通用積放式懸掛輸送系統牽引鏈條斷裂機理及對策

朱曉春 劉昌友

【摘 要】文章論述了整車工廠通用積放式懸掛輸送系統牽引鏈條斷裂機理及懸掛式輸送機改進的一些見解，通過對懸掛式輸送系統的整體結構和牽引鏈條的受力進行分析，確認鏈條斷裂原因，提出改進的對策，并結合懸掛式輸送系統與摩擦線輸送系統各自的優、缺點，在此基礎上增加摩擦驅動裝置，優化懸掛式輸送系統。

【關鍵詞】通用積放式懸掛；牽引鏈條；斷裂；受力分析；結構優化

【中圖分類號】U468 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）12-0046-04

0 引言

通用懸掛輸送機是一種三維空間閉環連續輸送系統，適用于車間內部和車間之間成件物品的自動化輸送。在現代工業中，懸掛輸送機在機械制造、汽車制造、軋鋼、煉鋁、輕工、家電、化工、橡膠、建材、郵電、核輻射和肉類加工等行業已得到了相當廣泛的應用。

隨著通用積放式懸掛輸送系統在汽車自動化行業中的普及應用，通用積放式懸掛輸送系統存在的一些問題也逐漸暴露出來，如懸掛式輸送系統輸送設備在運行一定周期后，會出現懸掛式驅動裝置結構變異、履帶鏈變異、光輪變異、牽引軌及承載軌變異、吊具承載輪變異、道岔變異、配重不合理、路線設計缺陷，或者因為調試不到位等原因，導致牽引鏈條受力劇增，牽引鏈條出現裂紋，甚至斷裂。

通用積放式懸掛輸送系統牽引鏈條斷裂，可能是由于設備選型或設計原因引起的，但根本原因還是設備出現變異后，懸掛式輸送系統牽引鏈條受力變大引起的。

本文以通用積放式懸掛輸送系統牽引鏈條受力變大為視角，探討引起牽引鏈條受力變化的各種因素，并在此基礎上對輸送設備進行改進和優化。

1 通用積放式懸掛輸送系統牽引鏈條受力分析

1.1 通用積放式懸掛輸送系統工作原理

通用積放式懸掛輸送系統主要包括懸掛式驅動站、氣液張緊裝置、光輪、道岔、牽引鏈條、牽引-承載軌道、垂直軌道、潤滑裝置等。

如圖1和圖2所示，懸掛式輸送系統由驅動鏈輪帶動履帶鏈旋轉，通過托軌和滾子排組件之間的相互作用力，驅使履帶鏈撥爪與牽引鏈條嚙合，帶動牽引鏈條運轉，帶動工件或產品在工藝段輸送和裝配，并可以根據工藝要求，自由選定牽引鏈條推頭間距。

1.2 牽引鏈條斷裂機理

通用積放式懸掛輸送系統牽引鏈條斷裂的直接原因是牽引鏈條的拉力超過牽引鏈極限拉伸載荷。

Si≤S極限Si≈S許用（1）

公式（1）中，S極限為牽引鏈極限拉伸載荷；S許用為牽引鏈條許用拉力。

由公式（1）可以得出，在正常情況下，當牽引鏈條的拉力在極限拉伸載荷以內運行時，牽引鏈條不會出現裂紋或斷裂的情況。同時，牽引鏈拉力小于或等于許用拉力時，可以保證牽引鏈條長時間無故障運行；如果牽引鏈拉力長期處于許用拉力與極限拉伸載荷之間運行，牽引鏈會出現拉伸變形、加劇磨損，牽引鏈的壽命會大大縮短，最終導致鏈條斷裂。

1.3 牽引鏈條逐點受力分析

通用積放式懸掛輸送機輸送線路按照結構和功能要求分為若干個區段，一般情況下，為方便進行逐點受力分析，區段是按照出現拐點的位置進行劃分的，區段有空載段和有載段兩大類，按照高度差可以劃分為水平段、垂直升降段。

如果鏈條在起點的張力為Si-1，則終點的張力為Si，如圖3和圖4所示，牽引鏈條在水平段和垂直升降段受力主要包含吊具小車產生的摩擦力、滑架輪產生的摩擦力、鏈條起點張力、終點張力、（吊具、鏈條）重力分力。起點張力與終點張力的力學關系式如下。

水平段：

Si=φi （φiSi-1+F1i+F2i）（2）

垂直升降段：

Si=φi （φiSi-1+F1i+F2i）+（C2NiQn+C1Mi）sinα（3）

其中，φi為分段區運行阻力系數，i為分段區數量（1～i），F1i為吊具小車組摩擦力，F2i為滑架摩擦力，Qn為重力，分為Q1、Q2（Q1為吊具重力，Q2為吊具和工件重力），Ni為分段區吊具數量，Mi為分段區牽引鏈條重力，α為升降段坡度。

牽引鏈條摩擦力的力學關系如下。

水平段：

F1i=C2NiQnF2i=C1LiqgMi=Liq（4）

垂直升降段：

F1i=C2NiQncosαF2i=C1Liqigcosα（5）

1.4 牽引鏈條受力的影響因素

由力學關系式（1）（2）（3）（4）（5）可以得出逐點受力的力學關系式：

Si=φi {φiSi-1+（C1Liqg+C2NiQn）cosα}+（C1Liqg+C2NiQn）sinα（6）

公式（6）中，C1為滑架輪摩擦系數，C2為吊具小車組摩擦系數，Li為分段區鏈條長度，Ni為分段區小車數量，q為鏈條比重。當i=1時，初張力及分段起點的值是賦值，但要保證任意Si≥0。

運行阻力系數是影響鏈條受力的關鍵參數，其又分為直段運行阻力系數、垂直彎曲段運行阻力系數、光輪水平回轉段運行阻力系數、滾子水平回轉段運行阻力系數。運行阻力系數參數值見表1。由表1可以知道，運行阻力系數是根據分段區所處的類型決定的，受牽引軌和承載軌軌道表面粗糙度、接頭圓滑程度的影響。

2 影響牽引鏈條受力的各種因素分析

由上述關系式可以得出影響牽引鏈條受力的參數，見表2。

牽引鏈斷裂主要受牽引鏈受力的影響，同時牽引鏈的材質決定其極限拉伸載荷和許用拉力，因此分析鏈條斷裂原因需要考慮鏈條材質。

3 通用積放式懸掛輸送系統牽引鏈條斷裂故障對策

影響積放式懸掛輸送系統牽引鏈斷裂的因素很多，根據本文對鏈條的逐點受力分析，得出影響牽引鏈受力的各個參數及材質對牽引鏈極限拉伸載荷的影響。本文針對各個因素，提出防止牽引鏈條斷裂的對策。

3.1 牽引鏈材質的選擇

在國內，通用積放式懸掛輸送系統牽引鏈基本采用模鍛易拆鏈和沖壓易拆鏈，鏈條材質主要有40Cr、45Mn2、42CrMo。

40Cr為中碳調質鋼，具有承受重負荷、低沖擊及較好的耐磨性等優點；45Mn2為中碳調質鋼，強度、耐磨性和淬透性均較好，但熱處理時有過熱敏感性及回火脆性傾向，水淬易開裂，對白點敏感，焊接性和冷變形塑性較低；42CrMo為合金結構鋼，有很高的靜力強度、沖擊韌性和較高的疲勞極限及耐磨性，淬透性較45Mn2高。從表3中明顯可以發現，42CrMo的力學性能好于45Mn2和40Cr，因此牽引鏈材質優先選擇42CrMo。

3.2 消除牽引鏈受力影響參數變異的影響

表2中詳細描述了各個參數對牽引鏈受力的影響，為牽引鏈受力處在許用應力的范圍內，一方面，在設計規劃路線時，在滿足功能要求的情況下，要考慮線路簡單，盡量少出現垂直升降段、轉彎段且垂直升降段升降角度盡量要求小；另一方面，在安裝調試階段，過渡段要圓滑過渡，盡量避免出現拐角、凸起等問題。

3.3 增加輔助拉力或摩擦力，降低牽引鏈拉力

通過逐點受力分析我們可以發現，造成牽引鏈拉力過大的主要位置是垂直升降段和配重段。對于配重段，牽引鏈拉力主要受初始張力即配重重量影響，而配重的目的是要保證整條牽引鏈上各個點受力要大于或等于零，否則，就會出現堆鏈，導致鏈條銷軸脫落、鏈條斷開、推頭脫落等風險；對于垂直升降段，由于工件和吊具重量分力，導致牽引鏈拉力在處置升降段劇增，為此，我們可以想辦法吸收這部分力，進而可以消減配重的重量。以下提供2種參考方案。

方案一：在上、下坡段增加雙CPC鏈條驅動，由CPC鏈條推頭推動吊具通過上、下坡段，消除上、下坡段鏈條受力劇增問題，同時改造此處原有積放鏈軌道，增加轉換機構，在保證節拍的前提下，實現吊具在積放鏈與CPC鏈條之間的轉接（如圖5所示）。

方案二：根據現有吊具結構形式，結合軌跡仿形，將吊具連桿更換為摩擦桿，結合受力分析，在上、下坡段增加多組雙摩擦驅動輔助助力，牽引吊具通過上、下坡段，分擔牽引鏈條在上、下坡段收到的牽引力，為保持速度一致性，新增加的雙摩擦驅動才有變頻調速模式。采用這種結構形式，可以有效地降低牽引鏈受力，解決牽引鏈由于受力過大產生斷裂故障的問題。

4 結語

本文主要依據懸掛鏈輸送系統牽引鏈條日常運行過程中出現的斷裂故障，結合鏈條逐點受力分析，提煉出影響導致牽引鏈受力發生突變的各個因素，針對這些關鍵影響因素，結合平時的工作經驗，提出消除或轉化這些影響因素的方案，為設備管理人員及工程設計人員提供解決這方面問題的思路。

參 考 文 獻

[1]周濟.新型輸送機選型設計與制造、維修實用全書[M].北京：北方工業出版社，2006.

[2]Valentin L.Popov.接觸力學與摩擦學的原理及其應用[M].李強，譯.北京：清華大學出版社，2011.

[3]李俊峰.理論力學[M].北京：清華大學出版社，2011.

[4]成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2004.

[責任編輯：陳澤琦]