皮带输送机滚筒用免维护轴承的结构设计

王朋伟，贾松阳，范强

(1.洛阳LYC轴承有限公司，河南 洛阳 471039；2.航空精密轴承国家重点实验室，河南 洛阳 471039)

皮带输送机是重要的散装物料运输设备，广泛应用于港口、矿山、码头、建筑、化工、物流输送等领域,调心滚子轴承是皮带输送机滚筒的重要零部件，其故障在皮带运输机故障中占有很大比例[1-4]。一般将调心滚子轴承装在整体式轴承座内，其结构是普通开放式(无密封圈),轴承靠轴承座进行密封，安装时向轴承座里注入润滑脂进行润滑。某钢厂有总长约60 km的带式输送线路、400余架输送机、3 000多支滚筒，现场工况恶劣，粉尘等异物较多，轴承润滑维护周期短且维护困难，轴承损耗率较高,故有必要开发免维护的皮带输送机滚筒用轴承结构。

1 设计要求

针对皮带输送机滚筒用轴承损耗率高、维护困难、维护成本高的问题，提出如下设计要求：1)滚筒寿命周期内轴承免维护，滚筒下线维护时更换轴承，采用调心滚子轴承和整体式轴承座整体更换方式；2)轴承和轴承座既要满足轴承自动调心功能，又要保证密封可靠，还需自带润滑油孔。

2 初始设计方案及存在的问题

2.1 初始方案

根据设计要求，将调心滚子轴承装在整体式轴承座内，调心滚子轴承与轴承座组成的整体结构如图1所示。该方案轴承座采用带有迷宫式密封+骨架油封的双重密封结构。迷宫式密封结构如图2所示，挡圈和透盖的结构尺寸根据机械设计手册设计[5]，轴向及径向均存在一定的间隙，从而形成错列形迷宫密封。其径向间隙e通过两者端面槽的径向尺寸控制，轴向间隙f通过安装螺钉的位置控制。根据经验，间隙值的选取见表1。骨架油封结构如图3所示，其结构尺寸根据机械设计手册设计。

图1 整体结构

图2 迷宫式密封结构

表1 间隙值

图3 骨架油封结构

2.2 存在的问题

使用中发现轴承在寿命周期内仍出现失效，分析认为存在以下原因：1)轴承座内部空间较大，油脂被滚子挤出滚道后难以返回滚道，且长期未补充新脂。轴承缺油或油脂老化会造成润滑不足，滚道与滚子表面出现干摩擦；2)皮带输送机运输的矿粉、煤、焦炭等粉尘颗粒侵入轴承内部，造成磨粒磨损；3)轴承运转时，轴承座内部形成负压，密封不能有效防止外部灰尘及雨水的侵入，造成润滑脂失效，轴承锈蚀。

3 改进方案

对调心滚子轴承增加密封结构，并将轴承座改为上下剖分结构。

3.1 密封圈设计

轴承在使用过程中要实现调心功能，若采取普通的密封结构，内外圈发生错位时外部异物会进入轴承内部，起不到良好的密封作用。故采用如图4所示的双唇密封结构，该结构优点：1)起双重保护作用,主、副唇之间会形成环形空腔，既可缓冲压力，又可储存润滑脂,阻止内部润滑脂泄漏和外部杂质侵入；2)内滚道表面粗糙度值较小，密封唇与内滚道接触时密封唇磨损小，可延长密封寿命；3)轴承正常工作时主唇起主要密封作用，调心时内外圈发生错位，密封圈也跟着旋转，主、副唇同时起密封作用，如图5所示。

图4 带双唇式密封的调心滚子轴承

图5 双唇密封状态

设计中应注意：1)双唇过盈量的选择，一般主唇过盈量取0.15～0.25 mm，副唇过盈量适当减小30%～50%。若过盈量太小，达不到密封效果且易产生油脂泄漏；过盈量太大，轴承的能耗提高，温升较高，唇口橡胶磨损较严重，密封寿命降低[6]；2)密封圈骨架材质均匀,有良好刚度，表面防锈处理，橡胶与骨架均匀贴合牢固,密封圈的形状和尺寸精度应保证双唇与内圈滚道的过盈量；3)为保证轴承内、外圈发生偏移或轴承轴向窜动时保持架端面与密封不发生干涉，应适当调整轴承设计主参数，使密封圈与保持架之间存在一定的间隙，最小间隙为4 mm。

3.2 轴承座结构设计

带密封调心滚子轴承安装时，轴承首先安装在轴上，再安装轴承座。安装轴承座时，轴承座与外圈接触，外圈会发生偏移，轴承密封圈容易脱落、损坏，故需对轴承座结构进行改进。现采用剖分式轴承座结构[7]，在安装时，下部分轴承座支承轴承，上部分轴承座从轴承正上方安装，用螺钉固定，可有效防止轴承密封圈的脱落、损坏。

4 结束语

设计了一种皮带输送机滚筒用免维护轴承结构，轴承座采用上下剖分座体且带有迷宫式密封+骨架油封双重密封的结构，调心滚子轴承也有自身密封结构，滚筒下线维护时更换整体结构，实现免维护的目的。经验证，该结构轴承使用效果良好，达到了免维护的效果，轴承年损耗量减少近50%，维护成本降低近70%，满足设计要求。