徐鵬，韓冬先，欒勝勇，翟濤，呂劍坤

（山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司青島卷煙廠(chǎng)，山東 青島 266100）

0 引言

堆垛機(jī)由電動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力，再由一根10A鏈條傳遞給輸出軸，輸出軸由一根10A鏈條傳遞給另一根傳動(dòng)軸，兩根傳動(dòng)軸再分別通過(guò)四根10A鏈條，帶動(dòng)升降平臺(tái)做升降運(yùn)動(dòng)。該系統(tǒng)為人機(jī)協(xié)作工序，因此操作過(guò)程中的人身安全非常重要，傳動(dòng)系統(tǒng)中任意鏈條出現(xiàn)斷裂，會(huì)導(dǎo)致升降臺(tái)傾倒墜落，造成嚴(yán)重機(jī)械故障，存在安全隱患。

1 鏈傳動(dòng)的失效形式

1.1 鉸鏈磨損形式

鉸鏈磨損形式主要的表現(xiàn)原理是：當(dāng)鏈節(jié)分別進(jìn)入輪齒、脫離輪齒時(shí)，在相鄰鉸鏈的銷(xiāo)軸與套管之間發(fā)生的相互運(yùn)動(dòng)，并在運(yùn)動(dòng)作用下出現(xiàn)了磨損現(xiàn)象。受鏈節(jié)相對(duì)轉(zhuǎn)角的影響，當(dāng)轉(zhuǎn)角角度不斷增大的情況下，會(huì)延長(zhǎng)磨損鏈節(jié)節(jié)距，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)嚙合點(diǎn)沿齒高外移的現(xiàn)象。上述現(xiàn)象反復(fù)進(jìn)行，進(jìn)一步引發(fā)跳齒和脫鏈的現(xiàn)象，從而使傳動(dòng)失效。另外，若出現(xiàn)潤(rùn)滑性能下降，或者受惡劣環(huán)境因素的影響，會(huì)加劇鉸鏈磨損，大大縮短了鏈條的使用壽命。

1.2 疲勞破壞形式

疲勞破壞形式主要的表現(xiàn)原理是：鏈在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，自身承受的載荷是受應(yīng)力的作用而隨之改變的。在松邊拉力和緊邊拉力的變應(yīng)力作用下，鏈會(huì)不斷增加循環(huán)的次數(shù)，隨著應(yīng)力作用力不斷增加，疲勞破壞現(xiàn)象會(huì)進(jìn)一步的加劇[1]。當(dāng)滾子鏈在中、低速運(yùn)行條件下，會(huì)引發(fā)鏈板疲勞斷裂問(wèn)題；當(dāng)滾子鏈在高速條件下運(yùn)行時(shí)，套筒、滾子嚙合快速運(yùn)行，自身的沖擊載荷瞬時(shí)增加，加劇了套筒或滾子疲勞破壞程度。當(dāng)滾子鏈在正常條件運(yùn)行時(shí)，鏈傳動(dòng)承載能力直接關(guān)系到疲勞強(qiáng)度。

1.3 鉸鏈膠合形式

鉸鏈膠合形式主要的表現(xiàn)原理是：鉸鏈在進(jìn)入主動(dòng)輪和脫離從動(dòng)輪時(shí)，承受較大的載荷，當(dāng)鏈輪超過(guò)額定轉(zhuǎn)速時(shí)，會(huì)導(dǎo)致套筒與銷(xiāo)軸之間的承載油膜破裂，發(fā)生金屬摩擦現(xiàn)象，在頻繁的摩擦作用力下，出現(xiàn)套筒和銷(xiāo)軸膠合現(xiàn)象。進(jìn)而導(dǎo)致銷(xiāo)軸被剪斷，出現(xiàn)套筒、銷(xiāo)軸與鏈板之間松動(dòng)的現(xiàn)象，造成鏈傳動(dòng)失效。

1.4 鏈被拉斷形式

鏈傳動(dòng)的承載能力與受靜拉力強(qiáng)度因素有一定的關(guān)聯(lián)性，然而，當(dāng)鏈輪輪齒的磨損和塑性變形超過(guò)一定程度后，會(huì)降低鏈的壽命[2]。尤其在低速（v＜0.6m/s）、重載或尖峰載荷過(guò)大的發(fā)生傳動(dòng)，鏈會(huì)被拉斷。

2 鏈傳動(dòng)的靜強(qiáng)度校核

當(dāng)v＜0.6m/s時(shí)，鏈傳動(dòng)的主要失效形式是過(guò)載拉斷，此時(shí)應(yīng)進(jìn)行靜強(qiáng)度校核，靜強(qiáng)度安全系數(shù)S應(yīng)滿(mǎn)足≥[S]=4~8。

10A的鏈條滿(mǎn)載約2000kg的升降臺(tái)，校核靜強(qiáng)度如下：

已知：上下移動(dòng)部件總質(zhì)量m=2000kg，伺服電機(jī)額定功率P0=0.55kW，額定轉(zhuǎn)矩T0=10Nm，額定轉(zhuǎn)速n0=1360r/min，減速機(jī)轉(zhuǎn)速比i0=64.85，減速機(jī)機(jī)械效率η=0.71，鏈輪齒數(shù)Z=19，鏈輪中心距a=350mm，鏈輪傳動(dòng)比i=1，單排鏈結(jié)構(gòu)鏈號(hào)10A，查GB/T1243標(biāo)準(zhǔn)得，最小抗拉強(qiáng)度Fu=21.8kN，節(jié)距p=15.875mm。

鏈輪平均轉(zhuǎn)速：

鏈條平均速度：

由于有兩組鏈條傳動(dòng)，單邊鏈條的傳動(dòng)功率為0.5P，則鏈條緊邊拉力為：

由于鏈速為v＜0.6 m/s的低速鏈傳動(dòng)，其主要失效形式是鏈條的靜拉斷，故按靜強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算，校核安全系數(shù)S，即：

式中：KA——工況系數(shù)（見(jiàn)表1），較大沖擊載荷取KA=1.5；

表1 工況系數(shù)

Ft——鏈傳動(dòng)圓周力；

[S]——鏈條靜強(qiáng)度安全系數(shù)許用值，取[S]=4~8。

結(jié)論：10A單排鏈條在平穩(wěn)載荷下能夠滿(mǎn)足工作要求，但在較大沖擊載荷下，安全系數(shù)接近臨界點(diǎn)，存在一定安全隱患。

3 鏈傳動(dòng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

堆垛機(jī)滿(mǎn)載重約2000kg，靜載荷為19.6KN，由四根鏈條吊拉做升降運(yùn)動(dòng)，單根鏈條承受最大靜載荷拉力為4.9KN，根據(jù)特種設(shè)備安全規(guī)范，尤其是關(guān)系人身安全，用于升降牽引和升降驅(qū)動(dòng)的鏈條，其安全系數(shù)不能小于10，所以所選鏈條的抗拉載荷不應(yīng)小于49KN。查鏈條抗拉強(qiáng)度表宜選用12A-2鏈條，抗拉強(qiáng)度為62.6KN，可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求[3-5]。

12A-2鏈條拖載2000kg重的升降臺(tái)，校核靜強(qiáng)度如下：

已知：上下移動(dòng)部件總質(zhì)量m=2000kg，伺服電機(jī)額定功率P0=0.55kW，額定轉(zhuǎn)矩T0=10Nm，額定轉(zhuǎn)速n0=1360r/min，減速機(jī)轉(zhuǎn)速比i0=64.85，減速機(jī)機(jī)械效率η=0.71，鏈輪齒數(shù)Z=18，鏈輪中心距a=350mm，鏈輪傳動(dòng)比i=1，雙排鏈結(jié)構(gòu)鏈號(hào)12A-2，查GB/T1243標(biāo)準(zhǔn)得，最小抗拉強(qiáng)度Fu=62.6kN，節(jié)距p=19.05mm。

鏈輪平均轉(zhuǎn)速：

鏈條平均速度：

由于有兩組鏈條傳動(dòng)，單邊鏈條的傳動(dòng)功率為0.5P，則鏈條緊邊拉力為：

由于鏈速為v＜0.6 m/s的低速鏈傳動(dòng)，其主要失效形式是鏈條的靜拉斷，故按靜強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算，校核安全系數(shù)S，即：

式中：KA——工況系數(shù)，較大沖擊載荷取KA=1.5；Ft——鏈傳動(dòng)圓周力；

[S]——鏈條靜強(qiáng)度安全系數(shù)許用值，取[S]=4~8。

基于對(duì)12A-2鏈條的靜強(qiáng)度校核，結(jié)合制絲線(xiàn)折疊紙箱堆垛機(jī)的使用現(xiàn)狀，改進(jìn)設(shè)計(jì)如下：

（1）鏈輪、鏈條規(guī)格參數(shù)：

表2 鏈輪規(guī)格參數(shù)

表3 鏈條規(guī)格參數(shù)

（2）設(shè)計(jì)制作傳動(dòng)軸兩件：

圖1 傳動(dòng)軸圖

（3）總裝配圖：

圖1 總裝配圖

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基于可靠性設(shè)計(jì)理念，通過(guò)對(duì)升降平臺(tái)牽引鏈條的參數(shù)計(jì)算、合理選型，對(duì)堆垛機(jī)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，提升了升降平臺(tái)運(yùn)行的安全性，降低了故障的發(fā)生率，保證了運(yùn)行過(guò)程的穩(wěn)定性，從而提高設(shè)備的可靠性，從源頭預(yù)防故障的發(fā)生。