当前位置： 矿山机械设备 > 设备行情 > 节能托辊的社会效益及实现途径
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托辊是带式输送机上的承载部件，被广泛使用在矿山、码头、冶炼、化工等领域。托辊是个耗损品，国内年需求量亿只以上，在使用运行的大约4亿只以上。托辊使用量和耗损量巨大，解决托辊节能问题，是关系到我国低碳绿色发展的重大课题。
目前，一种“顾德”牌精密节能托辊开始进入市场，这种精密节能托辊采用了“一种托辊轴承座与辊皮的连接设备及方法”等5项发明专利技术（专利号：CN.6、等），提高了托辊的制造品质，其中，辊子的旋转阻力、外圆径向圆跳动量，比国家标准分别降低了30%、40%，比国内市场上销售的大部分辊子分别降低了60%、70%。若仅以辊子旋转阻力平均降低牛顿计算，条米长的带式输送机，可以节能7.8kw;4亿只辊子节能50kw，相当于百万级特大型华能德州电厂现有装机容量5万千瓦。
托辊的发展过程及目前存在的问题中国改革开放以来，国民经济高速发展，散料运输业出现了前所未有的增长，带式输送机已经逐步成为散料运输的主要手段。在煤矿井下运输巷道，带式输送机由过去的00-T/h运输量、.6-m/S带速，向—7T/h运输量、3.5-5.3m/S带速以上发展。带式输送机正朝着大型化复杂化方向发展，目前，最大装机功率达到5kw，系统最长输送距离45km,单机最长输送距离0.3km,最大输送量0t/h,最大带宽mm,最大带强ST7,最大带速8.5m/s。
带式输送机的主要部件配套能力已经形成，如高压大型电机、软启动技术、大型减速机、制动器、高强度胶带等，唯有高速大承载托辊的技术指标滞后，不能很好地满足要求。
托辊是带式输送机上承载载荷的部件，数量较多，它的质量好坏，影响到带式输送机的整体参数和质量。按当前的设计配置，托辊在带式输送机中占到总价的/5---/4,在深槽、高速、大运量、长距离带式输送机上，将近占到/3，托辊是个消耗品，它的耗损值，居带式输送机运行成本的首位。
托辊滞后发展的主要原因为：
）设计思维滞后，一直沿用着50年前的基本设计理念，没有与时俱进。以前带式输送机是小型简单的概念，当今是大型可靠的概念，有质的区别。要求托辊设计必须拚弃简单、低值、易耗的理念。
）设计技术狭窄，一直在行业传统技术领域研究是寻找不到根本突破的，跨专业研发会发现新的天地。例如托辊的防水结构设计。
3）托辊的制造装备及工艺严重滞后时代的发展。机械制造的许多领域已经进入了加工中心时代，而托辊加工还远远停留在普通专用机床年代，加工质量根本无法保障。
托辊是带式输送机上被忽视的重要部件，托辊设计技术和制造技术滞后存在深层次的理念问题和行业局限性。需要用当今的经济技术理念重新作出定位。
3托辊制造技术回顾及现状目前国内托辊生产线、托辊加工设备及工艺，是上个世纪80年的传统技术及工艺，近年来虽然有所提升进步，但总体性能及工艺已经落后于时代的发展。
年—年期间，国内带式输送机行业，由北京起重运输机械研究所牵头,开始引进国外带式输送机及托辊设计技术和加工设备，当时的原平起重运输机械总厂引进了英国道梯公司的托辊制造设备，德国KOH公司的带式输送机下运设计技术和滚筒设计技术；唐冶、沈起和铜陵起重运输机械厂引进意大利RULMECA(陆美嘉)托辊制造技术。此次的引进，加之市场需求的空前增长，促进了行业的提升和发展，实现了与国际的接轨。
当时引进的英国道梯公司的托辊制造设备有：托辊管切断半自动机床、托辊轴承座双端焊接半自动机床、托辊冷拉轴自动化加工线等，这些单机设备与我国目前的托辊生产设备都处于同一个时代，母机还停留在普通专用车床技术基础上，关键尺寸没实现数控加工，加工工艺不合理，加工精度保证不了托辊设计要求，设备自动化低，生产效率低。
目前业内还有一种日系的托辊生产线，价格不菲，自动化率不高，数控化不高，用工较多，效率不高。
托辊制造设备是一种专用设备，需求有限，国内外研发滞后，全球能提供全自动化数控托辊生产线的制造商屈指可数。
4托辊加工工艺分析4．目前托辊制造存在的主要问题及分析带式输送机托辊是个简单的小部件，正因为是小部件，历来被忽视。托辊的结构设计较为简单，如图，此结构是目前的规范结构，本文暂不探讨设计结构问题，主要针对此结构分析研究加工工艺过程和托辊加工设备的加工方法，然后优化设计出托辊数控自动化生产线工艺优化方案，为托辊数控自动化生产线的设计提供工艺方案。
图托辊辊子
4..托辊辊体如图，-管子，-轴承座，把轴承座放入管子两端的止口内，然后在环式焊床上把轴承座和管子焊接在一起。
存在的工艺缺点是：）轴承座和管子采用焊接工艺造成了轴承座热变形，轴承座的内孔与管子的平行度受到了影响，也就是两端的轴承座的同心度得不到保障，）由于是手工安设轴承座，轴承座内孔与设备的顶头公差较大（为了便于安设），轴承座的外径与管子止口孔的公差也较大，实际制作的辊体，无法保证图中所标注的同心度。
图辊体
4...管子目前托辊辊皮（也叫管子）加工的设备是上世纪80年代的产品，用于制造辊皮的钢管，在径向上公差较大并有椭圆度，在轴向上直度公差较大，加工出来的辊皮，基本无法保证径向圆的跳动量。国家煤炭行业标准MT8－规定的径向圆跳动量的最小值为0.7mm,采用现行的加工设备和钢管加工的托辊辊皮，达标比率较低。
具体问题有：
）管子镗口时，管子端止口间的距离，即图3中尺寸，误差较大并数值分散，误差值一般在3mm范围。此误差给托辊轴的加工带来了不便。若托辊轴完全按图纸要求加工，就会有30%以上的托辊辊体与轴，由于轴上轴用挡圈槽的距离相对小，而无法装配。目前实际加工中，为了解决相互尺寸不配套的问题，大多数的厂家只好放大托辊轴上轴用挡圈槽的距离，一般放大值在3-5mm。放大后虽然解决了无法装配的问题，但又带来了30%以上的托辊轴向穿动量超标，影响了现场使用。之所以产生此类问题，是由于加工设备落后，采用无触点限位开关设定进给行程。
）管子镗孔设备夹持管子的夹具没有纠偏对准功能，采用V型铁或圆锥内表面的方法来夹持或顶持辊皮并设定轴向中心，然后两端镗口或倒角，加工出安放轴承座的止口或引导口，加工出的管子外皮相对于管子端止口的轴线，径向跳动量较大。原因有三点，其一是管子端口与管子轴线的垂直度误差，其二是管子端口的椭圆度及直径误差，其三是设备的设计缺陷及精度。
3）目前管子镗孔设备技术落后，精度低，管子端止口的加工精度不够，同心度难以保证，图纸的技术数据见图、图3。
图3管子
加工手段远离设计的要求，没有按照图纸要求进行严格的加工制造。图是托辊管子的设计图。主要原因是目前的托辊加工专用设备是上个世纪80年代研发的，当时科技落后，研发力量薄弱，无法实现托辊轴的有效加工，也就保证不了图纸的技术要求。
4...轴承座轴承座是经过4-5次冲压成形的，由于冲压工艺定位存在缺陷，往往造成轴承座外边内面（与管子止口台阶的接触部份）与轴承座的中心孔轴线不垂直，把这样的轴承座安设到管子端的止口内后，两端轴承座的同心度误差较大.见图4
图4轴承座
4..轴托辊轴是个简单的零件，材料一般选用冷拔轴，加工量不大，加工精度中等。但是，由于批量大，通用设备加工效率太低；目前的专用设备落后，需要切断、平头打中心孔、车槽、铣扁4道工序，这些设备为常规工艺，没有实现数控和全自动化，加工效率太低，人工费用高，加工精度主要靠操作人员来实现。大部分企业，各工序之间的转运靠人工来完成；去除毛刺更是手工完成。见图5
图5轴
4..3托辊装配目前托辊装配主要采用专用托辊液压压床来完成。存在的问题是：
）个行程，当设备调整好后，只有单独个行程，压完两端的轴承后，需要把托辊搬运到第二个压床，再压装密封。造成功效低，用人多，产量低。也有把轴承和密封同时一起压装的，这是不合乎工艺要求的，往往产生过压，把密封和轴承过度接触，造成无法转动，不在我们的探讨范围。
）调整行程复杂费时。先做大行程粗条，需要松开紧固螺栓，推动机头，然后再调整油缸细扣螺母，用板尺反复测量等等，费工费时，一般的操作工还难以胜任。
3）精度低。往往由于过压装，造成托辊卡转。
4）液压站处于连续工作状态，消耗能量。
4..4托辊喷涂目前国内国际没有托辊全自动数控喷涂线，虽有个别的半自动喷涂线，往往解决不了托辊的自动吊挂问题，吊挂完全靠人力来完成，条支/8小时的喷涂线，需要4-6人完成吊挂；大部分中小企业全手工喷涂。在人力资源紧张、人工费较高的情况下，为了降低制造成本，增强产品的竞争力，实现托辊全自动数控喷涂线成立当务之急。
目前存在的问题是：
）用人多，人工成本高，效率低。
）涂料主要采用油漆，污染严重，个别半自动喷涂线虽然采用了环保设施，但是解决不了涂料利用率低的问题。
5托辊业现状及机遇目前，国内托辊制造企业将近家，其中，经国家矿用产品安全标志认证的公司家，从业企业较多，托辊产业集中度较低，市场处于无序竞争状态，是W·钱·教授和勒妮·莫博涅教授提出的红海战略阶段。这个阶段是不可持续的。随着技术升级、装备升级，专业化大生产的逐步形成，红海战略必然要过渡到蓝海战略阶段。
家经过认证的公司中，规模企业占到6%左右，全部是带式输送机主机厂家，它们拥有40%多的国内市场份额，它们的市场份额主要是增量部分，也就是新上项目部分。规模企业是以主机制造为主，除主要外购件外，其余各种零部件均由企业自主生产制造，具有较好的托辊加工能力。
除规模企业以外，中小型企业是市场的重要参与者，不仅能获得市场的增量部分，几乎囊括了托辊配件市场。中小型企业生产架构基本与规模企业相同，而托辊加工能力参差不齐，大部分企业质量保证体系不健全。
再有，就是小微企业和家庭作坊，主要特点是具有价格优势和商贸渠道优势。小微企业用工灵活，管理费用低是形成价格优势的主要因素。
外国公司在国内的份额十分有限，参与的外国公司有，久益（美国）采矿设备有限公司、DBT美国有限责任公司、比塞洛斯美国有限公司、澳大利亚大陆（ACE）公司。
西方国家制造业空壳化，基本没有托辊制造产业，也没有高端托辊制造装备。发展中国家，托辊制造业刚刚起步，托辊依赖进口。
规模企业、中小型企业生产架构不合理，是传统的大而全，小而全结构，专业化不突出。
大而全小而全是经济发展初期的产物，有两个原因，一是我国“一五”—“六五”建设期间，由于工业门类不配套，市场功能缺位，形不成完善的上下游产业链，大而全小而全是当时企业生产架构的权宜之计；二是受传统农耕思维“自给自足”的影响，万事不求人的理念。
目前我国经济已经进入社会化大生产阶段，社会化分工越来越细，专业化是当今及未来的必然的选择。托辊产业只有专业化，才能提高质量、提高效率、降低成本。
专业化是一种聚焦战略，是把企业的人力、物力、财力、技术、市场等生产要素，聚焦在一件事上的战略。
国内已有4家外资背景的品牌托辊企业，实现了专业化生产。它们有十几年的专业化历程，是专业化的先行者，开拓了细分市场，推动了托辊从带式输送机中分包出来单独招标模式，这种模式已经开始被市场认可和接纳。
我国经济进入新常态，带式输送机制造业开始结构调整，将逐步形成完善的基础件公司+总体设计组装公司的上下游生态产业链，这样的产业链在西方国家中早以形成。所以，托辊产业的专业化生产是行业结构调整的必然趋向。
目前国内托辊制造装备是以单机组成的托辊生产线为主，部分企业在此基础上进行了有限的自动化改造，配置了几台机械手；个别企业采用了半自动托辊生产线；这些改造或半自动化，只解决了托辊的流转过程，没有从根本上实现装备升级，它们由于加工精度低，工艺落后，用工多，加工的托辊指标落后不稳定等因素，势必要被科技进步所淘汰。
目前一种全新的、具有中国自主知识产权的、高端的--数控自动化托辊生产线已经进入市场，即将成为托辊加工制造的主流装备。并且这种高端装备是面向两化融合，实现网络异地协同智能化工厂，符合中国制造05的总体要求。
托辊制造业专业化窗口已经打开，天时地利已经具备，需要业界迅速完成资源配置，细分产品，实现专业化生产。
走细分产品是中小企业的优先选项，只有做好细分产品，实现第一，才能避开激烈的市场竞争，实现企业的价值。托辊的细分产品有很多，比如锥形托辊、鼓形托辊、高分子托辊、陶瓷托辊等，是小微企业扬长避短，走聚焦战略的最好选项。
专业化生产，是社会化大生产的必然要求，望业界不失时机地抓住这个机遇期，依靠技术进步，建立新业态，整合市场，赢得国内市场，进入国际市场，实现快速成长。
时代催人奋进，愿托辊业早日走出红海战略，迈向蓝海战略，提升中国创造。
6托辊焊接工艺的否定与反思托辊焊接是指托辊辊皮与冲压轴承座之间采用CO气体保护焊焊接，从托辊的技术要求衡量，采用焊接工艺是不恰当的。
图是DTⅡ型托辊辊体的设计图，两端轴承座A-B同心度Φ0.03，采用CO气体保护焊焊接，显然是保证不了同心度的。
钢材在焊接时熔化，钢的熔化温度℃左右，在这个温度下，轴承座和辊皮产生较大的热变形。产生较大变形的原因主要有三点，其一是轴承座、辊皮厚度范围3-5mm，属于轻薄件，温度扩散较慢产生变形，其二是焊接工艺是逐渐焊接的过程，轴承座和辊皮在焊接过程中温升不均匀产生变形，其三是冲压轴承座一般不消除应力，受热后应力释放产生变形。总之，多种变形叠加，造成托辊阻力增加，降低了托辊寿命，增大了功率消耗。
从加工角度说，辊皮是精度比较高的加工件，如图3，冲压轴承座有些企业为了提高质量，也要进行二次机加工，在零件质量达到IT9精度的情况下，再用焊接工艺焊接显然也是不匹配的选择。
影响轴承座A-B同心度的原因还有许多，比如轴承座的精度和强度、轴承座与辊皮的配合、辊皮两端镗孔的精度及同心度等等。这些因素，本文暂不探讨。
托辊轴承座与辊皮的结构有许多种方式，主要的结构方式经过了两次演化。早期是TD6型、TD75型带式输送机，托辊轴承座与辊皮采用紧配合压装形式，轴承座采用铸铁材料，也有轴承座采用折边冲压，见图6。后期是DTⅡ型带式输送机，托辊轴承座与辊皮采用CO气体保护焊焊接，轴承座采用冲压轴承座，如图。
演化的原因，除了铸铁轴承座本身的缺点和加工效率低下外，主要是当时的加工手段落后，保证不了辊子两端轴承座的同心度和管子与轴承座的可靠连接。
图6TD75型辊子
目前托辊加工设备经过30年的缓慢发展，一种全新加工工艺的数控自动化托辊生产线、托辊加工设备已经进入市场，前述两种轴承座与辊皮连接的缺点得到了根本的改变。
这种全新加工工艺的设备，采用了“一种托辊轴承座与辊皮的连接设备及方法”的发明专利（专利号：CN.6），解决了前述两种轴承座与辊皮连接的缺点。同时，为了解决目前托辊镗孔设备辊皮镗孔同心度较低，造成托辊阻力大的问题，辊皮定心不准确，造成托辊径向圆跳动量大的问题，又采用了“托辊辊皮加工自动定位夹持装置”发明专利技术（专利号：ZL.8）。
由于全新加工工艺设备采用了新工艺，实现了托辊全数字化加工，托辊加工质量得到了显著提高，托辊的阻力、径向圆跳动量、轴向窜动量都小于GB/T-标准规定值5%以上，为高速大运量带式输送机托辊的制造提供了保障。
7影响托辊质量的关键问题目前，带式输送机托辊质量处于瓶颈期，关键问题之一是托辊辊子外圆径向圆跳动量大、旋转阻力大。
径向圆跳动量大，会严重影响带式输送机的运行，主要表现是：噪音大、产生振动、增加扬尘、加速托辊和胶带的磨损、消耗功率。当带速达到3.5m/s以上时，托辊径向圆跳动量﹥mm时，前述缺点变得十分明显。
旋转阻力大，会增大带式输送机启动阻力力、运行阻力等。
径向圆跳动量和旋转阻力是托辊的重要指标,《带式输送机》国家标准GB/T-辊子外圆径向圆跳动量、辊子的旋转阻力标准值如表、表
表
表
GB/T-辊子的旋转阻力
辊子直径/mm
≤08
≥33
旋转阻
力/N
防尘辊子
.5
3.0
防水辊子
3.6
4.35
作者从事此行业30余年，走访过很多托辊制造企业，部分企业确实精益求精，每道加工工序都有严格的工艺控制，严格执行首检、抽检制度。而业内的大部分企业，特别是小型企业，生产管理、质量控制缺失，这两项指标严重超标，上托辊的径向圆跳动量达到0.7-.8，旋转阻力更是严重超标，甚至卡死不转动。
造成不达标的原因很多，除了质量控制缺失，原材料、配套件不过关外，主要原因是托辊加工设备落后造成的。
关系到这两项指标的托辊加工设备是托辊双端自动车孔机床，这种机床，国内有若干个厂家，基本都采用只锥形内表面定位拖板台，实现托辊管子的定心定位。这种定心定位的缺点是：
、锥形套由一盘深沟球轴承连接在定位拖板台上，由于深沟球轴承允许角度差是6分—6分，对锥形套的定位精度有限，无法实现对托辊管子的精确定位，产生较大的径向误差和同心度误差。
、托辊管子是由只锥形套对顶夹持，由于对顶力较大，定位拖板台产生较大的转矩，定位拖板台与车床轨道产生间隙，影响了托辊管子的精确定位。
3、由于锥形内表面定位拖板台的结构形式，在装配调试时，只锥形内表面定位拖板台的锥孔同心度调试难度较大，保证不了同心度。
4、锥形套上安设有齿轮，经齿轮副传动，然后带动托辊管子转动进行车孔，齿轮传动产生的振动，影响托辊管子的精确定位。
由于托辊双端自动车孔机床上述4个缺点，往往加工出的托辊管子的径向圆跳动量超过原材料管子本身的径向圆跳动量。由于加工设备不过关，为了降低托辊径向圆跳动量和阻力，日系等托辊加工工艺取消了托辊管子的车口定位工序，直接把经过精加工的轴承座压入管子内孔，这样的改进，虽然解决了托辊双端自动车孔机床带来的径向圆跳动量增大或无法控制的弊端，但是还不能达到托辊辊子两端同心度的技术要求和较小径向圆跳动量，并且提高了管子原材料的技术指标，提高了制造成本。
近年来，山西顾德宝丰重工机械有限公司新研发出一SGT-59Ⅰ型托辊管数控镗孔机床，解决了前述弊端。从0年进入市场，受到客户的好评。
8托辊节能的定量分析涉及到托辊本身节能的因素有：辊子外圆径向圆跳动量、辊子的旋转阻力等。
辊子外圆径向圆跳动量大，会引起带式输送机振动、拍打胶带、胶带跑偏、运行噪音等一系列耗能现象，耗能量无法进行简单计算，只能通过对比测试获取耗能数值，本文暂不做定量分析。
下面就辊子的旋转阻力耗能问题进行定量分析：
《带式输送机》国家标准GB/T-辊子的旋转阻力标准值见表
前文已经介绍、分析、研究了国内托辊加工设备、制造工艺、行业状况、存在的问题等，由于行业整体水平处于发展的低级阶段，目前国内制作的托辊，旋转阻力值在3-8N的范围，达标率较低，给国民经济造成了巨大的损失。
目前，国内托辊年需求量亿只以上，随着经济的不断增长，托辊每年需求量以7-3%增长。
目前，使用运行的托辊大约4亿只以上。随着需求量的增加，总量在快速的增加。
若仅以辊子旋转阻力平均降低牛顿计算，条米长的带式输送机，节能7.8kw。
若以目前使用运行的4亿只托辊，旋转阻力平均降低牛顿计算，节能50kw，相当于百万级特大型华能德州电厂现有装机容量5万千瓦。
计算过程如下：
①以米长的普通带式输送机测算，一般上托辊组，由3支托辊辊子组成，使胶带形成槽型断面；一般上托辊组间距.米，上托辊组数量为83组；下托辊组间距3米，托辊组辊子数量为33支；带速选用3.5m/s,旋转阻力降低N时，节约的功率计算如下：
公式：P=W/t=F*S/t=F*v标准单位制：瓦特=焦耳/秒=牛顿×米/秒
托辊总量：（83×3）＋33＝88只
节约的功率：（牛顿×88只）×3.5米/秒＝瓦特
②以目前使用运行的4亿只托辊，旋转阻力平均降低牛顿计算，节约的功率计算如下：
节约的功率：（牛顿×400只）×3.5米/秒＝50瓦特，即50kw即5万千瓦。
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