［摘 要］鐵路機(jī)車普遍采用空氣制動(dòng)方式，空氣制動(dòng)的風(fēng)源來自空壓機(jī)，空壓機(jī)與動(dòng)力源之間采用帶傳動(dòng)。帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)中皮帶松緊程度是必須考慮的問題，皮帶安裝過松或過緊均會(huì)產(chǎn)生不良影響。皮帶安裝過松會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，影響傳動(dòng)效果；皮帶安裝過緊會(huì)增加磨損，減少皮帶使用壽命。帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)帶傳動(dòng)松緊程度的判斷是通過皮帶受力與撓度大小來判斷的，通過計(jì)算可以得出皮帶應(yīng)該施加力的大小與撓度。但是，在皮帶實(shí)際安裝過程中，由于無法準(zhǔn)確測(cè)量皮帶的受力和撓度，皮帶松緊程度通常通過用手按壓來判斷，導(dǎo)致空壓機(jī)皮帶松緊程度不合理。為了確保空壓機(jī)皮帶安裝張緊程度適中，文章設(shè)計(jì)了一種皮帶張緊程度檢測(cè)方案，該方案通過分別檢測(cè)皮帶安裝的壓力與撓度，進(jìn)而判斷皮帶松緊程度是否符合安裝要求。該方案操作方便、成本低廉，可實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)皮帶張緊程度檢測(cè)功能。

［關(guān)鍵詞］空壓機(jī)安裝；皮帶傳動(dòng)；張緊程度檢測(cè)

［中圖分類號(hào)］U269.5 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）04–0078–03

1 皮帶張緊程度計(jì)算方法

依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)理論，可以計(jì)算在帶與帶輪的兩切點(diǎn)中心施加的載荷Wd 和該載荷下皮帶的撓度f。

載荷計(jì)算方法分新安裝的帶和運(yùn)轉(zhuǎn)后的帶兩種情況，新安裝的帶載荷計(jì)算公式為：

式（1）～（3）中， 為單根皮帶的初張緊力， △F0為初張緊力增量。

撓度f 計(jì)算公式為：

f=1.6t/100（4）

式中，t為切邊長(zhǎng)，計(jì)算公式為：

式中，a為帶輪中心距，da1為小帶輪外徑，da2為大帶輪外徑。

根據(jù)式（1）～（5）可得出皮帶的加載力與撓度要求?？諌簷C(jī)皮帶安裝張緊程度要求具體為：施加30～40 N 的力于兩帶輪皮帶切邊中點(diǎn)位置，皮帶撓度為10～15 mm。

2 皮帶張緊程度檢測(cè)方案設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)皮帶安裝工藝要求，文章將皮帶張緊程度檢測(cè)方案分為加載方案和皮帶撓度測(cè)量方案兩部分。

2.1 加載方案設(shè)計(jì)

根據(jù)空壓機(jī)安裝情況，不同車型皮帶兩帶輪切邊中心內(nèi)側(cè)距（圖1）差異較大，目前車型變化范圍為180～300 mm。力的施加可選擇數(shù)顯式測(cè)力計(jì)（圖2），目前市場(chǎng)上測(cè)力計(jì)（加掛鉤）長(zhǎng)度最小為155 mm。該款測(cè)力計(jì)質(zhì)量為0.18 kg，加載時(shí)操作方便。皮帶上系1 根細(xì)線，用測(cè)力計(jì)掛鉤掛在細(xì)線上便可向里加載。

皮帶最大撓度為15 mm，假設(shè)受力后掛鉤處細(xì)線與皮帶距離為10 mm，則拉力施加需要的最小皮帶中心內(nèi)側(cè)距為180 mm。因此，對(duì)于中心內(nèi)側(cè)距大于180 mm 的車型，可選擇數(shù)顯式測(cè)力計(jì)施加拉力。但對(duì)于最小中心內(nèi)側(cè)距180 mm，選用測(cè)力計(jì)直接加載，測(cè)力計(jì)末端很可能與皮帶干涉，導(dǎo)致加載失敗。

對(duì)于測(cè)力計(jì)加載空間不夠的車型，可采用傳感器加載（圖3），需要搭配掛鉤、示數(shù)器使用。傳感器高度為64 mm，掛鉤長(zhǎng)度切斷處理后安裝總高度約為110 mm。加載需要的距離為45 mm。因此，皮帶內(nèi)側(cè)加載空間足夠，該加載方案可行。

數(shù)顯式測(cè)力計(jì)加載方便，成本低，適用于皮帶內(nèi)側(cè)距大于180 mm 的車型。傳感器加載成本較高，加載時(shí)需要連接示數(shù)器，但通用性好。

2.2 皮帶撓度測(cè)量方案設(shè)計(jì)

為了測(cè)量皮帶受力時(shí)的撓度，設(shè)計(jì)了測(cè)量尺，如圖4，測(cè)量時(shí)單手托著該測(cè)量尺并貼緊帶輪。測(cè)量尺由支撐桿、螺釘與觀測(cè)尺組成。皮帶加載后，通過觀測(cè)尺判斷撓度是否在指定范圍內(nèi)，進(jìn)而判斷皮帶松緊程度是否合理。皮帶撓度測(cè)量方案如圖4 所示。

2.2.1 觀測(cè)尺設(shè)計(jì)

觀測(cè)尺模型如圖5 所示，材料為透明亞克力板，該材料熱脹冷縮率低，季節(jié)變化對(duì)尺寸精度影響極小。由于皮帶撓度范圍為10～15 mm，所以可將觀測(cè)尺10～15 mm 段以下通過粘貼紙膠帶等方式進(jìn)行非透明處理。加載時(shí)，在10～15 mm 透明段平視時(shí)若可看到皮帶，則皮帶松緊程度滿足安裝要求。

2.2.2 支撐桿設(shè)計(jì)

支撐桿材料為鋁合金，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1 000 mm。考慮現(xiàn)場(chǎng)可操作空間等因素，截面形狀為正方形，尺寸為40 mm×40 mm。不同壁厚會(huì)對(duì)支撐桿的質(zhì)量、剛度等產(chǎn)生影響。支撐桿作為測(cè)量工具，應(yīng)具有一定的剛度抵抗變形，否則回導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。根據(jù)使用工況，設(shè)支撐桿中部受力50 N，如圖6 所示。

采用疊加法對(duì)撓度進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為：

ωmax=Fl3/48EI（6）

式中， ωmax為最大撓度，F(xiàn)為支撐桿受力，l為桿長(zhǎng)，E為彈性模量，I為矩形截面對(duì)z軸的慣性矩，計(jì)算方法為：

Iz=hb3/12（7）

式中，h為支撐桿矩形截面的高，b為矩形截面的寬。

支撐桿設(shè)計(jì)時(shí)，不僅應(yīng)考慮其剛度對(duì)測(cè)量性能的影響，還應(yīng)考慮其質(zhì)量對(duì)可操作性的影響。支撐桿壁厚對(duì)其質(zhì)量、最大撓度的影響見表1。

由表1 可知，支撐桿壁厚與質(zhì)量呈現(xiàn)線性關(guān)系，壁厚與最大撓度呈現(xiàn)非線性關(guān)系。考慮到測(cè)量精度及操作便利性，確定支撐桿壁厚為2 mm。

3 結(jié)束語

本機(jī)車空壓機(jī)皮帶張緊程度測(cè)量裝置設(shè)計(jì)從功能與約束出發(fā)，圍繞形狀、材料、剛度、質(zhì)量、可操作性等因素展開設(shè)計(jì)。針對(duì)不同車型皮帶切邊中心內(nèi)側(cè)距這一限制因素，設(shè)計(jì)了數(shù)顯式測(cè)力計(jì)加載和傳感器加載兩種加載方案。兩種加載方案成本均較低，可操作性強(qiáng)。通過實(shí)施該檢測(cè)方案，可確保機(jī)車空壓機(jī)皮帶安裝松緊程度合理，從而杜絕皮帶磨損過快或打滑問題，提高機(jī)車空壓機(jī)組裝可靠性。

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