神华神东煤炭集团皮带机公司 内蒙古 鄂尔多斯 017200
摘 要：带式输送机是一种靠摩擦驱动以连续方式运输物料的机械。主要由机架、输送带、托辊、滚筒、张紧装置、传动装置等组成。而托辊是带式输送机中用量最大的易耗部件，托辊质量的好坏对于一条整机的输送能力、后期成本管控的影响是非常之大，目前托辊每年的销量占公司总销量的70%。由于煤矿井下特殊条件的限制：高瓦斯、多水、多氯、多硫、多粉尘等危害性物质，决定托辊的质量对带式输送机的圆周驱动力影响较大，对产品的功耗、运行成本影响较大，而如何通过可控的手段提高托辊的产品质量和密封性能，就是本文主要探讨的一些问题和注意事项。
关键字：带式输送机；煤矿用带式输送机；托辊；质量管控；生产过程组织实验目的
带式输送机是一种靠摩擦驱动以连续方式运输物料的机械。主要由机架、输送带、托辊、滚筒、张紧装置、传动装置等组成。它可以将物料在一定的输送线上，从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物料的输送流程。它既可以进行碎散物料的输送，也可以进行成件物品的输送。在煤矿行业，带式输送机是最理想的高效连续运输设备，在连续装载条件下可实现连续运输，与其他运输设备（如机车类）相比，具有输送距离长、运量大、连续输送等优点，而且运行可靠，易于实现自动化和集中化控制，尤其在高产高效矿井，带式输送机已成为煤炭开采机电一体化技术与装备的关键设备。根据输送工艺的要求，可以单机输送，也可多机组合成水平或倾斜的运输系统来输送物料。目前带式输送机广泛地应用在冶金、煤炭、交通、水电、化工等部门，是因为它具有输送量大、结构简单、维修方便、成本低、通用性强等优点。而托辊是带式输送机中用量最大的易耗部件，托辊主要用于带式输送机皮带的承载及调心，通过输送带与托辊之间的摩擦力带动托辊管体、轴承座及轴承外圈、密封圈做旋转运动，与输送带一起实现物流的传输，使皮带上的物料流畅的运输到皮带机的尾端，并进行卸载。
托辊质量的好坏对于一条整机的输送能力、后期成本管控的影响是非常之大，目前托辊每年的销量占公司总销量的70%。由于煤矿井下特殊条件的限制：高瓦斯、多水、多氯、多硫、多粉尘等危害性物质，决定托辊的质量对带式输送机的圆周驱动力影响较大，对产品的功耗、运行成本影响较大，而如何通过可控的手段提高托辊的产品质量和密封性能，保证制造完成的托辊性能符合GB/T10595《带式输送机》和MT821《煤矿用带式输送机 托辊 技术条件》的规定，且密封件、轴承组装时不得出现损伤现象，得到生产过程中产品加工质量可控的目的，本次特对轴承座焊接后的轴承位与密封位的尺寸、温度进行实验与管控测定。
实验设备及环境要求、参与人员
制造设备：钢管两端自动车孔机床(主要技术参数为：加工管子外径φ89～φ219mm，加工管子长度190～2600mm，主轴转速（250，390）r/min)，托辊轴承座压装机(主要技术参数为：加工托辊直径φ89-φ219mm，托辊长度200-2600mm，液压系统压力1.5～8Mpa，最大压装力10000Kgf，两压装主轴同轴度误差≤1.5mm)，托辊双头自动焊接机(主要技术参数为：加工钢管外径φ89～φ219，适用钢管长度300～2600mm，主轴转速:0～10r/min，焊接电流500A，气体流量20～25L/min)，托辊轴承压装机(主要技术参数为：液压系统压力1.5～4Mpa，最大压装力6000Kgf，两压装主轴同轴度误差≤1.5mm)，托辊密封压装机(主要技术参数同托辊轴承压装机)。
实验用检测设备：游标卡尺（0.02mm），深度尺（0.02mm），内径百分表（0.01mm），千分尺（（0.001mm）），红外线测温仪，温度计，秒表等。
实验时环境温度：室内进行，环境温度为（25.3～27）℃。
参与实验人员：公司的质量检验人员，相关设计、技术、工艺人员。
托辊制造用的材料及性能指标要求
托辊的构成：托辊辊壳、轴承座、轴承、托辊轴、密封装置、润滑油脂等零部件组成，如图a所示。
托辊辊壳。辊壳管体可使用金属或非金属材料，我们采用的是Q235金属材质，且对管体外径、壁厚、弯曲度、不圆度和钢管的焊缝高度进行严格的控制。
钢管外径和壁厚的允许偏差分别符合表1和表2的规定。
带式输送机托辊用钢管，外径大于16mm其弯曲度应不大于0.5mm，符合要求。
带式输送机托辊用钢管，钢管不圆度应不大于外径允许公差的50%，符合要求。
带式输送机托辊用钢管应清除内毛刺，焊缝毛刺高度应符合（-0.05～+0.20）mm的规定，且内毛刺清除后钢管剩余壁厚应不小于壁厚允许的最小值。
轴承座。轴承座可采用铸铁件或冲压件。为了降低产品成本，提高生产效率，保证产品的高质量，我们采用的是冲压成型件08AL，机械物理性能远高于08F优质素钢，名义厚度也大于3mm。
轴承。轴承应优先采用KA系列托辊专用轴承，也可采用其他深槽大游隙轴承。我们采用的轴承标准高于煤炭行业标准，是综合国家标准而形成的高要求产品，重点关注轴承的径向游隙、轴向游隙，尤其是对轴承的振动加速度和振动速度的测定。由于这四项指标直接决定托辊的装配质量和性能指标，最终影响到整机的寿命和后期使用成本。
托辊轴。托辊轴材料的机械物理性能完全符合标准要求，托辊轴与轴承装配部分外径公差为js6。
密封装置。密封件的密封端面不得有裂纹、划痕和气孔等缺陷。密封装置应具有良好的密封性能，能有效地防止煤尘和水进入轴承，密封装置质量的好坏和正确地装置，最终影响到托辊的产品质量和使用寿命。我们采用的是迷宫密封装置，是分别由尼龙材料和POM材料制成的密封环、密封部件等组成。
POM材料。POM也称为聚甲醛树脂，是一种没有侧链、高密度、高结晶性的线型聚合物。按其分子链中化学结构的不同，可分为均聚甲醛和共聚甲醛两种。两者的重要区别是：均聚甲醛密度、结晶度、熔点都高，但热稳定性差，加工温度范围窄（约10℃），对酸碱稳定性略低；而共聚甲醛密度、结晶度、熔点、强度都较低，但热稳定性好，不易分解，加工温度范围宽（约50℃），对酸碱稳定性较好。是具有优异的综合性能的工程塑料。有良好的物理、机械和化学性能，尤其是有优异的耐摩擦性能。俗称赛钢或夺钢，为第三大通用塑料。 适于制作减磨耐磨零件,传动零件,以及化工,仪表等零件。
POM比重1.41-1.43克/立方厘米，成型收缩率1.2-3.0%，成型温度170-200℃ 。POM的长期耐热性能不高，但短期可达到160℃，其中均聚POM短期耐热比共聚POM高10℃以上，但长期耐热共聚POM反而比均聚POM高10℃左右。可在-40℃～100℃温度范围内长期使用。POM极易分解，分解温度为240度。POM强度、刚度高，弹性好，减磨耐磨性好。其力学性能优异，比强度可达50.5MPa，比刚度可达2650MPa，与金属十分接近。POM的摩擦因数小，耐磨性好（POM>PA66>PA6>ABS>HPVC>PS>PC），极限PV值很大，自润滑性好。
尼龙PA6材料。PA6是一种结晶性的工程塑料，高韧性材料，摩擦系数小，而且耐磨性、耐油性和耐化学品性也很好，因此最适合用作机械材料。热稳定性为连续使用温度65℃，短期温度高达121℃的工况环境下，尼龙6产品仍能经受住考验并正常工作。
MC尼龙材料。又称浇铸尼龙，它是在常压下，将熔融的原料己酰胺单体C6H11NO用碱性的物质作催化剂，与活化剂等助剂一起制成待聚单体，直接注入预热到一定温度的模具中，使物料在模具内很快地进行聚合反应，凝结成坚韧的固体胚件，再经过有关工艺处理，得到预定的制品。MC尼龙制品作为工程塑料之一，“以塑代钢、性能卓越”，用途极其广泛。它具有重量轻、强度高、自润滑、耐磨、防腐，绝缘等多种独特性能是应用广泛的工程塑料，几乎遍布所有的工业领域。
高强度，能够长时间承受负荷；
良好的回弹性，能够弯曲而不变形，同时能保持韧性，抵抗反复冲击；
耐磨自润滑性，提供了优于青铜铸铁碳钢和酚醛层压板在无油（或脱油）润滑应用时的工作性能，降低消耗，节约能源；
吸噪声、减震，MC尼龙模量比金属小得多，对震动的衰减大，提供了优于金属防止噪音的实用途径；
与金属相比， MC尼龙硬度低，不损伤对磨件；
高化学稳定性，耐碱、醇、醚、碳氢化合物、弱酸、润滑油、洗涤剂、水（海水），并具有无臭、无毒、无味、无锈的特点，广泛应用在抗碱腐蚀，环保卫生、食品、纺织印染等方面的机械零部件使用提供了优良条件。
简化机器的维修保养、节约劳动力，优良的机械切削加工性能、提高劳动生产力。
MC尼龙限制使用温度长期超过120℃。
总结：部件选择材料确定后，在装配时为了保证产品的质量，我们最关注的点为密封材料的热稳定性，如表3所示在装配密封装置时轴承座上与密封装配处的温度不得超过65℃。
实验步骤
检测实验时的环境温度，每半小时查看一次并记录。
对需要焊接用的轴承座进行编号，在轴承座检测位置处标记，三等分为三个检测点。
检测记录下每个轴承座上三个点处的检测值。
焊接轴承座，按照工艺要求选择焊接参数施焊。
焊接完成后，第一时间用秒表记录轴承座的冷却时间，用红外线测温仪测量轴承位与密封位处的温度，用百分表测量轴承位处的尺寸，并记录。
每间隔一段时间，测量与记录上述数据，测量位置按照事前标记好的，直到轴承位处的尺寸恢复到初始数据或非常接近。
根据图纸要求，轴承外圈与轴承座配合处的公差为N7(-0.009～-0.039),即控制图中的控制上限UCL、控制下限LCL。
注：测量时防止百分表等测头精度因被测件温度而影响，每隔一段时间测量前用千分尺校准。
图二：152*62*4(305)轴承座焊接后自然冷却，件1在前，件2在后（件1、件2分别是此组正确实验数据中的两个极限值），轴承位处尺寸恢复到图纸要求尺寸时的自然冷却时间最长为12分30秒（15～19个），温度约为53℃；而不影响密封件热稳定性的温度≤65 ℃，自然冷却时间为9分30秒（12～15个）。
图三：152*62*4(305)轴承座焊接后用风扇在托辊放置对面约2米处吹风冷却，轴承位处尺寸恢复到图纸要求尺寸时的风冷冷却时间为9分30秒（12～15个），温度约为50℃；而不影响密封件热稳定性的温度≤65 ℃，风扇吹风冷却时间为6分30秒（8～10个）。
图四：103*52*3(205)轴承座焊接后用风扇吹冷却，件4为前期用风直吹，后期为间断风吹冷却，件5为自始至终都正对风扇吹冷却（件4、件5分别是此组正确实验数据中的两个极限值）。轴承位处尺寸恢复到图纸要求尺寸时的风冷最长冷却时间为9分30秒（19～25个），温度约为45℃；而不影响密封件热稳定性的温度≤65 ℃，自然冷却时间为7分（14～17）。
实验结论：轴承、密封组合与轴承座全为过盈配合，轴承座与辊壳焊接后热膨胀，有利于轴承、密封组合的装配，此工序主要控制轴承座焊接不影响密封件的热稳定性≤65 ℃。即：152*62*4(305)轴承座，自然冷却为9分30秒（12～15个），用风扇吹冷却为6分30秒（8～10）；103*52*3(205)轴承座，用风扇吹冷却为7分（14～17）。按照工艺给定的施工方法，合理的组织生产，对产品的过程装配质量可以直接控制，达到实验的目的。
将实验的结果应用到实际生产中
应在工艺手册中增加此控制点的参数要求。
产品生产部门必须严格按照实验确定的数量控制存留量，同时应配置岗位配备红外线测温仪，控制装配的轴承座温度。
焊接后预存区只能堆放一层托辊，避免安全隐患和便于温度的快速散发，既能保证产品的质量，又能提高生产效率。
组织参与作业人员，对施工方案及实验结果进行宣贯学习，并在作业中按规定要求执行操作。
小结
在煤矿行业，带式输送机是最理想的高效连续运输设备，在连续装载条件下可实现连续运输，与其他运输设备（如机车类）相比，具有输送距离长、运量大、连续输送等优点，而且运行可靠，易于实现自动化和集中化控制，目前带式输送机已成为煤炭开采机电一体化技术与装备的关键设备。而托辊是带式输送机中用量最大的易损耗部件，托辊质量的好坏对于一条整机的输送能力、后期成本管控的影响是非常之大。由于煤矿井下设备工作条件、环境恶劣，对我们的托辊质量提出了更高的要求，而如何通过可控的手段提高托辊的产品质量和密封性能，得到生产过程中产品加工质量可控的目的，这就是本次实验达到的最终目的。
参考文献
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论文作者:焦焕全
论文发表刊物:《科技中国》2016年11期
论文发表时间:2017/1/5
标签：托辊论文; 轴承论文; 温度论文; 带式输送机论文; 轴承座论文; 性能论文; 热稳定性论文; 《科技中国》2016年11期论文;