纳米磁性液体密封润滑的托辊设计及性能研究

发布时间：2020-05-12 01:32

【摘要】：随着国家“节能减排、绿色生产”战略的实施,作为矿井运输中不可或缺的煤炭运输设备,带式输送机的能耗和输送成本始终是需要关注和改进的重点之一。托辊是带式输送机中使用数量众多、占据成本较大的重要部件,托辊性能的好坏直接关系到带式输送机的工作性能和使用寿命。目前,井下使用的托辊由于其特殊环境的限制,普遍存在旋转阻力过大、使用寿命不达标的现实问题。因此,开展旋转阻力小、使用寿命长的新型托辊研发,对于提高带式输送机工作性能与效率、降低煤炭生产运输成本具有重要实际意义。本文基于纳米磁性液体密封与润滑技术,设计制造了磁性液体密封润滑的新型托辊样机,通过开展性能对比试验,验证了纳米磁性液体密封润滑技术在托辊上应用的可行性和先进性。首先,从结构层面探究了托辊的失效形式;基于磁性液体密封与润滑技术原理,制定了托辊的密封与润滑方案,初步设计了永磁体、极靴、隔磁外壳和导磁轴套等关键部件。其次,采用ANSYS软件仿真了密封结构的磁力线、磁场强度和磁感应强度分布图,验证了磁路设计的合理性;构建了密封结构的数学模型,利用MATLAB软件对密封件尺寸进行了优化;对比了优化前后密封结构的耐压能力,结果表明:优化后的磁性液体密封耐压能力远大于优化前;基于Φ108mm托辊,加工了磁性液体密封件并进行装配。再次,为了模拟托辊在井下工作时的温度、湿度和粉尘环境,对课题组自制托辊旋转阻力试验台进行改造设计,加装了井下环境模拟装置;利用多通道高速数据采集卡,基于LABVIEW软件编写了简单实用的托辊旋转阻力数据采集程序。最后,考虑托辊井下环境与工况特点,制定了磁性液体密封润滑托辊与普通迷宫密封脂润滑托辊的性能对比试验方案;分别开展了在常规实验室环境、模拟井下环境、煤泥水淋水环境条件下两种托辊的旋转阻力对比试验,结果表明:常规环境定载荷阻力试验下,磁性液体密封润滑托辊的旋转阻力较普通托辊最大降低45%,平均降低17%;常规环境定带速阻力试验下,磁性液体密封润滑托辊的旋转阻力较普通托辊最大降低73%,平均降低54%;在模拟井下环境下,磁性液体密封润滑托辊的旋转阻力较普通托辊平均降低26%;经过煤泥水淋水24h后,普通托辊的旋转阻力增大至原来的7倍,而磁性液体密封润滑托辊的旋转阻力基本无变化。采用磁性液体密封润滑的托辊在模拟井下环境和煤泥水淋水条件下表现出来的低旋转阻力、高抗水淋性等优异性能,为井下带式输送机的低能耗、高可靠、长寿命运行提供了有力技术支撑。
【图文】：

常见种,托辊,带式输送机

率高、能够连续不间断地运行、工作可靠等优点，因此被广泛应用于钢港口、化工、食品等行业[1]。随着我国工业的快速发展，带式输送机在运机械化、自动化过程中扮演着重要角色，其应用范围也在不断的扩大输方面，，带式输送机负责将刮板输送机送来的煤炭运出巷道或者井下，直接关系着煤炭开采效率及运输成本。目前，带式输送机正在朝着大运、高速度等几个方向发展，组成带式输送机的各零部件也正向高性能、能耗的方向发展[2]。（a）钢制托辊（b）橡胶托辊

密封方式,托辊,迷宫密封

（a）迷宫密封（b）唇式密封图 1-2 托辊常用密封方式Figure 1-2 Common sealing method of idler图 1-3 迷宫密封原理Figure 1-3 Principle of labyrinth seal迷宫密封是当今托辊使用最多的密封方式，其原理如图 1-3 所示，在旋转部件静止部件之间设置迷宫间隙，利用流体流经环形密封齿与轴形成的一系列节流间与膨胀空腔，产生节流效应而达到阻漏的目的[16]。迷宫密封运转阻力小，无需润，但是防水性能差且其密封效果与转速的平方成正比，即转速越高密封效果越好，
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD528.1

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