牟旭東

(江蘇磁谷科技股份有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212009)

0 引言

纏繞式包裝機(jī)是專門(mén)用于成品板材打包的設(shè)備(圖1)。該設(shè)備適合于對(duì)塊狀且具有一定剛度的成品板材進(jìn)行包裝。包裝材料通常為薄膜或紙膜復(fù)合材料，置于生產(chǎn)線末尾，或者單獨(dú)安放。在本人的實(shí)用新型設(shè)備“鏈傳動(dòng)薄膜纏繞式包裝機(jī)”(專利號(hào)：ZL201120405490.5)設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)鏈傳動(dòng)、平帶傳動(dòng)、V帶傳動(dòng)三種動(dòng)力介質(zhì)的選取做了分析與對(duì)比，最終選擇了鏈傳動(dòng)。

圖1 纏繞式包裝機(jī)實(shí)體效果圖

1 鏈傳動(dòng)的分析

鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2。主動(dòng)鏈輪1的鏈齒嚙合在12A鏈條3上，12A鏈條3通過(guò)螺釘被安裝在環(huán)形零件4上，鏈條鎖緊壓塊2作為保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)均布在環(huán)形零件4上，環(huán)形零件4安放在導(dǎo)向托輪5內(nèi)。當(dāng)主動(dòng)鏈輪1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)12A鏈條3使環(huán)形零件4轉(zhuǎn)動(dòng)。整個(gè)鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相當(dāng)于鏈齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

1—主動(dòng)鏈輪；2—鏈條鎖緊壓塊；3—12A鏈條；4—環(huán)形零件；5—導(dǎo)向托輪。

鏈齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)在于承載能力強(qiáng)，能在低速、重載、高溫、粉塵等不良環(huán)境中工作；能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比,傳遞效率可達(dá)98%，能滿足眾多包裝工況。其缺點(diǎn)為工作時(shí)有噪聲，且存在沖擊和振動(dòng)，對(duì)安裝的要求較高。

實(shí)用新型設(shè)備“鏈傳動(dòng)薄膜纏繞式包裝機(jī)”以電機(jī)為動(dòng)力，通過(guò)減速裝置和鏈輪、鏈條傳遞動(dòng)力，采用單排鏈條，使用的節(jié)數(shù)Z=312。單排鏈條的計(jì)算功率Pca與電機(jī)功率P之間的關(guān)系為

(1)

式中：KA為工況系數(shù)，取為1；KZ為主動(dòng)鏈輪齒數(shù)系數(shù)，取為1；KP為多排鏈系數(shù)，取為1。

先根據(jù)鏈速、啟動(dòng)加速時(shí)間、負(fù)載質(zhì)量等參數(shù)確定單排鏈條的計(jì)算功率Pca，再由式(1)確定電機(jī)功率P。

“鏈傳動(dòng)薄膜纏繞式包裝機(jī)”的單排鏈條的計(jì)算功率Pca=1.1 kW,帶入式(1)，得到

解出電機(jī)功率P=2.2kW[1]。

在標(biāo)準(zhǔn)給定的潤(rùn)滑條件下，鏈條的額定使用壽命為15000h,由于該結(jié)構(gòu)為鏈齒結(jié)構(gòu)，使用壽命?15000h。鏈齒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，鏈條的理論額定使用壽命LR為

式中：Lt為鏈條節(jié)數(shù)，取為312；K為鏈條使用系數(shù)，取為0.1；a為滾子、套筒的疲勞指數(shù)，取為2[2]。

若設(shè)備每天工作8h，則鏈條的額定使用壽命為40年。

2 平帶傳動(dòng)的分析

平帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖3。普通平帶3包裹在環(huán)形零件4的外徑平帶槽內(nèi)，通過(guò)張緊機(jī)構(gòu)2來(lái)調(diào)節(jié)主動(dòng)帶輪1的包角以及普通平帶3的松緊度，環(huán)形零件4安放在導(dǎo)向托輪5內(nèi)。當(dāng)主動(dòng)帶輪1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)普通平帶3使環(huán)形零件4轉(zhuǎn)動(dòng)。普通平帶3的寬度為25mm，帶厚為3mm，周長(zhǎng)為7 600mm。

1—主動(dòng)帶輪；2—張緊機(jī)構(gòu)；3—普通平帶；4—環(huán)形零件；5—導(dǎo)向托輪。

平帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可用于兩軸中心距離較大的場(chǎng)合,最大的優(yōu)點(diǎn)在于皮帶本身具有彈性，可緩和沖擊、振動(dòng)載荷，具有過(guò)載保護(hù)功能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造和安裝精度要求低,維護(hù)方便，工作時(shí)噪聲低，傳遞效率為94%～96%。其缺點(diǎn)為工作時(shí)有彈性滑動(dòng)和打滑，不能保持準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，不宜用于高溫易燃的場(chǎng)合，皮帶的壽命較短,約為3000～5000h[3]。

若設(shè)備每天工作8h，綜合原設(shè)備使用情況，則平帶的額定使用壽命為1.6年。

3 V帶傳動(dòng)的分析

V帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的組成與平帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一致(圖3)，僅將動(dòng)力介質(zhì)的普通平帶3換成普通V帶3。當(dāng)主動(dòng)帶輪1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)普通V帶3使環(huán)形零件4轉(zhuǎn)動(dòng)。普通V帶3的型號(hào)為C-7600，根數(shù)為2根[4]。

V帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)適用于小中心距、大傳動(dòng)比的場(chǎng)合。傳動(dòng)較平穩(wěn)，是帶傳動(dòng)中應(yīng)用最廣的一種傳動(dòng)。V帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與平帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的特性基本相同，V帶本身具有彈性，可緩和沖擊、振動(dòng)載荷，具有過(guò)載保護(hù)功能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造和安裝精度要求低,維護(hù)方便，工作時(shí)噪聲低，傳遞效率為92%～96%。其缺點(diǎn)為工作時(shí)有彈性滑動(dòng)和打滑，不能保持準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，不宜用于高溫易燃的場(chǎng)合。

由于V帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的材料不是完全彈性體，V帶在工作一段時(shí)間后會(huì)發(fā)生伸長(zhǎng)而松弛，張緊力降低。因此，在設(shè)備停機(jī)時(shí)應(yīng)定期檢查張緊機(jī)構(gòu)2，以確保正常工作[5]。

IOS確定V帶額定功率時(shí)的假設(shè)條件之一為：額定使用壽命Ln=24000h，其中，普通V帶C型額定功率時(shí)的預(yù)期壽命為L(zhǎng)nc=23300h。若設(shè)備每天工作8h，綜合原設(shè)備使用情況，則V帶的額定使用壽命為8年[6]。

4 三種動(dòng)力介質(zhì)的對(duì)比

上文對(duì)三種動(dòng)力介質(zhì)的物理性能做了分析，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)備的使用成本同樣至關(guān)重要。綜合考慮物理性能、使用成本等因素，表1、表2對(duì)三種動(dòng)力介質(zhì)在實(shí)際使用過(guò)程中的性能進(jìn)行了對(duì)比。表中各參數(shù)說(shuō)明：1)材料成本均為2020年淘寶價(jià)格。2)因鏈條的額定使用壽命為40年，為三種動(dòng)力介質(zhì)最高，故以40年為對(duì)比的基準(zhǔn)。3)材料使用成本=材料每套成本/額定使用壽命(年)(8 h/1天)。4)維護(hù)成本=工人每日工資220元×維護(hù)天數(shù)，其中鏈傳動(dòng)維護(hù)周期為半年1次，帶傳動(dòng)維護(hù)周期為每月1次。鏈條潤(rùn)滑脂為通用鋰基潤(rùn)滑脂(黃色脂)每年1桶，38元。5)電量損耗(元/年)=2.2 kW×8 h×365 d×0.86元/度×X%，其中X%為傳動(dòng)損耗的效率。6)每年設(shè)備消耗總成本=材料使用成本+維護(hù)成本+電量損耗。7)以上均不考慮主動(dòng)輪磨損以及人為、意外等因素。

表1 三種動(dòng)力介質(zhì)物理性能的對(duì)比

表2 三種動(dòng)力介質(zhì)使用成本的對(duì)比 單位：元/年

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在纏繞式包裝設(shè)備中，鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)尤為明顯，適應(yīng)眾多場(chǎng)合且成本較低。同時(shí)，也驗(yàn)證了實(shí)用新型設(shè)備“鏈傳動(dòng)薄膜纏繞式包裝機(jī)”創(chuàng)新的正確性。當(dāng)然，平帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與V帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)也有其可取之處，在兩軸中心距離大、傳動(dòng)比大的場(chǎng)合就很合適。同類型的纏繞式包裝設(shè)備均可依據(jù)文中計(jì)算方式對(duì)比動(dòng)力介質(zhì)，選擇合適的傳動(dòng)方式。