g.对于防水和防尘辊子的旋转阻力试验，在250N的径向压力下，辊子以600r/min的速度旋转，测其旋转阻力，其值不应大于表1中的数值，停止1h后再旋转时，其旋转阻力不应大于表1数值的1.5倍。

表1 防水、防尘辊子的旋转阻力极值

5.2 托辊的试验结果讨论

经以上试验测定，可得到托辊的防水和旋转阻力性能的试验数据，为便于查看和对比分析，绘制出抽检托辊的旋转阻力的数据分布图，如图2所示。

由图2可知，试验测定的复合密封托辊的旋转阻力数据大部分在2N～3.5N之间波动，平均值为2.91N（图中的水平虚线），经检测的80件中只有4件超过了许用值4.35N（图中的水平实线）。另外，停止1h后再旋转时，其旋转阻力都不大于6.5N.按照MT821-2006标准的要求：实测旋转阻力合格判定数AC=4<10，此次抽检合格。对托辊浸水前后的重量进行测量，托辊进水量项目抽检的8件中，进水量均小于5g，数据同样也满足标准的要求。

试验结果显示：生产的新型复合密封托辊的防水、防尘性能优良，旋转阻力数据均符合接触式密封的出厂检验标准的要求。

图2 托辊的旋转阻力分布图

6 结束语

新型复合密封托辊于2012年5月已申请了新型复合密封托辊的实用新型专利，其轴承密封组件采用非接触式迷宫和接触式多唇边油封的复合密封，结构简单，并配以大游隙轴承，经试验检验其防水、防尘和旋转阻力各项性能均符合标准的要求。该种带式输送机复合密封托辊，经过在某煤矿井下两年多的使用，寿命已超过30000h，在寿命期内损坏率也不到6%，值得作为高性能、高寿命托辊进行推广，特别是对恶劣环境中的带式输送机以及圆管带式输送机，防水防尘性能俱佳。另外，可以将复合密封结构中的多唇形油封替换为自补偿的弹簧压环油封，来补偿轴的振动以及密封唇与轴间的相对磨损，这将明显提高接触式密封的效果，使得托辊的使用性能和寿命大幅提高。

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