带式输送机高速托辊的研究与应用分析

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分类号：TH122密级：公开UDC：单位代号：10424学位论文带式输送机高速托辊的研究与应用分析刘振申请硕士级别：硕士学位专业名称：机械电子工程指导教师姓名：包继华职称：副教授山东科技大学二〇一一年五月 论文题目：带式输送机高速托辊的研究与应用分析作者姓名：刘振入学时间：2008年9月专业名称：机械电子工程研究方向：机电控制与生产过程自动化指导教师：包继华职称：副教授论文提交日期：2011年5月论文答辩日期：2011年6月授予学位日期：2011年月日 RESEARCHONTHEHIGH-SPEEDIDLEROFTHECONVEYORADissertationsubmittedinfulfillmentoftherequirementsofthedegreeofMASTEROFPHILOSOPHYfromShandongUniversityofScienceandTechnologybyLiuZhenSupervisor:AssociateProfessorBaoJihuaCollegeofMechanicalandElectronicEngineeringMay2011 声明本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交于其它任何学术机关作鉴定。硕士生签名：日期：AFFIRMATIONIdeclarethatthisdissertation,submittedinfulfillmentoftherequirementsfortheawardofMasterofPhilosophyinShandongUniversityofScienceandTechnology,iswhollymyownworkunlessreferencedofacknowledge.Thedocumenthasnotbeensubmittedforqualificationatanyotheracademicinstitute.Signature:Date: 山东科技大学硕士学位论文摘要摘要本文论述了大型带式输送机用托辊技术的研究应用现状，综合托辊产品技术的研究成果，将新型的密封技术、轴承产品以及先进的制造与装配工艺等应用于托辊研制中，提出了适用于高速带式输送机用的新型托辊装置。在分析托辊各部分结构的基础上，根据带式输送机与托辊的运动关系建立了托辊装置的运动模型，通过对运动模型的分析，得到了在带式输送机正常运行过程中，托辊的主轴、管体、密封结构、轴承、轴承座等结构在带速提高的情况下，需要解决的问题。本文对比分析了目前市场上多种托辊产品，结合托辊相应试验结果，针对要解决的关键问题对各部件分别提出了改进设计与选型思路；基于高速带式输送机的运行状况设计了密封可靠、噪声小、低能耗的高速托辊装置，并对高速托辊各部件的材料与结构做了最优匹配设计。根据托辊装置的工作原理和技术要求指出了托辊的先进加工与装配工艺，先进制造与装配工艺确保主轴、轴承座的同轴度、管体的圆度达到最佳，大大减小了托辊的径向跳动量，为有效解决带式输送机在高速运行工况下出现的纵向谐振问题做技术准备。最后参考国家标准中托辊的技术条件分别针对托辊的旋转阻力、浸水密封性能、径向圆跳动、轴向载荷等各性能进行高速工况下的试验；参考煤矿井下用聚合物制品阻燃性的标准对管体进行酒精喷灯和酒精灯燃烧试验，并对试验数据进行分析，结果表明新型的高速托辊装置能够满足高速运行条件，并且阻力系数明显降低，为高速带式输送机的研发提供了条件。关键词：带式输送机，高速托辊，密封，旋转阻力，径向圆跳动 山东科技大学硕士学位论文摘要ABSTRACTThepaperdepictedresearchandapplicationstatusoftheidlertechnologyusedinlargebeltconveyors.Anewtypeidlerequipmentwithnewsealingsystem,differentialrollingbearingandadvancedprocessing-craftwasdesignedtoadepttothehigh-speedbeltconveyors.Theconstructionoftheidlerwasanalyzed,andthemovingmodelfortheidlerwasestablishedbasedontherelationbetweentheidlerandthebelt.Throughanalysisonthemodel,thekeyproblemsforimprovingtheconstructionincludingthesealing,thetube,theshaft,thebearingandthebearinghousewereknownwhenthevelocitywasincreased.What’smore,severaldifferentkindsoftheidlerswereanalyzed,Comparingtheexperimentresults,theconstructionswereredesignedandchosen,thenewidlerwasestablishedbasedonthebelt’soperation,whichisreliable,small-noise,low-consumption.Synthesizingthematerialandtheconstructionsmadeusaimtotheopticaldesign,finishingthepreparationforsolvingthelongitudinalresonantproblemsinhigh-speedoperationeffectively.Processing-craftandassembling-craftforthehigh-speedIdlerwasdesignedaccordingtotheworkingprincipleoftheidlerdevice,whichmaketheshaft,thebearinghouse,thetubeexcellent,ensuretheconcentricityandcircularity,decreasingtherun-outoftheidler.Atlast,theexperimentsoftherotatingresistance,therun-out,thewater-sealingandtheload-bearinginhigh-speedoperationwerefinishedaccordingtothenationalcriteriaoftheidler’stechnology,andtheburningexperimentswiththealcohollampandalcoholblastburner,werefinishedaccordingtothenationalcriteriaontheflameretardancyofpolymerproductsunderthecoalmine.Theexperimentresultsandthesimulationshowedthatthedevicecouldachievehigh-speedbelt’soperationalrequirement,therotatingcoefficientdecreasesobviously,whichinsuretheconveyorworkingunderourprocessesfixedinadvance.Keywords:beltconveyor,high-speedidler,thesealing,theradialrun-out,rotatingresistance 山东科技大学硕士学位论文目录目录1绪论11.1选题背景及研究意义11.2国内外研究现状31.3课题研究的主要内容62带式输送机托辊介绍及其运动分析72.1带式输送机托辊的结构与种类72.2带式输送机托辊的性能参数112.3带式输送机托辊的运动分析142.4本章小结213高速托辊的方案设计223.1高速托辊的总体方案223.2密封结构的设计243.3轴承的分析与选型273.4其他结构的设计313.5本章小结334高速托辊的生产制造工艺研究344.1托辊工艺与性能的影响分析344.2高速托辊的加工工艺分析364.3高速托辊的装配工艺分析434.4本章小结455高速托辊的试验465.1高速托辊的性能试验465.2高速托辊材料的燃烧试验49 山东科技大学硕士学位论文目录5.3本章小结536结论与展望546.1主要结论546.2工作展望54致谢55参考文献56硕士期间发表学术论文59 山东科技大学硕士学位论文目录Contents1Introduction11.1ResearchBackgroundandSignificanceoftheSubject11.2DevelopmentStatusatHomeandAbroad31.3TheMainResearchContentandFeatures62IntroductionandDynamicsAnalysisonConveyorIdler72.1TheIntroductionoftheConveyorIdler72.2ChoositonandCalculationoftheConveyorIdler112.3AnalysisonDynamicsModelfortheConveyorIdler142.4BriefSummary213DesignofHigh-speedConveyorIdler223.1TheOverallSchemeoftheHigh-speedIdler223.2DesignoftheSealingConstruction243.3AnalysisandChoositionoftheBearing273.4TheDesignoftheOthers313.5BriefSummary334AnalysisofProcessing-craftandAssembling-craftfortheHigh-speedIdler344.1TheInfluencebetweentheCraftandthePerformance344.2AnalysisofProcessing-craftfortheHigh-speedIdler364.3AnalysisofAssembling-craftfortheHigh-speedIdler434.4BriefSummary455ExperimentsoftheHigh-speedIdler465.1PerformanceexperimentsoftheHigh-speedIdler465.2FlameretardancyoftheHigh-speedIdler495.3BriefSummary536ConclusionsandProspects54 山东科技大学硕士学位论文目录6.1MainConclusious546.2Prospects54Thanks55MainReferenceDocuments56PublishedPapers59 山东科技大学硕士学文论文绪论1绪论1.1选题背景及研究意义带式输送机是重要的物料输送设备，煤矿采煤的输送，矿山石粉的输送，粮食入仓的输送，冶炼钢铁金粉的输送，均依靠带式输送机实现运输。随着工业自动化的发展，需要的输送量也越来越大，对带式输送机而言，可以增加带宽或者增大带速来提高输送量，相同条件下后者要比前者有利的多。带速提高可以改善输送机的以下性能：（1）运量一定时，带速越高，带宽越窄，降低了胶带（在带式输送机投资中，价格占30%～40%）的重量，同时所需巷道的宽度降低，减小了基建费用与设备投资。（2）带式输送机的运行阻力Fu为：（1.1）式中—水平传输距离，m；—阻力系数；—重力加速度，m/s2；—胶带的单位重量，kg；—上托辊的旋转部分的单位质量，kg；—下托辊的旋转部分的单位质量，kg；—物料的提升高度，m；—附加阻力，N。胶带的最大张力Smax：（1.2）式中：—胶带与滚筒间的摩擦系数；—围包角，rad。由式1.1与式1.2可知随着带速的提高，带式输送机的运行阻力逐渐减小，胶带的最大张力也减小，所需胶带的强度降低，与其相关的各种支撑设备规格也会减小，提高相关性能。（3）胶带的运行阻力减小，减速器的输出扭矩和减速比降低，这样减速器的输入功率得到了提高，在选型时可以降低规格，减小了投资。（4）胶带的宽度和强度减小，与之配套的滚筒规格也就减小，降低了成本。带速与托辊转速的关系：59 山东科技大学硕士学文论文绪论，由此得出带速提高，托辊的转速相应增加，为了提高设备的可靠性与使用寿命，多数输送机设计手册中规定托辊转速不能超过600r/min，否则托辊的旋转阻力会急剧增大，导致使用寿命急剧下降。因此带速提高，只能加大托辊直径，来降低托辊转速。对应各个规格的托辊的最高带速如下表所示，从中可以看出带速每增加1m/s，托辊的规格至少要加大一级，不利于减小设备投资。表1不同规格的托辊的最高带速Table1Thedifferentvelocitiesofvariousidlers托辊直径（mm）￠63.5￠76￠89￠108￠133￠159￠194￠219最高带速（m/s）2.02.42.83.44.25.06.16.9兖州矿业集团济宁二号煤矿北翼大巷带式输送机，设计运量1700t/h，水平运距2380m，上运倾角4°，提升高度166.5m，输送机设计方案如表2所示。表2输送机设计方案示意图Table2Thesketchmapoftheconveyordesign通过以上分析，结合实例兖州矿业集团济宁二号煤矿北翼大巷带式输送机的设计方案[1]，我们可以看出提高带速，带宽减小，所需巷道变窄，带强降低，驱动装置、支撑设备、滚筒等部件的规格降低，所需投资与基建费用也就减小，但托辊由于受转速限制，随着带速的提高，规格逐渐加大，影响了设备投资的合理分配。托辊是影响输送机使用效果的关键部件之一，约占整机重量的30%～40%，占整机价格的25%～30%，它是日常主要管理、维护和更换的对象[2]59 山东科技大学硕士学文论文绪论。托辊的设计和选用对于带式输送机的正常使用、稳定运行、维护费用、功率消耗、整机价格有重要影响，所以高速托辊的设计显得尤为重要。1.2国内外研究现状1.2.1带式输送机的研究现状国外带式输送机技术的发展很快，其主要表现在两个方面：一方面是带式输送机的功能多元化、应用范围扩大化，如大倾角带式输送机、管状带式输送机、空间转弯带式输送机等各种机型；另一方面是带式输送机本身的技术与装备有了巨大的发展，尤其是长距离、大运量、高带速等大型带式输送机已成为发展的主要方向，其核心是研制更可靠的零部件、开发应用先进带式输送机动态分析与监控技术，提高带式输送机的运行性能和可靠性。目前，世界上单机运距最达30.4km的带式输送机已在澳大利亚的铝矾土矿投入使用；运量达到37500t/h，带速为7.4m/s[2]的大型带式输送机已应用于德国露天煤矿，国外带式输送机的带速已达12～15m/s[3]。十多年来，国产煤矿带式输送机从SDJ、SSJ、STJ、DT等系列定型发展到各种多功能特种带式输送机系列，提高运输效率。我国带式输送机正向长运距、高带速、大运量、大功率的方向发展，在高带速输送机为研究方向的背景下这就要求带式输送机在高速运行时各个零部件必须具有良好的运转性能，特别是托辊、滚筒等结构要满足高速运行的条件，因此研究高速托辊，需要对托辊的密封结构、筒体、轴承座等进行设计，对轴承进行分析与选型，并改进托辊的生产制造工艺，与此同时，还必须结合新型的高分子复合材料，减轻托辊的质量，降低带式输送机的启动、制动功耗，减小托辊的现场许用功率，以保证带式输送机的安全平稳运行。保证了带式输送机安全可靠地运行，提高了生产效率，降低了维护成本，提高了经济效益。带式输送机的关键技术与装备有以下特点：（1）设备大型化，满足高产高效集约化生产的需要。（2）应用动态分析技术和机电一体化、计算机监控等高新技术，采用各种软起动和自动张紧技术，对带式输送机进行动态监测与监控，大大降低了输送带的动张力，使输送机始终处于最佳运行状态，设备性能好，运输效率高。（3）采用多电机驱动与中间驱动及功率平衡技术，使输送机单机运行长度在理论上已不受限制，并确保了输送设备的通用性、互换性以及单元驱动的可靠性。59 山东科技大学硕士学文论文绪论（4）新型高可靠性关键零部件技术，如应用极限转速更高的托辊、各种先进的大功率驱动装置与调速装置等。1.2.2托辊的研究现状托辊是带式输送机上的主要部件之一，托辊的作用是支撑输送带，减小运行阻力，并使输送带的垂度不超过一定限度，以保证输送带平稳运行。托辊约占整机重量的30%-40%，因为数量众多，托辊的好坏直接影响到输送机的正常运行和运营费用，托辊被誉为输送机的“心脏”。随着科学技术的发展，在以大运量、长距离、高带速带式输送机为研究方向的大背景下，国内外对托辊技术进行了深入和广泛的研究，并开发出了多种新型的托辊装置，托辊各部分结构的设计也多种多样，像单向逆止托辊、自清扫托辊等专用产品也相应出现在实际生产中，但由于现代技术条件的限制和托辊技术的特殊性，高速托辊的技术创新还有待进一步研究。目前国外托辊的设计手段、制造标准，制造工艺，检验检测手段等，都比国内先进很多。如在世界带式输送机行业享有盛誉的日本NC公司，其托辊制造工艺技术非常先进，按照日本JIS标准生产的托辊经检测，承载托辊的径向跳动均保证在0.5毫米以下，使用寿命在5万小时以上，约是国产托辊寿命的2倍。在国内带式输送机市场特别是高端托辊市场，占有重要的位置，有相当大的市场份额。其他如英国道梯迈柯托辊，德国DBT托辊等设计制造水平也比较先进，在国际国内市场上也有不俗的表现。但国外托辊普遍是针对国外的生产条件设计，对我国带式输送机生产现场的复杂性考虑不足，在使用维护上要求比较高。大部分托辊使用中后期旋转阻力过大，节能效果不好。因为托辊在煤炭、电力、冶金、建材、化工、港口等领域有着广泛的应用，现在国内托辊生产厂家很多，产品数量品种也不少，但是质量却参差不齐。制造精良，性价比与国外同行相比具有较大优势的产品和生产厂家很少。造成这种状况除了我国设计技术水平低和制造工艺落后等原因外，我国托辊产品的制造标准规定过于从宽，检验检测手段落后，配套件如钢管、密封件等部件的质量不过关也是造成我国托辊质量不稳定的重要因素。长期存在着托辊旋转阻力过大；密封防水、防尘效果不好，使用寿命远低于设计寿命，噪声污染严重等问题，59 山东科技大学硕士学文论文绪论进而降低了配套整机的使用效果。在设计方面，由于没有低旋转阻力系数的托辊可供选用，设计部门就不得不加大主电机的功率，或采用较大的备用系数。这样一来，就造成了在设备，材料，能源等各方面的浪费。可以说，现在托辊的质量和水平已经成了制约我国带式输送机制造水平的一个瓶颈。现在，各生产厂家都把改进托辊结构、提高托辊性能和寿命作为提高产品竞争力的主要手段，质量与九十年代相比，也进步很多，像唐山冶金、沈阳矿山机械有限公司生产的托辊性能有了很大的提高，在市场上也占有了一定的市场份额。但是，大部分厂家的研究方向定位于对于托辊结构的改进，至今国内仍然是很少生产厂家，从理论上研究托辊的微观破坏机理，研究现场的噪声、振动、尺寸的稳定性、温度场对整个托辊的影响，从而为托辊的优化设计和改进提供理论依据。国内带式输送机的带速一般为3～6m/s，而国外的最高带速已达15m/s，由于我国的带式输送机的带速较国外偏低，相应的托辊技术与国外相比也有着较为明显的差距，总体来说国内产品与国外的相比较，差距主要体现在：（1）使用寿命短。国内托辊的使用寿命约为20000～30000h，进口托辊的使用寿命能达到50000～100000小时。（2）运行阻力系数大；国产普通托辊的旋转阻力系数约为0.025～0.030，进口托辊的旋转阻力系数一般在0.012左右。（3）托辊重量大。同型号托辊国内比国外重10%，托辊越重，消耗钢材与功率越大，尤其是在带式输送机启动时功率消耗更为明显。（4）噪声大。同型号的托辊相比较，国内产品的噪声分贝要比国外的大13%～30%。1.2.3解决的关键问题就当前市场上可供选择的托辊种类繁多，性能差异比较大，单单从寿命上来说，有的托辊运转几天甚至几个小时就报废，而有的托辊可正常运转几年，当然其价格差别也比较大，这就给用户的选择造成困难。综合市场上托辊存在的诸多问题，总体来说现有的托辊失效归纳为两种形式：筒体等结构的破坏和轴承的失效[4]。其中的筒体、轴承座、挡盖和支承轴为碳钢结构，重量大，易产生静电，易锈蚀破坏。尤其是矿山生产中，暴露于高硫工作环境中，腐蚀更为明显；轴承的失效主要表现在：（1）轴承的强度、刚度、疲劳破坏，磨损：托辊工作时由于筒体偏心对轴承会产生轴向力高频冲击，由于向心球轴承能承载较大的径向力，几乎不能承载轴向力，这对于向心球轴承的托辊影响明显。（2）59 山东科技大学硕士学文论文绪论密封性能差：使用过程中，尘埃入侵内部，进入轴承滚道，导致润滑脂变质固化，破坏轴承的工况。加剧了轴承的磨损，导致托辊损坏。在高速运行的情况下，由于内摩擦的存在，导致热量的产生，停止运行后由于温度降低导致气压下降，这样粉尘会伴随着吸气过程进入非接触式密封结构，现有的接触式密封结构在转速提高后旋转阻力明显加大，磨损加剧。托辊高速运转过程中，径向跳动量加大，噪声加剧。影响径向跳动的因素主要有：管体的圆度、主轴的圆度、轴承座的质量及其轴向定位与装配精度[5]。总体来说高速托辊要解决的问题在于：（1）密封结构的设计。新的密封结构既要解决托辊高速运行中存在的呼吸问题，保证防水防尘质量，还不能加大托辊的旋转阻力。（2）轴承的选型。托辊转速提高后，发热量加大，对轴承进行选型，确保润滑性能良好，保证托辊的寿命。（3）生产制造工艺。新的工艺要保证托辊结构的加工装配精度，减小相关部件的不同轴度，降低径向跳动量与噪声。（4）托辊的重量。考虑新材料的应用，减轻托辊质量，减小启动、制动功耗，降低带式输送机的现场功率要求。1.3课题研究的主要内容参考现有带式输送机的托辊技术条件，综合托辊技术研究的成果，对基于高速运行的带式输送机进行托辊的技术研究和应用分析。本课题研究的主要内容：（1）根据托辊的运动，结合托辊与输送带的运转关系，对托辊的主轴、筒体等进行受力分析，建立力学模型。（2）在分析轴承、密封结构以及润滑方式对托辊性能影响的基础上，明确影响托辊性能的主要指标，提出制约托辊高速运转的主要因素，为高速托辊的设计做好铺垫。（3）针对受力模型与要解决的关键技术问题，研究新型的密封结构，选择更佳的轴承，对托辊的生产制造工艺进行改进，保证高速托辊的可实施性。（4）参考国家托辊技术标准，对新型高速托辊的主要性能进行试验，对试验数据进行分析，验证相关结构的可行性，保证高速托辊的正常运转。59 山东科技大学硕士学文论文带式输送机托辊介绍及其运动分析59山东科技大学硕士学文论文带式输送机托辊介绍及其运动分析2带式输送机托辊介绍及其运动分析在带式输送机中，托辊用于支承输送带和输送带上的物料，减少输送带的运行阻力，并且保证输送带的垂度不超过技术规定，使输送带沿预定的方向平稳运行。托辊是影响输送机使用效果的关键部件之一，约占整机重量的30%～40%，它是日常主要管理、维护和更换的对象。2.1带式输送机托辊的结构与种类2.1.1带式输送机托辊的结构随着带式输送机的发展，从托辊的结构到托辊组的型式不断有新的变化，面对如此众多型式的托辊，如何合理的选择托辊是一个问题，对托辊最基本的要求是：使用可靠，回转阻力系数小、制造成本低、具有足够的承载能力。普通托辊的结构如图2.1所示，主要包括管体、轴、轴承、轴承座、密封结构等组成，轴承布置在托辊管体的内部托辊轴的两端由托辊支架支撑，要做出高质量的托辊，每个部分的设计与选型起着重要的作用。1-管体；2-轴；3-挡环；4-轴承；5-迷宫型内密封圈；6-迷宫型外密封圈；7-内密封圈；8-外密封圈；9-外盖；10-挡圈；11-轴承座图2.1托辊的结构Fig.2.1Theconstructionoftheidler59 山东科技大学硕士学文论文带式输送机托辊介绍及其运动分析管体一般由无缝钢管或焊接钢管制造，前者制造的管体由于钢管的壁厚不均匀，运行时易产生附加动载荷，使输送带产生振动，同时使轴承及密封件过早破坏，一般只适用于低速运行的输送机。焊接钢管的管壁比较均匀，运行过程中相对平稳，在高带速运行下要比焊接钢管好的多。轴承座有铸造式和冲压式和酚醛塑料加布三种。铸造式轴承座的优点是厚度大、刚性强、配合面精度高、托辊转动灵活性好，但是重量较大、成本较高。冲压轴承座的重量轻、制造容易、成本低，但是钢板薄时刚性小、易变形、拆装时已损坏。托辊轴承一般选用钢珠轴承、近年来倾向于选择大游隙专用轴承，以改善轴承的工作状态，减小托辊的运转阻力，降低托辊的制造成本。托辊密封结构的好坏直接影响到托辊的旋转阻力和使用寿命，高速运行中密封结构的设计尤为重要。润滑脂除起到润滑作用外，还起密封作用。生产中主要采用钙基润滑脂、钠基润滑脂、锂基润滑脂三种，国内外有些托辊的结构还采用了可注油式润滑[6]，保持托辊的良好润滑状态。2.1.2带式输送机托辊的选择计算2.1.2.1托辊的分类托辊主要是支撑输送带及输送带上的物料，保证输送带稳定运行，托辊能否正确合理的选择将直接影响整条带式输送机的稳定运行。托辊的型式主要分为：（1）槽形托辊。托辊都是成组地安装在输送机上。上托辊组可以由单个托辊的平行托辊和两个、三个托辊的槽形托辊组，中间托辊都是水平布置，侧托辊的槽角一般为35°和45°，一台输送机中使用最多的是35°槽形托辊和35°槽形前倾托辊，其选配有三种方式：全前倾托辊、部分前倾托辊、无前倾托辊。槽形托辊可以降低托辊架的高度，减小等效的托辊组间距，用与输送带的刚度较小和空间较小的地方。（2）缓冲托辊。缓冲托辊安装在输送机的受料处，用来保护输送带。缓冲托辊的额定负荷和标准托辊相同，其槽角有35°和45°两种形式。选用棉布芯输送带时只能使用35°槽形缓冲托辊，选择45°槽形缓冲托辊时可在导料槽不受物料冲击的地方使用。（3）调心托辊。调心托辊用来自动纠正输送带在运转中运转的过量跑偏，防止输送带蛇行，以保证输送带的稳定运行。需要设置调心托辊的输送带中一般每十组托辊设一组调心托辊。59 山东科技大学硕士学文论文带式输送机托辊介绍及其运动分析（4）回程托辊。回程托辊的标准样式是平行下托辊，它也是使用最多的一种下托辊。大型的输送机也可采用两个辊子，两个辊子布置成V形用以防止跑偏和较高的承载能力，多数做法是每隔七组平行下托辊连续设3组V形和V形前倾下托辊。（5）过渡托辊。大运量、长距离、输送带张力大和重要的输送机一般均应设置过渡段，过渡段就是布置过渡托辊的地方。（6）螺旋自清扫托辊。螺旋托辊用于清扫输送带承载面上粘附的物料，其作用和清扫器相同，一般将距离输送机头部滚筒最近的那组下托辊设计为螺旋托辊。图2.2缓冲托辊与螺旋自清扫托辊Fig.2.2Theabsorberidlerandthespiralself-cleaningidler托辊的选择主要考虑托辊组的承载能力和寿命。需要考虑下列因素：载荷的大小和特性、输送带的宽度及运行速度、应用条件、带式输送机的工作制度、轴承寿命、维修制度等[7]。托辊组的形式可根据托辊在不同部位的情况进行选择，例如：受料处选用缓冲托辊；过渡段使用过渡托辊；为防止跑偏在输送机上设置一定数量的调心托辊组；输送量较大时选用槽形托辊组，输送量较小时选用二托辊托辊组或平形托辊。辊子长度的选择可以参考输送带的宽度、托辊组的辊子数和辊子间的连接和布置方式。托辊的直径和托辊轴的直径以及轴承可根据托辊承受的载荷情况选择，一般情况下应尽量选择大直径的辊子[8]，这样可以减小运行时的托辊阻力，减小托辊的旋转速度，从而减小由于托辊制造质量引起的动载荷。2.1.2.2托辊载荷的计算选择托辊时，应考虑实际工况，保证托辊的承载不致过大、转速不能过高。带式输送机的托辊载荷可以从不同的模型进行计算，而且各个辊子的受力状况也不相同，图2.3所示59 山东科技大学硕士学文论文带式输送机托辊介绍及其运动分析为通常采用的物料和输送带作用在各辊子上的载荷：将物料和输送带的载荷的70%作用在中间辊子上，两个侧辊各承受15%的物料作用，物料输送带上的装载情况如图2.3所示，物料的断面积S为：输送机每小时运送能力为：由以上两式得出，可计算出输送带的物料重量，以此来计算输送带的载荷。式中—有效带宽，mm；—中间托辊的有效长度，mm；—物料的安息角，rad；—托辊辊子的槽角，rad；m，n均为常数。图2.3物料在输送带上的装载情况Fig.2.3Thematerialontheconveyor以下给出直线段托辊组载荷的计算方法[9]：（1）承载托辊的静载荷为：（2.1）回程托辊的静载荷为：（2.2）式中—托辊载荷系数，上托辊为=0.8，下托辊为=1；59 山东科技大学硕士学文论文带式输送机托辊介绍及其运动分析—托辊间距，mm；—物料系数，对平形托辊组=1，对二托辊组=0.6，对等长三辊槽形托辊组=0.7；—物料系数，对平形托辊组=1，对二托辊组=0.6，对等长三辊槽形托辊组=0.7；—一般取9.81。（2）承载托辊的动载荷为：回程托辊的动载荷为：式中—工况系数；—冲击系数；—运行系数。2.1.2.3托辊转速的要求由于加工精度和管体壁厚的不均匀，辊子存在着一个偏心，转速越大，辊子的振动也就越严重，特别地当托辊振动的频率与输送带的固有振动频率相等时，将产生共振，使输送机不能正常工作。当带速一定时，托辊直径越小，其转速就越高，振动就越强烈。为了避免过大振动导致径向跳动量过大，德国的克虏伯公司建议托辊的转速应小于600r/min，日本的石川岛播磨公司根据托辊椭圆度不同推荐转速应小于740r/min和610r/min[10]。因此在满足允许托辊转速条件下，辊子的直径为：式中—托辊直径，mm；—托辊允许的转速，r/min。2.2带式输送机托辊的性能参数作为带式输送机的关键部件，托辊的旋转阻力，防尘防水密封等性能参数对于带式输送机的正常使用、稳定运行、维护费用、功率消耗、整机价格有重要影响59 山东科技大学硕士学文论文带式输送机托辊介绍及其运动分析，为此国家对各个型号的托辊的运转性能作了明确规定。2.2.1托辊的性能规定依据中华人民共和国煤炭行业标准（MT821-2006）中的煤矿用带式输送机托辊技术条件，对托辊（直径为108mm）在普通转速下的试验条件及性能规定[11]总结如表2.1所示。针对托辊的结构，各个部件的精度与质量国家标准中也做了相应规定。托辊的尺寸和形式多样，论文中对一种尺寸(直径为108mm，长度为350mm)的托辊进行分析。表2.1托辊的性能指标Table2.1Theperformancepropertiesoftheidler序号项目名称性能指标1使用寿命正常使用，寿命不小于20000小时，有效使用期内损坏率不超过5%2托辊旋转阻力系数出厂实验室检测：≤0.010；工程使用条件下：≤0.020。3托辊外圆径向跳动0.5mm(托辊长度＜550mm)0.7mm(托辊长度≥550-950mm)1.3mm(托辊长度＞950-1350mm)1.5mm(托辊长度＞1350mm)4辊子轴向位移量0.5mm5辊子粉尘及进水量辊子在具有粉尘的容器内连续运转200小时后，粉尘不进入密封润滑脂腔内。在淋水工况条件下连续运转72小时后，进水量≤150g。6辊子轴向承载能力10KN（托辊直径≤108mm）15KN（托辊直径133-159mm）20KN（托辊直径＞159mm）7噪声分贝40dB8辊子跌落强度所有零件和焊缝均不得出现损伤和脱落；跌落后托辊的轴向位移不大于1.2mm；托辊管体与轴承座不得松开；跌落后的托辊其旋转阻力系数不得大于跌落前的1.5倍。59 山东科技大学硕士学文论文带式输送机托辊介绍及其运动分析2.2.1.1管体的标准规定参照MT/T1019-2006煤矿用托辊管体技术条件[12]，金属管体的外形尺寸应符合表2.2所示的质量标准：若是非金属管体，其外径及其允许偏差应符合表2.2的规定，壁厚正负偏差不得大于其壁厚的10%，同截面壁厚偏差不得大于15%。此外，在环境温度为（25±5）℃，相对湿度为60%～70%的条件下，管体表面电阻值不得大于5×108Ω。管体的两端面应与中心线垂直，并应清除毛刺。管体抗拉强度的安全系数不得低于8。表2.2金属管体的质量标准Table2.2Thequalitystandardsofsteeltubes壁厚S（mm）允许偏差同截面壁厚差直线度（mm/m）外径（mm）壁厚3.2±0.70±8%S≤7.5%≤0.54.52.2.1.2润滑脂的质量指标润滑脂的选择对于托辊的使用寿命有重要的影响，所选的润滑脂必须满足表2.3中所示润滑脂的质量要求。表2.3润滑脂的质量标准Table2.3Thequalitystandardsoflubricatinggrease项目质量指标滴点，℃≥175针入度（25℃，60次），0.1mm265～295剪切安定性，十万次针入度≤350耐水性（加水10%，剪切十万次针入度）≤375游离碱，NaOH%≤0.1氧化安定性（100℃、100h、0.78MPa）压力降，MPa≤0.35机械杂质（酸分介法）无杂质轴承防锈（52℃、48h、100%湿度）≥2级相似粘度（-20℃，D=10/s），P≤15000使用寿命（在托辊轴承中使用），h≥200002.2.2制约托辊高速运转的主要因素59 山东科技大学硕士学文论文带式输送机托辊介绍及其运动分析托辊高速运转时，径向跳动量、旋转阻力、防水防尘、噪声等性能参数与常速运转时相比都有了很大改变，所以制约托辊高速旋转的因素我们可以从以下几个地方来体现：（1）密封结构。托辊一般运行在潮湿多尘的恶劣环境下，为了减小旋转阻力，大部分托辊的密封结构选择的是迷宫式密封[13]。在高速运行的情况下，由于内摩擦的存在，必然导致热量的产生，引起轴承内密封腔内温度的升高，随着温度的升高润滑脂出现汽化现象。托辊停止运行后，随着温度降低轴承密封腔内气压下降，从而产生吸气过程，伴随着吸气过程，大量的粉尘颗粒进入轴承密封腔内导致润滑脂的污染和干化，从而加快轴承的磨损。润滑脂随汽化现象不断发生而逐渐减少到一定程度后，轴承将在干摩擦状态下运行，这势必加剧轴承的磨损，大大缩短托辊的使用寿命[14]。（2）径向跳动量。托辊的径向圆跳动的产生主要由两点引起：托辊管体的选择及管体、主轴、轴承座等部件的加工影响[15]。（3）旋转阻力。除密封结构、各部件的材料选择外，旋转阻力的产生很大程度上源自于托辊的加工装配，其中各部件的同轴度对托辊的旋转阻力有着明显的影响。径向跳动量与旋转阻力的大小很大程度上是与托辊的机械加工质量相关的。机械加工质量主要是指机械加工精度和表面质量。加工精度指的是零件在加工后的实际几何参数（尺寸、几何形状和表面相互位置）与理想零件的几何参数相符合的程度，其符合程度越高，则要求加工精度越高，其差别即为加工误差。表面质量是指零件表面几何特征和物理力学性能，主要包括表面粗糙度、波度和表面层的物理力学性能。机械加工质量对零件的耐磨性、配合性质、零件疲劳强度、耐腐蚀性能、工作精度都有着重要的影响。生产实践中，任何的加工方法都不可能把零件做的绝对准确，我们要做的就是尽量把加工误差降到更小、表面质量做到更好。2.3带式输送机托辊的运动分析带式输送机正常运转时，托辊承载着输送带和物料，了解托辊与输送带之间的作用关系，有助于我们理解托辊的设计思路，做出更好的设计方案。2.3.1托辊等效质量的分析这里的托辊组的等效质量是指托辊组沿垂直方向运动时59 山东科技大学硕士学文论文带式输送机托辊介绍及其运动分析托辊组的等效质量，不同于转动运动的等效质量，分析托辊组等效质量的目的是为分析托辊的运动关系，研究托辊的受力，便于优化托辊的结构。图2.4三托辊的几何关系Fig.2.4Thegeometryrelationsofthreeidlers以下以槽形托辊为例进行分析，图2.4是三托辊槽形托辊组的几何关系示意图，由于对称可以只对一半进行分析，对于侧托辊的中点，有：，对于中间托辊中点，有：，式中—侧托辊的长度，mm；—中间托辊的长度，mm；—侧托辊和水平线的夹角变量，rad。由以上两式，设中间托辊的速度，可以计算出侧托辊中点的运动速度，侧托辊的角速度为，，托辊组的总动能在等效前后保持不变，设托辊组的等效质量为m，中间托辊的质量为m0，侧托辊的质量为m1，有：由此可以得到三托辊槽形托辊组的等效质量m为：59 山东科技大学硕士学文论文带式输送机托辊介绍及其运动分析（2.3）2.3.2辊子轴的受力分析正常情况下，托辊的强度是足够的，但是在载荷作用下，辊子轴会发生弯曲，这种并不损坏轴的弯曲对轴承的工作不利，所以托辊轴在轴承处的转角应小于轴承允许的转角。图2.5为托辊轴的受力简图，假设托辊轴上各处的直径相同。图2.5托辊轴的受力Fig.2.5Theforceontheshaft根据受力模型可以得出两端支撑处受力为：中间点处的弯矩为：=计算轴的弯曲程度时，作用在托辊上的物料（分布载荷）简化到轴承中心的两个集中载荷，可将轴作为一根在轴承中心处作用两个对称集中载荷的简支梁。辊子轴的最大挠度为：在轴承处的转角为：式中—轴承中心到支点的距离，mm；59 山东科技大学硕士学文论文带式输送机托辊介绍及其运动分析—托辊的长度，mm；—轴的弹性模量，MPa；—轴的惯性矩，mm4。的允许值一般为1/200，有的也可以取1/500。有些参考文献中也可以根据轴承转角的限制条件，这个条件可以从轴承的规格表中得到，根据轴承大小和轴承游隙，轴承转角的取值一般为8″～12″[17]。2.3.3托辊的压陷阻力分析输送带经过托辊运行时，在输送带和托辊接触区域会产生具有迟滞特征的压陷变形，从而产生阻力，尽管压陷持续的时间和周期相当短，但是托辊的数量大，压陷阻力在运行阻力中占有相当大的比例。输送带的压陷可以用粘弹性模型来表示。图2.6输送带的迟滞模型Fig.2.6Thehystereticmodel图2.6所示为输送带的迟滞回路与线性化模型，简化后的线性模型的迟滞回路所包含的面积保持不变，假设加载和卸载过程的压应力σ和压陷深度s都具有线性关系。对单位面积有：加载过程施加的能量：卸载过程释放的能量：迟滞损失的能量：假设则59 山东科技大学硕士学文论文带式输送机托辊介绍及其运动分析式中为阻尼系数，（2.4）引入类似弹簧刚度的横向刚度系数假设输送带的应变方向垂直于输送带表面，因而输送带所受压应力与压陷深度成正比，由于迟滞的作用加到接触区的压应力大于离开接触区的压应力。2.3.3.1托辊单位宽度上压陷阻力的计算图2.7是输送带与托辊的接触情况。图中输送带的曲率半径为，托辊半径为，最大压陷深度为，接触弧对应的弦长的一半是进入段长度，托辊上任意一点的坐标为x，y，则有，因为，所以。图2.7托辊与输送带的压陷模型Fig.2.7Thebelt’ssaggingmodelwiththeidler假设距托辊中心对称轴y处的压陷深度为，从而，也就是，得：。假设，则（2.5）由式2.5，可以计算出表面的压应力：59 山东科技大学硕士学文论文带式输送机托辊介绍及其运动分析（2.6）式中D—托辊直径，mm。托辊与输送带的接触面由压应力上升区段和下降区段两部分构成，图是输送带和托辊的压陷模型。输送带的压陷深度最大为，表面压应力与压陷应变的关系符合上述的粘弹性模型。则由式2.6可得上升段单位宽度作用与托辊上的垂直载荷为：（2.7）对于式2.7，当，则，所以（2.8）类似计算出下降区段的垂直载荷：（2.9）由式2.8和式2.9得出托辊上作用的总垂直力（2.10）将式2.4带入式2.10得出压陷深度与垂直载荷为：（2.11）压陷阻力的表达式可以通过输送带经过托辊的压陷深度和迟滞损失表示。长度为，单位宽度的输送带经过托辊时，假如压陷阻力全部由输送带的压应力的迟滞产生时，则：（2.12）结合2.11和2.12消去，可得压陷阻力与总垂直力的关系为：（2.13）59 山东科技大学硕士学文论文带式输送机托辊介绍及其运动分析式2.13中的、和输送带的类型相关。对于单位带宽且载荷分布均匀的情况：（2.14）式中[18]。2.3.3.2三托辊槽形托辊的压陷阻力的计算要计算输送带的压陷阻力需要进一步考虑输送带和托辊之间的压力分布情况。对一组槽形托辊来说，作用在上面的压力的分布不能简单地用输送带和物料的重力来确定。输送带的张力和输送带纵向弯曲刚度影响作用在托辊上的力的分布情况。物料的特性不同于流体，物料的主动和被动作用同样也影响力的分布，因而托辊上作用的力的总和要大于输送带和物料的重力。图2.8托辊上表面的压力分布Fig.2.8Thepressuredistributiononthesurfaceoftheidler为进行压陷阻力的近似计算，假设作用托辊上的力的分布模型如图2.8所示：中间托辊上的压力均匀分布，侧托辊上的压力是从0到最大值呈线性变化（将输送带的纵向按挠性体考虑时这种分布与实际情况符合的较好）。中间托辊的压陷阻力为：（2.15）对侧托辊来说，单位长度上的力为：（2.16）侧托辊上的压陷阻力为：（2.17）59 山东科技大学硕士学文论文带式输送机托辊介绍及其运动分析槽形托辊的压陷阻力为：（2.18）2.4本章小结本章介绍了托辊的结构与种类、托辊运转的性能参数、输送带与托辊的运动关系，重点指出了制约托辊高速运转的因素，得出了高速托辊方案设计的重点；对托辊运动过程进行了运动学模型的分析，通过模型的分析得到了三托辊槽形托辊上的压陷阻力计算方法，辊子轴的受力模型，为高速托辊的结构设计提供理论依据。59 山东科技大学硕士学文论文高速托辊的方案设计2高速托辊的方案设计2.1高速托辊的总体方案根据上述托辊的性能指标及其制约托辊高速运转的因素，参考以往托辊的设计结构，提出高速托辊的设计方案如图3.1所示。这种结构选用了带防尘盖的深沟球轴承，采取了迷宫式密封与接触式密封的复合结构，增强了托辊的防水防尘密封性能，部件采用了高分子材料（如表3.1所示），减小了重量和旋转阻力，降低了功耗，确保高速托辊的可靠运行。1-筒体；2-轴；3-内密封圈；4-轴承座；5-轴承；6-迷宫型外密封圈；7-迷宫型内密封圈；8-接触式密封圈；9-内挡圈；10-压紧圈；11-外挡圈；12-挡板；13-挡环；图3.1高速托辊的结构Fig.3.1Theconstructionofhigh-speedidler59 山东科技大学硕士学文论文高速托辊的方案设计表3.1各部件的选型与结构材料Table3.1Thechoiceandmaterialoftheconstruction结构材料性能筒体超高分子量聚乙烯（UHMWPE）耐磨性好，比碳钢、黄铜要高数倍；自润滑性好；耐冲击性能高，在一定分子量范围内其性能随分子量增加而提高。轴20冷轧钢轴承座聚甲醛（POM）耐疲劳强度和刚性高、耐磨性能好，摩擦因数为0.15～0.35，尺寸稳定性高，使用温度范围为-40℃～+100℃。轴承6205-Z型深沟球轴承带防尘盖，防尘性能好，价格低，有一定的轴向承载能力。压紧圈ABS高的冲击韧性、良好的机械强度、优良的耐热、耐油性能和化学稳定性，尺寸稳定，易于成型和加工。迷宫型内密封圈迷宫型外密封圈接触式密封圈聚四氟乙烯（F-4）高度的化学稳定性，有异常好的润滑性，具有较低的动、静摩擦因数，对金属的摩擦因数为0.07～0.14，自摩擦因数接近冰，PV极限值为0.64×105Pa·m/s，使用温度范围-250℃～260℃，优异的电绝缘性，突出的表面不粘性。挡环聚丙烯（PP）重量轻、刚性高、高温抗应力松弛性能好，耐热性能好，能保证150℃不变形，较高的化学稳定性，几乎不吸水，故尺寸稳定性好，成型容易。外挡圈内挡圈内密封圈挡板59 山东科技大学硕士学文论文高速托辊的方案设计3.2密封结构的设计3.2.1托辊密封的要求密封结构是任何机器、设备的重要组成部分，是动力机械和过程设备中不可缺少的零部件，托辊亦是如此。随着科学技术的发展，为了适应工艺设备的更新、技术的改造以及确保现有生产装置长时间安全运转，减少非计划停产，可靠性高、适应范围广和使用寿命长的密封技术一直是工业界广泛关注并希望解决的技术问题。对于托辊来说亦是如此，托辊的密封技术所要解决的即是防止煤泥、水分等污物进入托辊内部，引起轴承旋转阻力的加大、托辊使用寿命的降低。工程应用中对密封结构的通用要求主要有下列几个方面：（1）密封可靠、泄露少。多数的生产设备零部件要求有良好的润滑，且有些物料为有毒物质，不但污染环境、影响设备的运转，造成经济损失，还有可能引起人身中毒，因此要求密封结构的密封可靠，泄露尽可能少。（2）密封件有一定的使用寿命。为了保证生产连续，降低成本，必须保证密封件有一定的使用寿命。（3）耐腐蚀性。生产中大多为腐蚀介质，腐蚀会减少使用寿命，降低密封件表面的加工精度和密封性能，因此密封结构一定要耐介质的腐蚀。（4）安装调整方便。就目前企业维修人员技术水平而言这一点更为重要，有时往往因为维修人员不熟悉新技术而未能达到预期效果。（5）成本低，易选取。为满足工业生产对密封的要求，应致力于多结构、多材料或组合密封结构的尝试，低廉的价格容易在生产中推广应用，保证它有互换性，实现零件的通用化、标准化和系列化。托辊作为带式输送机的专用部件，承载着输送带和物料的重量，其密封结构同样要满足上述密封件的通用要求，此外还要满足：（1）密封件的密封端面不得有裂纹、划痕和气孔等缺陷。（2）国家标准中对托辊密封结构防水防尘性能的要求（托辊以1450r/min的转速运转200h后，煤尘进入轴承润滑脂中的含量不得超过0.8%，托辊仍能正常运转；托辊以1450r/min的转速运转24h后，浸水密封试验，非接触式密封结构的进水量不超过150g、接触式密封结构的进水量不得超过5g；淋水试验中，托辊以1450r/min的转速运转120h59 山东科技大学硕士学文论文高速托辊的方案设计后，非接触式密封装置的进水量不得超过250g，接触式密封装置的进水量不得超过20g）。（3）国家标准中对托辊旋转阻力的要求（￠108mm，长度为350mm的托辊采用非接触式密封结构的旋转阻力不超过3.0N，采用接触式密封结构的旋转阻力不超过3.5N）。3.2.2托辊密封的原理分析密封结构是影响托辊使用寿命和运转阻力的重要因素。托辊的密封主要分为迷宫式密封（非接触式）结构和唇式密封（接触式）结构，两种结构各有利弊[20]。图3.2密封结构Fig.3.2Theconstructionofthesealing迷宫式密封由几组环状的密封齿片组成，每道之间形成了一组节流间隙与膨胀空腔。气体或污物流经各个环形的间隙时，由于黏性摩擦产生节流效应，使流速减缓，漏泄量降低。在气体经过各个环形的齿顶间隙时，则会产生一系列等焓热力学过程，进一步降低了流速和流量，增强了密封效果。在压差或外力的推动下，污物穿过顶部间隙进入空腔，突然膨胀会产生剧烈的漩涡，污物的绝大部分动能转化为热能，被腔室中的气流或杂质吸收，使相近间隙的焓值近似相等。气流残存小部分动能，以余速穿过下一级顶部间隙继续降低流速和流量，这样一级级重复上述过程，最终污物或气流的残余速度非常低，泄漏量非常小，起到了密封作用[19]。59 山东科技大学硕士学文论文高速托辊的方案设计但是在高速运行的情况下，由于内摩擦的存在，必然导致热量的产生，引起轴承内密封腔内温度的升高，随着温度的升高润滑脂出现汽化现象。托辊停止运行后，随着温度降低轴承密封腔内气压下降，从而产生吸气过程，伴随着吸气过程，大量的粉尘颗粒进入轴承密封腔内导致润滑脂的污染和干化，从而加快轴承的磨损。润滑脂随汽化现象不断发生而逐渐减少到一定程度后，轴承将在干摩擦状态下运行，这势必加剧轴承的磨损，大大缩短了托辊的使用寿命。总之迷宫式密封结构有以下特点：（1）迷宫密封是非接触密封，无固相摩擦，不需润滑，适用于高温、高压、高速和大尺寸密封条件。（2）迷宫密封工作可靠，旋转阻力小，功耗少，维护简单，寿命长。（3）迷宫密封存在“呼吸”问题，漏泄量明显。增加迷宫道数、采用抽气等辅助密封手段能把漏泄量减小，做到完全密封比较困难。托辊采用的接触式密封一般为接触式弹性体密封，按工作原理可分为挤压型密封及唇形密封两类，如O型圈、L型圈等，材料有橡胶、塑料、皮革等。挤压型密封依靠装填沟槽施加的预压缩弹性变形，阻塞污物或水分进入通道，得到密封效果，在介质压力作用下，接触面的接触压力增加，可进一步提高密封效果，但是也相应的增加了旋转阻力。唇形密封亦是依靠装填沟槽的预压缩弹性变形来阻塞泄露通道，并在介质压力下，唇口进一步贴紧对偶件，增强阻塞密封效果。正确设计的接触式密封泄漏量不大，低于接触式密封，经验数据认定泄漏量与密封圈种类关系不大。总之接触式密封结构密封效果要好，但是材料选择不合适或者结构设计不合理的情况下，其旋转阻力要比迷宫式密封结构大，在温差和压差较大、分布不均匀的情况下，密封唇的弹性变形也不一致，致使密封效果变差。3.2.3托辊密封结构的设计托辊的密封若采用非接触式密封结构，单纯靠增加密封通道数和密封长度来增加密封效果是不理想的，迷宫式密封结构的第一道旋转间隙是解决密封问题的关键，第一道旋转间隙出现问题，半流动性的物体就会流入内部的迷宫通道，引起托辊失效，这样迷宫道数再多也毫无意义。设计的高速托辊的密封结构方案如图3.1所示，由内密封圈、迷宫型外密封圈、迷宫型内密封圈、接触式密封圈、内挡圈、压紧圈和外挡圈组成。内密封圈防止杂质从内侧进入轴承及润滑脂的流失，带凸环的内挡圈压紧并固定迷宫型外密封圈，外挡圈和压紧圈固定着迷宫型内密封圈。设计的托辊结构采用了轴向迷宫密封加接触式密封[21]的复合结构，其特点在于：（1）59 山东科技大学硕士学文论文高速托辊的方案设计轴向迷宫式密封的密封道数不受轴承径向尺寸的影响，可适当增加。轴向迷宫的密封面与水流的离心力方向一致，托辊旋转时已进入密封的水分在离心力的作用下会沿着密封面流向迷宫的尖端，一级级流向密封结构的外端面。（2）在迷宫密封的最外侧加一密封圈构成接触式密封，既能有效解决迷宫密封的“呼吸问题”，还不会像其他复合密封结构增加轴承座的深度。密封圈采用高分子聚乙烯材料，质量轻，耐腐蚀，摩擦系数比其他工程塑料都要小。（3）内挡圈加一凸环，在粉尘或水进入内、外挡圈的间隙时改变轴向运动趋势。在满足既定的安装条件下，托辊高速运行过程中，突起与外挡圈之间会形成真空，更能保证密封效果。3.3轴承的分析与选型托辊的使用寿命主要取决于轴承和密封的性能，如果托辊的密封结构防水防尘性能良好，那托辊的使用寿命就是由轴承的使用寿命决定的[22]。轴承不仅对托辊的使用寿命有重大影响，而且对托辊的旋转阻力也有一定的影响，按以往经验数据表明：轴承的摩擦阻力占托辊旋转阻力的1/4～1/8。托辊运转中轴承失效的主要原因如下：（1）煤泥或煤尘大量进入轴承内，使轴承的沟道及保持架的兜孔内填满油泥，不能转动而失效。（2）轴承中的油脂变质或流失后，外界的水、湿气大量侵入，导致钢球、钢保持架和内外沟道严重锈蚀而不能转动。（3）轴承本身加工质量差、机加工后装配质量差引起失效[23]。3.3.1轴承的选型选用轴承时，首先是选择轴承类型，我国常用的标准轴承的基本特点可参考机械设计手册。选择轴承类型应考虑以下几个主要因素：（1）轴承的载荷。对于纯轴向载荷，一般选用推力轴承；较小的纯轴向载荷可选用推力球轴承；较大的纯轴向载荷可选用推力滚子轴承。对于纯径向载荷，一般选用深沟球轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承；轴承在承受径向载荷的同时还有不大的轴向载荷时，可选用深沟球轴承或接触角不大的角接触球轴承或圆锥滚子轴承；轴向载荷较大时，可选用接触角较大的角接触球轴承或圆锥滚子轴承，或者选用向心轴承和推力轴承结合在一起的结构，分别承担径向载荷和轴向载荷。（2）轴承的转速。59 山东科技大学硕士学文论文高速托辊的方案设计一般转速下，转速的高低对类型的选择不产生什么影响，只有在转速较高时才会有比较显著的影响。内径相同的条件下，外径越小，则滚动体就越小，正常运转过程中加载在外圈滚道上的离心力也就越小，更适于在更高的转速下工作。（3）轴承的调心性能。轴的中心线与轴承座的中心线不重合时，存在一定的角度误差，或因轴受力发生弯曲或者倾斜，导致轴承的内外圈轴线发生偏斜，这种情况下应采用有一定调心性能的调心轴承或带座外球面球轴承，在轴与轴承座孔的轴线有不大的相对偏斜时仍能正常工作。圆柱滚子轴承和滚针轴承对轴承的偏斜最为敏感，这类轴承的调心性能要低于球轴承。（4）轴承的游隙。所谓滚动轴承的游隙，是将一个套圈固定，另一套圈沿径向或轴向的最大活动量。沿径向的最大活动量叫径向游隙，沿轴向的最大活动量叫轴向游隙。一般来说，径向游隙越大，轴向游隙也越大，反之亦然。按照轴承所处的状态，游隙可分为下列三种：原始游隙、工作游隙、安装游隙。合适的安装游隙有助于滚动轴承的正常工作。游隙过小，滚动轴承温度升高，无法正常工作，以至滚动体卡死；游隙过大，设备振动大，滚动轴承噪声大。游隙值根据大小分三组，一组是基本组（或者叫普通组）、小游隙组（C2)、大游隙组(C3、C4）。日本的NSK、NTN等品牌还有专门的CM组（电机专用游隙）。正常的工作条件下，宜优先选择基本组；大游隙组适用于内、外圈配合过盈量较大、或者内外圈温度差大、深沟球轴承需要承受较大轴向负荷或者需要改善调心性能、或者需要提高轴承极限转速和降低轴承摩擦力矩等场合；小游隙组则适用于径向高的旋转精度、需要严格控制外壳孔的轴向位移、以及需要减小振动和噪音的场合。（5）轴承的安装和拆卸。便于拆卸，也是选择轴承类型应考虑的一个因素。此外，选择轴承类型时还要考虑到轴承装置整体设计的要求，如轴承的配置使用要求、游动要求等。托辊正常运转时，轴承主要承受径向载荷，轴向载荷很小，倾向选择球轴承或者圆锥滚子轴承[24]；托辊的转速相对于轴承的极限转速来说相差较远，例如对直径108mm的托辊而言，带速为10m/s，托辊的转速为1618r/min，带速为15m/s，托辊的转速为2427r/min，而轴承的允许转速可以达到30000r/min；考虑轴承的调心性能，设计方案中倾向于选择球轴承。根据以往托辊的结构目前主要使用的是深沟向心球轴承和圆锥滚子轴承。深沟向心球轴承的优点：（1）可以做成大游隙，允许主轴有较大的加工安装误差和弯曲变形；（2）运转阻力略低于圆锥滚子轴承，价格较低。缺点：（1）抗冲击能力差；（2）不能承受较大的轴向力；（3）抗腐蚀能力差；（459 山东科技大学硕士学文论文高速托辊的方案设计）使用寿命低于圆锥滚子轴承；（5）在相同的承载能力下尺寸较圆锥滚子轴承大。圆锥滚子轴承的优点：（1）具有较大的径向和轴向承载能力；（2）在相同的承载能力和寿命情况下，尺寸小于球轴承；（3）调节性能好，不管是轴向游隙还是预加负荷，均能按设计要求达到最佳性能；（4）由于内外滚道可分离，安装拆卸十分方便；（5）具有自排污能力，由于圆锥滚子轴承固有的自动移油特点可从滚道接触区域除去任何微粒污染物，因而大大降低受工作环境污染程度；（6）具有较强的抗冲击能力。缺点：（1）加工、装配精度要求高，加工和装配（包括受载后轴变形）对轴承寿命影响较大；（2）运转阻力略高于深沟向心球轴承。（3）价格较高。综上所述，参考机械设计手册（GB/T276-1994），针对所研究的托辊选择瑞典SKF带防尘盖的深沟球轴承，轴承型号为6205-Z型，制造精度为G级，游隙为C4大游隙组，采用尼龙保持架，重量轻、耐腐蚀、耐磨损、摩擦系数小。3.3.2轴承运转的热分析托辊正常运转中，轴承的摩擦热产生于两套圈之间，并分别向轴承套圈、轴承座、支承轴传递，由于滚动体和内、外套圈及支撑主轴的温度变化规律不一致，他们会产生不同规律的热变形，内圈的热变形将使其与轴颈配合的有效过盈量减小，外圈的热变形会加大轴承与轴承座的有效过盈量[25]，同时滚动体和内、外圈的热变形会改变轴承的工作游隙和装配时确定的预紧载荷，导致轴承实际运转中旋转阻力过大，严重时失效而停止运转。提高输送带的带速，托辊的转速相应提高，轴承的发热量较以前相比会更大，在采用工程塑料的情况下，对其进行热分析尤为重要。计算轴承的发热量时，模型中不考虑内部空腔的润滑脂和空气的流动，假设为固体，因此内部的热量传递方式只能为导热。托辊运行时，轴承转动产生的热量主要是有接触区的摩擦损失和滚动阻力共同作用产生的，根据Lundgerg和Palmgren通过实验得到的轴承摩擦阻力计算的经验公式[26]，在中等载荷和中等转速的条件下，摩擦力矩主要是由空载时润滑油粘性产生的摩擦力矩和由载荷（与速度无关的）作用产生的摩擦力矩两部分组成。摩擦力矩分配在内外沟道接触区局部分量为：（3.1）59 山东科技大学硕士学文论文高速托辊的方案设计（3.2）式中—滚子直径，mm；—滚子节圆直径，mm；—内圈滚道直径，mm；—外圈滚道直径，mm；—当量动载荷，N；—滚子数；—润滑脂的运动粘度，厘斯（等于10-6m2/s）；—转子的转动频率，r/min；的大小决定于润滑；的大小决定于载荷。摩擦热等于摩擦力矩与转速的乘积，对于内外圈沟道接触区产生的摩擦热为：（3.3）（3.4）式中—为滚动体的转动角速度，rad/s；—热源项，W/m3。热量主要产生在滚动体与外圈接触面、滚动体与内圈接触面以及滚子与轴承架接触面三个地方[27]。针对带速为10m/s，带宽为1000mm，运量为2400t/h，槽形托辊间距1.5m的带式输送机，参考机械设计手册中带防尘盖的深沟球轴承6205-Z的数据，上式中的各数据为：=7.938mm，=33.8mm，=46.4mm，=460cst，=9，=7.96×105N，=1650r/min，=0.0018，=1。由以上四式可得=7.94W/m3，=57.8W/m3。即为带速为10m/s时，托辊运转过程中轴承的发热量。3.3.3轴承的寿命计算轴承的正常失效形式是滚动体或内外滚道上的点蚀破坏，这是在安装、润滑、维护良好的条件下，由于大量重复地承受变化的接触应力所致。轴承的寿命与所受载荷的大小有关，工作载荷越大，引起的接触应力越大[28]，因而在发生点蚀破坏前所能经受的应力变化次数就越少，亦即轴承的寿命越短。59 山东科技大学硕士学文论文高速托辊的方案设计普通使用的球轴承的疲劳运行时间计算公式[29]为：（3.5）式中—轴承转速，r/min；—作用在轴承上的当量载荷，N；—轴承的许用动载荷，N。由于每个托辊均有两个轴承，考虑托辊的自重、非均匀装载、冲击力和非均匀载荷布置，当量载荷PC按下式计算：（3.6）所参考的带式输送机物料的线质量为66.68kg/m，输送带的线质量为11kg/m，选用轴承的许用动载荷为14.0KN，根据3.6式可得当量载荷PC为310.72N。根据3.5式可得正常工作条件下，所选用轴承的疲劳运行时间L为0.92×106h。但是实际工况中，由于密封、工艺等原因，轴承的实际寿命远远达不到理想的疲劳运行时间，只能设计理想的密封结构、选择更好的材料、改善生产制造工艺水平，尽可能增加托辊的寿命。3.4其他结构的设计3.4.1润滑脂的选择润滑脂选择要考虑以下几个因素[30]：（1）速度。一般原则是速度越高，选锥入度越大的润滑脂（锥入度越大则润滑脂越软），以减少其摩擦阻力，但过软的脂，在离心力的作用下，其润滑性能降低，一般情况下转速和锥入度的选择关系如表3.2所示。（2）温度和环境条件。各型号的润滑脂有其典型的工作温度，工作环境也有干或湿之分，安装主轴的直径大小、安装位置等工况条件都有着重要的影响。如：锂基脂对于在内径65mm以上，并在最大速度或者最高温度的工况下或在垂直轴上的轴承不应采用。（3）载荷。重载荷部件中宜选用基础油粘度高、稠化剂含量高的润滑脂或加有极压添加剂的润滑脂及加填料的润滑脂，低、重载部件倾向于选用1号或2号稠度的短纤维润滑脂，基础油以中等粘度为宜。59 山东科技大学硕士学文论文高速托辊的方案设计表3.2润滑脂选择Table3.2Thechooseofthelubricationgrease轴承类型转速n（r/min）锥入度（1/10mm）球轴承20000220～25010000175～205滚锥、滚子轴承1000左右245～295设计方案中选择的是带防尘盖的深沟球轴承，轴承型号为6205-Z型，属于滚动轴承的一种，滚动轴承润滑脂的选择可参考表3.3[31]。表3.3滚动轴承选脂表Table3.3Thechooseofthelubricationgreasefortherollingbearing轴径mm工作温度℃工作环境轴的转速r/min<300300～15001500～30003000～500020～1400～60有水3号、4号钙基脂2号、3号钙基脂1号、2号钙基脂1号钙基脂60～110干燥2号钠基脂1号、2号钠基脂1号钠基脂1号二硫化钼复合钙基脂<100潮湿2号钙基脂1号、2号钙基脂1号钙钠基脂二硫化钼复合钙基脂-50～100有水3号、4号锂基脂2号、3号锂基脂1号、2号锂基脂1号二硫化钼复合锂基脂根据润滑脂的选择原则，参考托辊的运行状况和各润滑脂的主要质量指标，选择1号锂基润滑脂，其特性：外观为浅黄至褐色光滑油膏，滴点不低于170℃，工作锥入度为31～34mm59 山东科技大学硕士学文论文高速托辊的方案设计，无水分，具有良好的抗水性、机械安定性、防腐蚀性和氧化安定性。适用于工作温度-20～120℃范围内各种机械设备的滚动轴承和滑动轴承及其它摩擦部位的润滑。3.4.2其它结构的设计主轴一般分为两种：阶梯轴和拉光轴。拉光轴由于工艺简单、制造成本低，因此在生产中越来越倾向选择拉光轴。设计方案中采用了拉光轴的结构为了定位准确加工出两卡槽放置挡环。筒体的制造质量是影响托辊质量的一个重要因素，以往的托辊结构中本身的不圆度以及加工止口对同轴度的影响，直接影响到托辊的径向圆跳动和旋转阻力，降低托辊的使用寿命。为此高速托辊方案中设计的筒体结构采用了无止口的形式，一次性注塑成型，避免了止口的加工，能更好地保证加工质量[32]。轴承座、挡环等结构简单，加工制造容易，与以往的复杂结构相比不仅减少了生产时间，新材料的选用还降低了托辊的整体质量，减少了功耗。3.5本章小结本章参考以往托辊的结构，根据高速运行时托辊的实际工况，给出了高速托辊的整体结构方案，采用了轴向迷宫与接触迷宫相结合的复合密封结构，选择了1号矿用锂基脂，选用了6205-Z型带防尘盖的深沟球轴承，并且对轴承运转中的发热量进行分析，为将来针对托辊各结构的热变形分析做好铺垫。59 山东科技大学硕士学文论文高速托辊的生产制造工艺研究4高速托辊的生产制造工艺研究4.1托辊工艺与性能的影响分析4.1.1托辊的径向圆跳动分析带式输送机高速运行状态下，托辊的径向跳动量过大将会使整条输送带产生垂直于运动方向的上下振动。托辊的转速越高，带式输送机产生的振动越明显[33]，因此国家标准中对托辊的速度进行限制，这也就使带速受到很大限制，带式输送机的运量也就很难提高。国家标准中规定托辊的径向跳动量应满足表4.1所示的要求。表4.1托辊的径向跳动量要求Table4.1Therequirementoftheradialrun-out托辊直径(mm)托辊长度(mm)<460460～950950～1600>1600￠76～￠1080.50.71.31.5￠133～￠1590.71.01.51.8￠194～￠2451.01.21.72.1分析托辊的径向圆跳动量的产生原因主要有以下两点：（1）托辊管体的材质。托辊管体一般采用钢管、非金属材料，生产单位在外采购的管体外圆基本上没经过加工，所以管体的外圆径向跳动量将直接导致托辊整体运行过程中的圆跳动。（2）加工影响。以往托辊的结构，主轴的加工、管体两端止口的加工都易使托辊产生同心差异，各部件的同轴度差异在托辊的运转过程中直接反映到径向圆跳动这个指标上。4.1.2托辊的旋转阻力分析旋转阻力是托辊由输送带摩擦带动管体转动，而托辊轴固定在机架上，轴与管体之间的轴承及密封圈相对运动产生的一种反向力[34]。旋转阻力将会增大，整个带式输送机59 山东科技大学硕士学文论文高速托辊的生产制造工艺研究的运行阻力也会增大，这样必会加大空载消耗的功率，造成能量的浪费，这直接相悖于国家节能减排的政策导向。当然旋转阻力越小越好，但是旋转阻力为零是不现实的，只有将它降到最小，浪费的能量降到最低。导致旋转阻力产生的主要因素主要有以下几个方面：（1）密封结构。如上所述托辊的密封结构目前分为两种：接触式密封结构和非接触式密封结构。接触式密封结构的转动与静止部分始终接触，虽然密封好，但是以往的设计方案中旋转阻力较非接触式密封结构大，非接触式密封结构即迷宫式密封结构，内外密封圈分别固定在管体和轴上，托辊运转时两者理论上不发生摩擦，产生的阻力较小，但是托辊高速运行状态下，轴承内腔的气压升降变化更明显，由于内在的“呼吸问题”，非接触式密封结构的密封效果将会变得较差[35]。（2）加工及装配。加工质量的好坏直接影响到旋转阻力的大小，加工工序中轴承座、主轴的表面精度及尺寸精度均应满足要求，如下料、打孔、铣挡环槽、铣两端扁头（或钻孔）等过程中的同轴度、直线度起决定性影响。托辊组的装配是很关键的一道工序，各个零件的相对位置将决定阻力的大小，特别是焊接过程中会产生同轴度偏移错位，托辊轴偏斜等因素造成旋转阻力增大，严重时根本转不动。总之，目前托辊生产加工中存在的问题：（1）材料的选择。在讲求节能降耗的今天，要想降低带式输送机启、制动许用功率，很大程度上依赖于整体重量的大小。托辊数量多，约占整机重量的30%～40%。托辊的重量降低，则整机的重量明显降低，这就降低了许用功率。要降低重量，可以选用低密度材料、降低部件体积，所以材料的选择尤为重要。（2）管体的采购。由于众多托辊分散承担整条带式输送机的输送带和物料的重量，托辊管体分散承担的载荷不是很大，一般材质均能满足要求，而管体本身的圆跳动是关键，选材时一定要保证管材的质量，对管材的椭圆度、外径公差等做出要求，防止托辊的筒体偏心，避免运行过程中因离心力的作用产生周期性的震动，影响输送带的稳定运行[36]。（3）加工装配质量。加工工序的简化对于操作人员出现误差的概率有所减小，良好的设备、一次定位、多工序同时加工对于提高零部件的同轴度都非常有效果。4.1.2托辊的原有工艺分析原有托辊的生产制造工艺如图4.1所示，主要存在以下几点缺陷：59 山东科技大学硕士学文论文高速托辊的生产制造工艺研究（1）管体采用有止口定位形式，止口的加工会影响管体的自然圆度、壁厚公差等指标，进而影响托辊运行中的径向跳动量。（2）轴承座与管体的连接采用焊接形式，在焊接过程中，不可避免的存在热变形，而且轴承座的整个圆周变形量不一致，这就大大影响了轴承的同轴度，降低了装配质量，对托辊的旋转阻力等性能都有大的影响。图4.1托辊的加工制造流程Fig.4.1Theprocessoftheidlerprocessing（3）主轴采用切槽形式，槽宽较小，采用切槽的加工方式工件的表面精度难以保证。（4）在生产制造过程中存在着手工敲打的原始方法，再熟练的工人也不能保证每次敲打的力度与方向相同，势必会有不同新现象的出现。4.2高速托辊的加工工艺分析本文设计的托辊结构针对带速为8～10m/s运行的带式输送机，结合带式输送机的运行特点，现将托辊各部件的加工工艺表述如下。4.2.1主轴的加工主轴作为影响托辊质量的另一个重要因素，本身的不圆度也直接影响着托辊的旋转阻力和圆跳动量[37]59 山东科技大学硕士学文论文高速托辊的生产制造工艺研究，还要满足刚度要求，保证托辊运转中轴的弯曲变形小，改善轴承的受力状态。目前主要有阶梯轴和拉光轴两类，相同规格托辊中采用拉光轴，不但减少了加工工序，重量可以减少15%～20%。加工时应充分考虑加工设备的几何误差。托辊的生产加工中加工设备一般都采用机床，机床的几何误差主要包括：主轴的回转误差、直线运动误差、传动误差。（1）主轴的回转误差可分为三种基本形式[38]：轴向窜动、纯径向跳动和纯角度摆动，车削时主轴的纯径向跳动对工件的圆度影响较小；纯轴向窜动对内外圆加工没有影响，但所加工的端面却与内外圆不垂直。主轴每转动一周，就要沿轴向窜动一次，向前窜动的半周中形成右螺旋面，向后窜动的半周中形成左螺旋面，最后端面会切出凸轮一样的形状，并在端面中心附近出现一个凸台，当加工螺纹时，必然会产生螺距的小周期误差；主轴的纯角度摆动也因加工方法而异，车削加工工件会成锥形，镗口时易导致回转轴心线与工作台导轨不平行，呈椭圆形。图4.2主轴结构Fig.4.2Theconstructionoftheshaft（2）直线运动误差。直线运动主要由机床的导轨来实现，因此机床床身导轨的制造误差、工作台与床身导轨之间的配合误差是影响直线运动精度的主要因素，导轨的各项误差将直接地反映到被加工表面的形状误差中。（3）某些复杂表面是由复合成形运动加工形成的，传动误差直接影响复合成型运动的准确性，因而影响复杂表面的加工精度。文中的设计方案中托辊的主轴选用20钢，重量为2.3kg，结构方案如图4.2所示。主轴的加工主要分为轴的切断、加工托辊轴的中心孔、卡簧槽的加工及其轴端倒角四个工序。在加工中心中，采用轴两端顶针一次性加工切削后磨削[39]，外圆磨削时，磨床前后顶尖都不转动，起定心作用，避免了主轴回转误差的影响。这样既保证了同轴度，又满足装配中光洁度的要求，避免了轴的不同心，保证托辊寿命。59 山东科技大学硕士学文论文高速托辊的生产制造工艺研究4.2.2其他部件的注塑成型4.2.2.1部件的选材现在托辊的筒体多数用钢管代替，其中无缝钢管比较便宜，但是径向跳动量较大，不适合于转速较高的托辊。焊缝钢管虽然成本较高，但是径向偏差较小，圆跳动量要小得多。选材时一定要保证管材的质量，对管材的椭圆度、外径公差等做出要求（如表4所示），防止托辊的筒体偏心，避免运行过程中因离心力的作用产生周期性的震动，影响输送带的稳定运行。表4.2管材外形要求Table4.2Therequirementofthetubeappearance外径公差(mm)椭圆度（mm）弯曲度(mm/m)±0.3≤0.4≤0.5轴承座的质量也影响着托辊的旋转阻力和径向圆跳动，如图4.3所示轴承座的结构中深度L决定了轴承的轴向定位精度，直径D影响着轴承座与轴承的配合精度，这两个尺寸极其重要决定了轴承座的装配精度与运转灵活性[40]。轴承座分为铸铁轴承座与冲压轴承座两类，其中冲压轴承座在市场上的应用较多，对于冲压轴承座来说，冲压设备、冲压速度、冲压工艺等都影响着冲压轴承座的质量，轴承座冲压成形后其圆周必须经过合理的加工后再以轴承安装孔为基准与托辊管进行组装，保证轴承座内外圆的同轴度，为托辊轴与辊外径良好的同轴度打下基础[41]。图4.3轴承座结构Fig.4.3Theconstructionofthebearinghousing59 山东科技大学硕士学文论文高速托辊的生产制造工艺研究文中的设计方案中对管体、轴承座、密封结构均采用复合材料，注射成型。其中管体采用超高分子量聚乙烯（UHMWPE）材料，这是一种线性结构、具有优异综合性能的热塑性工程塑料[42]。它有如下优点：（1）耐磨性好。UHMWPE的耐磨性位居工程塑料之首，比碳钢等要高数倍，在一定分子量范围内其耐磨性还随着分子量增大而提高；（2）自润滑性能好。UHMWPE的摩擦系数比其他工程塑料小，是理想的自润滑材料；（3）耐冲击性好。UHMWPE的冲击强度是目前塑料中最高的，在一定分子量范围内其冲击强度随分子量的增加而增加；（4）质量轻、耐腐蚀且不易老化。UHMWPE的这些优良性能能使其成为新型托辊的首选材料，用其制成的托辊筒体可以减轻工作过程中的磨损，减少托辊与胶带的摩擦，缓解物料对输送带的冲击。外挡圈、内挡圈、压紧圈、挡板、轴承座采用聚四氟乙烯填充的聚甲醛（POM）材料，耐疲劳强度和刚性要比以往采用的尼龙和钢轴承座好，尤其是弹性模数高，硬度高，这是其他塑料所不能相比的，另外聚甲醛还有自润滑性能好，耐磨性好，摩擦因数为0.15～0.35，PV极限值为1.26×105Pa·m/s；较小的蠕变性和吸水性，故尺寸稳定性好；能长期使用于－40～+100℃的工况下；用聚四氟乙烯填充的聚甲醛，可显著降低摩擦因数，提高耐磨性和PV极限值。迷宫式密封结构与唇式密封相结合，不同于其他的复合密封结构，不增加托辊的轴向深度，保证轴承与轴端距离尽可能小，降低重载运行时因轴端弹性变形而产生的阻力对轴承与密封结构的影响（轴颈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距离的三次方成正比，此距离越小越好）。迷宫式密封圈、接触式密封圈采用聚四氟乙烯（F-4、PTFE）的材料：（1）聚四氟乙烯具有高度的化学稳定性，对强酸、强碱、强氧化剂、有机溶剂均耐腐蚀、只有对熔融状态的碱金属及高温下的氟元素才不耐腐蚀。（2）有异常好的润滑性，具有较低的动、静摩擦因数，对金属的摩擦因数为0.07～0.14，自摩擦因数接近冰，PV极限值为0.64×105Pa·m/s。（3）可在260℃长期连续使用，也可在-250℃的低温下满意地使用。（4）优异的电绝缘性，耐大气老化性能好。（5）突出的表面不粘性，几乎所有的粘性物质都不能附在它的表面上。4.2.2.2注塑成型技术注塑成型是将颗粒状或粉状塑料置于注射机料筒内加热，使其软化后用推杆或者旋转螺杆施加压力，使料筒内的物料自料筒末端的喷嘴注射到所需形状的模具中，然后冷却脱模，即得所需的制品[43]，之所以采用注塑成型的制造工艺，原因在于：59 山东科技大学硕士学文论文高速托辊的生产制造工艺研究（1）由于成型物料的熔融塑化和流动造型是分别在料筒和模腔中进行，模具可始终处于使熔体很快冷凝或交联固化的状态，从而有利于缩短成型周期。（2）成型时要先锁模紧模具后才熔料注入，加之具有良好流动性的熔料对模腔的磨损很小，因此一套模具可生产大批量注塑制品。（3）一个操作工常可管理两台或多台注塑机，特别是当成型件可以自动卸料时还可管理更多台机器，因此，所需要的劳动力相对较低。（4）成型过程的合模、加料、塑化、注射、开模和脱模等全部成型过程均由注塑的动作完成，从而使注塑工艺过程易于全自动化和实现程序控制。（5）由于成型可采用精密的模具和精密的液压系统，加之使用微机控制，因此可以得到精度很高的制品。（6）成型塑件仅需少量修整即可使用，在成型过程式中产生的废料可以重复利用，因此，注塑成型时对原料的浪费很少。（7）由于成型时压力很高，该法适用于加工形状复杂制件，成本低，速度快。注塑成型过程中，聚合物材料在外力和温度场作用下产生的应力、应变和应变速率等力学现象与自身粘度存在一定关系，研究这些关系的主要目的是为了正确选择和确定比较合理的工艺参数。流体层模型[44]如图4.4所示：在注塑成型中，大多数聚合物熔体都是非牛顿流体，且它们中的大多数又都近似服从Ostwald-DeWaele提出的指数流动规律，即:（4.1）式中—与聚合物和温度有关的常数，可反映聚合物熔体的粘稠度，称为稠度系数；—与聚合物和温度有关的常数，可反映聚合物熔体偏离牛顿性质的程度，称为非牛顿指数；—单位时间内流体所产生的切应变，通常称为剪切速率，mm；—切应力，Mpa。由式可得出非牛顿流体的流变方程和流动方程：流变方程：流动方程：式中—为聚合物熔体的表观黏度（或非牛顿黏度）59 山东科技大学硕士学文论文高速托辊的生产制造工艺研究图4.4流体层模型Fig.4.4Thefluidmodel在指数流动规律中，非牛顿指数和稠度指数均可由试验测定。时，称为假塑性液体。设计方案中所采用的聚乙烯、聚四氟乙烯、聚甲醛均具有近假塑性液体的流变性质。表现为：非牛顿指数通常为0.25～0.67[45]，变形和流动所需要的切应力随剪切速率变化，并呈指数规律增大；变形和流动所受到的黏滞阻力，即液体的表观黏度随剪切速率变化，并呈指数规律减小，这种现象成为假塑性流体的“剪切稀化”效应，所以聚合物熔体在注塑成型中发生剪切稀化效应是一个普遍现象。生产中的关键在于如何恰当地控制各种因素，以便能使剪切稀化效应保持在一个合理的范围内，也就是说注塑工艺的关键在于选择最佳的注射压力、注射速度、注射温度等，以保证聚合物熔体不致因黏度过大而影响流动成型，同时不会因黏度过小而影响成品的成型质量。注塑成型过程中需要注意的工艺参数为：（1）注塑压力注塑压力是由注塑系统的液压系统提供的。液压缸的压力通过注塑机螺杆传递到塑料熔体上，塑料熔体在压力的推动下，经注塑机的喷嘴进入模具的竖流道（对于部分模具来说也是主流道）、主流道、分流道，并经浇口进入模具型腔，这个过程即为注塑过程，或者称之为填充过程。压力的存在是为了克服熔体流动过程中的阻力，或者反过来说，流动过程中存在的阻力需要注塑机的压力来抵消，以保证填充过程顺利进行。在注塑过程中，注塑机喷嘴处的压力最高，以克服熔体全程中的流动阻力。其后，压力沿着流动长度往熔体最前端波前处逐步降低，如果模腔内部排气良好，则熔体前端最后的压力就是大气压。59 山东科技大学硕士学文论文高速托辊的生产制造工艺研究影响熔体填充压力的因素很多，概括起来有3类：材料因素，如塑料的类型、粘度等；结构性因素，如浇注系统的类型、数目和位置、模具的型腔形状以及制品的厚度等；成型的工艺要素。（2）注塑时间这里所说的注塑时间是指塑料熔体充满型腔所需要的时间，不包括模具开、合等辅助时间。尽管注塑时间很短，对于成型周期的影响也很小，但是注塑时间的调整对于浇口、流道和型腔的压力控制有着很大作用。合理的注塑时间有助于熔体理想填充，而且对于提高制品的表面质量以及减小尺寸公差有着非常重要的意义。注塑时间要远远低于冷却时间，大约为冷却时间的1/10～1/15，这个规律可以作为预测塑件全部成型时间的依据。在作模流分析时，只有当熔体完全是由螺杆旋转推动注满型腔的情况下，分析结果中的注塑时间才等于工艺条件中设定的注塑时间。如果在型腔充满前发生螺杆的保压切换，那么分析结果将大于工艺条件的设定时间。（3）注塑温度注塑温度是影响注塑压力的重要因素。注塑机料筒有5～6个加热段，每种原料都有其合适的加工温度（详细的加工温度可以参阅材料供应商提供的数据）。注塑温度必须控制在一定的范围内。温度太低，熔料塑化不良，影响成型件的质量，增加工艺难度；温度太高，原料容易分解。在实际的注塑成型过程中，注塑温度往往比料筒温度高，高出的数值与注塑速率和材料的性能有关，最高可达30℃。这是由于熔料通过注料口时受到剪切而产生很高的热量造成的。在作模流分析时可以通过两种方式来补偿这种差值，一种是设法测量熔料对空注塑时的温度，另一种是建模时将射嘴也包含进去。（4）保压压力与时间在注塑过程将近结束时，螺杆停止旋转，只是向前推进，此时注塑进入保压阶段。保压过程中注塑机的喷嘴不断向型腔补料，以填充由于制件收缩而空出的容积。如果型腔充满后不进行保压，制件大约会收缩25%左右，特别是筋处由于收缩过大而形成收缩痕迹。保压压力一般为充填最大压力的85%左右，当然要根据实际情况来确定。（5）背压背压是指螺杆反转后退储料时所需要克服的压力。采用高背压有利于色料的分散和塑料的融化，但却同时延长了螺杆回缩时间，降低了塑料纤维的长度，增加了注塑机的压力，因此背压应该低一些，一般不超过注塑压力的20%[46]59 山东科技大学硕士学文论文高速托辊的生产制造工艺研究。注塑泡沫塑料时，背压应该比气体形成的压力高，否则螺杆会被推出料筒。有些注塑机可以将背压编程，以补偿熔化期间螺杆长度的缩减，这样会降低输入热量，使温度下降。不过由于这种变化的结果难以估计，故不易对机器作相应的调整。表4.3各材料的主要注塑工艺参数Table4.3Themodelingparametersofthematerials牌名参数聚乙烯（UHMWPE）聚甲醛（POM）聚四氟乙烯（F-4、PTFE）注塑压力（MPa）50～12090～14070～105模具温度（℃）30～7080～10520～50干燥温度（℃）30～6080～9030～50保压压力（MPa）40～5040～5040～50背压（MPa）5～102～65～104.3高速托辊的装配工艺分析装配是产品制造过程的最后一个阶段，产品的质量最终由装配来保证，所以必须重视装配工作，一般情况下，装配工作主要包括：（1）清洗。用清洗剂去清除产品或工件上的油污、灰尘等脏物的过程，它在装配过程中对保证产品质量，延长产品使用寿命有着重要的影响。（2）连接。装配中有大量的连接，常见的有可拆卸式连接与不可拆卸式连接两种。（3）校正。指在装配过程中及对相关零、部件的相关位置的找正、找平和相应的调整过程。（4）调整。在装配工作过程中的对相关零、部件的相互位置进行具体调整工作。其中除了配合校正工作调节零、部件的位置精度外，为保证运动精度，还需要调整运动副之间的间隙。（5）配作。是以已加工件为基准，加工与其相配的另一工件，或将两个（或两个以上）工件组合在一起进行加工的方法。（6）平衡。对于转速较高，运转平稳性要求高的机械，为防止回转零、部件质量分布不均匀、静力和力偶不平衡引起振动，需进行这项工作。以往的托辊设计中，托辊的管体59 山东科技大学硕士学文论文高速托辊的生产制造工艺研究与冲压轴承座采用了焊接进行装配，无论是采用埋弧自动焊还是气体保护焊，这种装配方式都有很大的缺陷，焊缝易有漏焊、缩孔、焊接过程中易造成零件的局部变形[47]，对托辊的同轴度、旋转阻力等产生影响。文中的设计方案除主轴外，各零部件均采用聚合物高分子材料，在装配时选择胶粘剂粘结的方式进行连接装配。粘结装配的优点在于：（1）固化速度快，工艺简单。（2）装置轻量化、节能降耗。（3）防锈蚀、能起到降噪、减振的效果。（4）锁固密封性能更好、连接时间更持久。4.3.1密封胶的选择胶粘剂是一种能将同种或不同种材料粘合在一起，并在胶接面有足够强度的物质，他能起胶结、固定、密封、浸渗、补漏和修复的作用。胶粘剂是以富有弹性的粘料为基础，并加以固化剂及改性剂辅料。胶粘剂的粘结机理可以从几个方面来分析。机械理论：胶粘剂渗透到被粘物表面层空隙中，产生机械啮合或镶嵌作用，固化后勾接在一起；吸附理论：胶粘剂与被粘物分子界面层相互吸附，胶粘剂分子向被粘物表面迁移，当距离近至5×10-10m时，分子间引力发生作用而吸附胶接；化学键理论：胶粘结分子与被粘物表面发生化学反应而在界面形成化学键，产生牢固的化学结合粘附力；静电理论：胶粘剂与被粘物之间互相接触，产生正负电层的双电层，由于静电相互吸引产生粘附力；扩散理论：粘结剂分子与被粘物分子互相扩散，在界面上发生互溶而形成牢固的结合。根据设计方案及托辊运行的实际工况，选择上海市有机氟塑料研究所研制的FS-203B氟塑料胶粘剂，由有机聚硅氧烷等组成，固化量为50～60%，剥离强度≥12N/2.5cm，介电常数为3.03，具有优良的电绝缘性、耐水性和耐高低温性能，工艺简单，使用温度为-100℃～250℃。4.3.2装配在装配之前，首先要检查各零、部件完好无损，并确保装配环境清洁干净，将零件清洗干净，确定装配顺序，将各零、部件有序地装配起来。装配顺序依次为：筒体和轴承座的装配、内密封圈与主轴，主轴与轴承，迷宫式内外密封圈与唇式密封圈、复合密封结构与主轴，以上完成后装入轴承座中，再依次安装压紧圈、外挡圈、挡板、挡环。其中还要按照要求加入润滑脂。59 山东科技大学硕士学文论文高速托辊的生产制造工艺研究胶接工艺主要包括接头设计、表面处理、配胶、涂胶、晾置、叠合、固化、检查等。在接头的选择上，应综合考虑受力性质和大小、接头加工的可能性、经济型、胶接工艺的要求、接头的强度等多方面因素。胶接材料的表面处理工序中，对于筒体的内表面、轴承座的表面、迷宫式外密封圈的外表面、外挡圈的外表面一是去除材料表面妨碍胶接的油污、锈迹、吸尘物、灰尘和水分等，还可采用化合物来改变材料表面的物理化学性质，造成特定的粗糙度，获得易于胶接的特殊表面。配胶过程中，可根据FS-203B氟塑料胶粘剂的说明书进行调胶，保证混合均匀、无颗粒或胶团。因为托辊数量大，涂胶时采用机械设备，各个粘结表面均匀涂抹，厚度控制在0.08～0.1mm为宜。叠合过程中两接触面确保接触充分，接触面间无气泡存在[48]。托辊的固化过程是在电烘箱加热环境下完成的，加热温度为40～50℃，加热时间为3～4h。4.4本章小结本章根据文中高速托辊的设计结构，对其生产加工与装配工艺进行分析，选择FS-203B氟塑料胶粘剂，确立了注塑成型的加工工艺与胶粘剂粘结组装的装配工艺，在托辊重量降低30%的基础上，简单方便的加工制造工艺更有助于减小托辊的径向圆跳动量、降低旋转阻力。59 山东科技大学硕士学文论文高速托辊的试验5高速托辊的试验5.1高速托辊的性能试验5.1.1托辊旋转阻力实验首先我们要确定托辊旋转阻力实验的操作规程：（1）检查实验设备是否工作正常，电源及数据端口安装正确无松动；（2）将托辊放置旋转阻力测试仪管体架上，保证管体中心与压轮中心重合；（3）按液降按钮，使液压电力推动器压紧管体；（4）开启电机按钮，均匀调动调速按钮使管体过载；（5）调至250N的压力作用下，托辊外圆线速度10m/s，连续跑合15分钟，检验托辊的旋转阻力；（6）记录显示数据填写表格。图5.1旋转阻力试验Fig.5.1Theexperimentontherotationalresistance试验数据中取最大值计算托辊的旋转阻力：（5.1）式中F—托辊旋转阻力，N；L—力臂杆长度，mm；R—托辊半径，mm；P—测力计读数，N。59 山东科技大学硕士学文论文高速托辊的试验5.1.2托辊浸水密封实验托辊旋转阻力实验的操作规程为：（1）检查实验设备是否工作正常，电源及数据端口安装正确无松动。（2）测定托辊质量m1，将托辊放置在可调托辊架上，挂上平带紧固定位槽卡板使托辊牢固。（3）调节托辊架使管体中心与电机带轮同心，紧固托辊架底板螺栓。（4）调节皮带松紧度，调节合适松紧状态后紧固螺栓。（5）开启电机电源，空旋转五分钟查看各部位是否符合试验要求。（6）符合要求后停止电源，将储水箱内注水与托辊中心线平行，水温不高于40℃。（7）参照托辊的浸水密封标准，电机驱动托辊以3000r/min的转速运转24h后，测定托辊的质量m2。计算托辊的进水量为：（5.2）式中m1—试验前测定的托辊质量，g；m2—试验后测定的托辊质量，g；m3—托辊的进水量，g。图5.2浸水密封试验Fig.5.2Theexperimentonthewater-sealing5.1.3托辊圆跳动实验托辊圆跳动阻力实验的操作规程为：（1）检验平台应清洁平行，V型垫铁擦拭后放置在检测平台上。（2）托辊检验前应保证筒体无腐蚀、无油垢、表面清洁无粘结物。59 山东科技大学硕士学文论文高速托辊的试验（3）托辊正确放置在V型铁上，手动旋转顺畅。（4）检验百分表是否无损坏，表针是否灵敏符合标准。（5）百分表表头对好管体，校‘0’位置。（6）旋转托辊筒体三点检验，按托辊圆跳动检验标准并记录检测数据。圆跳动试验中，要以三点数据中最大的数值作为评定依据。图5.3圆跳动试验Fig.5.3Theexperimentontherun-out5.1.4托辊的轴向承载试验托辊轴向承载实验的操作规程为：（1）检查实验设备是否工作正常，数据端口连接正确、无松动。（2）检查千斤顶是否安装正确，无漏压、漏油现象，传感器是否灵敏。（3）将托辊放置正确检测位置。（4）均匀按千斤顶施压手柄，使托辊缓慢受压。（5）以托辊轴向载荷检验标准检验，记录显示数据填写表格。经过以上试验，得出托辊在径向圆跳动、旋转阻力、轴向载荷、浸水密封四个性能的试验结果如表5.1所示，从实验结果可以看出，文中设计的托辊方案在性能方面与国家标准中的托辊技术条件（径向跳动量不超过0.5mm，旋转阻力不大于3.5N，所能承受的轴向载荷不小于10KN，浸水试验中进水量不超过5g）是相当接近的，在托辊转速提高的情况下，仍能满足普通带速下的托辊标准，在高速带式输送机正常运行的情况下托辊是能满足运行条件的。依据力学中“转动惯量法”的原理，设托辊在一转速下的阻力距是，转动惯量为，托辊在转动过程中的加速度为，其托辊的阻力矩的计算关系为：59 山东科技大学硕士学文论文高速托辊的试验（5.3）由式5.3可得：（5.4）式中—托辊的旋转阻力，N；—托辊的旋转质量，kg；—托辊的半径，mm；—托辊的旋转阻力系数。根据托辊的旋转阻力由式5.4可以计算出托辊的旋转阻力系数在0.020左右，与传统托辊的旋转阻力系数（0.025～0.030）相比较，有了较大的改进。表5.1托辊的试验结果Table5.1Theexperimentresultsoftheidlers项目编号外形尺寸/mm径向圆跳动/mm旋转阻力（系数）/N轴向载荷/KN浸水密封/g0906108×3500.353.2（0.022）120.30.42.6（0.019）110.50.52.9（0.020）12.30.60.332.8（0.019）131.60.413.14（0.022）10.82.10.382.68（0.018）141.80.282.98（0.020）13.51.60.452.15（0.016）11.72.50.373.1（0.022）12.51.80.262.6（0.018）140.75.2高速托辊材料的燃烧试验5.2.1酒精喷灯燃烧试验托辊采用复合材料，应考虑其阻燃性应符合国家标准中煤矿井下用聚合物制品阻燃性的要求。阻燃性是指聚合物经酒精喷灯、酒精灯燃烧试验试件应是完全不可燃的或是能自行熄灭的。具体的实验方法分为酒精喷灯燃烧试验方法和酒精灯燃烧试验方法[49]。59 山东科技大学硕士学文论文高速托辊的试验图5.4燃烧试验箱Fig.5.4Theboxoftheburningexperiment酒精喷灯燃烧试验方法。所用燃料为95%乙醇和5%甲醇的混合物，燃烧试验箱（如图5.4所示）应有加工好的密封配合孔，内表面涂成黑色，设有可调节装置，确保试件处在适当位置，秒表的最小分度值为0.01s。具体的实验步骤为：（1）在试件宽面上距点火端280mm处，划一条标记线。（2）将试件插入夹持器，试验时酒精喷灯与试件的相对位置应符合图5.5的规定，即试件应垂直吊挂，其低端离酒精喷灯喷火口中心的距离为50mm，酒精喷灯倾斜45°。（3）试验在弱光下的燃烧箱内进行，点燃酒精喷灯，调整火焰高度为150～180mm，燃料消耗为2.55±0.15mL/min。（4）试验时试件周围的空气流动应尽量小，以不影响燃着试件的火焰为准。（5）试验时容器内的燃料高度应保持在距离酒精喷灯口600±20mm的范围内，试件位于火焰中央，其前缘与火焰外缘一致，试件垂直于燃烧箱的门，以便观察到试件的两面。（6）试验时把试件放在火焰中燃烧，燃烧试件的时间依燃着试件为准，最短不少于5s，最长不超过60s，试件燃着后，移走未熄灭的酒精喷灯，并从此时起用秒表测量试件及低落物的有焰燃烧时间和无焰燃烧时间，并记录各试件的火焰扩展长度。59 山东科技大学硕士学文论文高速托辊的试验图5.5试件燃烧位置Fig.5.5Thespecimenburningposition5.2.2酒精灯燃烧试验酒精灯燃烧试验方法所需燃料、秒表、试验箱与酒精喷灯燃烧试验方法相同，试验装置如图5.6所示。试验步骤为：（1）在试件宽面上距点火端280mm处，划一条标记线。（2）将试件插入夹持器，试验时酒精灯与试件的相对位置应符合图5.6的规定，当试件产生低落物时，酒精灯应倾斜20°，时间地钝刀酒精灯头中心的垂直距离为19mm。（3）试验在弱光下的燃烧箱内进行，点燃酒精灯，调整火焰高度为32mm。（4）试验时试件周围的空气流动应尽量小，以不影响燃着试件的火焰为准。（5）试验时容器内的燃料高度应保持在距离酒精喷灯口600±20mm的范围内，试件在火焰中央，其前缘与火焰外缘一致，试件垂直于燃烧箱的门，以便观察到试件的两面。（6）试验时把试件放在火焰中燃烧，点燃试件的时间为5～90s（依燃着试件为准）。移走未熄灭的酒精喷灯，并从此时起用秒表测量试件及低落物的有焰燃烧时间和无焰燃烧时间，并记录各试件的火焰扩展长度[50]。59 山东科技大学硕士学文论文高速托辊的试验图5.6酒精灯试验装置Fig.5.6Theexperimentwithalcohollamp托辊管体的燃烧性能试验结果如表5.2所示：表5.2管体的燃烧性能试验结果Table5.2Theburningexperimentresultsofthetube酒精喷灯燃烧试验酒精灯燃烧试验有焰燃烧时间(mm)无焰燃烧时间(mm)扩展长度(mm)有焰燃烧时间(mm)无焰燃烧时间(mm)扩展长度(mm)1.3410.65<280mm0.640.21<280mm1.268.430.730.201.1710.240.840.182.1510.860.650.161.157.160.740.212.1610.470.630.38从结果中可以看出，酒精喷灯、酒精灯燃烧试验的结果符合阻燃性试验的规定：（1）移去喷灯（酒精灯）后，六块试件的有焰燃烧时间的算术平均值不得超过3s(6s)，每块试件的有焰燃烧时间单值不得超过10s（12s）。（2）移去喷灯（酒精灯）后，六块试件的无焰燃烧时间的算术平均值不得超过10s(20s)，每块试件的有焰燃烧时间单值不得超过30s（60s）。59 山东科技大学硕士学文论文高速托辊的试验（3）经燃烧后的试件，火焰扩展长度不得大于280mm。5.3本章小结本章主要针对托辊的浸水密封、旋转阻力、圆跳动量、轴向承载的高速性能进行试验，对托辊管体的材料依据国家煤矿井下聚合物制品阻燃性标准的规定分别进行酒精喷灯燃烧试验和酒精灯燃烧试验，并对结果进行分析，在托辊重量降低的前提下，托辊的旋转阻力系数明显降低，防水密封、轴向承载等性能能够满足高速运行的工况。59 山东科技大学硕士学文论文结论与展望6结论与展望6.1主要结论文中在论述托辊技术应用现状的基础上，根据带式输送机与托辊的运动关系建立了托辊装置的运动模型，通过对运动模型及现有研究成果的分析，得到了在带式输送机高速运行过程中，托辊的主轴、管体、密封结构、轴承、轴承座等结构需要解决的问题。针对要解决的关键问题，综合托辊产品技术的研究成果，将新型的密封技结构、轴承产品以及先进的制造与装配工艺等应用于托辊研制中，对高速托辊各部件的材料与结构做了最优匹配设计，确保主轴、轴承座的同轴度、管体的圆度达到最佳，大大减小了托辊的径向跳动量，设计出了适用于高速带式输送机用的密封可靠、低能耗的托辊装置。本课题的创新点主要体现在以下两个方面：（1）采用径向迷宫式密封结构，并将迷宫式密封结构和唇式密封结构相结合组成复合密封结构应用在新型托辊中，提高了密封的可靠性以及对在粉尘和淋水环境下的适应能力，有效解决了目前常用托辊密封方式对环境以及温度适应能力差的问题，研究轴承的运动，结合密封结构选择带防尘盖的深沟球轴承，提高托辊的防水防尘性能。（2）确定了注塑成型的制造工艺和粘结胶粘结装配的工艺方案，保证托辊各部件的同轴度，减小托辊的径向跳动量和旋转阻力，有效减少了目前现行的托辊加工装配工艺对托辊质量的影响，降低实际运行中的功率消耗。6.2工作展望由于时间和能力的限制，有些方面的研究工作还没有完成，今后应逐步完善，主要注重以下几个方面的工作：（1）建立浸尘密封、噪声检测试验台，对托辊的防尘性能、噪声大小进行试验分析。（2）轴承和密封结构可以考虑磁悬浮轴承与磁流体密封的结构，使托辊的旋转阻力进一步减小。（3）对托辊的生产制造工艺进一步研究，提高各部件的制造精度，提高托辊的性能。59 山东科技大学硕士学文论文致谢致谢在本论文完成之际，谨此向我的导师包继华老师致以衷心的感谢和崇高的敬意！本文是在包老师的悉心指导下完成的，在三年的研究生学习期间，导师在学习和生活等各方面都给予了我无微不至的关怀和帮助，他对我不倦的教诲和真诚的帮助让我终生难忘。尤其是在课题研究和论文写作阶段，他悉心的指导，精辟的见解和中肯的批评与建议使我受益终身。同时感谢研究所的于岩老师、姜雪老师等，他们在本课题开题和研究期间给予了我很多专业上的指导和生活上的帮助。在此也要感谢同窗好友郑世增、魏立梅及师弟师妹们，感谢山东科大机电科技有限公司技术部的同事，他们在论文写作、修改、试验以及生活上也给了我诸多的帮助。最后，衷心地感谢为评阅本文而付出宝贵时间和辛勤劳动的专家们！刘振2011年5月59 山东科技大学硕士学文论文参考文献参考文献1.李吉泰，王峰法，顾伟刚等.合理选取带速是设计高性能输送机的关键[J].煤炭工程,2004,4（2）:22-24.2.于岩,李维艰.运输机械设计[M].徐州：中国矿业大学出版社，1998.3.G.Lodewijks.TheDesignofHighSpeedBeltConveyors[J].BulkSolidsHandling,1999,8（12）:134-136.4.毛君，尹燕森.带式输送及托辊性能与评价[J].矿山机械,2000,2（2）:63-64.5.魏民利.托辊结构的改进[J].矿山机械,2006,34（10）138-139.6.刘春晖，马新生.长寿命托辊的研制[J].矿山机械,2005,33（3）52-53.7.奚丽峰.提高托辊性能的探析[J].煤矿开采,2008,10(10)78-79.8.林亚福,马炬明等.带式输送机托辊的设计[J].起重运输机械,2006,8(8):8-11.9.于学谦.矿山运输机械[M].徐州:中国矿业大学出版社,1998.10.宋伟刚.通用带式输送机的设计[M].沈阳:东北大学出版社,2000.11.MT-821-2006，煤矿用带式输送机托辊技术条件[S].12.MT/T1019-2006,煤矿用托辊管体技术条件[S].13.EllisH,Tomsky.Howtoevaluatebeltconveyoridlers[J].CoalScienceandTechnology,2001,25(9):26-27.14.陈国香.防水防尘托辊的设计原理及制造工艺[J].煤炭科技,2008,4（4）:73-74.15.黄学群.运输机械选型设计（上）.北京：化学工业出版社,1999.16.李光布.带式输送机软动力学及设计[M].北京：机械工业出版社,2008.17.毛君.带式输送机动态设计理论及应用[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,1996.18.FUJun-qing,WANGCong,LIYu-jin.OptimalDrivingofLargeBeltConveyorwithMulti-rollerVariable-FrequencyDrive[J].J.ChinaUniv.ofMining＆.Tech.(EnglishEdition),2004,14（2）:231-237.19.王金刚.石化装备流体密封技术[M].北京:中国石化出版社,2007.20.梅苏鲁,刘金城等.一种皮带机用双密封托辊[P].中国专利:200420098084.9,2004-12-9.59 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