CN107738888B - 抗腐防尘特殊工况下皮带运输机滚筒轴的新型密封装置 - Google Patents
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Abstract
抗腐防尘特殊工况下皮带运输机滚筒轴的新型密封装置，包括滚筒和滚筒轴，左第一连接座和右第一连接座的结构相同且左右对称，右第一连接座包括沿轴向从左向右依次设置的内端盖和第一轴承座，第一轴承座上沿轴向从左向右依次设有第一轴承安装部和第一密封部，第一密封部上设有第一磁流变液曲路密封结构，滚筒轴的左右两个端部设有左第二连接座和右第二连接座，右第二连接座包括第二轴承座和轴承端盖，第二轴承座上沿轴向从内向外依次设有第二密封部和第二轴承安装部，第二密封部上设有第二磁流变液曲路密封结构。本发明通过采用磁流变液曲路密封结构，变接触式密封为非接触式密封，避免密封件磨损影响滚筒轴的密封效果，延长滚筒轴的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及机械密封技术领域，尤其涉及煤矿设备中皮带运输机滚筒轴的旋转密封。
背景技术
皮带运输机是煤矿运输中的重要设备之一，而滚筒又是该机的重要部件和组成部分。针对煤矿皮带运输机滚筒，尤其是皮带运输机的机尾滚筒配件更换频繁，设备故障率高的问题，分析了机尾滚筒的使用工况及主要的密封结构。
煤炭井下运输过程中，处于皮带运输机下端的机尾改向滚筒，由于井下工况限制，其长时间浸泡在水、煤、泥等混合物中，因此对滚筒的密封结构和使用寿命有很高的要求。目前传统改向滚筒大多是旋转密封结构形式，在轴承端盖与轴配合处采用骨架油封或毛毡等密封形式，骨架油封因长时间的旋转摩擦，以及粉尘等介质的加速磨损会使其失去密封作用，最终致使滚筒无法正常工作。其主要失效形式表现有：(1) 密封结构失效：现有的改向滚筒密封结构较为简单，采用毡圈密封或者骨架油封进行密封，而这种密封属于接触式密封，密封件与接触件之间具有相对旋转运动，在使用过程中，密封件磨损速度较快，同时由于井下的水煤泥具有较高的酸碱性，这就使密封件发生腐蚀硬化的速度加快，降低密封件的使用寿命，导致密封结构很快失效；(2) 轴承失效：滚筒轴承的失效主要是由滚筒密封结构失效引起，当滚筒密封结构失效后，将造成润滑脂或润滑油流失，水煤泥进入轴承中，加剧轴承磨损，最终导致滚筒无法正常工作。
更换一次滚筒还需对皮带运输机的输送带重新进行牵力调整、张力调整和运行调偏的工作。所以改向滚筒的损坏不单是本身的问题，还会影响到皮带运输机的安全运行，影响到工作面的连续出煤，降低采掘系统的开机率。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供了一种抗腐防尘特殊工况下皮带运输机滚筒轴的新型密封装置，通过采用磁流变液曲路密封结构，变接触式密封为非接触式密封，避免密封件磨损影响滚筒轴的密封效果，延长滚筒轴的使用寿命，降低配件更换频率，提高工作效率。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：抗腐防尘特殊工况下皮带运输机滚筒轴的新型密封装置，包括滚筒和滚筒轴，滚筒的左右两端沿周向向内各固定连接有一个辐板，两个辐板分别固定连接有与辐板同轴的左第一连接座和右第一连接座，左第一连接座和右第一连接座的结构相同且左右对称，滚筒轴通过第一滚动轴承转动连接在左第一连接座和右第一连接座内；
右第一连接座包括沿轴向从左向右依次设置的内端盖和第一轴承座，内端盖的中心开设有用于滚筒轴穿过的通孔，内端盖的右侧外圈沿周向设有第一连接法兰，第一轴承座上沿轴向从左向右依次设有第一轴承安装部和第一密封部，第一轴承安装部的右侧外圈沿周向设有第二连接法兰，第一轴承座、内端盖和辐板之间通过从右向左依次穿过第二连接法兰、第一连接法兰和辐板的第一螺钉可拆卸固定连接，第一滚动轴承安装在第一轴承安装部内的左侧并由内端盖限位，第一密封部上设有第一磁流变液曲路密封结构；
滚筒轴的左右两个端部设有左第二连接座和右第二连接座，左第二连接座和右第二连接座的结构相同且左右对称，右第二连接座包括第二轴承座和轴承端盖，轴承端盖通过第二螺钉安装在第二轴承座的右侧端面上，第二轴承座上沿轴向从内向外依次设有第二密封部和第二轴承安装部，第二轴承安装部内安装有第二滚动轴承，滚筒轴的端部通过第二滚动轴承与第二轴承座转动连接，第二密封部上设有第二磁流变液曲路密封结构。
右侧的第一磁流变液曲路密封结构与右侧的第二磁流变液曲路密封结构的结构相同且左右对称，右侧的第一磁流变液曲路密封结构包括环形压盖、密封圆环、压注油杯、电磁铁、换向器和电刷，环形压盖上设有同轴向固定连接的套接部和注液部，套接部的左侧外圈沿周向设有第三连接法兰，右侧的第一磁流变液曲路密封结构的环形压盖与第一轴承安装部通过从右向左穿过第三连接法兰的第三螺钉可拆卸固定连接，右侧的第二磁流变液曲路密封结构的环形压盖与第二轴承安装部通过从左向右穿过第三连接法兰的第三螺钉可拆卸固定连接；右侧的第一磁流变液曲路密封结构的电磁铁套设在第一密封部的外圆周面与套接部的内圆周面之间，右侧的第二磁流变液曲路密封结构的电磁铁套设在第二密封部的外圆周面与套接部的内圆周面之间；第一密封部和第二密封部内均设有用于安装密封圆环的环槽，密封圆环安装在环槽内并固定在滚筒轴上，密封圆环的外圈与环槽之间设有用于填充磁流变液的储液腔，换向器安装在注液部的外圆周面上，电刷与换向器的接触片接触，电刷通过导线外接有直流电源，换向器与电磁铁通过导线连接，注液部的右侧端部上开设有油杯安装槽，压注油杯安装在油杯安装槽内，注液部内设有注液通道，注液通道的进口端与油杯安装槽连通，注液通道的出口端与储液腔连通。
所述储液腔沿轴向的左右两侧各设有一个第一骨架油封，其中一个第一骨架油封沿周向安装在滚筒轴外圆与第一密封部内圆或第二密封部内圆之间，另一个第一骨架油封沿周向安装在滚筒轴外圆与环形压盖的注液部内圆之间。
所述密封圆环通过周向布置的紧定螺钉固定连接在滚筒轴上，密封圆环上位于紧定螺钉左右两侧的内圆周面与滚筒轴外圆之间分别安装有第一胶圈，第一密封部沿轴向的右侧端部安装有第二胶圈，第二胶圈位于注液通道出口端的径向外侧。
所述密封圆环为迷宫密封环，第一密封部和第二密封部的环槽内分别设有与迷宫密封环的各环形密封齿相适配的若干齿槽，迷宫密封环与环槽的齿槽合围成的储液腔的轴向截面呈曲路形状。
内端盖与滚筒轴穿过通孔的轴段之间安装有第二骨架油封。
第一连接法兰和辐板之间、第二连接法兰和第一连接法兰之间、第一轴承座与第一磁流变液曲路密封结构中的第三连接法兰之间、第二轴承座与第二磁流变液曲路密封结构中的第三连接法兰之间以及第二轴承座与轴承端盖之间均设有调整垫片。
第一轴承座和第二轴承座均包括上下两个半轴承座，第一轴承座或第二轴承座的两个半轴承座之间通过螺栓固定连接，两个半轴承座的接触面之间设有密封垫片。
第一滚动轴承为调心球轴承，第二滚动轴承为深沟球轴承。
采用上述技术方案，本发明具有以下优点：
本发明中的环形压盖用于固定电磁铁，并与密封圆环和环槽构成储液腔。滚筒运转前，通过压注油杯将磁流变液注入到储液腔中；滚筒运转后，电流从外接的直流电源通过电刷和换向器传导至电磁铁，为电磁铁提供持续电流，使得电磁铁持续产生磁场，位于磁场内的磁流变液在磁场的作用下发生流变而具有较佳的抗剪切变形能力，同时，由于其流变后的剪切屈服强度与磁场强度具有稳定的对应关系，因此，通过适应性改变外接的直流电源大小调整电磁铁的输入电流，可改变磁流变液所需的工作磁场强度，进而改变磁流变液的屈服强度和抗剪切变形能力，使该磁流变液曲路密封结构成为具有一定耐压特性的保护密封结构。
本发明中迷宫密封环与环槽的齿槽合围成的储液腔的轴向截面呈曲路形状。采用此种曲路结构，在磁场作用下，磁流变液可在该具有曲路结构的储液腔内形成多个密封环，可实现多重密封，增强密封性能，同时，该曲路结构又属于机械密封中一种非接触密封结构，本身就具有节流降压的功能，故可起到辅助密封的作用。
储液腔两侧的第一骨架油封对储液腔进行密封，防止储液腔内的磁流变液泄漏，同时防止外物浸入储液腔内污染磁流变液；内端盖与滚筒轴之间的第二骨架油封可防止轴承润滑油外漏；位于注液通道出口端径向外侧的第二胶圈可防止磁流变液从注液通道的出口端漏出。
本发明中的调整垫片可调整轴承端盖与轴承座之间的距离，从而调整滚筒轴在轴承座中的间隙大小，还能起到减震耐磨、抗腐蚀和密封的作用；上下两个半轴承座的接触面之间设置的密封垫片，可防止磁流变液或轴承润滑油外漏。
本发明充分发挥了磁流变密封结构的优势，利用磁流变液在磁场中具有较大抗剪切变形的能力这一特性，把本应该在结构的各接触面处截断流体各处流动通道的解决途径，例如在接触件之间安装密封件，转化为在密封结构中的磁流变液内部形成的磁流变剪切阵面处截断，即变接触式密封为非接触式密封。本发明的磁流变液曲路密封结构取代密封件截断流动通道，由磁流变液内部承受剪切力，避免了密封件接触面间的滑动摩擦，进而避免因采用接触式密封而造成的密封件磨损，有效地提高了滚筒轴的密封效果，延长了滚筒轴的使用寿命，避免频繁更换滚筒配件，进而避免对皮带运输机的输送带重新进行牵力调整、张力调整或运行调偏的工作，提高工作效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中A处的局部放大图；
图3是图2中第一轴承座的结构示意图。
具体实施方式
如图1至图3所示，以图1的左向为本发明的左向，即以图1中滚筒轴的轴线所在方位为本发明的左右水平方向，以滚筒轴外圆到滚筒内圆的径向方向为从内向外的方向，本发明的抗腐防尘特殊工况下皮带运输机滚筒轴的新型密封装置，包括滚筒1和滚筒轴2，滚筒1的左右两端沿周向向内各固定连接有一个辐板3，辐板3焊接在滚筒1上，两个辐板3分别固定连接有与辐板3同轴的左第一连接座和右第一连接座，左第一连接座和右第一连接座的结构相同且左右对称，滚筒轴2通过第一滚动轴承4转动连接在左第一连接座和右第一连接座内；
右第一连接座包括沿轴向从左向右依次设置的内端盖5和第一轴承座6，内端盖5的中心开设有用于滚筒轴2穿过的通孔，内端盖5的右侧外圈沿周向设有第一连接法兰51，第一轴承座6上沿轴向从左向右依次设有第一轴承安装部61和第一密封部62，第一轴承安装部61的右侧外圈沿周向设有第二连接法兰63，第一轴承座6、内端盖5和辐板3之间通过从右向左依次穿过第二连接法兰63、第一连接法兰51和辐板3的第一螺钉7可拆卸固定连接，第一滚动轴承4安装在第一轴承安装部61内的左侧并由内端盖5限位，第一密封部62上设有第一磁流变液曲路密封结构；
滚筒轴2的左右两个端部设有左第二连接座和右第二连接座，左第二连接座和右第二连接座的结构相同且左右对称，右第二连接座包括第二轴承座8和轴承端盖9，轴承端盖9通过第二螺钉10安装在第二轴承座8的右侧端面上，第二轴承座8上沿轴向从左向右依次设有第二密封部81和第二轴承安装部82，第二轴承安装部82内安装有第二滚动轴承11，滚筒轴2的端部通过第二滚动轴承11与第二轴承座8转动连接，第二密封部81上设有第二磁流变液曲路密封结构。
右侧的第一磁流变液曲路密封结构与右侧的第二磁流变液曲路密封结构的结构相同且左右对称，右侧的第一磁流变液曲路密封结构包括环形压盖12、密封圆环13、压注油杯14、电磁铁15、换向器16和电刷17，环形压盖12上设有同轴向固定连接的套接部18和注液部19，套接部18的左侧外圈沿周向设有第三连接法兰20，右侧的第一磁流变液曲路密封结构的环形压盖12与第一轴承安装部61通过从右向左穿过第三连接法兰20的第三螺钉21可拆卸固定连接，右侧的第二磁流变液曲路密封结构的环形压盖12与第二轴承安装部82通过从左向右穿过第三连接法兰20的第三螺钉21可拆卸固定连接；右侧的第一磁流变液曲路密封结构的电磁铁15套设在第一密封部62的外圆周面与套接部18的内圆周面之间，右侧的第二磁流变液曲路密封结构的电磁铁15套设在第二密封部81的外圆周面与套接部18的内圆周面之间；第一密封部62和第二密封部81内均设有用于安装密封圆环13的环槽22，密封圆环13安装在环槽22内并固定在滚筒轴2上，密封圆环13的外圈与环槽22之间设有用于填充磁流变液的储液腔23，换向器16安装在注液部19的外圆周面上，电刷17固连在外设机架上，电刷17与换向器16的接触片接触，电刷17通过导线外接有直流电源，换向器16与电磁铁15通过导线连接，注液部19的右侧端部开设有油杯安装槽24，压注油杯14安装在油杯安装槽24内，注液部19内设有注液通道25，注液通道25的进口端与油杯安装槽24连通，注液通道25的出口端与储液腔23连通。环形压盖12用于固定电磁铁15，并与密封圆环13和环槽22构成储液腔23。
所述储液腔23沿轴向的左右两侧各设有一个第一骨架油封26，其中一个第一骨架油封26沿周向安装在滚筒轴2外圆与第一密封部62内圆或第二密封部81内圆之间，另一个第一骨架油封26沿周向安装在滚筒轴2外圆与环形压盖12的注液部19内圆之间。储液腔23两侧的第一骨架油封26对储液腔23进行密封，防止储液腔23内的磁流变液泄漏，同时防止外物浸入储液腔23内污染磁流变液。
所述密封圆环13通过周向布置的紧定螺钉27固定连接在滚筒轴2上，密封圆环13上位于紧定螺钉27左右两侧的内圆周面与滚筒轴2外圆之间分别安装有第一胶圈28，第一密封部62沿轴向的右侧端部安装有第二胶圈29，第二胶圈29位于注液通道25出口端的径向外侧。第二胶圈29可防止磁流变液从注液通道25的出口端漏出。
所述密封圆环13为迷宫密封环，第一密封部62和第二密封部81的环槽22内分别设有与迷宫密封环的各环形密封齿相适配的若干齿槽，迷宫密封环与环槽22的齿槽合围成的储液腔23的轴向截面呈曲路形状。采用此种曲路结构，在磁场作用下，磁流变液可在该具有曲路结构的储液腔23内形成多个密封环，可实现多重密封，增强密封性能，同时，该曲路结构又属于机械密封中一种非接触密封结构，本身就具有节流降压的功能，故可起到辅助密封的作用。
内端盖5与滚筒轴2穿过通孔的轴段之间安装有第二骨架油封30。第二骨架油封30可防止轴承润滑油外漏。
第一连接法兰51和辐板3之间、第二连接法兰63和第一连接法兰51之间、第一轴承座6与第一磁流变液曲路密封结构中的第三连接法兰20之间、第二轴承座8与第二磁流变液曲路密封结构中的第三连接法兰20之间以及第二轴承座8与轴承端盖9之间均设有调整垫片31。调整垫片31可调整轴承端盖9与轴承座之间的距离，从而调整滚筒轴2在轴承座中的间隙大小，还能起到减震耐磨、抗腐蚀和密封的作用。
第一轴承座6和第二轴承座8均包括上下两个半轴承座，第一轴承座6或第二轴承座8的两个半轴承座之间通过螺栓固定连接，两个半轴承座的接触面之间设有密封垫片。密封垫片可防止磁流变液或轴承润滑油外漏。密封垫片为现有常规技术，图中并未示出。
第一滚动轴承4为调心球轴承，第二滚动轴承11为深沟球轴承。
工作过程：滚筒1运转前，通过压注油杯14将磁流变液注入到储液腔23中；滚筒1运转后，电刷17固连在外设机架上，故其不动，换向器16随滚筒1的转动而转动，电流从外接的直流电源通过电刷17和换向器16传导至电磁铁15，为电磁铁15提供持续电流，使得电磁铁15持续产生磁场，位于磁场内的磁流变液在磁场的作用下发生流变而具有较佳的抗剪切变形能力，同时，由于其流变后的剪切屈服强度与磁场强度具有稳定的对应关系，因此，通过适应性改变外接的直流电源大小调整电磁铁15的输入电流，改变磁流变液所需的工作磁场强度，可改变磁流变液的屈服强度和抗剪切变形能力，使该磁流变液曲路密封结构成为具有一定耐压特性的保护密封结构。
利用磁流变液在磁场中具有较大抗剪切变形的能力这一特性，把本应该在结构的各接触面处截断流体各处流动通道的解决途径，例如在接触件之间安装密封件，转化为在密封结构中的磁流变液内部形成的磁流变剪切阵面处截断，即变接触式密封为非接触式密封，本发明的磁流变液曲路密封结构取代密封件截断流动通道，由磁流变液内部承受剪切力，减少了密封件接触面间的滑动摩擦，避免了因采用接触式密封而造成的密封件磨损。
所述磁流变液、压注油杯14、电磁铁15、换向器16、电刷17、第一骨架油封26、第二骨架油封30、迷宫密封环、调整垫片31和密封垫片均为现有常规装置，具体结构不再详述。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (7)
1.抗腐防尘特殊工况下皮带运输机滚筒轴的新型密封装置，包括滚筒和滚筒轴，其特征在于：滚筒的左右两端沿周向向内各固定连接有一个辐板，两个辐板分别固定连接有与辐板同轴的左第一连接座和右第一连接座，左第一连接座和右第一连接座的结构相同且左右对称，滚筒轴通过第一滚动轴承转动连接在左第一连接座和右第一连接座内；
右第一连接座包括沿轴向从左向右依次设置的内端盖和第一轴承座，内端盖的中心开设有用于滚筒轴穿过的通孔，内端盖的右侧外圈沿周向设有第一连接法兰，第一轴承座上沿轴向从左向右依次设有第一轴承安装部和第一密封部，第一轴承安装部的右侧外圈沿周向设有第二连接法兰，第一轴承座、内端盖和辐板之间通过从右向左依次穿过第二连接法兰、第一连接法兰和辐板的第一螺钉可拆卸固定连接，第一滚动轴承安装在第一轴承安装部内的左侧并由内端盖限位，第一密封部上设有第一磁流变液曲路密封结构；
滚筒轴的左右两个端部设有左第二连接座和右第二连接座，左第二连接座和右第二连接座的结构相同且左右对称，右第二连接座包括第二轴承座和轴承端盖，轴承端盖通过第二螺钉安装在第二轴承座的右侧端面上，第二轴承座上沿轴向从内向外依次设有第二密封部和第二轴承安装部，第二轴承安装部内安装有第二滚动轴承，滚筒轴的端部通过第二滚动轴承与第二轴承座转动连接，第二密封部上设有第二磁流变液曲路密封结构；
右侧的第一磁流变液曲路密封结构与右侧的第二磁流变液曲路密封结构的结构相同且左右对称，右侧的第一磁流变液曲路密封结构包括环形压盖、密封圆环、压注油杯、电磁铁、换向器和电刷，环形压盖上设有同轴向固定连接的套接部和注液部，套接部的左侧外圈沿周向设有第三连接法兰，右侧的第一磁流变液曲路密封结构的环形压盖与第一轴承安装部通过从右向左穿过第三连接法兰的第三螺钉可拆卸固定连接，右侧的第二磁流变液曲路密封结构的环形压盖与第二轴承安装部通过从左向右穿过第三连接法兰的第三螺钉可拆卸固定连接；右侧的第一磁流变液曲路密封结构的电磁铁套设在第一密封部的外圆周面与套接部的内圆周面之间，右侧的第二磁流变液曲路密封结构的电磁铁套设在第二密封部的外圆周面与套接部的内圆周面之间；第一密封部和第二密封部内均设有用于安装密封圆环的环槽，密封圆环安装在环槽内并固定在滚筒轴上，密封圆环的外圈与环槽之间设有用于填充磁流变液的储液腔，换向器安装在注液部的外圆周面上，电刷与换向器的接触片接触，电刷通过导线外接有直流电源，换向器与电磁铁通过导线连接，注液部的右侧端部上开设有油杯安装槽，压注油杯安装在油杯安装槽内，注液部内设有注液通道，注液通道的进口端与油杯安装槽连通，注液通道的出口端与储液腔连通；
第一轴承座和第二轴承座均包括上下两个半轴承座，第一轴承座或第二轴承座的两个半轴承座之间通过螺栓固定连接，两个半轴承座的接触面之间设有密封垫片。
2.根据权利要求1所述的抗腐防尘特殊工况下皮带运输机滚筒轴的新型密封装置，其特征在于：所述储液腔沿轴向的左右两侧各设有一个第一骨架油封，其中一个第一骨架油封沿周向安装在滚筒轴外圆与第一密封部内圆或第二密封部内圆之间，另一个第一骨架油封沿周向安装在滚筒轴外圆与环形压盖的注液部内圆之间。
3.根据权利要求1所述的抗腐防尘特殊工况下皮带运输机滚筒轴的新型密封装置，其特征在于：所述密封圆环通过周向布置的紧定螺钉固定连接在滚筒轴上，密封圆环上位于紧定螺钉左右两侧的内圆周面与滚筒轴外圆之间分别安装有第一胶圈，第一密封部沿轴向的右侧端部安装有第二胶圈，第二胶圈位于注液通道出口端的径向外侧。
4.根据权利要求1所述的抗腐防尘特殊工况下皮带运输机滚筒轴的新型密封装置，其特征在于：所述密封圆环为迷宫密封环，第一密封部和第二密封部的环槽内分别设有与迷宫密封环的各环形密封齿相适配的若干齿槽，迷宫密封环与环槽的齿槽合围成的储液腔的轴向截面呈曲路形状。
5.根据权利要求1所述的抗腐防尘特殊工况下皮带运输机滚筒轴的新型密封装置，其特征在于：内端盖与滚筒轴穿过通孔的轴段之间安装有第二骨架油封。
6.根据权利要求1所述的抗腐防尘特殊工况下皮带运输机滚筒轴的新型密封装置，其特征在于：第一连接法兰和辐板之间、第二连接法兰和第一连接法兰之间、第一轴承座与第一磁流变液曲路密封结构中的第三连接法兰之间、第二轴承座与第二磁流变液曲路密封结构中的第三连接法兰之间以及第二轴承座与轴承端盖之间均设有调整垫片。
7.根据权利要求1所述的抗腐防尘特殊工况下皮带运输机滚筒轴的新型密封装置，其特征在于：第一滚动轴承为调心球轴承，第二滚动轴承为深沟球轴承。
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