Обзор классификации, адаптации к условиям эксплуатации и исследований механизмов отказов роликов, являющихся ключевым компонентом ленточных конвейеров.

краткое содержание

        Опорные ролики являются ключевыми элементами ленточных конвейеров, играя решающую роль в поддержке конвейерной ленты и транспортировке материалов, снижении сопротивления движению и обеспечении стабильной работы оборудования. Их производительность и срок службы напрямую определяют эффективность работы, энергопотребление и безопасность эксплуатации ленточного конвейера. В данной статье систематически рассматривается основная система классификации опорных роликов ленточных конвейеров, уточняются конструктивные характеристики и условия эксплуатации различных типов роликов, а также обобщаются типичные виды отказов роликов и механизмы их возникновения. Это обеспечивает теоретическую основу и инженерную базу для выбора, адаптации, оптимизации эксплуатации и технического обслуживания, предотвращения неисправностей и улучшения конструкции опорных роликов ленточных конвейеров.

1.Введение

                Ленточные конвейеры являются основным оборудованием для непрерывной транспортировки сыпучих материалов в таких отраслях, как горнодобывающая промышленность, металлургия, производство строительных материалов, портовая промышленность, пищевая и химическая промышленность. Они обладают такими преимуществами, как большая грузоподъемность, стабильная работа, низкое энергопотребление и высокая адаптивность. Опорные ролики, являясь основными несущими компонентами оборудования, многочисленны и часто используются, выдерживая сложные и суровые условия эксплуатации, включая большие нагрузки, пыль, влажность и удары. Во время работы ленточного конвейера ролики должны не только постоянно выдерживать статическую нагрузку от конвейерной ленты и материалов, но и динамические нагрузки, такие как удары материала, трение ленты и переменные напряжения, что делает их крайне подверженными различным поломкам. Статистика показывает, что более 60% ежедневных отказов ленточных конвейеров происходит из-за поломок опорных роликов, что приводит к простоям оборудования, снижению эффективности транспортировки и увеличению затрат на техническое обслуживание. В тяжелых случаях это может даже привести к авариям, таким как разрыв конвейерной ленты, смещение и пожары. Таким образом, уточнение классификации, области применения и механизмов отказов роликов имеет важное инженерное значение для повышения эксплуатационной стабильности и надежности ленточных конвейеров.

2. Классификация и приспособленность роликовых опор к условиям эксплуатации

        Опорные ролики можно классифицировать по трем параметрам: функция и назначение, материал ролика и применимые особые условия эксплуатации. Различные типы опорных роликов имеют существенно различающиеся конструктивные особенности, которые позволяют точно адаптировать их к различным сценариям транспортировки и условиям работы, и являются основой для обеспечения эффективной работы ленточных конвейеров.

    2.1 Классификация по функциям, назначению и сфере применения

        Исходя из функциональных требований различных положений на ленточном конвейере, ролики можно разделить на четыре категории: несущие, возвратные, защитные и корректирующие, а также специальные . Это наиболее распространенный метод классификации в инженерных приложениях.

        Обычные желобчатые роликовые опоры являются основными несущими элементами ленточных конвейеров, в основном с трех- или пятироликовой комбинированной конструкцией. Они подходят для стандартных углов желоба от 35° до 40° и широко используются в традиционных сценариях транспортировки сыпучих материалов, таких как уголь, руда, песок и зерно. Они эффективно увеличивают несущую способность конвейерной ленты и подходят для различных условий транспортировки больших объемов материалов, что делает их ключевой конфигурацией несущей секции конвейера. Желобчатые роликовые опоры с большим углом наклона специально разработаны для транспортировки больших объемов материалов с большим углом наклона, эффективно предотвращая рассыпание материала.

        Параллельные плоские ролики имеют простую конструкцию и в основном используются в системах транспортировки материалов в мешках, в секциях разгрузки оборудования и на ленточных конвейерах малой грузоподъемности. Они подходят для работы в условиях низкой нагрузки без значительного воздействия материала. Возвратные ролики представляют собой однороликовые параллельные конструкции, специально разработанные для поддержки возвратной ветви конвейерной ленты и подходящие для обычных операций возврата при транспортировке. Для решения проблемы легкого прилипания порошкообразных и липких материалов к ленте были разработаны гребенчатые и спиральные возвратные ролики с функцией очистки, которые автоматически удаляют прилипшие к ленте материалы и подходят для транспортировки влажных или липких материалов.

        Буферные ролики-натяжители покрыты эластичной резиновой структурой, обеспечивающей превосходную амортизацию и поглощение ударов. Расположенные в точке приема материала на конвейерной ленте, они эффективно снижают ударную нагрузку, создаваемую падающим материалом, защищая конвейерную ленту от повреждений при ударе. Их использование строго запрещено в обычных конвейерных секциях во избежание чрезмерного сопротивления движению и увеличения энергопотребления. Переходные ролики-натяжители имеют структуру с постепенно изменяющимся углом желоба и расположены в месте соединения переднего и заднего роликов со стандартными желобчатыми роликами-натяжителями. Они снижают изгибающее напряжение на краях конвейерной ленты, предотвращая внезапную деформацию и разрыв ленты, и обеспечивают плавный переход конвейерной ленты.

        Самоцентрирующиеся ролики выпускаются в вариантах с верхним, нижним и коническим самоцентрирующимся креплением. Они обеспечивают автоматическое выравнивание ленты и эффективно корректируют боковое смещение ленты. Подходящие для высокоскоростных ленточных конвейеров большой протяженности, подверженных отклонениям ленты, в инженерных проектах они обычно устанавливаются группами каждые 5-10 метров. Вертикальные ролики и боковые ролики имеют вертикально расположенную конструкцию, что позволяет применять пассивные меры ограничения и предотвращения отклонений, помогая корректировать смещение ленты, и подходят для транспортировки грузов с большими углами наклона и переменными условиями эксплуатации. Кроме того, реверсивные ролики, благодаря оптимизированной двунаправленной уплотнительной конструкции, могут обеспечить стабильную работу двунаправленных конвейеров.

    2.2 Классификация по материалу роликов и области применения

        В зависимости от материала, используемого для изготовления корпуса ролика, износостойкость, коррозионная стойкость и ударопрочность роликов значительно различаются, что делает их пригодными для различных сред и рабочих условий с различной интенсивностью коррозии. Стальные ролики — это традиционный, универсальный тип, изготовленный из сварных стальных труб. Они отличаются высокой экономичностью, высокой прочностью конструкции и превосходной ударопрочностью и широко используются в обычных условиях сушки и запыленности в горнодобывающей, угольной и рудной промышленности. В настоящее время это наиболее распространенный тип роликов в машиностроении.

        Полимерные ролики, изготовленные в основном из нейлона, полиэтилена и полиуретана, легкие, имеют низкий коэффициент трения, устойчивы к царапинам, коррозии и ржавчине. Они специально разработаны для работы в условиях высокой коррозии, таких как химические заводы, соляные промыслы, влажные прибрежные районы и очистные сооружения, а также подходят для транспортировки легких материалов. Однако эти ролики обладают низкой термостойкостью и ударопрочностью, что делает их непригодными для работы в условиях высоких температур или ударных нагрузок с крупными и тяжелыми материалами. Керамические ролики имеют износостойкие керамические диски, встроенные в их поверхность, что обеспечивает превосходную износостойкость и предотвращает прилипание материала. Они подходят для транспортировки высокоабразивных материалов, таких как железная руда и абразивный шлак. Их недостатки включают большой вес и недостаточную ударопрочность; керамические диски склонны к отслоению и разрушению при сильных ударах. Ролики с резиновым покрытием используют эластичный резиновый слой в качестве рабочей поверхности, обеспечивая превосходное снижение шума, гашение вибраций и защиту ленты. Они в основном используются в качестве амортизирующих роликов и подходят для зон приема материалов с высокими ударными нагрузками. Однако они не устойчивы к резке острыми предметами и подвержены старению и разрушению в условиях высоких температур.

    2.3 Специальные натяжные ролики для особых условий эксплуатации

        Для решения чрезвычайно сложных задач в отрасли разработан ряд специализированных роликов. Водонепроницаемые и пылезащитные усиленные ролики, благодаря оптимизированным лабиринтным уплотнениям и многослойным уплотнительным конструкциям, способны противостоять проникновению грязи, воды и пыли, что делает их пригодными для работы во влажных и пыльных условиях, таких как открытые работы, подземные выработки, а также промывка и очистка водой. Высокотемпературные ролики используют термостойкие подшипники, специальные высокотемпературные смазки и высокотемпературные конструкционные материалы, что делает их пригодными для транспортировки высокотемпературных материалов, таких как высокотемпературный клинкер и горячая руда. Огнестойкие и антистатические ролики обладают взрывозащитными и огнезащитными свойствами, соответствуют стандартам безопасности для легковоспламеняющихся и взрывоопасных сред в подземных угольных шахтах и являются ключевым компонентом, специально разработанным для подземных конвейерных лент.

3.Типичные виды и механизмы отказов роликов натяжных катков

        Натяжные ролики длительное время подвергаются сложным условиям эксплуатации, включающим высокие нагрузки, трение, удары, коррозию и перепады температур. Причины их отказов разнообразны и взаимосвязаны. Различные отказы вызывают друг друга и постепенно усугубляют ситуацию, в конечном итоге приводя к поломке оборудования и его остановке. Основные причины и механизмы отказов следующие.

    3.1 Отказ подшипника (преобладающий вид отказа)

        Выход из строя подшипника является наиболее распространенным типом поломки ролика, составляя более 70% всех неисправностей роликов и являясь основной причиной последующих различных поломок. Основные механизмы поломки следующие: длительное воздействие пыли, грязи и влажной среды на уплотнительную структуру ролика приводит к нарушению герметичности, позволяя внешним примесям проникать в корпус ролика, загрязняя смазку подшипника и вызывая ее слипание, разрушение и выход из строя. Одновременно длительная эксплуатация приводит к потере и высыханию смазки, что вызывает сухое трение в дорожках качения и шариках подшипника. Кроме того, удары материалов, перегрузка оборудования и осевые и радиальные переменные нагрузки, вызванные отклонениями при установке, могут вызывать образование точечных повреждений, сколов и усталостных повреждений дорожек качения подшипника. После выхода подшипника из строя симптомы включают заклинивание вращения, ненормальный шум, перегрев и, в конечном итоге, полное заклинивание, в результате чего ролик останавливается.

    3.2 Износ роликов и структурные повреждения

        Когда опорные ролики заклинивают и выходят из строя, трение между роликом и конвейерной лентой меняется с качения на скольжение. Длительное и непрерывное трение приводит к быстрому износу и истончению внешней стенки роликовой трубки, а в тяжелых случаях — к перфорации стенки трубки и поломке ролика. Одновременно длительное воздействие абразивных порошков и руд ускоряет износ роликов; керамические опорные ролики подвергаются отслоению и износу керамических хлопьев, а полимерные — поверхностному износу и деформации, в конечном итоге теряя свою опорную функцию и вызывая неравномерное напряжение на конвейерной ленте, вибрацию и смещение.

    3.3 Деформация роликов и валов приводит к их разрушению.

        Внезапные и сильные удары крупных кусков материала в точке приема ленточного конвейера, неравномерные нагрузки при монтаже оборудования, столкновения во время транспортировки и сборки, а также длительная работа в условиях перегрузки могут привести к изгибу трубок холостых роликов и деформации опорных валов. При деформации холостых роликов во время работы наблюдаются вращательные скачки и радиальные колебания, что непосредственно вызывает вибрацию конвейерной ленты, смещение и локальный неравномерный износ. Это не только усугубляет износ холостых роликов и ленты, но и значительно снижает стабильность транспортировки и приводит к вторичным отказам оборудования.

    3.4 Отказ системы герметизации

        Лабиринтные уплотнения, сальники и другие уплотнительные элементы роликов натяжителя подвергаются длительному воздействию чередующихся высоких и низких температур, коррозии от влаги и механической вибрации, что может привести к старению, деформации и повреждению. Кроме того, неправильные зазоры при сборке и погружение в грязь во время эксплуатации могут ускорить выход уплотнения из строя. После повреждения уплотнения внутренняя смазка начнет вытекать, а внешняя пыль и грязь проникнут внутрь, что является основной причиной выхода из строя подшипников и коррозии роликов, представляя собой ключевую скрытую опасность преждевременного выхода роликов натяжителя из строя.

    3.5 Разрушение структуры поверхностного покрытия

        Резиновое покрытие буферных роликов и роликов с резиновым покрытием может подвергаться таким повреждениям, как растрескивание, разрыв, сколы и отслоение, под воздействием острых предметов, сильных ударов крупных материалов, длительного высокотемпературного старения и коррозии в кислотных и щелочных средах. Это приводит к полной потере амортизирующих, ударопоглощающих и защитных функций ленты, несоответствию требованиям защиты в точке приема материала и ускорению повреждений конвейерной ленты от ударов.

    3.6 Разрушение сварных и соединенных конструкций

        Сварные соединения между валом холостого ролика и трубой ролика, а также опорные соединения подвергаются длительным механическим воздействиям и переменным нагрузкам, возникающим при запуске и остановке оборудования. Эти условия легко могут привести к усталостным трещинам в сварных швах, разрывам сварных швов и ослаблению или отсоединению соединений. Такие повреждения могут привести к полному отсоединению холостого ролика и его работе в подвешенном состоянии, что непосредственно вызовет локальное разрушение опоры конвейерной ленты, приведет к рассыпанию материала, смещению ленты и другим неисправностям.

    3.7 Коррозионное разрушение и возникновение угроз безопасности

        В условиях прибрежных солевых брызг, воздействия химических кислот и щелочей, а также длительной влажности стальные трубы и опорные валы роликов подвергаются электрохимической и химической коррозии, что приводит к образованию большого количества ржавчины и заклиниванию. Ржавчина еще больше ускоряет износ подшипников, значительно сокращая срок службы роликов. В легковоспламеняющихся и взрывоопасных средах, таких как подземные угольные шахты, непрерывное сухое трение, вызванное заклиниванием роликов, генерирует большое количество тепла. Постоянно повышающаяся температура может легко воспламенить угольную пыль и газы, вызывая пожары и взрывы. Это чрезвычайно опасный вид отказа, серьезно угрожающий безопасности горных работ.

4. Заключение

        В качестве основного вспомогательного компонента ленточных конвейеров ролики бывают разных типов, существенно различающихся по степени адаптации к различным условиям эксплуатации. Ролики с различными функциями и материалами могут быть точно адаптированы к различным условиям эксплуатации, таким как традиционная транспортировка, воздействие ударов, коррозионные среды, а также ситуации с легковоспламеняющимися и взрывоопасными веществами. Выход из строя роликов имеет четкую цепную природу. Основными первоначальными причинами являются отказ уплотнения и смазки, приводящий к заклиниванию подшипников, что, в свою очередь, вызывает ряд проблем, таких как износ роликов, деформация и повреждение конструкции. В то же время, коррозия, ударные нагрузки и усталость являются ключевыми внешними факторами, ускоряющими выход роликов из строя.

        В инженерных приложениях необходимо точно подбирать ролики, исходя из характеристик транспортируемых материалов, условий работы и параметров транспортировки. Одновременно следует целенаправленно усиливать герметизацию, проводить регулярное смазывание и проверку на наличие неисправностей. Снижение вероятности отказа роликов за счет комплексного подхода, включающего выбор, эксплуатацию и техническое обслуживание, а также оптимизацию конструкции, позволяет эффективно повысить стабильность работы, срок службы и безопасность ленточных конвейеров, а также снизить затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание оборудования.

Ссылки

[1] Справочник по механическому проектированию (6-е издание) [М]. Пекин: Китайское машиностроительное издательство, 2020.
[2] Диагностика неисправностей и технология технического обслуживания ленточных конвейеров в угольной шахте [J]. Промышленная автоматизация, 2022.
[3] Оптимизация производительности и анализ отказов роликов ленточного конвейера [J]. Горнодобывающее оборудование, 2023.