淺析一種免潤滑的輸送鏈條設計

秦強

（沃富林普羅科特機械（無錫）有限公司，江蘇 無錫 214000）

在煙草、化纖和食品等加工行業(yè)中，在生產(chǎn)線的末端或者后處理部分工藝常常需求配置烘干烘烤設備，以使產(chǎn)品達到滿足包裝、存儲、運輸?shù)暮恳?，或者使產(chǎn)品的口味、色澤、形狀、品質(zhì)發(fā)生變化滿足市場和客戶的要求。隨著國內(nèi)的加工能力的不斷發(fā)展和市場對各類產(chǎn)品需求量的快速增加，烘干烘烤設備的尺寸隨著產(chǎn)量需求的變大也在不斷地增大。為滿足產(chǎn)量需求，大型的烘干烘烤設備多采用鏈板輸送的結(jié)構(gòu)，在一些領(lǐng)域也稱為網(wǎng)帶式結(jié)構(gòu)。在煙草行業(yè)，鏈板式復烤機長度可以達70m。在食品行業(yè)，鏈板式烘烤機長度可以達120m。在化纖領(lǐng)域，鏈板式烘干機長度可以達170m，寬度可以達到5m。鏈板式烘干烘烤設備的鏈板通過兩側(cè)的輸送鏈條來支撐和牽引。輸送鏈條的狀態(tài)是否良好是大型鏈板式烘干烘烤設備保持健康運行的關(guān)鍵。

1 鏈條需要加油帶來的問題

為了達到載荷和強度要求，大型烘干烘烤設備的輸送鏈條皆由鋼材制造。由于鏈條的滾輪和轉(zhuǎn)軸一直處于滑動摩擦狀態(tài)，因此，鏈條需要通過定期加潤滑油使得滾輪和轉(zhuǎn)軸之間保持有油膜才能保證鏈條足夠的使用壽命。通過人工刷油或者加油機給鏈條加油的過程中，難免使得鏈條的表面沾上油。

潤滑油被加熱后會揮發(fā)。烘干烘烤設備內(nèi)部溫度一般較高，煙草烘烤設備一般在60℃左右，食品和化纖的烘干烘烤設備多在110～150℃，有的設備設計溫度高達200℃。在煙草和食品的烘干烘烤設備中，輸送鏈條上的潤滑油被加熱后會揮發(fā)滲入煙葉和食品中，影響煙葉和食品的口味口感，甚至使得產(chǎn)品無法滿足要求。在化纖烘干設備中，化纖產(chǎn)品容易沾裹到有油的鏈條上，不易清理，影響鏈條的運行，同時，潤滑油被加熱揮發(fā)附著在化纖產(chǎn)品表面，也會影響化纖產(chǎn)品的品質(zhì)。

2 免潤滑鏈條的結(jié)構(gòu)設計

本文設計的免潤滑鏈條，采用分離受力的設計方法，在傳統(tǒng)輸送鏈條的基礎(chǔ)上進行改進，增加了外掛滾輪，實現(xiàn)了大型烘干烘烤設備的輸送鏈條的免潤滑功能。

2.1 傳統(tǒng)鏈條的受力分析

圖1為傳統(tǒng)的輸送鏈條，該鏈條應用于一臺鏈板式橡膠烘干機。

圖1 傳統(tǒng)輸送鏈條

輸送鏈條作為一個整體，在運行過程中，受到的外力主要有：（1）自身的重力以及鏈板對鏈條向下的載荷；（2）軌道對鏈條的支撐力；（3）鏈輪對鏈條的牽引力；（4）軌道對鏈條的靜摩擦力。

輸送鏈條的受力分析示意圖參見圖2。正常情況下，輸送鏈條始終保持勻速運行，因此，作用力（1）自身的重力以及鏈板對鏈條向下的載荷等于作用力（2）軌道對鏈條的支撐力，作用力（3）主動鏈輪對鏈條的牽引力等于作用力（4）軌道對鏈條的靜摩擦力。

圖2 傳統(tǒng)輸送鏈條受力分析

其中，作用力（1）自身的重力以及鏈板對鏈條向下的載荷、作用力（2）軌道對鏈條的支撐力和作用力（4）軌道對鏈條的靜摩擦力，分布作用在所有的單節(jié)鏈條的滾輪上，因此，單個滾輪受到的力較小。作用力（4）軌道對鏈條的靜摩擦力使得滾輪發(fā)生滾動。

而作用力（3）主動鏈輪對鏈條的牽引力，僅作用在與鏈輪嚙合時的四個滾輪上，這四個滾輪受到的力等于所有運行在軌道上的滾輪受到來自軌道的靜摩擦力的相加總和，因此，受力非常大。與鏈輪嚙合的四個滾輪隨著鏈條的整體運行不斷變換，且僅在與主動鏈輪嚙合時受力，因此，作用力（3）主動鏈輪對鏈條的牽引力對單個滾輪的作用持續(xù)時間較短。另外，在嚙合期間，滾輪相對轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動量非常少。

2.2 免潤滑鏈條的設計原理

輸送鏈條免潤滑，即輸送鏈條不需要加潤滑油，達到無油狀態(tài)。而傳統(tǒng)輸送鏈條因為載荷受力較大需要采用鋼材制造，鋼制的滾輪和中心軸長期持續(xù)摩擦必須加油，這兩者是一個矛盾。

通過2.1節(jié)的受力分析，我們可以看出：

作用力（1）、作用力（2）和作用力（4）作為一類，與作用力（3）相比較，兩類作用力有著明顯不同的特征，其中：作用力（1）、作用力（2）和作用力（4）作為一類：對單個滾輪作用力小，持續(xù)作用時間長，作用力（4）使得鏈條滾輪產(chǎn)生持續(xù)轉(zhuǎn)動。

與作用力（3）作為一類：對單個滾輪作用力大，持續(xù)作用時間短，作用力（3）使得鏈條滾輪產(chǎn)生短時間少量轉(zhuǎn)動。

本文設計的免潤滑鏈條，采用分離作用力的設計原理，在傳統(tǒng)輸送鏈條的基礎(chǔ)上進行改進，增加含高分子軸套的外掛滾輪，將以上所述的兩類作用力分開作用在外掛滾輪和內(nèi)部滾輪上，實現(xiàn)免潤滑的功能。

2.3 免潤滑鏈條的詳細結(jié)構(gòu)

參見圖3和圖4，其中，圖3是免潤滑鏈條的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是免潤滑鏈條的剖視圖。

參見圖3，免潤滑鏈條在傳統(tǒng)輸送鏈條的基礎(chǔ)上改進而成。傳統(tǒng)的輸送鏈條主要由部件3鏈節(jié)、部件9內(nèi)部滾輪和部件2鏈板連接部件組成。免潤滑鏈條在此基礎(chǔ)上增加了部件4外掛滾輪。

參見圖4免潤滑鏈條的剖視圖，部件4外掛滾輪和部件9內(nèi)部滾輪都在同一個部件7中心軸上滾動。部件4外掛滾輪和部件7中心軸之間設計有部件6高分子軸套。高分子軸套由摩擦系數(shù)小、耐磨、高強度的高分子材料制造。部件9內(nèi)部滾輪和部件7中心軸之間設計有部件10金屬軸套。金屬軸套材料為碳鋼，做表面硬化處理。

圖4 免潤滑鏈條截面圖

該設計的免潤滑輸送鏈條正常運行時，僅部件4外掛滾輪在軌道（部件5表示）上運行，部件9內(nèi)部滾輪懸空不與軌道接觸。

回到圖3免潤滑鏈條的結(jié)構(gòu)示意圖，當鏈條進入鏈輪與鏈輪嚙合時，僅部件9內(nèi)部滾輪與鏈輪嚙合，部件4外掛滾輪不與鏈輪接觸。

圖3 免潤滑鏈條示意圖

圖5為該設計的免潤滑輸送鏈條實物照片。

圖5 免潤滑鏈條實物照片

2.4 免潤滑鏈條的受力和運行狀態(tài)

由上述分析可知，部件4外掛滾輪承受2.1節(jié)中所述的作用力（1）鏈條自身的重力以及鏈板對鏈條向下的載荷、作用力（2）軌道對鏈條的支撐力和作用力（4）軌道對鏈條的靜摩擦力。

部件4外掛滾輪滾動的過程中，其與部件6高分子軸套產(chǎn)生滑動摩擦，摩擦力等于單個滾輪受到的作用力（1）鏈條自身的重力以及鏈板對鏈條向下的載荷乘以摩擦系數(shù)。因為單個滾輪受到的作用力（1）較小，同時，部件6高分子軸套與鋼材的摩擦系數(shù)較小，因此，摩擦力較小。

部件4外掛滾輪的運行狀態(tài)是：在與軌道接觸時，在軌道上滾動，脫離軌道時，不接觸鏈輪不與鏈輪嚙合。

部件9內(nèi)部滾輪的運行狀態(tài)是：不與軌道接觸，不在軌道上滾動，僅與鏈輪嚙合。僅在嚙合過程中承受2.1節(jié)中所述的作用力（3）主動鏈輪對鏈條的牽引力。

在部件9內(nèi)部滾輪進入鏈輪嚙合到脫離鏈輪到回程軌道這一過程中，部件9內(nèi)部滾輪僅轉(zhuǎn)動了360度，即部件9內(nèi)部滾輪與部件7中心軸僅發(fā)生了360度的相對滑動。相對滑動角度小，且時間非常短，因此，部件10金屬軸套與部件7中心軸發(fā)生滑動摩擦的摩擦量也非常小，摩擦時間也非常短。

因此，部件10軸套可以采用金屬材質(zhì)，原因正是需要滿足嚙合時主動鏈輪對鏈條的牽引力的強度要求，同時，因為鏈條運行中部件10金屬軸套與部件7中心軸摩擦量小，不加潤滑油也不會產(chǎn)生過多的磨損。

通過將鏈條的受到的四個作用力按大小分類的方式，在傳統(tǒng)鏈條的結(jié)構(gòu)上創(chuàng)新，增加外掛滾輪，再將作用力分離的方法，實現(xiàn)了鏈條的免潤滑設計。

2.5 免潤滑鏈條的使用壽命

根據(jù)此設計的輸送鏈條在煙草、食品和化纖等不同行業(yè)的使用經(jīng)驗，免潤滑鏈條的使用壽命取決于部件6高分子軸套的使用壽命。免潤滑輸送鏈條在使用一定時間后，高分子軸套會發(fā)生磨損直到幾乎完全磨損掉。發(fā)生磨損后，更換高分子軸套，鏈條可以繼續(xù)使用。部件10金屬軸套磨損量很小，可以忽略。

根據(jù)不同的客戶反饋，高分子軸套使用周期在1～3年。時間長短主要取決于兩方面：第一，輸送鏈條的運行速度。運行速度越快，使用周期越短。第二，烘干烘烤的產(chǎn)品是否產(chǎn)生硬質(zhì)的細粉，細粉滑入高分子軸套和中心軸之間，加快磨損速度。

3 結(jié)語

隨著現(xiàn)代市場發(fā)展對產(chǎn)品要求的不斷提高，在煙草、食品和化纖領(lǐng)域等高端市場客戶對產(chǎn)品品質(zhì)有了更高的要求，在此背景下，本文通過對傳統(tǒng)鏈條進行受力分析，采用了作用力分離的方法，設計了免潤滑的輸送鏈條，以滿足烘干烘烤設備內(nèi)不含潤滑油的環(huán)境。同時，對該設計的免潤滑輸送鏈條進行了運行狀態(tài)分析，并總結(jié)了影響鏈條使用壽命的因素。