一種自張緊式伸縮皮帶導(dǎo)板的設(shè)計(jì)計(jì)算

閆玉平，代英男，張康武，馬續(xù)創(chuàng)，呂陽陽，李菲

(1.中國重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安 710032；2.遼寧忠旺機(jī)械設(shè)備制造有限公司，遼寧 遼陽 111000)

0 前言

在各類自動化連續(xù)生產(chǎn)線上，尤其是冶金行業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)線上，各設(shè)備之間的緊密銜接是保證機(jī)組不停機(jī)穿帶及連續(xù)運(yùn)行必不可少的條件，經(jīng)常使用伸縮皮帶導(dǎo)板作為過渡裝置。伸縮皮帶導(dǎo)板是在普通皮帶導(dǎo)板的基礎(chǔ)上增加了伸縮機(jī)構(gòu)，使得導(dǎo)板可以在長度方向?qū)崿F(xiàn)伸縮。連續(xù)生產(chǎn)線用伸縮皮帶導(dǎo)板有兩部分組成，包括伸縮皮帶和固定機(jī)架。當(dāng)要求將各設(shè)備銜接起來以滿足機(jī)組穿帶等功能需要時，伸縮皮帶導(dǎo)板伸出，填補(bǔ)空工位位置，反之伸縮皮帶導(dǎo)板縮回。

皮帶運(yùn)行是靠摩擦力驅(qū)動的，要保證皮帶正常穩(wěn)定運(yùn)行必須保證皮帶與支撐輥之間具有足夠的摩擦力，這就要求皮帶必須具有一定的張緊力，使皮帶始終緊貼支撐輥處于張緊狀態(tài)，否則容易出現(xiàn)打滑、跑偏現(xiàn)象 。為了保證皮帶的傳動能力，需定期檢查張緊度，如發(fā)現(xiàn)不足，必須重新張緊。當(dāng)皮帶出現(xiàn)松弛情況時，需要重新調(diào)整張緊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)張緊度調(diào)節(jié)后，才能繼續(xù)正常使用。

1 典型的皮帶張緊方法

所有皮帶在上機(jī)后正式使用前都要按計(jì)算數(shù)值或者經(jīng)驗(yàn)范圍張緊，以保證達(dá)到必要的張緊度。張緊度由皮帶的伸長特性決定，例如西格林傳輸皮帶的安裝伸長率范圍通常為0.3%～0.8%。張緊度過小，達(dá)不到皮帶輸送、傳動所需要的額定動力，并且可能出現(xiàn)打滑、跑偏現(xiàn)象。張緊度過大，皮帶所產(chǎn)生的有效拉力可能造成支撐輥的彎曲甚至損壞，同時對皮帶的使用壽命也有影響。

伸長率為0.5%時典型的皮帶張緊方法如圖1所示。皮帶纏繞在前后兩個支撐輥上形成一個封閉的形狀，皮帶理論長度為1 000 mm。為了使皮帶張緊并保持0.5%的伸長率，需要將右邊的支撐輥向右移動一段距離，將皮帶拉長到1 005 mm。這種張緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，張緊度調(diào)整方法效率低、人工調(diào)節(jié)不便、效率低，而且人工調(diào)節(jié)不好控制張緊力大小，調(diào)節(jié)時機(jī)也不好把握。

圖1 典型的皮帶張緊方法

2 自張緊式伸縮皮帶導(dǎo)板結(jié)構(gòu)

為了解決皮帶張緊中存在的問題，本文設(shè)計(jì)了一種自張緊式伸縮皮帶導(dǎo)板，即導(dǎo)板在伸長過程中皮帶可以自動產(chǎn)生張緊，免去了人工調(diào)節(jié)張緊的麻煩，大大提高了生產(chǎn)效率。

自張緊式伸縮皮帶導(dǎo)板結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括固定機(jī)架1,移動機(jī)架2，皮帶支撐輥系3、皮帶4、調(diào)整螺栓5、導(dǎo)向桿6、伸縮缸7。皮帶支撐輥系3包括A、B、C、D、E五個支撐輥。其中，支撐輥A、B、C安裝在固定機(jī)架1上，為固定輥系，在導(dǎo)板伸縮過程中其位置保持不變；支撐輥D、E可隨移動機(jī)架2同步運(yùn)動，為浮動輥系，在導(dǎo)板伸長過程中其位置發(fā)生變化。皮帶4纏繞在皮帶支撐輥系3上形成一個封閉的形狀，支撐輥C底座上的安裝孔為長孔，通過調(diào)整螺栓5可以調(diào)整皮帶4的初始張緊度。工作時，在伸縮缸7的驅(qū)動下，移動機(jī)架2可沿著導(dǎo)向桿6作直線運(yùn)動，移動機(jī)架2在運(yùn)動的同時帶動皮帶支撐輥系3中的浮動輥系D和E一起運(yùn)動，使皮帶支撐輥系3中各個支撐輥的空間相對位置改變，從而實(shí)現(xiàn)皮帶導(dǎo)板的伸縮功能。

圖2 自張緊式伸縮皮帶導(dǎo)板結(jié)構(gòu)

3 皮帶自張緊原理

皮帶導(dǎo)板縮回時如圖3所示，皮帶導(dǎo)板伸長時如圖4所示。對比圖4與圖3可知，在伸縮缸7的驅(qū)動下，支撐輥D、E隨著移動機(jī)架2向前移動了一段距離，移動距離等于伸縮缸7的行程。圖3與圖4中皮帶纏繞狀態(tài)可分別簡化為圖5與圖6，導(dǎo)板縮回時皮帶纏繞狀態(tài)如圖5所示，導(dǎo)板伸長時皮帶纏繞狀態(tài)如圖6所示。對比圖6與圖5可知，皮帶只有AE段與CD段的長度在導(dǎo)板伸長與縮回兩個狀態(tài)時發(fā)生了變化，其變化可簡化為圖7所示。

圖3 導(dǎo)板縮回時結(jié)構(gòu)

圖4 導(dǎo)板伸出時結(jié)構(gòu)

圖5 導(dǎo)板縮回時皮帶纏繞狀態(tài)

圖6 導(dǎo)板伸出時皮帶纏繞狀態(tài)

皮帶在縮回時的長度為

L=L0+Lae+Lcd

(1)

皮帶在伸出時的長度為

L′=L0+Lae′+Lcd′

(2)

式中，L0為皮帶在導(dǎo)板伸縮前后未發(fā)生變化部分的長度；Lae為導(dǎo)板縮回時AE段皮帶長度；Lcd為導(dǎo)板縮回時CD段皮帶長度；Lae′-導(dǎo)板伸出時AE段皮帶長度；Lcd′為導(dǎo)板伸出時CD段皮帶長度。

圖7 導(dǎo)板伸縮前后皮帶長度變化簡圖

導(dǎo)板伸出后與導(dǎo)板縮回時皮帶的長度差ΔL為

ΔL=L′-L=S+Lcd′-Lcd

(3)

式中，S為伸縮缸的行程。

由三角形兩邊之和大于第三邊可知，ΔL>0。也就是說與縮回狀態(tài)相比，導(dǎo)板在伸長后皮帶長度變長了，也就是說皮帶在導(dǎo)板伸長過程中被拉長了，其張緊度更大了，即皮帶在伸長的過程中產(chǎn)生了自張緊。

4 皮帶張緊度計(jì)算

皮帶的張緊度可以用皮帶張緊后的長度與皮帶原始長度的差值來衡量。顯然，差值越大，皮帶繃得越緊，即皮帶張緊度越大。更進(jìn)一步，如圖7所示，記導(dǎo)板在縮回狀態(tài)時，CD段皮帶與水平方向夾角為θ，則

Lcd″=Lcd·sinθ

(4)

Ld′d″=Ldd″-Ldd′=Lcd·cosθ-S

(5)

(6)

則導(dǎo)板伸縮前后皮帶長度差值ΔL與伸縮缸行程S之間的關(guān)系為

(7)

由此可見，導(dǎo)板在伸縮前后皮帶的長度差ΔL是θ與S的函數(shù)，即導(dǎo)板伸長后皮帶的張緊度是由導(dǎo)板的結(jié)構(gòu)和伸縮缸的行程共同決定的。因此，通過合理地布置A、B、C、D、E五個支撐輥的位置以及選擇伸縮缸的行程S，可以實(shí)現(xiàn)皮帶所要求的張緊度。

5 工程應(yīng)用

基于以上分析計(jì)算，中國重型機(jī)械研究院股份公司為天津忠旺鋁業(yè)有限公司某廠清洗拉矯線上設(shè)計(jì)了一種自張緊式伸縮皮帶導(dǎo)板，如圖8所示。

圖8 自張緊式伸縮皮帶導(dǎo)板工程應(yīng)用

根據(jù)導(dǎo)板所在位置機(jī)組的空間大小以及機(jī)組工藝要求，選擇伸縮缸行程S為750 mm，支撐輥C、D之間皮帶長度為1 007 mm。根據(jù)公式(7)，導(dǎo)板在伸縮前后的皮帶長度差ΔL隨角度θ的變化曲線如圖9所示。通過圖9中的曲線可知，當(dāng)角度θ較小時，皮帶長度差ΔL對θ的變化不敏感；隨著角度θ的增大，皮帶長度差ΔL對θ的變化越來越敏感。因此，設(shè)計(jì)時應(yīng)該合理選擇θ大小。θ太小，達(dá)不到皮帶要求的張緊力；θ太大，過大的張緊力可能造成皮帶損壞。

圖9 ΔL隨θ的變化曲線

6 結(jié)論

理論分析及工程實(shí)踐證明文中自張緊式伸縮皮帶導(dǎo)板，巧妙地利用導(dǎo)板自身的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了皮帶的自動張緊，結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行良好，免去了人工調(diào)節(jié)張緊的麻煩，大大提高了生產(chǎn)效率。