網帶式觸摸屏玻璃退火爐傳動系統設計

鄧 斌,佘鵬程

(中國電子科技集團公司第四十八研究所,湖南長沙 410111)

網帶式觸摸屏玻璃退火爐傳動系統設計

鄧 斌,佘鵬程

(中國電子科技集團公司第四十八研究所,湖南長沙 410111)

介紹了網帶爐傳動系統的傳動力學模型,對主動輪的選型及計算進行了詳細的說明,通過使用驗證了該傳動系統運行可靠、穩定。

網帶;玻璃退火爐;傳送系統

觸摸屏近年來已在各種便攜式電子產品和通訊工具中得到廣泛應用,從而推動其向安全、環保、低成本的方向發展。隨著觸摸屏需求量越來越大,用于該產品玻璃材料退火的網帶爐的負載也相應提高。為提高網帶爐的產能及一致性,高產能和重負載傳動是網帶式觸摸屏玻璃退火爐的大趨勢。大型網帶式觸摸屏玻璃退火爐根據工藝和生產率的需要,長度由20 m到100多m,網帶寬度(即爐膛有效寬度)由1 m到4 m不等,工藝時間則由十幾小時到幾十小時不等。大型網帶式玻璃退火傳送系統為滿足不同玻璃制品退火工藝要求,可以變頻調節控制網帶的運動速度,同時采用雙離合變速機構還可以設置網帶快速運動滿足工藝運行前空載進行爐溫曲線測試,節約生產時間和降低能耗。本文介紹了網帶式觸摸屏玻璃退火爐傳動系統結構及模型,重點分析傳動系統主傳動部分的設計。

1 傳動系統模型分析

1.1 傳動系統工作原理

網帶爐傳動通常采用金屬網帶傳動,它類似于摩擦帶傳動。帶傳動是應用很廣的機械傳動方式,一般是依靠撓性的傳動帶和帶輪之間的摩擦力來傳遞動力的。帶傳動通常由主動輪、從動輪和張緊在兩輪上的撓性傳動帶組成。由于處于張緊狀態,在靜止時帶已受到預緊力,帶和帶輪的接觸面間便產生一定的正壓力。當主動輪回轉時,帶和主動輪接觸面間便產生摩擦力使帶運動;同時帶又靠與從動輪接觸面間的摩擦力驅使從動輪回轉,從而傳遞運動和動力。這種傳動主要有以下特點:(1)當帶傳動過載時,帶在帶輪上打滑,防止其他機件損壞,起到過載保護作用;(2)帶與大輪之間存在一定的彈性滑動,故不能保證恒定的傳動比;(3)由于帶工作時需要張緊,帶對帶輪軸有很大的壓軸力;(4)重負載帶傳動裝置外廓尺寸大,結構不夠緊湊;(5)帶的壽命短,需經常更換;(6)通常用于中心距較大的兩軸之間的傳動,能傳遞較大功率。

網帶式觸摸屏玻璃退火爐主要是采用金屬網帶作傳動和承載物品用。典型的傳動系統原理圖如圖1所示。圖中主動輪與其它從動輪及網帶構成傳動系統,可近似看成一個帶傳動系統。采用摩擦傳動,用張緊輪將網帶壓在主動滾子上,增加其摩擦和包角。這種帶傳動具有如下特點:(1)采用金屬網帶傳動,網帶既是傳動件又是物品承載平臺;(2)承載的物品質量大,負載重;(3)由于網帶經過高溫區,網帶變形大;(4)帶速慢,一般是500～2 500 mm/h;(5)金屬網帶具有急冷急熱沖擊;(6)運動平穩,不允許竄動及爬行。

1.2 網帶傳動系統力學模型

帶速和帶寬是網帶爐傳動系統的重要設計參數。網帶爐正常運轉時,網帶沿輸送線路運行的總阻力等于主動輪的牽引力,即圓周驅動力FU,即:

式中Fz為主要阻力/N;C為與爐長度有關的系數; Fm為摩擦阻力/N;Fg為特種主要阻力/N。

1.2.1 主要阻力Fz

圖1 網帶爐傳動系統示意模型

對于網帶式玻璃退火爐而言,主要阻力Fz是負載和網帶移動阻力總和(這里為簡化模型,未考慮網帶與托輥之間的摩擦力):

式中f為模擬摩擦系數,f取值見表1;Lw為傳動系統的頭尾中心距,即兩上端滾子的中心距/m;qB為每米長度輸送帶質量/kg·m-1;qG為每米長度輸送帶物料質量/kg·m-1。

表1 模擬摩擦系數f

1.2.2 阻力系數C的取值

圖2表示系數C與網帶爐長度(可近似看作進出口兩從動輪之間的距離)L的函數關系。圖2表明當網帶爐總長度小于80 m的情況下,系數C的可靠取值,并基本滿足一次線性關系,系數C可以使用簡化公式計算;根據圖中對應的數值,采用二次插值的方法對C值進行處理計算。已知網帶爐長度L,從圖2中查到L1,L2對應的數值C1,C2,并且滿足L1＜L＜L2,則對應的C值為:

圖2 阻力系數C與爐長L之間關系圖

1.2.3 摩擦阻力Fm

針對網帶爐而言,摩擦阻力Fm主要是產品與網帶間的慣性阻力和摩擦阻力,即:

式中Qt為單位長度上的質量/kg;v為產品在網帶上的速度/m·s-1。

1.2.4 特種主要阻力Fg

特種主要阻力Fg由下式計算:

式中μ為網帶與導向條間的摩擦系數;L為導向條長度/m;P為產品密度/kg·m-2;g為重力加速度; IV為網帶長度/m;v為帶速/m·s-1;b1為導向條寬度/m。

2 傳動系統設計分析

本傳動系統驅動原理是借助主動輪四周的大包角產生的摩擦力來驅動網帶運行。主動輪是重負載網帶爐傳動系統中的關鍵部件,其作用是將驅動裝置提供到網帶上。根據主動輪的承載不同,可將滾筒分為輕型滾筒、中型滾筒、重型滾筒。輕型滾筒一般為焊接結構,即輻板與筒皮焊接。輪轂與軸采用鍵連接,中型滾筒和重型滾筒為鑄焊結構,即輻板與輪轂采用整體鑄造形式,然后與筒皮焊接,輪轂與軸采用脹套連接,脹套連接的優點是:定位精確、傳遞扭矩大、易于拆裝、避免軸向的攢動等。傳動滾筒表面都覆蓋橡膠或陶瓷以增大驅動滾筒與輸送帶間的摩擦系數。由于中型滾筒和重型滾筒承載重,設計計算不合理,容易造成滾筒斷軸等事故的發生,而且滾筒直徑選擇如選型計算不合理,會導致網帶打滑,過大的直徑會造成結構笨重、爐體尺寸過大。本節將借用前面分析的傳動系統力學模型計算驅動力,以及其他設計計算,形成適于重負載網帶爐傳動系統的計算方法。圖3是傳動系統中關鍵部件示意圖,圖4是主動輪結構示意圖,圖5是雙離合變速機構示意圖。

圖3 主傳動部件示意圖

圖4 主動輪結構示意圖(單位:mm)

圖5 雙離合變速機構示意圖

2.1 主動滾筒圓周驅動力計算

由上節模型可得出圓周驅動力FU為:

式中C取2.5,f取1.1(考慮高溫特性),qB取60 kg/m,qG取300 kg/m,Lw、IV取90 m,Qt取360 kg/m,v取6.9×10-4m/s。由已知參數可知,后面兩項可忽略不計,即:

考慮安全系數一般范圍為0.8～2.0,取值為1.5,則驅動力為:

2.2 主動滾筒張力計算

由設計資料可知

式中T1為網帶緊邊張力/N;T2為網帶松邊張力/ N;μ為網帶與包膠輥之間的摩擦系數,取0.35;α為網帶與包膠輥之間的弧度包角,取1.75π。

將各個數值代入可得T1=182.628 kN,T2= 26.7 kN。

2.3 主動滾筒直徑及軸徑計算

2.3.1 主動滾筒直徑D計算

查參考資料可知滾筒直徑計算公式為:

式中P為網帶與包膠輥之間的壓力,取0.6 MPa;B為網帶的寬度,取1 500 mm。

代入數據后得D=679.38 mm,圓整后為700 mm。

2.3.2 滾筒軸伸直徑d計算

由設計手冊可知:

已知:軸材料選用45#鋼,調質處理。其中T= FR,為扭矩,τp=250 MPa,計算得d=76 mm。考慮到結構緊湊性,實際取值為70 mm。

2.4 主動滾筒厚度確定

筒皮厚度t按輸送機經驗公式計算:

式中T為滾筒所受扭矩/Nm;A為兩幅板之間距離,A=1 560 mm;t為筒皮厚度/mm。

計算后得t=17 mm,考慮加工筒皮時存在厚度差及筒皮外圓的螺旋刀紋對筒皮厚度的影響,取筒皮厚度為25 mm。

3 結束語

該網帶式觸摸屏玻璃退火爐已成功應用于國內觸摸屏生產線上,傳動系統各項指標均達到了技術及工藝要求,運行平穩。隨著新興電子行業的迅猛發展,技術不斷進步,網帶爐傳動系統也在不斷地改進和創新,使該種類型的退火設備在科研生產各個領域得到更好更廣泛的應用。

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[3] 宋偉剛.通用帶式輸送機設計[M].北京:機械工業出版社, 2006.

[4] 成大先.機械設計手冊[M].北京:化學工業出版社,2004.

Abstract:The conveyor system mechanical model of belt furnace was introduced briefly,and the electrotypes and calculation of the drive wheel was elaborated in detail.The validity and feasibility of the design scheme was verified by experiments.

Key words:mesh belt;glass annealing furnace;conveyor system

Design and Analysis on Large Mesh Belt Type Glass Annealing Furnace

DENGBin,SHE Peng-cheng
(The48th Research Institute of CETC,Changsha410111,China)

TH137-31

A

1003-5540(2012)05-0061-04

2012-06-25

鄧斌(1970-),男,工程碩士,高級工程師,主要從事電子整機裝備的研制工作。