链传动的液压自动张紧装置设计及分析

◎李腾忠

（昆明冶金高等专科学校机械工程学院 650033）

前言

链传动是一种常见的机械传动形式，是一种具有中间挠性件的啮合传动，它由主动链轮、从动链轮和中间挠性件（链条）组成，通过链条的链节与链轮上的轮齿啮合传递运动和动力，链传动广泛应用于冶金、化工、建材、石油等工业中。链传动在使用过程中，由于链条松边和紧边的拉力不等，在反复作用下经过一定的循环次数后，链条和链轮的啮合会变得不好，严重时会导致链条与链轮脱落从而影响链传动的工作。为了避免链条从链轮中脱落，通常链传动都设有张紧装置，张紧装置可以避免链条的垂直度过大而啮合不良。目前常见的链传动张紧装置有调整链轮中心距和设置张紧轮，这两种方式都是采用被动的方式来调整链传动的张紧。在某些工作场合，链传动的工作状况处于连续状态，链传动的张紧也要自动来完成，而液压张紧装置恰好能满足自动张紧的要求，于是一种创新性液压张紧装置的设计诞生。

一、链传动的液压自动张紧装置设计

（一）链传动的液压自动张紧装置设计

为了保证生产的连续性，某些链传动要处于连续工作状态，连续的工作就不能停下机器来调整链传动的张紧力，这时就需要有一种自动的张紧装置来调节。液压自动张紧装置的设计如图1所示：

图1 链传动的液压自动张紧装置

（二）链传动的液压自动张紧装置的原理

链传动的液压自动张紧装置的原理（如图1）:主动链轮1、链条3和从动链轮2构成了链传动，在链传动正常工作下（链条的张紧力在一定范围内，这个张紧力保证链条不会从链轮中脱落），调节链轮位置不变。当链条变松后，链条紧边的张紧力变小，力传感器4测到链条的张紧力，然后与给定的张力（链条正常工作时的张力）比较，并通过反馈装置5将信号通过电放大器6来控制电液伺服阀9，电液伺服阀9开启，这时液压油通过液压泵11进入电液伺服阀9的右位然后进入液压缸8的上腔，活塞杆向下移动，并带动调节链轮7向下，于是链条被张紧。调节链轮在逐渐下降的过程中，链条也逐渐被张紧，链条的拉力也随着逐渐增大，当链条的拉力与给定的拉力相等时，电液伺服阀9接到电放大器6的信号阀芯回到中位，液压油不再进入液压缸，此时调节链轮7静止，一次自动调节完成。

（三）链传动的液压自动张紧装置的主要元件

1.力传感器

该装置中所使用的力传感器为拉力传感器，是一种将拉力信号转变为可测量的电压输出的装置，在力敏器件中含有压电片、压电片垫片。目前拉力传感器已经是标准化、系列化产品，在选择拉力传感器时主要考虑链传动的拉力，链传动的拉力F=1000P/v，拉力大小与功率成正比，与链条速度成反比。

2.电放大器

放大器是能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。它将从拉力传感器来的电压信号放大，然后控制电液伺服阀。

3.电液伺服阀

电液伺服阀是液压系统中的方向控制阀，它的开关由电放大器发出的信号来控制。当电放大器没有信号时，阀芯处于中间位置，这时没有液压油通过，当电放大器发出信号时，阀芯向右位移动，形成液压通路，液压油通过电液伺服阀后进入液压缸上腔。电液伺服阀的图形符号简图如图2所示：

图2 电液伺服阀

4.液压缸

液压缸是液压系统的执行元件，液压缸的缸体固定，活塞杆在缸体内可以自由移动，活塞杆与调节链轮的轴承连接。当液压缸上腔进油时，活塞杆向下移动，调节链轮也向下移动，链条被拉紧。液压缸与活塞杆采用单杠活塞杆结构，如图3所示。

图3 单杠活塞杆

当有杆腔进压力油，无杆腔回油时，活塞推力F1推动活塞杆向下运动。活塞推力F1和运动速度v1分别为：F1=A2P=π(D2-d2)P/4， v1=q/ A2=4q/π(D2-d2)。

5.液压自动张紧装置的液压回路

液压自动张紧装置的液压回路如图4所示：

图4 液压自动张紧装置的液压回路

当链条拉力小于设定拉力时，电液伺服阀2开启右位通过液压油，于是液压油路畅通形成回路，液压油的进油路为：油箱——液压泵3——电液伺服阀2（右腔）——活塞缸1（上腔）；回油路为：活塞缸1（下腔）——电液伺服阀2（右腔）——油箱。此时，活塞杆向下移动并带动调节链轮下行使链条张紧，当链条拉力张紧到需要的程度，链条拉力达到一定值时，电液伺服阀2回复到中位，液压系统停止向液压缸供油。图4中的溢流阀4在液压系统用于控制系统的最高压力。考虑到液压系统的工作时间不是太长，可以采用引入其他液压系统的支路或蓄能器作为液压源进行供油。

二、链传动的液压自动张紧装置分析

（一）链传动的液压自动张紧装置的特点

链传动的液压自动张紧装置具有以下的特点：其一，链传动的张紧完全由液压的装置自动来完成，不需要工作人员来调节，可降低人员成本及工作的强度；其二，链传动的张紧完全由液压的装置自动来完成，避免了因链条张力突变引起的脱齿事故；其三，链传动中的链条与链轮的啮合可以在恒定的张力下啮合，提高了链条的使用寿命；其四，由于增加了一个调节链轮，链条从松边（下边）进入链轮时可以减小冲击、振动及噪音，从而提高了链传动的平稳性；其五，链传动与液压传动实现了完美结合。

（二）链传动的液压自动张紧装置设计内容分析

1.给定张力分析

在链传动的液压自动张紧中反馈装置5需要设定一个给定张力，这个给定张力的大小与链条上的正常拉力有关，链条上的工作拉力F=1000P/v，其中P为链传动的名义功率，v为链条的速度。链传动的名义功率和链条速度是按链传动的要求给定的，故液压自动张紧装置的给定张力比较好设定。

2.液压系统的供油分析及讨论

链传动的液压自动张紧装置中调节链轮与液压缸的活塞杆相连，活塞杆向下移动带动调节链轮向下来调节链条的张力。但链传动中，链条张力改变需要经过较长时间（这个张力的改变与链传动的工作状况，工作载荷，使用时间和冲击等有关），如果使用专用油泵对液压缸供油会使成本大幅增加，可以采用从其他液压系统引出一个支路来对液压缸供油。

三、结语

链传动的液压自动张紧装置是一种新型的张紧装置，采用了液压系统对链传动的张紧进行自动调节，可根据链传动的功率和链条速度计算出链条的拉力，并将该拉力设定为给定拉力，当链条拉力减小时，液压系统工作使链条的拉力达到链条的需要拉力，从而保证链条不从链轮的轮齿中脱落，还可以保证链传动的平稳性。该设计可以广泛用于各种类型的链传动。