• Лабиринтные уплотнения подшипников конвейерного ролика

  • Собственное производство

  • Экспресс-доставка по РФ и СНГ

Анализ конструкций уплотнений роликов конвейеров работающих в условиях запыленной среды

21 марта 2017 12:30

Аннотация.  В статье проведен анализ основных конструкций уплотнений роликов конвейеров, рассмотрены некоторые новые и оригинальные идеи и даны предложения по выбору их перспективных конструкций.

Введение. Большинство ленточных конвейеров в горнодобывающей промышленности (добыча угля, известняка, гравия, различных рудных пород) работает в условиях высокой влажности и запыленной среде, при этом в ходе эксплуатации эти факторы влияют на узлы конвейеров по разному. В данной статье нами не будут рассматриваться такие факторы эксплуатации как динамические ударные нагрузки в ходе транспортирования тяжелого груза, ударные нагрузки в узлах загрузки и т.д., а хотелось бы остановиться на влиянии запыленной среды на такие массовые узлы конвейера как ролики.

Известно что ролики являются самыми массовыми узлами ленточного конвейера с различным конструктивным изменением в зависимости от крупности транспортируемого груза, насыпной плотности, ширины и скорости конвейерной ленты. Согласно статистическим данным на долю роликов конвейеров приходиться до 40% всех расходов на ремонт и обслуживание и до 30% от стоимости всего конвейера [1,2]. 

Что такое пыль? На примере угольных шахт известно, что под определение пыли попадают твердые частицы способные некоторое время после прекращения различных возмущений оставаться во взвешенном состоянии, т.е. необходимо рассматривать частицы размерами от 1-100 мкм, так как частицы большего размера во взвешенном состоянии находятся непродолжительное время [3]. Срок службы роликов ленточных конвейеров в такой запыленной среде резко сокращается, одними из основных причин являются засорение подшипников в запыленной среде, отсутствие или недостаток смазки подшипниковых узлов и как следствие их стопорение и выход из строя всего ролика [4]. Таким образом, защита подшипниковых узлов шахтных роликов работающих в запыленной среде (атмосфера шахт и родников отличается большой влажностью и запыленностью) является важной задачей, направленной на обеспечение их долговечности и бесперебойной работы всего конвейера. 

Методика. Основным из условий работоспособности и средством защиты подшипниковых узлов от проникновения нежелательных частиц окружающей опору среды, предотвращения утечки смазочного материала является наличие эффективных уплотнительных устройства различной конструкции. Согласно классификации уплотнительные устройства можно разделить на:

  • контактные 
  • бесконтактные

Существуют, также,  уплотнения особого вида – стояночные которые при вращении работают как бесконтактные, а при его остановке как контактные [5]. 

Каждое из них имеет свои плюсы и минусы, если контактные уплотнения обеспечивают практически абсолютную герметизацию, то их долговечность обусловлена износостойкостью элементов пары трения. В тоже время, большинство бесконтактных, являясь уплотнениями практически бесконечной долговечности, способны лишь ограничить утечку смазочного материала и влияние среды. Так как нам хотелось бы получить в конечном итоге долговечность роликов превышающую 20000 часов то мы остановимся на бесконтактных уплотнениях имеющих неограниченную долговечность. 

Основные виды бесконтактных уплотнений это щелевые, лабиринтные, винтоканавочные и импеллерные[5]. Комбинируя бесконтактные уплотнения с различными другими видами уплотнений, мы получаем следующий вид уплотнительного устройства – комбинированный, который и должен обеспечить требуемые свойства, т.е. эффективную защиту и долговечность. 

Результаты. Проведя небольшой обзор конструкций роликов выпускаемых заводами (все данные были взяты с официальных сайтов производителей, выборка была сделана по количеству предложений из разных стран) таможенного союза и зарубежными, мы пришли к выводу что большинство производителей предпочитают традиционную компоновку защиты подшипникового узла от пыли и абразива, делая упор на лабиринтные уплотнения часто собственной оригинальной конструкции, различного рода защитные крышки, использование закрытых подшипников. Также многие крупные предприятия внедряют различные технологические приемы повышения качества самих роликов: расточка гильз производится одновременно с двух концов на специализированном оборудовании, что обеспечивает минимальное биение роликов, не превышающее 1,5 мм; обработка оси роликов в центрах и шлифовкой посадочных мест под подшипник; обработка вкладышей конвейерных роликов на современных станках и числовым программным управлением (ЧПУ) обеспечивающих высокую скорость изготовления и точную геометрию выпускаемых деталей. Однако при всем совершенстве лабиринтные уплотнения не обеспечивают должной защиты при стоянке конвейера (при прекращении вращения ролика) как и все бесконтактные уплотнения. Существует также проблема в так называемом «дыхании» ролика. Коэффициент теплового расширения воздуха больше чем стали, то при работе ролик нагревается, и некоторое количество воздуха вытесняется, а когда конвейер останавливается, происходит охлаждение ролика и влажный шахтный воздух с пылью засасывается через лабиринтное уплотнение, что впоследствии вызывает заклинивание подшипника. Также был проведен обзор НИР в этой области, в частности были рассмотрены ряд патентов, начиная с 2001 года по 2014 год (таблица 1).

Таблица 1 – Анализ конструкций уплотнений по результатам патентного обзора.

Дата публикацииНомер патентаАнализ конструкции
27.04.2001 2 165 883 Применили оригинальное лабиринтное уплотнение, внутреннее уплотнение для защиты изнутри
27.04.2001 2 165 883 Применили оригинальное лабиринтное уплотнение, внутреннее уплотнение для защиты изнутри
20.01.2005 2 244 670 Полимерное трехканальное лабиринтное уплотнение, кольцевая проточка трапециедального сечения куда вставляется втулка с кольцевым буртикаом для смазки
20.06.2006 2 278 069 Между наружным уплотнением и подшипником образована камера заполнення материалом пропитанным маслом, конструктивно уменьшен внутренний «дышащий» объем за счет внутренней трубы на оси
10.06.2006 2 277 446 Применяется уплотнительная манжета с торцевой и радиальной губками
20.11.2007 2 310 593 Применяется сложное комбинированное уплотнение состящее из лабиринтного и торцевых составляющих, плюс уплотнительные кольца
20.12.2007 2 313 011 Применяется оригинальное уплотнительное устройство, состоящее из эластичного корпуса с малыми большим пружинными кольцами
27.12.2008 2 342 575 Применяется сложное комбинированное уплотнение состящее из лабиринтного и торцевых составляющих, применяется не только в конвейерном транспорте
20.01.2008 2 314 987 Имеется ось с канавками, несколько лабиринтных уплотнений оригинальной конструкции и масленки с двух сторон для заполнения смазкой
20.03.2009 2 349 804 Двойное торцевое уплотнение, пружинное приспособление для предотвращения вытекания смазки.
20.04.2009 2 352 830 Манежтное уплотнение оригинальной конструкции, маслоотражательное кольцо с опорным фланцем
10.05.2010 2 388 679 Уплотнительные элементы выполнены в виде пакета колец из упруго- деформируемого, разного по плотности пористого материала содержащего смазочную жидкость. Полость между корпусом ролика и узлом трения зполнена композитом. Также имеется оболочка деформирующая под действием разности давлений и сообщается с атмосферой каналом
27.07.2010 2 395 741 Лабиринтное уплотнение
27.01.2011 2 410 318 Лабиринтное уплотнение, также на оси ролика установлен термокомпенсационный блок препятствующий циркуляции воздуха в подшипнике
27.01.2011 2 410 317 Лабиринтное уплотнение, в стакане ролика просверлены отверстия где расположены фильтрующее воздух кольцо
20.07.2012 2 456 106 Имеется оригинальное лабиринтное уплотнение
20.07.2012 2 456 104 Применяется комбинированное уплотнение состящее из лабиринтного и торцевого уплотнения с пружинным прижимным механизмом
10.07.2014 2 522 196 Сложное лабиринтное уплотнение, с маслоотражательным элементом
27.06.2014 2 520 990 Применяется комбинированное уплотнение состоящее из лабиринтного и торцевого

Обсуждение. После проведенного анализа последних патентов было установлено, что, в основном, работы шли в сторону усложнения или усовершенствования конструкции лабиринтных или комбинированных уплотнений (комбинация лабиринтных и торцевых уплотнений), в ряде предложенных конструкций роликов были использованы приспособления для предотвращения «дыхания» роликов при их остановке (такие как термокомпенсационные элементы, блоки для выравнивания атмосферного давления, фильтры). Заметно что практически не используются стояночные уплотнения, лишь в одном из патентов было использовано лабиринтное уплотнение с так называемым пятном контакта, которое выполняет роль стояночного уплотнения. Стояночные уплотнения как уже было сказано выше, это уплотнения которые обеспечивают герметизацию опоры после остановки и не работающие при вращении, известен ряд их конструкций в основном механических использующих центробежную силу [5].

Выводы и рекомендации:

1. Долговечность ролика, а в данной статье мы рассматриваем абразивную долговечность, подшипника и соответственно ролика, зависит во многом не от самих свойств подшипника, а от совершенства его уплотнительных устройств и смазки.

2. Также в результате проведенного обзора патентов и конструкций действующих роликов можно сделать вывод, что в настоящее время перспективными для роликов шахтных конвейеров является использование комбинированных уплотнений, в частности комбинацию бесконтактных (различного вида лабиринтные уплотнения) и стояночных уплотнений. В частности ряд конструкций таких комбинированных уплотнений были предложены в следующих патентах [6,7]

3. Излишнее усложнение конструкций уплотнений роликов должно быть оправданным и соответствовать основному принципу соотношения цены и эффективности, поскольку сложные конструкции могут быть довольно трудоемкими для дальнейшего изготовления и сборки и соответственно дорогими. Некоторое увеличение цены должно компенсироваться увеличением срока службы.

Наши проекты:

Форсунки грохота

Статьи
21 марта 2017 13:03
Форсунки для грохота и систем орошения
Грохот — большое вибрационное сито (решето) для просеивания сыпучих материалов, при механизации процесса — машина или аппарат, предназначенный для этого, получил свое название за характерный шум при работе.
21 марта 2017 12:30
Анализ конструкций уплотнений роликов конвейеров работающих в условиях запыленной среды
В статье проведен анализ основных конструкций уплотнений роликов конвейеров, рассмотрены некоторые новые и оригинальные идеи и даны предложения по выбору их перспективных конструкций.
21 марта 2017 12:16
Уплотнительные устройства роликов ленточных конвейеров, транспортеров и рольгангов
На рис.1 изображено несколько конструкций роликов, применяемых в конвейерах или ленточных транспортерах на различных производствах.

Архив новостей