設(shè)備改造中的簡(jiǎn)單力學(xué)應(yīng)用

陳曉平

摘要：文章論述了推箱器推箱板受力位置改變后，導(dǎo)桿和直線軸承所受的彎矩標(biāo)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原來(lái)的，對(duì)導(dǎo)桿、直線軸承和氣缸都起到很好的保護(hù)作用；把聯(lián)軸器原來(lái)的剛性聯(lián)接改造成彈性聯(lián)接，減少了軸被扭曲時(shí)產(chǎn)生的撓度，減少軸內(nèi)形成的彎曲應(yīng)力，有效地保護(hù)了軸；對(duì)輸送帶傳動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)安裝位置做了簡(jiǎn)單的變換，通過(guò)改變分力方向來(lái)改變軸支撐點(diǎn)的合力絕對(duì)值，從而起到保護(hù)軸壽命的作用。

關(guān)鍵詞：推箱器；彎矩標(biāo)量；聯(lián)軸器；剛性聯(lián)接；彈性聯(lián)接；撓度；合力矩；矢量

中圖分類號(hào)：U492 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）10-0029-02

在科技高速發(fā)展的今天，機(jī)械裝備已成為生產(chǎn)企業(yè)的核心原動(dòng)力，生產(chǎn)自動(dòng)化程度的高低已成為企業(yè)實(shí)力的重要尺度，生產(chǎn)設(shè)備的精良與否直接影響著生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量乃至民生健康。

設(shè)備改造是設(shè)備優(yōu)化的基本手段，也是設(shè)備保養(yǎng)與維護(hù)的一項(xiàng)重要任務(wù)，力學(xué)又是機(jī)械研究的基礎(chǔ)學(xué)科。運(yùn)用力學(xué)理論能客觀地分析機(jī)械運(yùn)動(dòng)、力分布進(jìn)而改良設(shè)備機(jī)構(gòu)。

我們公司是一個(gè)飲料生產(chǎn)企業(yè)，摩擦與傳動(dòng)在生產(chǎn)線上的應(yīng)用尤為廣泛?，F(xiàn)在以推箱器為例子講述一下力學(xué)在設(shè)備改良方面的簡(jiǎn)單應(yīng)用。罐裝飲料經(jīng)過(guò)包裝成箱后由滾筒輸送帶送出，而在兩條滾筒輸送帶90°轉(zhuǎn)彎處就需要一個(gè)推箱器來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品換向，如圖1所示。上側(cè)是改造前的結(jié)構(gòu)，下側(cè)是改造后的結(jié)構(gòu)。L1，推箱板上側(cè)高度；L2，推箱板下側(cè)高度；F1，推板受產(chǎn)品向左的推力；F2，推板受氣缸向右的拉力；f，推板受導(dǎo)桿向右的摩擦力；產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)方向向右。假設(shè)產(chǎn)品為均速運(yùn)動(dòng)，那么對(duì)于改造前來(lái)說(shuō)，推板力平衡為F1+f=F2，而導(dǎo)桿受的力矩M1=-（|F1*L1|+|F2*L2|）；對(duì)于改造后來(lái)說(shuō)，推板力平衡為F1+f=F2，而導(dǎo)桿所受的力矩M2=-[|F1*（L1+L2）|-|F2*L2|]=-[|F1*L1|+|F1*L2|-|F2*L2|]=-[|F1*L1|+（|F1|-|F2|）*L2]，而由于F1+f=F2，也就是F1+f-F2=0，即|F1|-|F2|<0，故M2=-[|F1*L1|-|f|*L2]，所以M2

改造前攪拌缸攪拌軸與電機(jī)輸出軸之間的連接方式屬于剛性聯(lián)軸器聯(lián)接，這樣電機(jī)與軸就成為了一個(gè)整體，而且轉(zhuǎn)動(dòng)體有三個(gè)徑向約束，其中一個(gè)是虛約束，由于安裝尺寸誤差的存在，三個(gè)約束點(diǎn)就有可能不在同一條直線上，當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)軸被扭曲，產(chǎn)生較大的撓度，軸內(nèi)形成較強(qiáng)的彎曲應(yīng)力，長(zhǎng)期使用軸就容易斷。改造前這條軸平均三個(gè)月要斷一次，為此我們考慮把原來(lái)剛性聯(lián)軸器改造成彈性聯(lián)軸器，攪拌軸用兩個(gè)約束進(jìn)行徑向約束，而電機(jī)則由法蘭固定于缸頂?shù)墓潭ㄗ?，兩者之間用彈性聯(lián)軸器聯(lián)接，彈性聯(lián)軸器能實(shí)現(xiàn)徑向安裝尺寸誤差的補(bǔ)償，最終消滅軸內(nèi)彎曲應(yīng)力，使軸的壽命得以延長(zhǎng)，直到現(xiàn)在這條軸已經(jīng)使用三年多了還一直保持良好的工作狀態(tài)。輸送帶也是我們生產(chǎn)線上的主要設(shè)備之一，產(chǎn)品在每完成一個(gè)工序后都是由輸送帶運(yùn)輸?shù)较乱还ぷ髡咀鬟M(jìn)一步的處理。在我們這里使用最多的是板式輸送帶，一般情況下由于產(chǎn)品流量、速度控制的需要，并排的幾條輸送帶會(huì)存在速度差，其中就是用不同齒數(shù)鏈輪搭配使用而成，而這幾條輸送帶則使用同一動(dòng)力源，用一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。但由于該傳動(dòng)系統(tǒng)的力學(xué)結(jié)構(gòu)不太合理，造成主動(dòng)軸1經(jīng)常在軸承A點(diǎn)出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，而且其斷裂點(diǎn)比較隱蔽，在點(diǎn)檢過(guò)程中不容易被發(fā)現(xiàn)，所以該故障點(diǎn)已造成多次長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)，一度影響生產(chǎn)目標(biāo)的達(dá)成。為此我對(duì)軸的受力情況做了一次全面的分析，希望進(jìn)而解決這一問(wèn)題。圖3是原來(lái)傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖：

由圖5和圖6可以看出，修改后f1與f2矢量方向相反，作用于A點(diǎn)的力矩方向相反，故而減輕了A點(diǎn)的合力矩，減輕了其負(fù)載，所以也得到了保障。

未進(jìn)行改造之前，這條軸每?jī)扇齻€(gè)月斷一次，現(xiàn)在經(jīng)過(guò)改造后這條軸已經(jīng)從2009年到現(xiàn)在一直未出現(xiàn)過(guò)斷裂現(xiàn)象，為進(jìn)一步提高公司生產(chǎn)效率做出了有力保障。

技術(shù)改造是我們?cè)O(shè)備管理部門的戰(zhàn)略目標(biāo)之一，利用力學(xué)理論對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的一些不成熟環(huán)節(jié)進(jìn)行改造，以最大程度優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 顧紀(jì)清.不銹鋼應(yīng)用手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版·社，2007.

[2] 濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)（第2版）[M].北京：高等教育出版社，2003.

[3] 陳增強(qiáng).實(shí)用五金手冊(cè)[M].廣州：廣東科技出版社，2004.

[4] 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第2版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版 社，2000.

（責(zé)任編輯：吳 濤）