胶带机中托辊的可靠性分析
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【摘要】伴随着我国科学技术的不断进步，我国的采煤水平不断提高，对胶带机的传输速度和胶带输送量有了更为严格的要求，在此过程中，胶带机的寿命取决于托辊和胶带的寿命和可靠性。加强对胶带机中托辊及托辊组可靠性的分析，并采取有效措施提高其可靠性和寿命具有十分重要的意义，笔者将从胶带机中托辊可靠性分析，并从改善托辊质量及托辊组结构方面考虑延长胶带机使用寿命和可靠性。
【关键词】胶带机，托辊，可靠性，分析探讨
中图分类号： TQ336 文献标识码： A 文章编号：
一、前言
在市场竞争异常激烈的今天，国内带式输送机生产厂家众多，如何进一步提高产品质量、降低产品成本，提高产品的竞争力，打开市场、占领市场，使企业立于不败之地，这是当今每个企业都必须认真考虑的问题。随着煤炭开采行业的快速发展，胶带机将会得到更为广泛的应用和推广，托辊作为其中的重要部件之一，对整个胶带机的运行寿命和运行安全都有着深远的影响，加强托辊的可靠性研究具有十分重要的社会现实意义。
二、胶带机中托辊的可靠性分析
安全性评价方法常见的有专家咨询法、实验法、计算法及可靠性统计分析法。其中可靠性统计分析法近年来受到人们的普遍重视，在工业装备领域内多年应用证明是一种非常有效的方法 。
可靠性寿命实验分为完全寿命实验和不完全寿命实验，不完全寿命实验又分为规则截尾和随机截尾寿命实验。
随机截尾寿命实验是可靠性寿命实验中最一般的情况，其它寿命实验都可看作它的一个特例。
对大量不同类型元件的故障数据的研究表明，按故障率 (t)随时间的变化函数图形来看，形似浴盆，故称为“浴盆曲线” 这条曲线将产品的寿命期分成早期故障，偶然故障和损耗故障三个阶段，如图1所示。
在对托辊的寿命分析过程中我们采用的是典型故障率函数及威布尔分布来表示故障率曲线：
当β>1时，托辊故障率函数λ(t)呈上升趋势，即损耗故障阶段。当β
R(t)=exp(一λt)
F(t)=1一exp(一λt) (1)
f（t)=λexp(λt)
通过对公式(1)的分析，可以得到托辊在β =1时的故障密度函数f（t)。同时这也表明，托辊的故障率为常数时，其寿命服从指数分布。对于寿命服从指数分布的托辊在时刻t以前正常工作，则在(t，t+Δt)期间故障率是一样的。
在托辊的寿命可靠性实验过程中，托辊的连续随机变量的期望值称为平均无故障工作时间(MT—TF，mean time to failure)。而无故障中位时间(median time to failure)是指t= 0时有n个托辊投入运行，当故障托辊到达总数的一半时所对应的时间称为中位时间，记为T50。通过公式(1)我们能得到故障函数，因此把带人公式(1)就可以得到T50的值，以及托辊的额定寿命。
从理论上，通过相关公式对托辊的寿命进行可靠性的分析，但是在实际的运用中还要考虑托辊的具体使用情况，如托辊的生产、装配，以及胶带机等。根据车间实际运载工作的具体要求，在一个密闭、常温的环境里通过20 000个托辊进行了模拟工作实验，从而进行寿命数据分析。根据统计20 000个托辊的寿命数据，其中394个出现故障，19 606个完好，故障率为19．4％ 。根据上述办法，利用可靠性统计分析程序，在Matlab平台上进行数据处理可以得到：中位寿命：589．2 d，额定寿命 =298．8 d。从托辊故障率曲线图上可以看出开始时故障率为0，这是因为托辊在出厂时就经过严格的故障排查，确保了出厂的每一组托辊的完好；随之0—290 d曲线上下波动幅度不大，趋于平衡，这就是偶然故障阶段；到290 d以后，曲线急剧上升，虽然在310 d的时候故障率有所下降但是随之上升的趋势更加明显，所以这也属于故障的第三阶段，即损耗故障阶段。
通过以上分析可得到：这一系列的托辊在胶带机中在290 d前故障率较低，可靠度较高。即胶带机中托辊的使用寿命大约为290 d，满足托辊使用寿命240 d的设计要求。因此在胶带机工作240 d后要及时更换托辊，以确保胶带机的工作安全性。
三、加强胶带机中托辊可靠性的措施探讨
带式输送机的性能参数，与托辊性能有着密切的联系，其运行阻力，运行时的噪声和输送相关。此外，胶带输送机的寿命取决于托辊和胶带的寿命。而胶带的寿命又受制于托辊组的质量。国内使用的绝大部分国产托辊及少部分进口托辊普遍存在过早失效问题，使用几千甚至几百小时失效的托辊也屡见不鲜，每年由于托辊过早失效给企业造成极大的浪费。
1.改进传统托辊
传统的托辊轴、管体与轴承座这几部分主要是受疲劳破坏，其失效的几率比较低，但是如果加工工艺不高导致托辊同轴度低，径向跳动大，从这个意义上讲，钢管制作的托辊管体相对容易失效。托辊密封件常用的材料聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯和尼龙等。这些材料耐热陛能和导热性能较差，受热后容易发生老化、分解和变质，导致水和灰尘侵入轴承内部，脂失去正常的性能，轴承磨损和温升急剧增加，这些都导致托辊轴承的实际使用寿命大大低于计算的名义寿命。
2．使用新型CP-DMCI型托辊
CP—DMCI otton Shoa Fiber-ReinforcedPhenol Formaldehyde Resin-Dough MoldingCompound)，即棉短纤维增强酚醛树脂基团状模塑料。该材料具有优良的机械物理性能，其阻燃抗静电性能完全符合原煤炭工业部煤矿井下用非金属(聚合物制品安全 检验规范。CP-DMCI型托辊管体及轴承座由模具一次模压成型，加工精度由模具保证。管体的同轴度偏差比无缝钢管小，重量仅为同规格无缝钢
管的50％，成本下降30％。国家采煤机械质量监督检验中心对样品进行了径向圆跳动、旋转阻力、密封性能和使用寿命等进行测试，其所有性能均优于钢托辊，因此有广阔的应用前景。
3.胶带输送机机托辊组支架改进
（一）传统结构在传统结构中，中辊和边辊在一条直线上，横梁采用角钢结构。算以及对几种型钢截面力学性能进行认真比对，觉得采用角钢或无缝钢管做支架并不十分合理。同时边辊与中辊在一条直线上也不是很合理，传统结构边辊与中辊边缘缝隙较大，如果由于设计、制造及安装等原因造成边辊或中辊凸出，将会很大程度降低胶带的使用寿命。在胶带机运行过程中，如果边辊高出中辊，胶带非工作面上会被划出一条深沟，使胶带提前报废。这种情况并不少见。
（二）在这种情况下我们开发设计了品字型托辊组，由于边辊和中辊不在同一个垂直面内，不存在中辊与边辊轴头干涉问新型结构题，所以在垂直胶带运行方向上中辊与边辊可以非常接近，甚至可以重合，当中辊与边辊重合时，托辊的边缘就接触不到胶带，从而有效避免了托辊边缘划伤胶带事故的发生，提高胶带的使用寿命。同时由于边辊和中辊不在同一个垂直面内，三辊受力趋于均衡，提高了中辊的使用寿命。
四、结束语
在胶带机整体构造中，很多部件都是生产了几十年的老产品，更新与改进设计尚有许多工作要作，只有将质量与成本相结合，用户要求与企业利益相结合，合理改进旧产品，充分利用前沿技术和最新研究成果，才能最大限度提高产品的市场竞争力，促进产业的良l生发展，缩小国内与国外先进技术的差距。加强对胶带机中托辊可靠性的研究探讨，对我国煤炭开采行业的发展有着推动作用，在此过程中，要大力推进先进科学技术在其中的使用，提高自动化水平。
参考文献：
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