深入探討幾種可控節拍輸送鏈的動力及傳動選型的設計計算方法

齊力寧,王立維（.承德市五一四地質大隊,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拍輸送鏈的動力及傳動選型的設計計算方法

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

可控節拍輸送鏈大致有以下4種，倍速輸送鏈、側置滾輪輸送鏈、頂置滾輪輸送鏈、鏈式自由輥道，這些輸送鏈雖已廣泛應用于工農業自動化中，但在目前可查閱文獻中關于基礎理論計算的內容還不夠豐富，有些類別甚至少有論述。其實在此領域關于動力選型計算尚有些很微妙的重要之處，因未有系統的論述總結，容易被忽略，在實際應用中可能出現重大失誤，造成損失，特以此文論述之，拋磚引玉，希望能引起同業的關注，共同討論完善。

可控節拍輸送鏈;倍速輸送鏈;側置滾輪輸送鏈;頂置滾輪輸送鏈;鏈式自由輥道;理論計算;功率的計算;電機選型;連續工作變載荷;電機工作制S9;綠色環保;節能

1 引言

機器的動力部分是機器的能量來源，它將各種能量轉變為機器能（又稱機械能）。所以在各種機器中，其所采用的動力源的形式、大小直接關系到機器的運行效能及穩定性。在現代工業中，隨著技術進步及工藝革新，采用電力作為動力源進行拖動的應用更加普遍，并且電力拖動相較于其他動力源的應用比例也在不斷擴大。所以在動力選型上，因為面對著更多更復雜的應用環境，恰當的選型方法是至關重要的。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出現了問題，按照一般選型方法選出的減速電機在使用中出現了過載現象，我們在針對這一問題的判定及解決問題的過程中，總結歸納了該類輸送機（可控節拍輸送鏈）的動力及傳動的選型方法。

2 可控節拍輸送鏈的結構及特點

2.1 倍速輸送鏈。

倍速輸送鏈是由內鏈板、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及增速原理如以下兩圖（與后文的動力選型有關）。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，還會受到滾輪轉動的傳動，其實際被輸送的速度是二者之和。

2.2 側置滾輪輸送鏈、頂置滾輪輸送鏈、鏈式自由輥道。

側置和頂置滾輪輸送鏈都是由鏈條本體和側置（頂置）滾輪組成。形式多樣，但結構雷同。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，而側置（頂置）滾輪處于自由狀態，支撐被運送的工裝板隨著鏈條運動，當工裝板被停止時，鏈條與工裝板之間的側置（頂置）滾輪可以自由轉動，無須停止鏈條的運動。

鏈式自由輥道與上述兩種鏈條工作原理上沒有區別，只是應用場合不同而結構有所差異。

3 可控節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、拖動負載運行所做的功、機構內部阻力等。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。機構內部阻力是必須考慮的，一般根據機構特征選定補償系數即可。拖動負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。

節拍輸送鏈水平阻力的來源：鏈條自重的摩擦阻力（F1）、拖動負載運行的摩擦阻力（F2）、擋停負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，q1為鏈條每米重量，L1為鏈條總長度；

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

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

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，此系數是鏈條滾子的轉動摩擦系數，其大小取決于其摩擦性質。

而當托盤被擋停時，托盤與頂置或側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，設為μd，此時μ3=μ1+μdμd的大小取決于其摩擦性質，當μ1=μd時，μ3=2μ1。

但是對于增速鏈條，情況有所不同，當托盤不被擋停時，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，設其摩擦系數為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這一原理大致推算出增速的極限。

根據式（1）和式（2）可知，F2max=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構的輸出扭矩是否足夠，來確保傳動機構的穩定性。

Na=F*S，其中F為阻力之和，S為轉動半徑（一般就是鏈傳動的回轉半徑）

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，值很小，

3.5 安全系數及工況對選型的影響

以上的計算只是考慮了理想狀態，而實際應用中我們還需要根據具體環境、傳動機構特點和工作制對選型結果進行修正。要正確選型，我們至少要考慮這些因素：傳動效率、輸送系統的平順性、工作制、必要的安全系數。

傳動效率要考慮到是整個系統的，因為所有的機構內部阻力最后都會需要動力來進行補償。輸送系統的平順性對整個系統的運行影響最大，因為加工制作有經濟性方面的考慮，出于現實因素常常不能保證較為理想的狀態，當狀態較差時會嚴重影響到電機拖動的工作制，把一般視為平穩拖動的連續工作制S1的狀態變為負載和轉速非周期性變化工作制S9，其對系統的平穩運行構成較大挑戰。所以在考慮安全系數的時候，有必要充分考慮到以上所述各方面的影響。

4 結論

我們在實際應用滾輪鏈輸送機的過程中，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計算的結果大了2.3倍左右，我們初次選型考慮了1.5倍的安全系數，但是仍然不足，最終更換了動力總成才保證了系統的穩定運行。

根據我們的實際經驗，輸送系統平順、傳動效率較高（90%以上）的，安全系數選取1.2～1.3左右比較合適；輸送系統平順稍差、傳動效率較低（80～90%之間的）的，安全系數不應低于1.5；輸送系統不平順、傳動效率低（80%以下的）的，安全系數不應低于2，復雜狀況應仔細分析，必要時采取實測的手段也是不得已的。

綜上所述，因為這類輸送機的差異性，所以選型計算較為復雜，當應用規模較小時，可以考慮比較大的安全系數，即便因此造成能耗浪費較多，但因為數量少，又多為小功率，在節能環保方面綜合考慮還是可以接受。但是對于大規模應用，耗能巨大時，就應該認真計算，仔細核實，甚至結合實際測量來選擇恰當的規格，以免造成能源的巨大浪費。

以上是我們在實際應用中的經驗，歡迎各位同業指出文中的有不足及謬誤之處。

[1]蘇州特種鏈條廠,中國機械工程學會,鏈傳動專業委員會,et al.輸送鏈與特種鏈工程應用手冊[M].北京：機械工業出版社,2000.59-62、68、74、78.

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

[3]運輸機械設計選用手冊編輯委員會.運輸機械設計選用手冊[M].下冊,北京：化學工業出版社,1999.

[4]SEW,工程師手冊[Z].第一冊，天津：SEW.