鄧 斌,佘鵬程

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十八研究所,湖南長(zhǎng)沙 410111)

網(wǎng)帶式觸摸屏玻璃退火爐傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄧 斌,佘鵬程

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十八研究所,湖南長(zhǎng)沙 410111)

介紹了網(wǎng)帶爐傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)力學(xué)模型,對(duì)主動(dòng)輪的選型及計(jì)算進(jìn)行了詳細(xì)的說明,通過使用驗(yàn)證了該傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行可靠、穩(wěn)定。

網(wǎng)帶;玻璃退火爐;傳送系統(tǒng)

觸摸屏近年來已在各種便攜式電子產(chǎn)品和通訊工具中得到廣泛應(yīng)用,從而推動(dòng)其向安全、環(huán)保、低成本的方向發(fā)展。隨著觸摸屏需求量越來越大,用于該產(chǎn)品玻璃材料退火的網(wǎng)帶爐的負(fù)載也相應(yīng)提高。為提高網(wǎng)帶爐的產(chǎn)能及一致性,高產(chǎn)能和重負(fù)載傳動(dòng)是網(wǎng)帶式觸摸屏玻璃退火爐的大趨勢(shì)。大型網(wǎng)帶式觸摸屏玻璃退火爐根據(jù)工藝和生產(chǎn)率的需要,長(zhǎng)度由20 m到100多m,網(wǎng)帶寬度(即爐膛有效寬度)由1 m到4 m不等,工藝時(shí)間則由十幾小時(shí)到幾十小時(shí)不等。大型網(wǎng)帶式玻璃退火傳送系統(tǒng)為滿足不同玻璃制品退火工藝要求,可以變頻調(diào)節(jié)控制網(wǎng)帶的運(yùn)動(dòng)速度,同時(shí)采用雙離合變速機(jī)構(gòu)還可以設(shè)置網(wǎng)帶快速運(yùn)動(dòng)滿足工藝運(yùn)行前空載進(jìn)行爐溫曲線測(cè)試,節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間和降低能耗。本文介紹了網(wǎng)帶式觸摸屏玻璃退火爐傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及模型,重點(diǎn)分析傳動(dòng)系統(tǒng)主傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)。

1 傳動(dòng)系統(tǒng)模型分析

1.1 傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理

網(wǎng)帶爐傳動(dòng)通常采用金屬網(wǎng)帶傳動(dòng),它類似于摩擦帶傳動(dòng)。帶傳動(dòng)是應(yīng)用很廣的機(jī)械傳動(dòng)方式,一般是依靠撓性的傳動(dòng)帶和帶輪之間的摩擦力來傳遞動(dòng)力的。帶傳動(dòng)通常由主動(dòng)輪、從動(dòng)輪和張緊在兩輪上的撓性傳動(dòng)帶組成。由于處于張緊狀態(tài),在靜止時(shí)帶已受到預(yù)緊力,帶和帶輪的接觸面間便產(chǎn)生一定的正壓力。當(dāng)主動(dòng)輪回轉(zhuǎn)時(shí),帶和主動(dòng)輪接觸面間便產(chǎn)生摩擦力使帶運(yùn)動(dòng);同時(shí)帶又靠與從動(dòng)輪接觸面間的摩擦力驅(qū)使從動(dòng)輪回轉(zhuǎn),從而傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。這種傳動(dòng)主要有以下特點(diǎn):(1)當(dāng)帶傳動(dòng)過載時(shí),帶在帶輪上打滑,防止其他機(jī)件損壞,起到過載保護(hù)作用;(2)帶與大輪之間存在一定的彈性滑動(dòng),故不能保證恒定的傳動(dòng)比;(3)由于帶工作時(shí)需要張緊,帶對(duì)帶輪軸有很大的壓軸力;(4)重負(fù)載帶傳動(dòng)裝置外廓尺寸大,結(jié)構(gòu)不夠緊湊;(5)帶的壽命短,需經(jīng)常更換;(6)通常用于中心距較大的兩軸之間的傳動(dòng),能傳遞較大功率。

網(wǎng)帶式觸摸屏玻璃退火爐主要是采用金屬網(wǎng)帶作傳動(dòng)和承載物品用。典型的傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖如圖1所示。圖中主動(dòng)輪與其它從動(dòng)輪及網(wǎng)帶構(gòu)成傳動(dòng)系統(tǒng),可近似看成一個(gè)帶傳動(dòng)系統(tǒng)。采用摩擦傳動(dòng),用張緊輪將網(wǎng)帶壓在主動(dòng)滾子上,增加其摩擦和包角。這種帶傳動(dòng)具有如下特點(diǎn):(1)采用金屬網(wǎng)帶傳動(dòng),網(wǎng)帶既是傳動(dòng)件又是物品承載平臺(tái);(2)承載的物品質(zhì)量大,負(fù)載重;(3)由于網(wǎng)帶經(jīng)過高溫區(qū),網(wǎng)帶變形大;(4)帶速慢,一般是500～2 500 mm/h;(5)金屬網(wǎng)帶具有急冷急熱沖擊;(6)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),不允許竄動(dòng)及爬行。

1.2 網(wǎng)帶傳動(dòng)系統(tǒng)力學(xué)模型

帶速和帶寬是網(wǎng)帶爐傳動(dòng)系統(tǒng)的重要設(shè)計(jì)參數(shù)。網(wǎng)帶爐正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),網(wǎng)帶沿輸送線路運(yùn)行的總阻力等于主動(dòng)輪的牽引力,即圓周驅(qū)動(dòng)力FU,即:

式中Fz為主要阻力/N;C為與爐長(zhǎng)度有關(guān)的系數(shù); Fm為摩擦阻力/N;Fg為特種主要阻力/N。

1.2.1 主要阻力Fz

圖1 網(wǎng)帶爐傳動(dòng)系統(tǒng)示意模型

對(duì)于網(wǎng)帶式玻璃退火爐而言,主要阻力Fz是負(fù)載和網(wǎng)帶移動(dòng)阻力總和(這里為簡(jiǎn)化模型,未考慮網(wǎng)帶與托輥之間的摩擦力):

式中f為模擬摩擦系數(shù),f取值見表1;Lw為傳動(dòng)系統(tǒng)的頭尾中心距,即兩上端滾子的中心距/m;qB為每米長(zhǎng)度輸送帶質(zhì)量/kg·m-1;qG為每米長(zhǎng)度輸送帶物料質(zhì)量/kg·m-1。

表1 模擬摩擦系數(shù)f

1.2.2 阻力系數(shù)C的取值

圖2表示系數(shù)C與網(wǎng)帶爐長(zhǎng)度(可近似看作進(jìn)出口兩從動(dòng)輪之間的距離)L的函數(shù)關(guān)系。圖2表明當(dāng)網(wǎng)帶爐總長(zhǎng)度小于80 m的情況下,系數(shù)C的可靠取值,并基本滿足一次線性關(guān)系,系數(shù)C可以使用簡(jiǎn)化公式計(jì)算;根據(jù)圖中對(duì)應(yīng)的數(shù)值,采用二次插值的方法對(duì)C值進(jìn)行處理計(jì)算。已知網(wǎng)帶爐長(zhǎng)度L,從圖2中查到L1,L2對(duì)應(yīng)的數(shù)值C1,C2,并且滿足L1＜L＜L2,則對(duì)應(yīng)的C值為:

圖2 阻力系數(shù)C與爐長(zhǎng)L之間關(guān)系圖

1.2.3 摩擦阻力Fm

針對(duì)網(wǎng)帶爐而言,摩擦阻力Fm主要是產(chǎn)品與網(wǎng)帶間的慣性阻力和摩擦阻力,即:

式中Qt為單位長(zhǎng)度上的質(zhì)量/kg;v為產(chǎn)品在網(wǎng)帶上的速度/m·s-1。

1.2.4 特種主要阻力Fg

特種主要阻力Fg由下式計(jì)算:

式中μ為網(wǎng)帶與導(dǎo)向條間的摩擦系數(shù);L為導(dǎo)向條長(zhǎng)度/m;P為產(chǎn)品密度/kg·m-2;g為重力加速度; IV為網(wǎng)帶長(zhǎng)度/m;v為帶速/m·s-1;b1為導(dǎo)向條寬度/m。

2 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

本傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)原理是借助主動(dòng)輪四周的大包角產(chǎn)生的摩擦力來驅(qū)動(dòng)網(wǎng)帶運(yùn)行。主動(dòng)輪是重負(fù)載網(wǎng)帶爐傳動(dòng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件,其作用是將驅(qū)動(dòng)裝置提供到網(wǎng)帶上。根據(jù)主動(dòng)輪的承載不同,可將滾筒分為輕型滾筒、中型滾筒、重型滾筒。輕型滾筒一般為焊接結(jié)構(gòu),即輻板與筒皮焊接。輪轂與軸采用鍵連接,中型滾筒和重型滾筒為鑄焊結(jié)構(gòu),即輻板與輪轂采用整體鑄造形式,然后與筒皮焊接,輪轂與軸采用脹套連接,脹套連接的優(yōu)點(diǎn)是:定位精確、傳遞扭矩大、易于拆裝、避免軸向的攢動(dòng)等。傳動(dòng)滾筒表面都覆蓋橡膠或陶瓷以增大驅(qū)動(dòng)滾筒與輸送帶間的摩擦系數(shù)。由于中型滾筒和重型滾筒承載重,設(shè)計(jì)計(jì)算不合理,容易造成滾筒斷軸等事故的發(fā)生,而且滾筒直徑選擇如選型計(jì)算不合理,會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)帶打滑,過大的直徑會(huì)造成結(jié)構(gòu)笨重、爐體尺寸過大。本節(jié)將借用前面分析的傳動(dòng)系統(tǒng)力學(xué)模型計(jì)算驅(qū)動(dòng)力,以及其他設(shè)計(jì)計(jì)算,形成適于重負(fù)載網(wǎng)帶爐傳動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算方法。圖3是傳動(dòng)系統(tǒng)中關(guān)鍵部件示意圖,圖4是主動(dòng)輪結(jié)構(gòu)示意圖,圖5是雙離合變速機(jī)構(gòu)示意圖。

圖3 主傳動(dòng)部件示意圖

圖4 主動(dòng)輪結(jié)構(gòu)示意圖(單位:mm)

圖5 雙離合變速機(jī)構(gòu)示意圖

2.1 主動(dòng)滾筒圓周驅(qū)動(dòng)力計(jì)算

由上節(jié)模型可得出圓周驅(qū)動(dòng)力FU為:

式中C取2.5,f取1.1(考慮高溫特性),qB取60 kg/m,qG取300 kg/m,Lw、IV取90 m,Qt取360 kg/m,v取6.9×10-4m/s。由已知參數(shù)可知,后面兩項(xiàng)可忽略不計(jì),即:

考慮安全系數(shù)一般范圍為0.8～2.0,取值為1.5,則驅(qū)動(dòng)力為:

2.2 主動(dòng)滾筒張力計(jì)算

由設(shè)計(jì)資料可知

式中T1為網(wǎng)帶緊邊張力/N;T2為網(wǎng)帶松邊張力/ N;μ為網(wǎng)帶與包膠輥之間的摩擦系數(shù),取0.35;α為網(wǎng)帶與包膠輥之間的弧度包角,取1.75π。

將各個(gè)數(shù)值代入可得T1=182.628 kN,T2= 26.7 kN。

2.3 主動(dòng)滾筒直徑及軸徑計(jì)算

2.3.1 主動(dòng)滾筒直徑D計(jì)算

查參考資料可知滾筒直徑計(jì)算公式為:

式中P為網(wǎng)帶與包膠輥之間的壓力,取0.6 MPa;B為網(wǎng)帶的寬度,取1 500 mm。

代入數(shù)據(jù)后得D=679.38 mm,圓整后為700 mm。

2.3.2 滾筒軸伸直徑d計(jì)算

由設(shè)計(jì)手冊(cè)可知:

已知:軸材料選用45#鋼,調(diào)質(zhì)處理。其中T= FR,為扭矩,τp=250 MPa,計(jì)算得d=76 mm?？紤]到結(jié)構(gòu)緊湊性,實(shí)際取值為70 mm。

2.4 主動(dòng)滾筒厚度確定

筒皮厚度t按輸送機(jī)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算:

式中T為滾筒所受扭矩/Nm;A為兩幅板之間距離,A=1 560 mm;t為筒皮厚度/mm。

計(jì)算后得t=17 mm,考慮加工筒皮時(shí)存在厚度差及筒皮外圓的螺旋刀紋對(duì)筒皮厚度的影響,取筒皮厚度為25 mm。

3 結(jié)束語

該網(wǎng)帶式觸摸屏玻璃退火爐已成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)觸摸屏生產(chǎn)線上,傳動(dòng)系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了技術(shù)及工藝要求,運(yùn)行平穩(wěn)。隨著新興電子行業(yè)的迅猛發(fā)展,技術(shù)不斷進(jìn)步,網(wǎng)帶爐傳動(dòng)系統(tǒng)也在不斷地改進(jìn)和創(chuàng)新,使該種類型的退火設(shè)備在科研生產(chǎn)各個(gè)領(lǐng)域得到更好更廣泛的應(yīng)用。

[1] 江堯忠.工業(yè)電爐[M].北京:清華大學(xué)出版社,1993.

[2] 王秉銓.工業(yè)爐設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

[3] 宋偉剛.通用帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2006.

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Abstract:The conveyor system mechanical model of belt furnace was introduced briefly,and the electrotypes and calculation of the drive wheel was elaborated in detail.The validity and feasibility of the design scheme was verified by experiments.

Key words:mesh belt;glass annealing furnace;conveyor system

Design and Analysis on Large Mesh Belt Type Glass Annealing Furnace

DENGBin,SHE Peng-cheng
(The48th Research Institute of CETC,Changsha410111,China)

TH137-31

A

1003-5540(2012)05-0061-04

2012-06-25

鄧斌(1970-),男,工程碩士,高級(jí)工程師,主要從事電子整機(jī)裝備的研制工作。