CN101804905B

CN101804905B - 一种托辊

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Publication number: CN101804905B
Application number: CN2009100642356A
Authority: CN
Inventors: 孙明昭
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-02-18
Filing date: 2009-02-18
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2029-02-18
Also published as: AU2009340324A1; CA2751168A1; WO2010094203A1; CA2751168C; BRPI0923528B1; US8397906B2; BRPI0923528A2; US20110253514A1; CN101804905A; RU2473828C1

Abstract

本发明公开了一种托辊，包括托辊管体、托辊轴、轴承座和托辊管体两端的迷宫式密封结构，迷宫式密封结构包括密封圈和密封盖；其特征是：轴承座上沿带有定位的法兰边，轴承座涂抹密封胶后，采用过盈配合的方法压入托辊管体的两端。在密封圈上设有凸环和清除器；密封盖的密封沿3-1装配在凸环和清除器之间；凸环的厚度b为0.1-3(毫米)，高度f为2-50(毫米)，凸环外圆周与密封盖密封沿3-1之间的间隙c为0.2-2(毫米)，凸环内侧面与密封盖底部的距离d为2-50(毫米)。本发明的目的是提供一种两端轴承座装配后同心度高，外圆径向圆跳动小，旋转阻力小，各种淋水、粉尘、泥沙甚至浸水对托辊轴承几乎无污染的托辊。

Description

一种托辊

技术领域

本发明涉及一种转动装置的加工方法和密封结构，尤其是带式输送机托辊的加工方法和它的密封结构。

背景技术

传统采用过盈装配方法生产的托辊轴承座，无论是铸铁的，冷轧钢板冲压的，或者工程塑料的，都需要在托辊钢管两端加工出台阶孔，然后将轴承座压入装配而成。(图1)是铸铁轴承座生产的托辊，(图2)是冷轧钢板冲压轴承座生产的托辊，(图3)是工程塑料轴承座生产的托辊。轴承座与托辊钢管台阶孔接触面的长度为15-20毫米；采用焊接的冲压轴承座与托辊钢管台阶孔的接触长度2-5毫米(冲压钢板的厚度)，或者用工装与托辊钢管管体定位后，然后焊接而成生产的托辊(图4)。由于托辊钢管本身都存在一定的不圆度，加工时保证托辊管体两端台阶孔的同心度是很困难的，即使采用专用设备一次装夹加工管体两端的台阶孔，也难以消除管体外径存在的不圆度，同时生产成本也会提高。采用焊接的方法生产托辊，定位时容易产生误差，尤其是焊接变形无法控制，也难以保证托辊管体两端轴承座的同心度，使托辊旋转阻力大小的波动曲线很大。已经公开有一种托辊管体两端不加工台阶孔，采用工程塑料轴承座过盈装配生产的托辊。该方法虽然保证了托辊管体两端轴承座的同心度，也消除了管体存在的大部分不圆度，但是，所采用的托辊钢管壁厚小(1.5-3.5毫米)，只能满足轻载荷使用，不适宜利用厚壁钢管生产制造能够承受中载荷或者重载荷的托辊，在很多场合不能够满足使用要求。

另外，现有托辊两端的密封，大部分都是采用不同形式的迷宫式结构。但无论哪种迷宫式密封，都不能达到很好的阻止淋水、粉尘和稀泥对托辊轴承污染的目的，致使很多托辊出现早期失效，影响带式输送机的正常运行，需要配置较大的驱动功率，造成能源浪费和胶带的严重磨损。也有个别采用接触式密封的，这种密封的托辊旋转阻力大，而且如果淋水中夹带有煤末、泥沙等杂物的磨损，寿命也是很短的。

发明内容

本发明的目的是提供一种两端轴承座装配后同心度高，外圆径向圆跳动小，旋转阻力小，各种淋水、粉尘、泥沙甚至浸水对托辊轴承几乎无污染的托辊。

本发明的技术方案是：一种托辊，包括托辊管体、托辊轴、轴承座、带凸环和清除器的密封圈和密封盖。密封盖的密封沿装配在凸环和清除器之间；凸环的厚度b为0.1-3毫米，高度f为2-50毫米，凸环外圆周与密封盖密封沿之间的间隙c为0.2-2毫米，凸环内侧面与密封盖底部的距离d为2-50毫米。密封沿底面超过凸环的外侧面长度a大于0.3毫米。轴承座无论采用工程塑料制造、钢板冲压制造、铸铁制造、铝合金制造或者碳钢材料制造，轴承座上沿都带有定位用的法兰边。托辊管体两端不需要加工台阶孔，只加工端面和倒内角，轴承座过盈配合直接压入到位托辊管体两端，有效保证了两端轴承座的同轴度。再依次装配托辊轴、密封圈、密封盖即可。利用凸环圆周面与密封盖的密封沿内壁面之间形成的小间隙构成最外端阻挡的方法，和凸环的厚度窄，高度大，内侧面紧邻的空腔大的迷宫式密封结构，最大限度的减小托辊转动时迷宫式密封圈和密封盖之间产生的万有引力，达到延缓乃至中断污染物延伸的目的，保证了托辊中轴承的正常使用寿命，从而大幅度延长托辊的使用寿命。

本发明的优点如下：

1、传统的塑料托辊，都是利用挤出的塑料管，再切断后生产的。由于内径尺寸精度分散，差别大，不能满足装配要求，只好在管体两端加工台阶孔后进行装配生产。而本专利是利用注射工艺生产的塑料管或者是高频电焊钢管，它们的直线度和内外径尺寸精度一致性都很好，内径不加工就完全能够满足装配要求的特点，以两端内径为基准，采用过盈配合将轴承座压入托辊管体两端(过盈配合量：工程塑料轴承座和塑料注射成型管为0.1-0.3毫米(该结构托辊只能满足轻载荷使用)；金属轴承座与钢管为0.2-0.7毫米(该结构托辊能够满足中载荷或者重载荷使用)，使托辊管体两端轴承座的同轴度满足轴承使用时的精度要求，并且保证了装配精度的一致性，使托辊的旋转阻力比传统托辊低2倍左右，又确保了轴承的正常使用寿命。

2、轴承座过盈压入托辊管体或塑料管体两端时，将本来存在的不圆度涨圆60-70％，使托辊的外圆径向圆跳动大幅度减小。

已经公开的塑料轴承座与托辊钢管过盈装配技术，利用工程塑料的塑性好和壁薄托辊钢管的特点，实现了消除钢管不圆度和保证两端轴承座同心度的效果。过盈装配后托辊管体涨圆小部分，塑料轴承座压缩变形大部分，托辊虽然能够满足国家标准，但承载能力受到一定局限；金属轴承座与托辊厚壁钢管管体过盈装配后，管体的变形量为60-70％，装配轴承座位置的管体直径已经明显涨大0.6毫米左右，承载能力比上述过盈装配方法、两端加工台阶孔过盈装配方法、钢板冲压轴承座焊接装配方法都提高一至五倍。这种大过盈配合在传统的机械加工中，被公认为是一种“不合理”的方法和工艺，因为它装配后使管体的外径发生了大量的变化。但是，申请人经过长时间研究发现，恰恰使用这种“不合理”的方法和工艺，能大幅度提高托辊的多项性能指标：减小外圆径向圆跳动和旋转阻力，提高承载能力，不但保证了胶带的平稳运行，对节能降耗也有一定的作用。

3、省去了现有托辊管体两端加工台阶孔和焊接轴承座的加工工序，减化生产工艺，节约能源和原材料，降低劳动强度和生产成本，特别是避免了因焊接变形和加工误差造成两端轴承座位置的不同轴度。

4、带凸环的密封圈和密封盖装配组合后，在凸环最外侧环面与密封盖的密封沿内壁面之间形成有效的迷宫式密封结构。凸环和密封盖的密封沿内壁面之间相邻面的宽度(凸环宽度0.1-3毫米)很小，转动时所产生的万有引力也很小，水和粉尘通过万有引力向迷宫式密封结构内延伸的速度就很慢。另外，密封圈转动时所产生的万有引力只是在凸环和密封盖的密封沿内壁之间两个很小的相邻面处，该相邻面距离密封盖底部、凸环根部都比较远，使产生的万有引力在此处自然中断，不能接续，水和粉尘等污染物即使利用万有引力延伸过凸环，也会自然停止，不再向前延伸，因此，本申请迷宫式密封结构有效阻止了对托辊轴承的污染。

5、缩短了轴承对托辊管体的受力点长度，增加了轴承座的承载能力，因此可以相对减小轴承座材料的厚度，节约大量原材料。克服了传统托辊轴承对管体的受力点距离大，力臂长(如图2中长度e)，强度差的缺陷。

6、由于凸环与密封盖密封沿内壁之间的间隙是恒定的，轴向窜动时不发生变化，窜动量的大小不影响密封的效果，给装配带来极大方便。

7、托辊转动时，清除器的作用可以随时清除掉落到托辊端面的半流动性污染物(如：煤泥、湿炉渣)，避免了它们堆积在托辊端面形成高度差后向迷宫式密封内延伸。

8、托辊旋转阻力小，轴承不污染，转动灵活度不变化，托辊管体管壁磨损很慢，不但托辊的使用寿命可提高10倍以上，且对胶带的磨损也减少几倍，免除维修费用，消除噪音污染，减少故障隐患，提高安全性能，从而使整个托辊的节能降耗效果达50％左右。

附图说明

图1为现有铸铁轴承座与装配的托辊结构图，

图2为现有冲压轴承座与装配的托辊结构图，

图3为现有工程塑料轴承座与装配的托辊结构图，

图4为现有焊接的冲压轴承座与装配的托辊结构图，

图5为托辊管体结构示意图，

图6是冷轧钢板冲压轴承座结构示意图，

图7是铸铁、铝合金或碳钢轴承座结构示意图，

图8是工程塑料轴承座结构示意图，

图9是带清除器和紧固有凸环的密封圈结构示意图，

图10是带清除器和紧固有凸环的密封圈结构俯视图，

图11是密封盖结构示意图，

图12是托辊装配结构图，

图13是斜度密封盖托辊装配结构图。

下面结合附图和实施例进一步说明本发明。

图5是托辊管体(钢管或者塑料管)，只需要加工两端面和内倒角；图6是冷轧钢板冲压轴承座；图7是铸铁、铝合金或碳钢材料轴承座；图8是工程塑料轴承座。各种材料的轴承座结构中，都带有法兰12，与托辊管体端面定位。图9、图10是带清除器9和紧固有凸环4的密封圈结构图；图11是密封盖结构图；图12是托辊装配结构图，图13是斜度密封盖托辊装配结构图，图12和图13中1是托辊管体，2是轴承座。将轴承座2涂抹密封胶后，过盈压入托辊管体1的两端到位(法兰沿12紧靠托辊管体1端面)。再装入托辊轴7、轴承6和挡圈8后，将带凸环4和凸起状清除器9的密封圈5也涂抹密封胶后，过盈装配到轴承座2对应的孔内，再在托辊轴7上过盈装配密封盖3，挡圈8挡住即可。

托辊专用高频电焊钢管的直线度和圆周壁厚的一致性都比较好，注塑生产的塑料托辊管体的直线度和圆周壁厚一致性也很好，轴承座较大过盈压入托辊钢管(或托辊塑料管)后，除了管体的大部分不圆度被强制消除和轴承座受力后直径变小以外，没有其它产生偏离轴心变形的因素，轴承座受力后直径变小的幅度很小，不影响轴承室的尺寸。因此，托辊管体两端轴承座的同心度和轴承的灵活度都得到了可靠保证。并且，轴承座与托辊管体的接触长度为20毫米左右(图12和图13中g部分)，因此，将轴承座压装到位，即能够满足托辊的承载能力。

图12和图13中，带凸环4的密封圈5装配后，在轴承座2和M状密封圈5之间还留下一个比较大的空间10，该空间类似一个储藏室，能够容纳很多污染物，万一污染物进入密封圈，储藏室可起到“藏垢纳污”的作用，从而延长对轴承污染的时间。

密封圈上凸起的柱子状清除器9，是与密封圈5连为一体的，转动时可以随时清除掉落到托辊端面的各种半流动性污染物(如：煤泥等)，防止其在托辊端面堆积，形成高度差后产生压力向密封圈内延伸，对轴承造成污染。

图12和图13中，凸环4与密封圈5是紧固为一体的，可采用两体紧固连接和一体制作两种方法制造。密封盖的密封沿3-1装配在凸环和清除器之间；凸环的厚度b越小越好。金属材料时，可以小于0.5毫米；塑料件时，小于3毫米，1毫米左右比较好；高度f大于2毫米，4-8毫米比较好，允许情况下越大越好。如果凸环的高度f小于3毫米，凸环转动时会形成一定的万有引力，影响密封效果；小于2毫米，密封效果渐次；小于1毫米时，形成的万有引力就会将污染物源源不断的吸引到迷宫式密封结构中；与密封盖之间设计的间隙c越小越好，最小0.2毫米，最大2毫米，0.2-0.5(毫米)比较好；密封盖3装配后，密封沿3-1长度尺寸必须盖过(超过)凸环4的外侧面(图12和图13的a处)0.3毫米以上。如果密封盖的密封沿盖不住凸环的外侧面，后来的污染物就会对前面的污染物产生一种接续的推力，使污染物源源不断往迷宫式密封内延伸。另外，盖过的长度a大小不会改变设计的间隙，不影响密封效果，因此，装配十分方便，保证了密封的可靠性；凸环4的内侧面与密封盖底部的距离(图12和13的d处)最小2毫米，5-10毫米比较好，允许情况下越高越好。如果凸环的内侧面距离密封盖底部的高度小于2毫米，凸环转动时，间隙中就会形成一定的万有引力，影响密封效果。如果小于1毫米，无论间隙中是否填充润滑脂，填充的量多少，水和粉尘都会“毫不犹豫”的源源不断的往迷宫式密封内延伸。

密封盖3的密封沿盖住凸环4后，凸环4随着密封圈5转动时，圆周和密封盖3的密封沿3-1内壁之间相对运动的面积很小，因此，形成的万有引力很小。并且，由于凸环4距离密封盖底部的距离d比较远，凸环4根部与密封沿3-1内壁之间的距离f也比较远，万有引力就会中断。污染物延伸过凸环4与密封盖3的密封沿3-1内壁的相邻面后，随着万有引力的中断而停止延伸。

轴承到轴承座支撑钢管的距离(力臂)e比较小，增加了轴承座的受力强度。

图13是斜度密封盖托辊装配结构图，图13中密封盖3上部做成斜面14形状，如图13中标号14所示。这样，在托辊水平安装使用时，一旦进入了水，遇到斜坡时就会倒流回来，不再向前延伸。

(FR2175477A)的专利文件中，公开了一种带有凸圆的密封。该技术的主要目的，是防止托辊在静止状态，污染物进入密封结构中。但是，凸圆的厚度大，高度低，凸圆与密封盖之间的相邻面大，与密封盖底部的距离小，密封盖也没有盖过凸圆的外侧。凸圆转动时与密封盖内壁和侧面之间均会形成万有引力，吸引水或者粉尘往迷宫式密封结构内延伸，继而污染轴承。其结构与工作原理与本技术有根本的区别。

还有公开一种也叫改向密封(凸环)结构(US4972939A)技术，是在迷宫式密封的内部设置一个弹性的改向(凸环)密封，将迷宫式密封又改变为轻微摩擦的接触式密封结构。孰知该结构不但增加了托辊的旋转阻力，而且效果非常差。因为如果不能将进入密封中的污染物排出去，很快就会将密封涨满卡死，使托辊不能转动。其结构存在很大的漏洞。

众所周知，迷宫式密封的间隙越大，密封的效果越差。因此，该行业的技术人员为了取得好的密封效果，尽量缩小迷宫式密封的间隙和延长(增加)迷宫的距离。都认为间隙越小，迷宫越长(越多)，密封的效果越好。孰不知，这是迷宫式密封原理的一个很大的误区。本申请人经过长时间试验，证明迷宫式密封的间隙越小，连续的越长，转动时产生的万有引力越大，污染物延伸的速度也就越快。只要污染物通过了第一道迷宫，而万有引力没有中断，就会一直比较快的延伸，多么长的迷宫密封都是无用的。因此，利用改变密封间隙的最外侧位置、大小、长度，结构或者形状等方法设计的迷宫式密封，污染物进入或延伸的速度以及最终污染到轴承的时间虽有所区别但都不理想，况且很多延长污染轴承时间的方法，是在小的密封间隙、长的迷宫结构中填充大量润滑脂，用大幅增加托辊的旋转阻力换来的。也就是说，迷宫式密封间隙小比间隙大的密封综合效果好不了太多。因此，本专利申请人采用在凸环4最外侧环面与密封盖的密封沿3-1内壁面之间形成的小间隙，构成最外侧(第一道)阻挡的迷宫式密封方法，利用密封盖的密封沿3-1内壁与凸环4圆周的小相邻面(图12和13中b的宽度小)、与凸环底部的大距离(f的高度大)，以及凸环内侧面紧邻的大空腔13(图12和13中标号13处，该大空腔的大小由凸环4的内侧面与密封盖底部的距离d和凸环的高度f两个尺寸来决定。一般d和f都大于2毫米，d为5-10(毫米)、f为4-8(毫米)比较好，而且越大越好)相结合的迷宫式密封结构，使凸环4转动时形成的万有引力最小(图12和13中的b越小，f和d越大，凸环转动时形成的万有引力越小，密封效果就越好)，污染物到达大空腔之前时能够自然中断，才能收到污染物延伸很慢，在万有引力中断后停止延伸，不污染托辊轴承的理想密封效果。综上所述，需要着重说明的是，迷宫式密封必须能够在最外侧的密封处(即凸环4圆周面处)中断万有引力，使污染物停止延伸。否则，污染物从最外侧的密封进入后就不能够再退出来，这时候再进行阻挡或其它设置就没有意义了。污染物不是将密封涨满卡死，就是将轴承卡死，即使在密封间隙中填充多或少的润滑脂也无济于事。这就是传统迷宫式密封存在的通病。利用最外侧小间隙阻挡、紧邻大空腔中断万有引力、使污染物在最外侧迷宫式密封处停止延伸的方法，也是自从迷宫式密封应用以来的首次原理性发现。该迷宫式密封结构不仅限于本专利申请的托辊结构，还可适用于其它类似结构的转动装置。如果是直径比较大的转动装置，密封结构中a、b、d、f的尺寸都需要增大。

如图12和图13所示，在凸环4与密封盖3的密封沿相邻面的内侧，涂有润滑脂，用以填补两者相邻面的间隙是公知的，因为润滑脂可利用自身的粘度形成一道“阻挡墙”儿来阻挡污染物进入密封结构。经申请人试验发现，密封中填充润滑脂的多少，对托辊的旋转阻力是有很大影响的。对于淋水和粉尘形成的污染物，该密封结构在凸环4内侧面与密封盖3的密封沿3-1相邻面处涂少量的润滑脂，就可起到很好的阻挡作用。由于紧邻凸环4内侧面是大空腔13，只有挨着凸环4的润滑脂随着凸环的转动而活动，远处的润滑脂在凸环转动时处于静止状态，因此，“阻挡墙”11的形状大部分能够保证不变，对在万有引力小、延伸趋势微弱的淋水和粉尘能起到很好的阻挡作用。另外，淋水或者粉尘通过凸环4与密封盖3的密封沿3-1相邻面处时，随着万有引力的中断和“阻挡墙”11的阻挡作用，也就停止向前延伸，处于静止状态。因此，大空腔13中“阻挡墙”11的另一个突出的特点是，由于其与凸环4的接触面小，对凸环转动时产生粘着阻力很小，对托辊旋转阻力的影响就很小。利用该迷宫式密封结构和上述的托辊管体两端轴承座同心度高生产的托辊，经过测试旋转阻力为0.65N-1.35N(我们国家和国际上目前的托辊标准中旋转阻力的指标为2.5N-3.5N)，轴承可以始终保持良好的润滑。托辊中轴承的使用寿命均达到15万小时左右(载荷不同，寿命有所区别)，如果托辊管体的耐磨、耐腐蚀和锈蚀性能也得到保证，那么，在各种污染环境中使用本技术，就可以摘掉传统托辊“易损件的帽子”。并且，大幅度减小带式输送机胶带的磨损、能源的损耗、维修的费用、噪音的污染、滚筒的磨损和各种潜在的事故隐患，使综合经济效益和社会效益得到显著提高。

当托辊需要浸水使用时，可以在凸环4与密封盖3底部之间的大空腔13处，填充满润滑脂。由于大部分润滑脂距离凸环4比较远，凸环转动时大部分润滑脂处于静止状态，能够起到很好的阻挡水的作用。使水在压力不大的情况下，进入密封的速度也很慢，几乎是零。经过测试，当大空腔中填充满润滑脂时，托辊的旋转阻力也不超过1.5N。

托辊装配结构图只叙述一端，另一端结构是相同的。

Claims

1.一种托辊，包括托辊管体(1)、托辊轴(7)、轴承座(2)和托辊管体两端的迷宫式密封结构，迷宫式密封结构包括密封圈(5)和密封盖(3)；其特征是：轴承座上沿带有定位的法兰边(12)，轴承座涂抹密封胶后，采用过盈配合的方法压入托辊管体(1)的两端；在密封圈上设有凸环(4)和清除器(9)；密封盖的密封沿(3-1)装配在凸环和清除器之间；凸环的厚度(b)为0.1-3毫米，高度(f)为2-50毫米，凸环外圆周与密封盖密封沿(3-1)之间的间隙(c)为0.2-2毫米，凸环内侧面与密封盖底部的距离(d)为2-50毫米。

2.根据权利要求1所述的托辊，其特征是：密封盖装配后，密封沿(3-1)底面超过凸环(4)的外侧面长度(a)大于0.3毫米。

3.根据权利要求1所述的托辊，其特征是：清除器(9)是一个以上的凸柱体。

4.根据权利要求1所述的托辊，其特征是：轴承座采用工程塑料制造，托辊管体为塑料注射成型管，过盈配合量为0.1-0.3毫米。

5.根据权利要求1所述的托辊，其特征是：轴承座采用钢板冲压制造、铸铁制造、铝合金制造或者碳钢材料制造，托辊管体为高频电焊钢管，过盈配合量为0.2-0.7毫米。

6.根据权利要求1所述的托辊，其特征是：密封圈呈M形过盈装配到轴承座上，其与轴承座对应面之间形成一个比较大的空间储藏室(10)；密封圈上的凸环内侧面与密封盖的密封沿(3-1)相邻面处涂有润滑脂(11)，密封盖(3)过盈装配到托辊轴(7)上。

7.根据权利要求1所述的托辊，其特征是：托辊管体(1)两端只需要加工端面和内倒角。

8.根据权利要求7所述的托辊，其特征是：密封盖密封沿(3-1)的上部呈斜度面(14)。

9.根据权利要求1所述的托辊，其特征是：装配时金属轴承座与托辊钢管管体接触面涂有密封胶，密封圈与轴承座的接触面也涂有密封胶。

10.根据权利要求1所述的托辊，其特征是：凸环(4)与密封圈(5)采用两体紧固连接和一体制作两种方法制造。