秦強(qiáng)

（沃富林普羅科特機(jī)械（無錫）有限公司，江蘇 無錫 214000）

在煙草、化纖和食品等加工行業(yè)中，在生產(chǎn)線的末端或者后處理部分工藝常常需求配置烘干烘烤設(shè)備，以使產(chǎn)品達(dá)到滿足包裝、存儲(chǔ)、運(yùn)輸?shù)暮恳?，或者使產(chǎn)品的口味、色澤、形狀、品質(zhì)發(fā)生變化滿足市場和客戶的要求。隨著國內(nèi)的加工能力的不斷發(fā)展和市場對各類產(chǎn)品需求量的快速增加，烘干烘烤設(shè)備的尺寸隨著產(chǎn)量需求的變大也在不斷地增大。為滿足產(chǎn)量需求，大型的烘干烘烤設(shè)備多采用鏈板輸送的結(jié)構(gòu)，在一些領(lǐng)域也稱為網(wǎng)帶式結(jié)構(gòu)。在煙草行業(yè)，鏈板式復(fù)烤機(jī)長度可以達(dá)70m。在食品行業(yè)，鏈板式烘烤機(jī)長度可以達(dá)120m。在化纖領(lǐng)域，鏈板式烘干機(jī)長度可以達(dá)170m，寬度可以達(dá)到5m。鏈板式烘干烘烤設(shè)備的鏈板通過兩側(cè)的輸送鏈條來支撐和牽引。輸送鏈條的狀態(tài)是否良好是大型鏈板式烘干烘烤設(shè)備保持健康運(yùn)行的關(guān)鍵。

1 鏈條需要加油帶來的問題

為了達(dá)到載荷和強(qiáng)度要求，大型烘干烘烤設(shè)備的輸送鏈條皆由鋼材制造。由于鏈條的滾輪和轉(zhuǎn)軸一直處于滑動(dòng)摩擦狀態(tài)，因此，鏈條需要通過定期加潤滑油使得滾輪和轉(zhuǎn)軸之間保持有油膜才能保證鏈條足夠的使用壽命。通過人工刷油或者加油機(jī)給鏈條加油的過程中，難免使得鏈條的表面沾上油。

潤滑油被加熱后會(huì)揮發(fā)。烘干烘烤設(shè)備內(nèi)部溫度一般較高，煙草烘烤設(shè)備一般在60℃左右，食品和化纖的烘干烘烤設(shè)備多在110～150℃，有的設(shè)備設(shè)計(jì)溫度高達(dá)200℃。在煙草和食品的烘干烘烤設(shè)備中，輸送鏈條上的潤滑油被加熱后會(huì)揮發(fā)滲入煙葉和食品中，影響煙葉和食品的口味口感，甚至使得產(chǎn)品無法滿足要求。在化纖烘干設(shè)備中，化纖產(chǎn)品容易沾裹到有油的鏈條上，不易清理，影響鏈條的運(yùn)行，同時(shí)，潤滑油被加熱揮發(fā)附著在化纖產(chǎn)品表面，也會(huì)影響化纖產(chǎn)品的品質(zhì)。

2 免潤滑鏈條的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的免潤滑鏈條，采用分離受力的設(shè)計(jì)方法，在傳統(tǒng)輸送鏈條的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，增加了外掛滾輪，實(shí)現(xiàn)了大型烘干烘烤設(shè)備的輸送鏈條的免潤滑功能。

2.1 傳統(tǒng)鏈條的受力分析

圖1為傳統(tǒng)的輸送鏈條，該鏈條應(yīng)用于一臺鏈板式橡膠烘干機(jī)。

圖1 傳統(tǒng)輸送鏈條

輸送鏈條作為一個(gè)整體，在運(yùn)行過程中，受到的外力主要有：（1）自身的重力以及鏈板對鏈條向下的載荷；（2）軌道對鏈條的支撐力；（3）鏈輪對鏈條的牽引力；（4）軌道對鏈條的靜摩擦力。

輸送鏈條的受力分析示意圖參見圖2。正常情況下，輸送鏈條始終保持勻速運(yùn)行，因此，作用力（1）自身的重力以及鏈板對鏈條向下的載荷等于作用力（2）軌道對鏈條的支撐力，作用力（3）主動(dòng)鏈輪對鏈條的牽引力等于作用力（4）軌道對鏈條的靜摩擦力。

圖2 傳統(tǒng)輸送鏈條受力分析

其中，作用力（1）自身的重力以及鏈板對鏈條向下的載荷、作用力（2）軌道對鏈條的支撐力和作用力（4）軌道對鏈條的靜摩擦力，分布作用在所有的單節(jié)鏈條的滾輪上，因此，單個(gè)滾輪受到的力較小。作用力（4）軌道對鏈條的靜摩擦力使得滾輪發(fā)生滾動(dòng)。

而作用力（3）主動(dòng)鏈輪對鏈條的牽引力，僅作用在與鏈輪嚙合時(shí)的四個(gè)滾輪上，這四個(gè)滾輪受到的力等于所有運(yùn)行在軌道上的滾輪受到來自軌道的靜摩擦力的相加總和，因此，受力非常大。與鏈輪嚙合的四個(gè)滾輪隨著鏈條的整體運(yùn)行不斷變換，且僅在與主動(dòng)鏈輪嚙合時(shí)受力，因此，作用力（3）主動(dòng)鏈輪對鏈條的牽引力對單個(gè)滾輪的作用持續(xù)時(shí)間較短。另外，在嚙合期間，滾輪相對轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)量非常少。

2.2 免潤滑鏈條的設(shè)計(jì)原理

輸送鏈條免潤滑，即輸送鏈條不需要加潤滑油，達(dá)到無油狀態(tài)。而傳統(tǒng)輸送鏈條因?yàn)檩d荷受力較大需要采用鋼材制造，鋼制的滾輪和中心軸長期持續(xù)摩擦必須加油，這兩者是一個(gè)矛盾。

通過2.1節(jié)的受力分析，我們可以看出：

作用力（1）、作用力（2）和作用力（4）作為一類，與作用力（3）相比較，兩類作用力有著明顯不同的特征，其中：作用力（1）、作用力（2）和作用力（4）作為一類：對單個(gè)滾輪作用力小，持續(xù)作用時(shí)間長，作用力（4）使得鏈條滾輪產(chǎn)生持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。

與作用力（3）作為一類：對單個(gè)滾輪作用力大，持續(xù)作用時(shí)間短，作用力（3）使得鏈條滾輪產(chǎn)生短時(shí)間少量轉(zhuǎn)動(dòng)。

本文設(shè)計(jì)的免潤滑鏈條，采用分離作用力的設(shè)計(jì)原理，在傳統(tǒng)輸送鏈條的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，增加含高分子軸套的外掛滾輪，將以上所述的兩類作用力分開作用在外掛滾輪和內(nèi)部滾輪上，實(shí)現(xiàn)免潤滑的功能。

2.3 免潤滑鏈條的詳細(xì)結(jié)構(gòu)

參見圖3和圖4，其中，圖3是免潤滑鏈條的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是免潤滑鏈條的剖視圖。

參見圖3，免潤滑鏈條在傳統(tǒng)輸送鏈條的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成。傳統(tǒng)的輸送鏈條主要由部件3鏈節(jié)、部件9內(nèi)部滾輪和部件2鏈板連接部件組成。免潤滑鏈條在此基礎(chǔ)上增加了部件4外掛滾輪。

參見圖4免潤滑鏈條的剖視圖，部件4外掛滾輪和部件9內(nèi)部滾輪都在同一個(gè)部件7中心軸上滾動(dòng)。部件4外掛滾輪和部件7中心軸之間設(shè)計(jì)有部件6高分子軸套。高分子軸套由摩擦系數(shù)小、耐磨、高強(qiáng)度的高分子材料制造。部件9內(nèi)部滾輪和部件7中心軸之間設(shè)計(jì)有部件10金屬軸套。金屬軸套材料為碳鋼，做表面硬化處理。

圖4 免潤滑鏈條截面圖

該設(shè)計(jì)的免潤滑輸送鏈條正常運(yùn)行時(shí)，僅部件4外掛滾輪在軌道（部件5表示）上運(yùn)行，部件9內(nèi)部滾輪懸空不與軌道接觸。

回到圖3免潤滑鏈條的結(jié)構(gòu)示意圖，當(dāng)鏈條進(jìn)入鏈輪與鏈輪嚙合時(shí)，僅部件9內(nèi)部滾輪與鏈輪嚙合，部件4外掛滾輪不與鏈輪接觸。

圖3 免潤滑鏈條示意圖

圖5為該設(shè)計(jì)的免潤滑輸送鏈條實(shí)物照片。

圖5 免潤滑鏈條實(shí)物照片

2.4 免潤滑鏈條的受力和運(yùn)行狀態(tài)

由上述分析可知，部件4外掛滾輪承受2.1節(jié)中所述的作用力（1）鏈條自身的重力以及鏈板對鏈條向下的載荷、作用力（2）軌道對鏈條的支撐力和作用力（4）軌道對鏈條的靜摩擦力。

部件4外掛滾輪滾動(dòng)的過程中，其與部件6高分子軸套產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦，摩擦力等于單個(gè)滾輪受到的作用力（1）鏈條自身的重力以及鏈板對鏈條向下的載荷乘以摩擦系數(shù)。因?yàn)閱蝹€(gè)滾輪受到的作用力（1）較小，同時(shí)，部件6高分子軸套與鋼材的摩擦系數(shù)較小，因此，摩擦力較小。

部件4外掛滾輪的運(yùn)行狀態(tài)是：在與軌道接觸時(shí)，在軌道上滾動(dòng)，脫離軌道時(shí)，不接觸鏈輪不與鏈輪嚙合。

部件9內(nèi)部滾輪的運(yùn)行狀態(tài)是：不與軌道接觸，不在軌道上滾動(dòng)，僅與鏈輪嚙合。僅在嚙合過程中承受2.1節(jié)中所述的作用力（3）主動(dòng)鏈輪對鏈條的牽引力。

在部件9內(nèi)部滾輪進(jìn)入鏈輪嚙合到脫離鏈輪到回程軌道這一過程中，部件9內(nèi)部滾輪僅轉(zhuǎn)動(dòng)了360度，即部件9內(nèi)部滾輪與部件7中心軸僅發(fā)生了360度的相對滑動(dòng)。相對滑動(dòng)角度小，且時(shí)間非常短，因此，部件10金屬軸套與部件7中心軸發(fā)生滑動(dòng)摩擦的摩擦量也非常小，摩擦?xí)r間也非常短。

因此，部件10軸套可以采用金屬材質(zhì)，原因正是需要滿足嚙合時(shí)主動(dòng)鏈輪對鏈條的牽引力的強(qiáng)度要求，同時(shí)，因?yàn)殒湕l運(yùn)行中部件10金屬軸套與部件7中心軸摩擦量小，不加潤滑油也不會(huì)產(chǎn)生過多的磨損。

通過將鏈條的受到的四個(gè)作用力按大小分類的方式，在傳統(tǒng)鏈條的結(jié)構(gòu)上創(chuàng)新，增加外掛滾輪，再將作用力分離的方法，實(shí)現(xiàn)了鏈條的免潤滑設(shè)計(jì)。

2.5 免潤滑鏈條的使用壽命

根據(jù)此設(shè)計(jì)的輸送鏈條在煙草、食品和化纖等不同行業(yè)的使用經(jīng)驗(yàn)，免潤滑鏈條的使用壽命取決于部件6高分子軸套的使用壽命。免潤滑輸送鏈條在使用一定時(shí)間后，高分子軸套會(huì)發(fā)生磨損直到幾乎完全磨損掉。發(fā)生磨損后，更換高分子軸套，鏈條可以繼續(xù)使用。部件10金屬軸套磨損量很小，可以忽略。

根據(jù)不同的客戶反饋，高分子軸套使用周期在1～3年。時(shí)間長短主要取決于兩方面：第一，輸送鏈條的運(yùn)行速度。運(yùn)行速度越快，使用周期越短。第二，烘干烘烤的產(chǎn)品是否產(chǎn)生硬質(zhì)的細(xì)粉，細(xì)粉滑入高分子軸套和中心軸之間，加快磨損速度。

3 結(jié)語

隨著現(xiàn)代市場發(fā)展對產(chǎn)品要求的不斷提高，在煙草、食品和化纖領(lǐng)域等高端市場客戶對產(chǎn)品品質(zhì)有了更高的要求，在此背景下，本文通過對傳統(tǒng)鏈條進(jìn)行受力分析，采用了作用力分離的方法，設(shè)計(jì)了免潤滑的輸送鏈條，以滿足烘干烘烤設(shè)備內(nèi)不含潤滑油的環(huán)境。同時(shí)，對該設(shè)計(jì)的免潤滑輸送鏈條進(jìn)行了運(yùn)行狀態(tài)分析，并總結(jié)了影響鏈條使用壽命的因素。