鏈傳動的液壓自動張緊裝置設(shè)計及分析

◎李騰忠

（昆明冶金高等?？茖W(xué)校機械工程學(xué)院 650033）

前言

鏈傳動是一種常見的機械傳動形式，是一種具有中間撓性件的嚙合傳動，它由主動鏈輪、從動鏈輪和中間撓性件（鏈條）組成，通過鏈條的鏈節(jié)與鏈輪上的輪齒嚙合傳遞運動和動力，鏈傳動廣泛應(yīng)用于冶金、化工、建材、石油等工業(yè)中。鏈傳動在使用過程中，由于鏈條松邊和緊邊的拉力不等，在反復(fù)作用下經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)后，鏈條和鏈輪的嚙合會變得不好，嚴(yán)重時會導(dǎo)致鏈條與鏈輪脫落從而影響鏈傳動的工作。為了避免鏈條從鏈輪中脫落，通常鏈傳動都設(shè)有張緊裝置，張緊裝置可以避免鏈條的垂直度過大而嚙合不良。目前常見的鏈傳動張緊裝置有調(diào)整鏈輪中心距和設(shè)置張緊輪，這兩種方式都是采用被動的方式來調(diào)整鏈傳動的張緊。在某些工作場合，鏈傳動的工作狀況處于連續(xù)狀態(tài)，鏈傳動的張緊也要自動來完成，而液壓張緊裝置恰好能滿足自動張緊的要求，于是一種創(chuàng)新性液壓張緊裝置的設(shè)計誕生。

一、鏈傳動的液壓自動張緊裝置設(shè)計

（一）鏈傳動的液壓自動張緊裝置設(shè)計

為了保證生產(chǎn)的連續(xù)性，某些鏈傳動要處于連續(xù)工作狀態(tài)，連續(xù)的工作就不能停下機器來調(diào)整鏈傳動的張緊力，這時就需要有一種自動的張緊裝置來調(diào)節(jié)。液壓自動張緊裝置的設(shè)計如圖1所示：

圖1 鏈傳動的液壓自動張緊裝置

（二）鏈傳動的液壓自動張緊裝置的原理

鏈傳動的液壓自動張緊裝置的原理（如圖1）:主動鏈輪1、鏈條3和從動鏈輪2構(gòu)成了鏈傳動，在鏈傳動正常工作下（鏈條的張緊力在一定范圍內(nèi)，這個張緊力保證鏈條不會從鏈輪中脫落），調(diào)節(jié)鏈輪位置不變。當(dāng)鏈條變松后，鏈條緊邊的張緊力變小，力傳感器4測到鏈條的張緊力，然后與給定的張力（鏈條正常工作時的張力）比較，并通過反饋裝置5將信號通過電放大器6來控制電液伺服閥9，電液伺服閥9開啟，這時液壓油通過液壓泵11進入電液伺服閥9的右位然后進入液壓缸8的上腔，活塞桿向下移動，并帶動調(diào)節(jié)鏈輪7向下，于是鏈條被張緊。調(diào)節(jié)鏈輪在逐漸下降的過程中，鏈條也逐漸被張緊，鏈條的拉力也隨著逐漸增大，當(dāng)鏈條的拉力與給定的拉力相等時，電液伺服閥9接到電放大器6的信號閥芯回到中位，液壓油不再進入液壓缸，此時調(diào)節(jié)鏈輪7靜止，一次自動調(diào)節(jié)完成。

（三）鏈傳動的液壓自動張緊裝置的主要元件

1.力傳感器

該裝置中所使用的力傳感器為拉力傳感器，是一種將拉力信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y量的電壓輸出的裝置，在力敏器件中含有壓電片、壓電片墊片。目前拉力傳感器已經(jīng)是標(biāo)準(zhǔn)化、系列化產(chǎn)品，在選擇拉力傳感器時主要考慮鏈傳動的拉力，鏈傳動的拉力F=1000P/v，拉力大小與功率成正比，與鏈條速度成反比。

2.電放大器

放大器是能把輸入訊號的電壓或功率放大的裝置，由電子管或晶體管、電源變壓器和其他電器元件組成。它將從拉力傳感器來的電壓信號放大，然后控制電液伺服閥。

3.電液伺服閥

電液伺服閥是液壓系統(tǒng)中的方向控制閥，它的開關(guān)由電放大器發(fā)出的信號來控制。當(dāng)電放大器沒有信號時，閥芯處于中間位置，這時沒有液壓油通過，當(dāng)電放大器發(fā)出信號時，閥芯向右位移動，形成液壓通路，液壓油通過電液伺服閥后進入液壓缸上腔。電液伺服閥的圖形符號簡圖如圖2所示：

圖2 電液伺服閥

4.液壓缸

液壓缸是液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件，液壓缸的缸體固定，活塞桿在缸體內(nèi)可以自由移動，活塞桿與調(diào)節(jié)鏈輪的軸承連接。當(dāng)液壓缸上腔進油時，活塞桿向下移動，調(diào)節(jié)鏈輪也向下移動，鏈條被拉緊。液壓缸與活塞桿采用單杠活塞桿結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖3 單杠活塞桿

當(dāng)有桿腔進壓力油，無桿腔回油時，活塞推力F1推動活塞桿向下運動?；钊屏1和運動速度v1分別為：F1=A2P=π(D2-d2)P/4， v1=q/ A2=4q/π(D2-d2)。

5.液壓自動張緊裝置的液壓回路

液壓自動張緊裝置的液壓回路如圖4所示：

圖4 液壓自動張緊裝置的液壓回路

當(dāng)鏈條拉力小于設(shè)定拉力時，電液伺服閥2開啟右位通過液壓油，于是液壓油路暢通形成回路，液壓油的進油路為：油箱——液壓泵3——電液伺服閥2（右腔）——活塞缸1（上腔）；回油路為：活塞缸1（下腔）——電液伺服閥2（右腔）——油箱。此時，活塞桿向下移動并帶動調(diào)節(jié)鏈輪下行使鏈條張緊，當(dāng)鏈條拉力張緊到需要的程度，鏈條拉力達到一定值時，電液伺服閥2回復(fù)到中位，液壓系統(tǒng)停止向液壓缸供油。圖4中的溢流閥4在液壓系統(tǒng)用于控制系統(tǒng)的最高壓力?？紤]到液壓系統(tǒng)的工作時間不是太長，可以采用引入其他液壓系統(tǒng)的支路或蓄能器作為液壓源進行供油。

二、鏈傳動的液壓自動張緊裝置分析

（一）鏈傳動的液壓自動張緊裝置的特點

鏈傳動的液壓自動張緊裝置具有以下的特點：其一，鏈傳動的張緊完全由液壓的裝置自動來完成，不需要工作人員來調(diào)節(jié)，可降低人員成本及工作的強度；其二，鏈傳動的張緊完全由液壓的裝置自動來完成，避免了因鏈條張力突變引起的脫齒事故；其三，鏈傳動中的鏈條與鏈輪的嚙合可以在恒定的張力下嚙合，提高了鏈條的使用壽命；其四，由于增加了一個調(diào)節(jié)鏈輪，鏈條從松邊（下邊）進入鏈輪時可以減小沖擊、振動及噪音，從而提高了鏈傳動的平穩(wěn)性；其五，鏈傳動與液壓傳動實現(xiàn)了完美結(jié)合。

（二）鏈傳動的液壓自動張緊裝置設(shè)計內(nèi)容分析

1.給定張力分析

在鏈傳動的液壓自動張緊中反饋裝置5需要設(shè)定一個給定張力，這個給定張力的大小與鏈條上的正常拉力有關(guān)，鏈條上的工作拉力F=1000P/v，其中P為鏈傳動的名義功率，v為鏈條的速度。鏈傳動的名義功率和鏈條速度是按鏈傳動的要求給定的，故液壓自動張緊裝置的給定張力比較好設(shè)定。

2.液壓系統(tǒng)的供油分析及討論

鏈傳動的液壓自動張緊裝置中調(diào)節(jié)鏈輪與液壓缸的活塞桿相連，活塞桿向下移動帶動調(diào)節(jié)鏈輪向下來調(diào)節(jié)鏈條的張力。但鏈傳動中，鏈條張力改變需要經(jīng)過較長時間（這個張力的改變與鏈傳動的工作狀況，工作載荷，使用時間和沖擊等有關(guān)），如果使用專用油泵對液壓缸供油會使成本大幅增加，可以采用從其他液壓系統(tǒng)引出一個支路來對液壓缸供油。

三、結(jié)語

鏈傳動的液壓自動張緊裝置是一種新型的張緊裝置，采用了液壓系統(tǒng)對鏈傳動的張緊進行自動調(diào)節(jié)，可根據(jù)鏈傳動的功率和鏈條速度計算出鏈條的拉力，并將該拉力設(shè)定為給定拉力，當(dāng)鏈條拉力減小時，液壓系統(tǒng)工作使鏈條的拉力達到鏈條的需要拉力，從而保證鏈條不從鏈輪的輪齒中脫落，還可以保證鏈傳動的平穩(wěn)性。該設(shè)計可以廣泛用于各種類型的鏈傳動。