制丝线折叠纸箱堆垛机改进设计

徐鹏，韩冬先，栾胜勇，翟涛，吕剑坤

（山东中烟工业有限责任公司青岛卷烟厂，山东 青岛 266100）

0 引言

堆垛机由电动机输出动力，再由一根10A链条传递给输出轴，输出轴由一根10A链条传递给另一根传动轴，两根传动轴再分别通过四根10A链条，带动升降平台做升降运动。该系统为人机协作工序，因此操作过程中的人身安全非常重要，传动系统中任意链条出现断裂，会导致升降台倾倒坠落，造成严重机械故障，存在安全隐患。

1 链传动的失效形式

1.1 铰链磨损形式

铰链磨损形式主要的表现原理是：当链节分别进入轮齿、脱离轮齿时，在相邻铰链的销轴与套管之间发生的相互运动，并在运动作用下出现了磨损现象。受链节相对转角的影响，当转角角度不断增大的情况下，会延长磨损链节节距，此时会出现啮合点沿齿高外移的现象。上述现象反复进行，进一步引发跳齿和脱链的现象，从而使传动失效。另外，若出现润滑性能下降，或者受恶劣环境因素的影响，会加剧铰链磨损，大大缩短了链条的使用寿命。

1.2 疲劳破坏形式

疲劳破坏形式主要的表现原理是：链在实际运转过程中，自身承受的载荷是受应力的作用而随之改变的。在松边拉力和紧边拉力的变应力作用下，链会不断增加循环的次数，随着应力作用力不断增加，疲劳破坏现象会进一步的加剧[1]。当滚子链在中、低速运行条件下，会引发链板疲劳断裂问题；当滚子链在高速条件下运行时，套筒、滚子啮合快速运行，自身的冲击载荷瞬时增加，加剧了套筒或滚子疲劳破坏程度。当滚子链在正常条件运行时，链传动承载能力直接关系到疲劳强度。

1.3 铰链胶合形式

铰链胶合形式主要的表现原理是：铰链在进入主动轮和脱离从动轮时，承受较大的载荷，当链轮超过额定转速时，会导致套筒与销轴之间的承载油膜破裂，发生金属摩擦现象，在频繁的摩擦作用力下，出现套筒和销轴胶合现象。进而导致销轴被剪断，出现套筒、销轴与链板之间松动的现象，造成链传动失效。

1.4 链被拉断形式

链传动的承载能力与受静拉力强度因素有一定的关联性，然而，当链轮轮齿的磨损和塑性变形超过一定程度后，会降低链的寿命[2]。尤其在低速（v＜0.6m/s）、重载或尖峰载荷过大的发生传动，链会被拉断。

2 链传动的静强度校核

当v＜0.6m/s时，链传动的主要失效形式是过载拉断，此时应进行静强度校核，静强度安全系数S应满足≥[S]=4~8。

10A的链条满载约2000kg的升降台，校核静强度如下：

已知：上下移动部件总质量m=2000kg，伺服电机额定功率P0=0.55kW，额定转矩T0=10Nm，额定转速n0=1360r/min，减速机转速比i0=64.85，减速机机械效率η=0.71，链轮齿数Z=19，链轮中心距a=350mm，链轮传动比i=1，单排链结构链号10A，查GB/T1243标准得，最小抗拉强度Fu=21.8kN，节距p=15.875mm。

链轮平均转速：

链条平均速度：

由于有两组链条传动，单边链条的传动功率为0.5P，则链条紧边拉力为：

由于链速为v＜0.6 m/s的低速链传动，其主要失效形式是链条的静拉断，故按静强度条件进行计算，校核安全系数S，即：

式中：KA——工况系数（见表1），较大冲击载荷取KA=1.5；

表1 工况系数

Ft——链传动圆周力；

[S]——链条静强度安全系数许用值，取[S]=4~8。

结论：10A单排链条在平稳载荷下能够满足工作要求，但在较大冲击载荷下，安全系数接近临界点，存在一定安全隐患。

3 链传动的改进设计

堆垛机满载重约2000kg，静载荷为19.6KN，由四根链条吊拉做升降运动，单根链条承受最大静载荷拉力为4.9KN，根据特种设备安全规范，尤其是关系人身安全，用于升降牵引和升降驱动的链条，其安全系数不能小于10，所以所选链条的抗拉载荷不应小于49KN。查链条抗拉强度表宜选用12A-2链条，抗拉强度为62.6KN，可满足设计要求[3-5]。

12A-2链条拖载2000kg重的升降台，校核静强度如下：

已知：上下移动部件总质量m=2000kg，伺服电机额定功率P0=0.55kW，额定转矩T0=10Nm，额定转速n0=1360r/min，减速机转速比i0=64.85，减速机机械效率η=0.71，链轮齿数Z=18，链轮中心距a=350mm，链轮传动比i=1，双排链结构链号12A-2，查GB/T1243标准得，最小抗拉强度Fu=62.6kN，节距p=19.05mm。

链轮平均转速：

链条平均速度：

由于有两组链条传动，单边链条的传动功率为0.5P，则链条紧边拉力为：

由于链速为v＜0.6 m/s的低速链传动，其主要失效形式是链条的静拉断，故按静强度条件进行计算，校核安全系数S，即：

式中：KA——工况系数，较大冲击载荷取KA=1.5；Ft——链传动圆周力；

[S]——链条静强度安全系数许用值，取[S]=4~8。

基于对12A-2链条的静强度校核，结合制丝线折叠纸箱堆垛机的使用现状，改进设计如下：

（1）链轮、链条规格参数：

表2 链轮规格参数

表3 链条规格参数

（2）设计制作传动轴两件：

图1 传动轴图

（3）总装配图：

图1 总装配图

4 结语

综上所述，基于可靠性设计理念，通过对升降平台牵引链条的参数计算、合理选型，对堆垛机进行改进设计，提升了升降平台运行的安全性，降低了故障的发生率，保证了运行过程的稳定性，从而提高设备的可靠性，从源头预防故障的发生。