網(wǎng)帶式觸摸屏玻璃退火爐傳動系統(tǒng)設計

鄧 斌,佘鵬程

(中國電子科技集團公司第四十八研究所,湖南長沙 410111)

網(wǎng)帶式觸摸屏玻璃退火爐傳動系統(tǒng)設計

鄧 斌,佘鵬程

(中國電子科技集團公司第四十八研究所,湖南長沙 410111)

介紹了網(wǎng)帶爐傳動系統(tǒng)的傳動力學模型,對主動輪的選型及計算進行了詳細的說明,通過使用驗證了該傳動系統(tǒng)運行可靠、穩(wěn)定。

網(wǎng)帶;玻璃退火爐;傳送系統(tǒng)

觸摸屏近年來已在各種便攜式電子產(chǎn)品和通訊工具中得到廣泛應用,從而推動其向安全、環(huán)保、低成本的方向發(fā)展。隨著觸摸屏需求量越來越大,用于該產(chǎn)品玻璃材料退火的網(wǎng)帶爐的負載也相應提高。為提高網(wǎng)帶爐的產(chǎn)能及一致性,高產(chǎn)能和重負載傳動是網(wǎng)帶式觸摸屏玻璃退火爐的大趨勢。大型網(wǎng)帶式觸摸屏玻璃退火爐根據(jù)工藝和生產(chǎn)率的需要,長度由20 m到100多m,網(wǎng)帶寬度(即爐膛有效寬度)由1 m到4 m不等,工藝時間則由十幾小時到幾十小時不等。大型網(wǎng)帶式玻璃退火傳送系統(tǒng)為滿足不同玻璃制品退火工藝要求,可以變頻調(diào)節(jié)控制網(wǎng)帶的運動速度,同時采用雙離合變速機構還可以設置網(wǎng)帶快速運動滿足工藝運行前空載進行爐溫曲線測試,節(jié)約生產(chǎn)時間和降低能耗。本文介紹了網(wǎng)帶式觸摸屏玻璃退火爐傳動系統(tǒng)結構及模型,重點分析傳動系統(tǒng)主傳動部分的設計。

1 傳動系統(tǒng)模型分析

1.1 傳動系統(tǒng)工作原理

網(wǎng)帶爐傳動通常采用金屬網(wǎng)帶傳動,它類似于摩擦帶傳動。帶傳動是應用很廣的機械傳動方式,一般是依靠撓性的傳動帶和帶輪之間的摩擦力來傳遞動力的。帶傳動通常由主動輪、從動輪和張緊在兩輪上的撓性傳動帶組成。由于處于張緊狀態(tài),在靜止時帶已受到預緊力,帶和帶輪的接觸面間便產(chǎn)生一定的正壓力。當主動輪回轉時,帶和主動輪接觸面間便產(chǎn)生摩擦力使帶運動;同時帶又靠與從動輪接觸面間的摩擦力驅使從動輪回轉,從而傳遞運動和動力。這種傳動主要有以下特點:(1)當帶傳動過載時,帶在帶輪上打滑,防止其他機件損壞,起到過載保護作用;(2)帶與大輪之間存在一定的彈性滑動,故不能保證恒定的傳動比;(3)由于帶工作時需要張緊,帶對帶輪軸有很大的壓軸力;(4)重負載帶傳動裝置外廓尺寸大,結構不夠緊湊;(5)帶的壽命短,需經(jīng)常更換;(6)通常用于中心距較大的兩軸之間的傳動,能傳遞較大功率。

網(wǎng)帶式觸摸屏玻璃退火爐主要是采用金屬網(wǎng)帶作傳動和承載物品用。典型的傳動系統(tǒng)原理圖如圖1所示。圖中主動輪與其它從動輪及網(wǎng)帶構成傳動系統(tǒng),可近似看成一個帶傳動系統(tǒng)。采用摩擦傳動,用張緊輪將網(wǎng)帶壓在主動滾子上,增加其摩擦和包角。這種帶傳動具有如下特點:(1)采用金屬網(wǎng)帶傳動,網(wǎng)帶既是傳動件又是物品承載平臺;(2)承載的物品質(zhì)量大,負載重;(3)由于網(wǎng)帶經(jīng)過高溫區(qū),網(wǎng)帶變形大;(4)帶速慢,一般是500～2 500 mm/h;(5)金屬網(wǎng)帶具有急冷急熱沖擊;(6)運動平穩(wěn),不允許竄動及爬行。

1.2 網(wǎng)帶傳動系統(tǒng)力學模型

帶速和帶寬是網(wǎng)帶爐傳動系統(tǒng)的重要設計參數(shù)。網(wǎng)帶爐正常運轉時,網(wǎng)帶沿輸送線路運行的總阻力等于主動輪的牽引力,即圓周驅動力FU,即:

式中Fz為主要阻力/N;C為與爐長度有關的系數(shù); Fm為摩擦阻力/N;Fg為特種主要阻力/N。

1.2.1 主要阻力Fz

圖1 網(wǎng)帶爐傳動系統(tǒng)示意模型

對于網(wǎng)帶式玻璃退火爐而言,主要阻力Fz是負載和網(wǎng)帶移動阻力總和(這里為簡化模型,未考慮網(wǎng)帶與托輥之間的摩擦力):

式中f為模擬摩擦系數(shù),f取值見表1;Lw為傳動系統(tǒng)的頭尾中心距,即兩上端滾子的中心距/m;qB為每米長度輸送帶質(zhì)量/kg·m-1;qG為每米長度輸送帶物料質(zhì)量/kg·m-1。

表1 模擬摩擦系數(shù)f

1.2.2 阻力系數(shù)C的取值

圖2表示系數(shù)C與網(wǎng)帶爐長度(可近似看作進出口兩從動輪之間的距離)L的函數(shù)關系。圖2表明當網(wǎng)帶爐總長度小于80 m的情況下,系數(shù)C的可靠取值,并基本滿足一次線性關系,系數(shù)C可以使用簡化公式計算;根據(jù)圖中對應的數(shù)值,采用二次插值的方法對C值進行處理計算。已知網(wǎng)帶爐長度L,從圖2中查到L1,L2對應的數(shù)值C1,C2,并且滿足L1＜L＜L2,則對應的C值為:

圖2 阻力系數(shù)C與爐長L之間關系圖

1.2.3 摩擦阻力Fm

針對網(wǎng)帶爐而言,摩擦阻力Fm主要是產(chǎn)品與網(wǎng)帶間的慣性阻力和摩擦阻力,即:

式中Qt為單位長度上的質(zhì)量/kg;v為產(chǎn)品在網(wǎng)帶上的速度/m·s-1。

1.2.4 特種主要阻力Fg

特種主要阻力Fg由下式計算:

式中μ為網(wǎng)帶與導向條間的摩擦系數(shù);L為導向條長度/m;P為產(chǎn)品密度/kg·m-2;g為重力加速度; IV為網(wǎng)帶長度/m;v為帶速/m·s-1;b1為導向條寬度/m。

2 傳動系統(tǒng)設計分析

本傳動系統(tǒng)驅動原理是借助主動輪四周的大包角產(chǎn)生的摩擦力來驅動網(wǎng)帶運行。主動輪是重負載網(wǎng)帶爐傳動系統(tǒng)中的關鍵部件,其作用是將驅動裝置提供到網(wǎng)帶上。根據(jù)主動輪的承載不同,可將滾筒分為輕型滾筒、中型滾筒、重型滾筒。輕型滾筒一般為焊接結構,即輻板與筒皮焊接。輪轂與軸采用鍵連接,中型滾筒和重型滾筒為鑄焊結構,即輻板與輪轂采用整體鑄造形式,然后與筒皮焊接,輪轂與軸采用脹套連接,脹套連接的優(yōu)點是:定位精確、傳遞扭矩大、易于拆裝、避免軸向的攢動等。傳動滾筒表面都覆蓋橡膠或陶瓷以增大驅動滾筒與輸送帶間的摩擦系數(shù)。由于中型滾筒和重型滾筒承載重,設計計算不合理,容易造成滾筒斷軸等事故的發(fā)生,而且滾筒直徑選擇如選型計算不合理,會導致網(wǎng)帶打滑,過大的直徑會造成結構笨重、爐體尺寸過大。本節(jié)將借用前面分析的傳動系統(tǒng)力學模型計算驅動力,以及其他設計計算,形成適于重負載網(wǎng)帶爐傳動系統(tǒng)的計算方法。圖3是傳動系統(tǒng)中關鍵部件示意圖,圖4是主動輪結構示意圖,圖5是雙離合變速機構示意圖。

圖3 主傳動部件示意圖

圖4 主動輪結構示意圖(單位:mm)

圖5 雙離合變速機構示意圖

2.1 主動滾筒圓周驅動力計算

由上節(jié)模型可得出圓周驅動力FU為:

式中C取2.5,f取1.1(考慮高溫特性),qB取60 kg/m,qG取300 kg/m,Lw、IV取90 m,Qt取360 kg/m,v取6.9×10-4m/s。由已知參數(shù)可知,后面兩項可忽略不計,即:

考慮安全系數(shù)一般范圍為0.8～2.0,取值為1.5,則驅動力為:

2.2 主動滾筒張力計算

由設計資料可知

式中T1為網(wǎng)帶緊邊張力/N;T2為網(wǎng)帶松邊張力/ N;μ為網(wǎng)帶與包膠輥之間的摩擦系數(shù),取0.35;α為網(wǎng)帶與包膠輥之間的弧度包角,取1.75π。

將各個數(shù)值代入可得T1=182.628 kN,T2= 26.7 kN。

2.3 主動滾筒直徑及軸徑計算

2.3.1 主動滾筒直徑D計算

查參考資料可知滾筒直徑計算公式為:

式中P為網(wǎng)帶與包膠輥之間的壓力,取0.6 MPa;B為網(wǎng)帶的寬度,取1 500 mm。

代入數(shù)據(jù)后得D=679.38 mm,圓整后為700 mm。

2.3.2 滾筒軸伸直徑d計算

由設計手冊可知:

已知:軸材料選用45#鋼,調(diào)質(zhì)處理。其中T= FR,為扭矩,τp=250 MPa,計算得d=76 mm?？紤]到結構緊湊性,實際取值為70 mm。

2.4 主動滾筒厚度確定

筒皮厚度t按輸送機經(jīng)驗公式計算:

式中T為滾筒所受扭矩/Nm;A為兩幅板之間距離,A=1 560 mm;t為筒皮厚度/mm。

計算后得t=17 mm,考慮加工筒皮時存在厚度差及筒皮外圓的螺旋刀紋對筒皮厚度的影響,取筒皮厚度為25 mm。

3 結束語

該網(wǎng)帶式觸摸屏玻璃退火爐已成功應用于國內(nèi)觸摸屏生產(chǎn)線上,傳動系統(tǒng)各項指標均達到了技術及工藝要求,運行平穩(wěn)。隨著新興電子行業(yè)的迅猛發(fā)展,技術不斷進步,網(wǎng)帶爐傳動系統(tǒng)也在不斷地改進和創(chuàng)新,使該種類型的退火設備在科研生產(chǎn)各個領域得到更好更廣泛的應用。

[1] 江堯忠.工業(yè)電爐[M].北京:清華大學出版社,1993.

[2] 王秉銓.工業(yè)爐設計手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000.

[3] 宋偉剛.通用帶式輸送機設計[M].北京:機械工業(yè)出版社, 2006.

[4] 成大先.機械設計手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社,2004.

Abstract:The conveyor system mechanical model of belt furnace was introduced briefly,and the electrotypes and calculation of the drive wheel was elaborated in detail.The validity and feasibility of the design scheme was verified by experiments.

Key words:mesh belt;glass annealing furnace;conveyor system

Design and Analysis on Large Mesh Belt Type Glass Annealing Furnace

DENGBin,SHE Peng-cheng
(The48th Research Institute of CETC,Changsha410111,China)

TH137-31

A

1003-5540(2012)05-0061-04

2012-06-25

鄧斌(1970-),男,工程碩士,高級工程師,主要從事電子整機裝備的研制工作。