深入探討幾種可控節(jié)拍輸送鏈的動力及傳動選型的設(shè)計計算方法

齊力寧,王立維（.承德市五一四地質(zhì)大隊,河北 承德 067000;.唐山愛信齒輪有限公司,河北 唐山 064099）

深入探討幾種可控節(jié)拍輸送鏈的動力及傳動選型的設(shè)計計算方法

齊力寧1,王立維2
（1.承德市五一四地質(zhì)大隊,河北 承德 067000;2.唐山愛信齒輪有限公司,河北 唐山 064099）

可控節(jié)拍輸送鏈大致有以下4種，倍速輸送鏈、側(cè)置滾輪輸送鏈、頂置滾輪輸送鏈、鏈?zhǔn)阶杂奢伒溃@些輸送鏈雖已廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)自動化中，但在目前可查閱文獻(xiàn)中關(guān)于基礎(chǔ)理論計算的內(nèi)容還不夠豐富，有些類別甚至少有論述。其實在此領(lǐng)域關(guān)于動力選型計算尚有些很微妙的重要之處，因未有系統(tǒng)的論述總結(jié)，容易被忽略，在實際應(yīng)用中可能出現(xiàn)重大失誤，造成損失，特以此文論述之，拋磚引玉，希望能引起同業(yè)的關(guān)注，共同討論完善。

可控節(jié)拍輸送鏈;倍速輸送鏈;側(cè)置滾輪輸送鏈;頂置滾輪輸送鏈;鏈?zhǔn)阶杂奢伒?理論計算;功率的計算;電機(jī)選型;連續(xù)工作變載荷;電機(jī)工作制S9;綠色環(huán)保;節(jié)能

1 引言

機(jī)器的動力部分是機(jī)器的能量來源，它將各種能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器能（又稱機(jī)械能）。所以在各種機(jī)器中，其所采用的動力源的形式、大小直接關(guān)系到機(jī)器的運行效能及穩(wěn)定性。在現(xiàn)代工業(yè)中，隨著技術(shù)進(jìn)步及工藝革新，采用電力作為動力源進(jìn)行拖動的應(yīng)用更加普遍，并且電力拖動相較于其他動力源的應(yīng)用比例也在不斷擴(kuò)大。所以在動力選型上，因為面對著更多更復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境，恰當(dāng)?shù)倪x型方法是至關(guān)重要的。我們在某工程的具體運用中，使用頂置滾輪輸送鏈時減速電機(jī)出現(xiàn)了問題，按照一般選型方法選出的減速電機(jī)在使用中出現(xiàn)了過載現(xiàn)象，我們在針對這一問題的判定及解決問題的過程中，總結(jié)歸納了該類輸送機(jī)（可控節(jié)拍輸送鏈）的動力及傳動的選型方法。

2 可控節(jié)拍輸送鏈的結(jié)構(gòu)及特點

2.1 倍速輸送鏈。

倍速輸送鏈?zhǔn)怯蓛?nèi)鏈板、套筒、滾子、滾輪、外鏈板、銷軸和止鎖件等7種零件組成。如圖1所示：

圖1

圖2

倍速輸送鏈工作時的狀態(tài)及增速原理如以下兩圖（與后文的動力選型有關(guān)）。如圖2

在工作時，鏈條被牽引運行，鏈條的滾子與承載軌道接觸滾動，同時帶動鏈條滾輪轉(zhuǎn)動，從而使被運送的工裝板不但會隨著鏈條運動，還會受到滾輪轉(zhuǎn)動的傳動，其實際被輸送的速度是二者之和。

2.2 側(cè)置滾輪輸送鏈、頂置滾輪輸送鏈、鏈?zhǔn)阶杂奢伒馈?/p>

側(cè)置和頂置滾輪輸送鏈都是由鏈條本體和側(cè)置（頂置）滾輪組成。形式多樣，但結(jié)構(gòu)雷同。如圖3。

圖3

在工作時，鏈條被牽引運行，鏈條的承載滾子與承載軌道接觸滾動，而側(cè)置（頂置）滾輪處于自由狀態(tài)，支撐被運送的工裝板隨著鏈條運動，當(dāng)工裝板被停止時，鏈條與工裝板之間的側(cè)置（頂置）滾輪可以自由轉(zhuǎn)動，無須停止鏈條的運動。

鏈?zhǔn)阶杂奢伒琅c上述兩種鏈條工作原理上沒有區(qū)別，只是應(yīng)用場合不同而結(jié)構(gòu)有所差異。

3 可控節(jié)拍輸送鏈的動力及傳動選型計算方法

3.1 選型路線遵循以下主要步驟

3.2 確定牽引鏈條所受最大張力

牽引鏈條所受的張力取決于拖動負(fù)載需要克服的阻力，阻力越大，鏈條張力越大。形成阻力的主要因素有：啟動阻力、拖動負(fù)載運行所做的功、機(jī)構(gòu)內(nèi)部阻力等。啟動阻力對于啟停頻繁或者啟動阻力很大的情況必須考慮，否則可忽略此因素，不必考慮。機(jī)構(gòu)內(nèi)部阻力是必須考慮的，一般根據(jù)機(jī)構(gòu)特征選定補(bǔ)償系數(shù)即可。拖動負(fù)載運行所做的功要考慮三方面，一為加速阻力，二為豎直提升所做的功，三為水平阻力。加速阻力沒有特殊需求的，一般不必考慮，對此本文不論述。對于節(jié)拍輸送鏈，因為都是水平拖動形式，所以主要考慮水平阻力。

節(jié)拍輸送鏈水平阻力的來源：鏈條自重的摩擦阻力（F1）、拖動負(fù)載運行的摩擦阻力（F2）、擋停負(fù)載后形成的摩擦阻力（F3）。

總的阻力F=F1+F2+F3

F1=（q1L1）*μ1μ1為摩擦系數(shù)，q1為鏈條每米重量，L1為鏈條總長度；

F2=（q2L2）*μ2μ2為摩擦系數(shù)，q2為承載的負(fù)載每米重量，L2為帶負(fù)載正常運行部分總長度；

F3=（q3L3）*μ3μ3為摩擦系數(shù)，q3為承載的負(fù)載每米重量，L3為被擋停部分的帶負(fù)載部分之總長度；

F1的計算模型直觀，方法簡單，值得注意的是F2與F3的計算。

對于一般的不增速鏈條，比如頂置或側(cè)置滾輪鏈，托盤在被拖動時與鏈條沒有相對運動，所以只需考慮鏈條滾輪與軌道的摩擦力，此時μ2=μ1，此系數(shù)是鏈條滾子的轉(zhuǎn)動摩擦系數(shù)，其大小取決于其摩擦性質(zhì)。

而當(dāng)托盤被擋停時，托盤與頂置或側(cè)置滾輪之間也有相對運動，所以在頂置滾輪和托盤之間也有摩擦阻力，設(shè)為μd，此時μ3=μ1+μdμd的大小取決于其摩擦性質(zhì)，當(dāng)μ1=μd時，μ3=2μ1。

但是對于增速鏈條，情況有所不同，當(dāng)托盤不被擋停時，托盤受到增速運動，托盤比鏈條的運動速度快；此時不僅是鏈條滾輪與軌道之間有摩擦阻力，鏈條的承載滾輪與托盤間也有摩擦阻力，設(shè)其摩擦系數(shù)為μz，此時滿足

式（2）為力矩平衡

在此之所以特別考慮力矩平衡，是因為要考慮增速效果，當(dāng)增速效果100%時，意味著承載滾輪與鏈條滾輪之間沒有相對轉(zhuǎn)動（模型參看上文）；而一旦式②不滿足時，增速效果就開始下降，承載滾輪與鏈條滾輪之間開始轉(zhuǎn)動，在這樣的情形下，就與托盤被擋停時的狀況相同了，所以我們也可以根據(jù)這一原理大致推算出增速的極限。

根據(jù)式（1）和式（2）可知，F(xiàn)2max=2（q2L2）*μ2

增速鏈條托盤被擋停時，要克服鏈條滾輪與軌道、承載滾輪與鏈條滾輪之間產(chǎn)生的摩擦阻力，此時

F3=2（q2L2）*μ3， μ3=μ2

3.3 確定所需扭矩

在動力選型中我們要有限考慮機(jī)構(gòu)的輸出扭矩是否足夠，來確保傳動機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性。

Na=F*S，其中F為阻力之和，S為轉(zhuǎn)動半徑（一般就是鏈傳動的回轉(zhuǎn)半徑）

3.4 確定所需功率

P=F*v，其中v為鏈條的運行速度。

μz是一個滾動摩擦系數(shù)，值很小，

3.5 安全系數(shù)及工況對選型的影響

以上的計算只是考慮了理想狀態(tài)，而實際應(yīng)用中我們還需要根據(jù)具體環(huán)境、傳動機(jī)構(gòu)特點和工作制對選型結(jié)果進(jìn)行修正。要正確選型，我們至少要考慮這些因素：傳動效率、輸送系統(tǒng)的平順性、工作制、必要的安全系數(shù)。

傳動效率要考慮到是整個系統(tǒng)的，因為所有的機(jī)構(gòu)內(nèi)部阻力最后都會需要動力來進(jìn)行補(bǔ)償。輸送系統(tǒng)的平順性對整個系統(tǒng)的運行影響最大，因為加工制作有經(jīng)濟(jì)性方面的考慮，出于現(xiàn)實因素常常不能保證較為理想的狀態(tài)，當(dāng)狀態(tài)較差時會嚴(yán)重影響到電機(jī)拖動的工作制，把一般視為平穩(wěn)拖動的連續(xù)工作制S1的狀態(tài)變?yōu)樨?fù)載和轉(zhuǎn)速非周期性變化工作制S9，其對系統(tǒng)的平穩(wěn)運行構(gòu)成較大挑戰(zhàn)。所以在考慮安全系數(shù)的時候，有必要充分考慮到以上所述各方面的影響。

4 結(jié)論

我們在實際應(yīng)用滾輪鏈輸送機(jī)的過程中，遭遇到了上述影響，因為托盤與鏈條間在運行中不斷的相互撞擊，使得最終實際選取的動力比按理想狀態(tài)計算的結(jié)果大了2.3倍左右，我們初次選型考慮了1.5倍的安全系數(shù)，但是仍然不足，最終更換了動力總成才保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

根據(jù)我們的實際經(jīng)驗，輸送系統(tǒng)平順、傳動效率較高（90%以上）的，安全系數(shù)選取1.2～1.3左右比較合適；輸送系統(tǒng)平順稍差、傳動效率較低（80～90%之間的）的，安全系數(shù)不應(yīng)低于1.5；輸送系統(tǒng)不平順、傳動效率低（80%以下的）的，安全系數(shù)不應(yīng)低于2，復(fù)雜狀況應(yīng)仔細(xì)分析，必要時采取實測的手段也是不得已的。

綜上所述，因為這類輸送機(jī)的差異性，所以選型計算較為復(fù)雜，當(dāng)應(yīng)用規(guī)模較小時，可以考慮比較大的安全系數(shù)，即便因此造成能耗浪費較多，但因為數(shù)量少，又多為小功率，在節(jié)能環(huán)保方面綜合考慮還是可以接受。但是對于大規(guī)模應(yīng)用，耗能巨大時，就應(yīng)該認(rèn)真計算，仔細(xì)核實，甚至結(jié)合實際測量來選擇恰當(dāng)?shù)囊?guī)格，以免造成能源的巨大浪費。

以上是我們在實際應(yīng)用中的經(jīng)驗，歡迎各位同業(yè)指出文中的有不足及謬誤之處。

[1]蘇州特種鏈條廠,中國機(jī)械工程學(xué)會,鏈傳動專業(yè)委員會,et al.輸送鏈與特種鏈工程應(yīng)用手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2000.59-62、68、74、78.

[2]馮畹芝.電機(jī)與電力拖動[M].北京：中國輕工業(yè)出版社,1993.472-473.

[3]運輸機(jī)械設(shè)計選用手冊編輯委員會.運輸機(jī)械設(shè)計選用手冊[M].下冊,北京：化學(xué)工業(yè)出版社,1999.

[4]SEW,工程師手冊[Z].第一冊，天津：SEW.