输送链的同步分析与计算

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳 州 5 45007）

各类现代化工厂的流水线作业中，吊具作为载体，挂载工件通过单条或多条输送链的运输，到达不同的工位，完成不同工序的工艺要求。其中，吊具通过不同输送链之间的正常转换，是保证吊具正常完成运输工件任务的关键。

某厂涂装车间，工艺复杂，工序多，吊具在不同工序所要求的链速、停留时间及工况条件都各不相同。当通过其中两条工艺链（链Ⅰ、链Ⅱ）时，经常出现一些报警、积放故障，影响流水线正常运行。现以该车间为例，对此类问题进行了分析计算，并采取改进措施，结果不仅使吊具平稳通过，而且故障也完全消失，保证了流水线的顺畅运行，达到了预期目的。

1 设备运行及存在的故障

1.1 设备基础数据

（1）吊具。吊具包括前铲、第二小车、第三小车、尾铲以及将它们连接起来的小车连杆。总长4 500 mm，见图1。

图1 吊具图

（2）吊具前铲（简称“前铲”）。宽度 240 mm，通过小车连杆与其它小车相连，链条推头带动前铲使吊具运行，见图2。

图2 推头和前铲图

（3）推车机。运行速度156.69 mm/s，气缸行程890 mm，运行时间5.68 s，在理想状态下，吊具前铲在推车机的推动下，由链Ⅰ站位b点通过c点到达m点，并在此等待，链Ⅱ推头由k经过c从后面推动吊具前铲向前运行，见图3。

图3 推车机比较图

（4）链条。输送链相邻两个推头之间的距离，称为节距。链Ⅰ节距5 700 mm，链速32.237 mm/s；链Ⅱ节距800 mm，链速39.088 mm/s。

1.2 同步工艺介绍

链Ⅰ推头带动前铲到达站位开关b点后，脱离吊具运行方向，前铲在b点停止，并使站位开关有信号；接到信号指令，推车机推动前铲到达m点前端；同时，链Ⅱ推头经过k点，由c点进入前铲运行方向，到达m点带走停留在m点的前铲，通过e点进入30°下坡段，完成换链全过程，见图4。

图4 链Ⅰ、链Ⅱ同步示意图

1.3 运行中原存在的故障

吊具通过软链条吊挂工件，属于柔性挂载方式，推车机推进速度快，没有低速过渡段，吊具在推车机的带动下，突然加速（推车机推出）及突然停止（推车机到位停止）时，工件均会产生剧烈晃动。

工件晃动有一定的随机性，当推车机停止时，如果工件晃动方向与吊具运行方向相反，由于推车机推爪阻止了前铲向回运行，前铲够保持在m点；当推车机推到位停止时，如果工件晃动方向与吊具运行方向相同，则吊具在工件惯性的带动下向前冲出，经常出现造成积放报警或滑坡故障，每天报警达9～11次，每次处理需4～6 min，有时甚至出现积放、滑坡工件报废的事故。

2 对运行故障的分析计算

下面就其中关系进行分析。

2.1 计算之一

据已知数据：

推车机行程890 mm，运行时间5.68 s；

链Ⅱ链速39.088 mm/s。

在推车机推出到停止这段时间，链Ⅱ行程为

因推车机推出至行程顶端是m点，且前铲中点是推头挂载（连接）前铲的位置，则推车机推爪动作至m点时，前铲中心实际应该所处位置为

即当前铲中心到达m+240/2 mm点时，推头前端面只要通过了m+240/2 mm点，则推头将不会对前铲的前进造成阻挡。

c点距离此时前铲中心的位置为

因为 310-222=88 mm，推车机运行速度（156.69 mm/s）＞3#链运行速度（39.088 mm/s），所以当前铲推出时，如若推头在cm方向距离c点＞88 mm时，前铲无法追上（错过）这个推头，将等待下一个推头；

如若当前铲推出时，推头在cm方向距离c点＜88 mm时，则前铲将追赶上这个推头，并且推头将会对前铲的前进造成阻挡；

前铲在推头的阻挡和推车机的推动下积聚能量，最终滑出推头，以很高的速度冲出，与前一台吊具尾铲积放或冲入30°下坡段，造成滑坡故障——工件报废。

2.2 计算之二

当前铲前端进入c点至前铲后端出c点这个区间，如果有链Ⅱ进入c点，将会发生侧挤故障。

前铲前端至c点的距离为

前铲前端运行至c点所需要的时间为

3 s时间内链Ⅱ运行的距离为

因推头厚度为30 mm，所以当前铲推出时，如若推头在ck方向，推头前端面距离c点＜115–30=85 mm时，推头先于前铲进入c点，但是会阻挡前铲前进；

如若当前铲推出时，推头在ck方向，推头前端面距离c点＞85 mm时，则前铲将与这个推头同时进入c点，推头会与前铲上端形成“侧挤”干涉。

前铲后端至c点的距离为

前铲后端运行至c点所需要的时间为

4.5 s时间内，3#链运行的距离为

所以，当前铲推出时，如若推头在ck方向，推头前端面距离c点小于175 mm时，则前铲将与这个推头同时进入c点，推头会与前铲上端形成“侧挤”干涉；

如若当前铲推出时，推头在ck方向，推头前端面距离c点＞175 mm时，则前铲将先于这个推头进入c点，推头会在后面正常带走前铲，顺利完成换链过程。

2.3 分析结论

实际运行中，前铲到达b点（站位开关有信号）推车机推出时，链Ⅱ（连续运行）推头可能处于ge之间的任何一个位置，前铲和链Ⅱ推头进入c点的时间和顺序就非常重要。

根据上面的计算，我们得知：推车机推出前铲时，链Ⅱ推头处于不同位置，将会产生不同后果，列表如表1。

表1 分析计算结果表

3 采取的初步措施

3.1 增加排气缓冲阀

为了减缓吊具前进时的惯性，又能保证推车机能够迅速把吊具推进到位，通过排气缓冲阀控制推车机推出运行速度，从而使吊具运行平稳，工件无晃动。

3.2 设置3#链推头检测开关

为提高链Ⅰ、链Ⅱ同步效果，控制链Ⅱ推头到达c点的时间，增加链Ⅱ推头检测开关。

（1）安装链Ⅱ推头检测开关。推车机将前铲推到位之后，必须尽快被推头带走。但是，3#链转弯处是一个直径为Φ 500 mm的导向光盘，考虑维修的方便，将链Ⅱ推头检测开关定在距离光盘切点（f点）300 mm的g点（见图4）。

（2）改进推车机动作控制程序。改进前程序——当站位开关b点有信号时，推车机推出；改进后程序——当站位开关b点有信号和3#链推头检测开关同时有信号时，推车机推出。

4 对初步措施的验算及效果

相关计算参数及位置关系见图5。

图5 同步计算示意图

通过排气缓冲阀，初步将推车机调整至如下数据：

气缸行程（不变）890 mm；

运行速度59.33 mm/s；

运行时间15 s；

转盘直径Φ 500 mm；

链条宽40 mm；

链条围绕光盘运行的弧度长为直径Φ 540 mm的1/4圆周长

4.1 推头不会阻碍前铲前进

设链Ⅱ推头检测开关g被推头触动瞬间，推车机立即动作将前铲推出，此时推头g前方最近推头所在位置为d，当dg=800 mm时，

推车机推爪行程为

因cm=am-ac=190 mm；

推车机推爪运行时，推头d的位置

所以，当推车机推出时，d推头距离m点只有114 mm；

因为当推爪到达m点时，被推爪推动的前铲中心实际到达位置是

推头d前端运行至m+240/2点的行程为

推头d前端运行至m+240/2点的时间为

在5.99s时间内，推车机的行程为

因推车机推爪从运行至推动前铲所需运行的距离为200 mm；

前铲中心所到达的行程为

前铲中心b点至m+240/2点的距离为

推头d前端运行至m+240/2点时，前铲中心距离d推头后端面距离为

分析结论之一是：

g被触动的瞬间，推车机立即推出，前铲中心在行程范围内也无法追上推头d。

4.2 推头不会与前铲侧挤

设检测开关g被推头触动且b有信号，推车机开始推出。推车机推爪a运行至c点所需要的时间为

链Ⅱ推头前端面在11.798 s时间段的行程为

因为前铲尾端到达c点，可以等同于推车机推爪a到达c点，推车机推爪到达c点时，g推头所到达的位置是

分析结论之二是：

g被触动的瞬间，推车机立即推出，前铲后端到达c点时，g点推头只运行至距离c点263 mm的位置，不会发生侧挤故障。

4.3 b点等待链Ⅰ不会积放滑坡

设前铲触发占位开关b时，链Ⅱ推头恰好通过g开关。

链Ⅰ推头节距为5 700 mm；

吊具长度为4 500 mm；

相邻前、后两台吊具前铲、尾铲之间的距离为

因为链Ⅱ推头节距为800 mm，那么这个即将到来的推头到达并触动g开关的时间是

即还有20.47 s推车机才推出。

因推车机推爪与前铲尾端有200 mm的空推距离，那么，推车机空推200 mm所用时间为

因为在20.47 s和3.37 s这两个时间段，链Ⅰ还在正常运行，所以在这两个时间段链Ⅰ运行距离是

此时，在b点等待的吊具尾铲与下一台吊具的前铲的距离为

根据工作经验，实际运行中气缸的气压并不稳定，推车机的速度与链Ⅰ、链Ⅱ的链条运行速度也无法保持精确，一般来说，理论最短间距，需要大于其原运行间距的一半，即

因431.6mm＜600mm,可以得出分析结论之三是：

吊具前铲在b点等待期间，到推车机推出时，后一台吊具的前铲最近虽仍能与尾铲保持431.6 mm的距离，但考虑到相关设备运行量的变化，实际运行中还会存在一定风险。

4.4 m+240/2点等待链Ⅰ不会积放滑坡

设链Ⅱ推头检测开关g被推头触动瞬间，推车机立即动作将前铲推出，前铲被推车机推出到达de之间等待链Ⅱ推头时，链Ⅱ推头还没到达，前铲中心所处的位置为

m+240/2 mm至b点之间的距离为

推车机推出至前铲到达m+240/2点的时间为15 s；

在15 s中，触发g开关的链Ⅱ推头实际行程是

此时，链Ⅱ推头前端面距离前铲中心的实际距离为

链Ⅱ推头到达前铲中心，带走前铲的时间为

链Ⅰ在15 s时间区间中的运行距离，即后一台吊具前铲的行程为

根据本文4.3节得出的结论之三，推车机推出时，后一台吊具的前铲与前一台尾铲的最短距离是431.6mm，b吊具前铲中心被推至m+240/2 mm时，b吊具尾铲与后一台吊具前铲之间的实际距离为

链Ⅰ在11.46 s时间区间中的运行距离为

前一台吊具被链Ⅱ推头带走时，其尾铲与后一台吊具前铲的距离为

根据工作经验，实际运行中气缸的气压并不稳定，推车机的速度与链Ⅰ、链Ⅱ的链条运行速度也无法保持精确，一般而言，理论最短间距，需要大于其原运行间距的一半，即

因为291.6 mm＜600 mm，可以得出结论之四是：

当前一个吊具前铲被链Ⅱ推头带走时，后一台吊具的前铲虽仍能与尾铲保持291.6 mm的最近距离，但考虑到相关设备运行量的变化，实际运行中还会存在一定风险。

4.5 实施效果及分析

在实际使用过程中，虽然报警明显减少，但是每天仍有2～3次报警。

通过跟踪发现：当前铲触发占位开关b时，链Ⅱ推头恰好通过g开关的情况下，前铲错过这个推头，等待时间过长；此时链Ⅰ继续运行，使两台吊具前铲、尾铲过于接近，增加了积放的风险。

5 增补措施及验算

为使进入链Ⅱ的前铲尽快被带走，增补了一些措施：保持开关信号时间延迟12 s，即当g点检测开关被触动并在被触动的12 s的时间范围内，如结果站位开关b被触动，则推车机推出。

5.1 推头不会阻碍前铲前进

验算方法及结论与前述4.1节相同，即可以得出结论之一是：

（1）即使g被触动的瞬间，推车机立即推出，前铲中心在行程范围内也无法追上推头d；

（2）在g被触动后延时的11 s时间范围内，只会延迟推车机推出时间，前铲中心在行程范围内也无法追上推头d；

（3）前铲中心无法追上推头d，推头d不会阻碍前铲前进，前铲不会因冲破推头d的阻碍而弹出，即不会造成前后吊具尾铲积放或滑坡故障。

5.2 推头不会与前铲侧挤

设定链Ⅱ推头检测开关g被推头触动，且延时12 s的瞬间，推车机开始推出。

推车机推爪a运行至c点所需要的时间为

链Ⅱ推头前端面在11.798 s时间段的行程为

链Ⅱ推头前端面在12 s时间段的行程为

因前铲尾端到达c点可以等同于推车机推爪a到达c点，推车机推爪到达c点时，g推头所到达的位置是

因链Ⅱ推头检测开关g被推头触动且延时11 s的瞬间，推车机开始推出，g推头前端面超前前铲后端面206.121 mm到达c点；而且前铲宽度为240 mm。

可以得出的结论是：在当前数据状态下，前铲进入c点时存在与链Ⅱ推头干涉，发生侧挤故障的故障，无法满足使用要求。

6 调整数据及验算和效果

根据仍然存在的故障问题，我们重新调整推车机运行速度，数据如下：

全部行程890 mm；

推进速度89 mm/s；

运行时间10 s。

为使推车机能够及时将前铲推出，把设定更改为：

当g点检测开关被触动，并在被触动的10 s的时间范围内，如结果站位开关b被触动，则推车机推出。

调整后的数据验算，分述如下。

6.1 推头不会阻碍前铲前进

验算方法及结论之一与前述4.1节相同。

6.2 推头不会与前铲侧挤

设定链Ⅱ推头检测开关g被推头触动，且延时10 s的瞬间，推车机开始推出。

推车机推爪a运行至c点所需要的时间为

链Ⅱ推头前端面在7.865 s时间段的行程为

链Ⅱ推头前端面在10 s时间段的行程为

因为前铲尾端到达c点，可以等同于推车机推爪由a到达c点，推车机推爪到达c点时，g推头所到达的位置是

可以得出结论之二是：

（1）链Ⅱ推头检测开关g被推头触动且延时10 s的瞬间，推车机开始推出，g推头前端面落后前铲后端面25.805 mm到达c点；

（2）在g被触动后瞬间至延时的10 s时间范围内，只会提前推车机推出时间，g推头前端面落后前铲后端面到达c点的距离，将＞25.805 mm；

（3）因g推头前端面落后前铲后端面到达c点的距离将＞25.805 mm，所以g推头与前铲进入c点时不会发生侧挤故障。

6.3 b点等待链Ⅰ不会积放滑坡

设前铲压住占位开关b时，链Ⅱ推头恰好延时超过10 s；

链Ⅰ推头节距5 700 mm；

吊具长度4 500 mm；

相邻前、后两台吊具前铲、尾铲之间的距离为

链Ⅱ推头在10 s的延时时间内，已经运行的距离为

因为推头节距为800 mm，那么这个即将到来的推头距离g点的距离是

因为

这个即将到来的推头，还要运行10.47 s将触碰检测开关g，即还有10.47 s，推车机才推出。

因推车机推爪与前铲尾端有200 mm的空推距离，那么，推车机空推200 mm所用的时间为

因在10.47 s和2.247 s这两个时间段，链Ⅰ还在正常运行，所以在这两个时间段链Ⅰ运行距离是

此时，在b点等待的吊具尾铲与下一台吊具的前铲的距离为

根据前述工作经验，790.15 mm＞600 mm，可以得出结论之三是：

吊具前铲在b点等待期间，到推车机推出时，后一台吊具的前铲与前一台吊具尾铲最短距离为790.15 mm，且＞600 mm，不会造成积放故障。

6.4 前铲在m+240/2点等待链Ⅰ不会积放

设链Ⅱ推头检测开关g被推头触动瞬间，推车机立即动作将前铲推出，前铲被推车机推出到达m+240/2点时，链Ⅱ推头还没到达。

m+240/2 mm至b点之间的距离为

推车机推出至前铲到达m+240/2点的时间为10 s；

在10 s中，触动g开关的链Ⅱ推头实际行程是

此时，链Ⅱ推头前端面距离前铲中心的实际距离为

链Ⅱ推头到达前铲中心，带走前铲的时间为

链Ⅰ在10 s时间区间中的运行距离，即后一台吊具前铲的行程为

根据结论之三，推车机推出时，后一台吊具的前铲与前一台尾铲的最短距离是790.15 mm；则b吊具前铲中心被推至m+240/2 mm时，b吊具尾铲与后一台吊具前铲之间的实际距离为

链Ⅰ在16.456 s时间区间中的运行距离为

前一台吊具被链Ⅱ推头带走时，其尾铲与后一台吊具的前铲距离为

根据前述工作经验，677.3 mm大于600 mm，可以得出结论之四是：

当前一个吊具前铲被链Ⅱ推头带走时，后一台吊具前铲与前一台吊具的尾铲还有677.3 mm的距离，且＞600 mm，因链Ⅱ速度大于链Ⅰ速度，所以两台吊具不会积放。

6.5 实施效果

通过本文6.1至6.4节的4个结论，各项数据都有了明显改善，尤其是结论之三（790.15 mm）和结论之四（677.3 mm）最短距离数据均大于经验值，降低了运行中故障产生的风险。

在实际运行中，吊具不仅能够平稳通过，且相应的报警、积放故障也完全消失。

7 结束语

在模锻输送链中，同步的故障率较高，处理的关键在于不同链速、节距及相关数据的选择和调配。这种分析和计算的方法，不仅在输送链中适用，在其他输送设备的过渡段也同样适用。

[1]邱宣怀，余 俊.机械设计手册[K].北京：机械工业出版社，2003.

[2]王 铎.理论力学[M].北京：高等教育出版社，1990.