齐力宁,王立维（.承德市五一四地质大队,河北 承德 067000;.唐山爱信齿轮有限公司,河北 唐山 064099）

深入探讨几种可控节拍输送链的动力及传动选型的设计计算方法

齐力宁1,王立维2
（1.承德市五一四地质大队,河北 承德 067000;2.唐山爱信齿轮有限公司,河北 唐山 064099）

可控节拍输送链大致有以下4种，倍速输送链、侧置滚轮输送链、顶置滚轮输送链、链式自由辊道，这些输送链虽已广泛应用于工农业自动化中，但在目前可查阅文献中关于基础理论计算的内容还不够丰富，有些类别甚至少有论述。其实在此领域关于动力选型计算尚有些很微妙的重要之处，因未有系统的论述总结，容易被忽略，在实际应用中可能出现重大失误，造成损失，特以此文论述之，抛砖引玉，希望能引起同业的关注，共同讨论完善。

可控节拍输送链;倍速输送链;侧置滚轮输送链;顶置滚轮输送链;链式自由辊道;理论计算;功率的计算;电机选型;连续工作变载荷;电机工作制S9;绿色环保;节能

1 引言

机器的动力部分是机器的能量来源，它将各种能量转变为机器能（又称机械能）。所以在各种机器中，其所采用的动力源的形式、大小直接关系到机器的运行效能及稳定性。在现代工业中，随着技术进步及工艺革新，采用电力作为动力源进行拖动的应用更加普遍，并且电力拖动相较于其他动力源的应用比例也在不断扩大。所以在动力选型上，因为面对着更多更复杂的应用环境，恰当的选型方法是至关重要的。我们在某工程的具体运用中，使用顶置滚轮输送链时减速电机出现了问题，按照一般选型方法选出的减速电机在使用中出现了过载现象，我们在针对这一问题的判定及解决问题的过程中，总结归纳了该类输送机（可控节拍输送链）的动力及传动的选型方法。

2 可控节拍输送链的结构及特点

2.1 倍速输送链。

倍速输送链是由内链板、套筒、滚子、滚轮、外链板、销轴和止锁件等7种零件组成。如图1所示：

图1

图2

倍速输送链工作时的状态及增速原理如以下两图（与后文的动力选型有关）。如图2

在工作时，链条被牵引运行，链条的滚子与承载轨道接触滚动，同时带动链条滚轮转动，从而使被运送的工装板不但会随着链条运动，还会受到滚轮转动的传动，其实际被输送的速度是二者之和。

2.2 侧置滚轮输送链、顶置滚轮输送链、链式自由辊道。

侧置和顶置滚轮输送链都是由链条本体和侧置（顶置）滚轮组成。形式多样，但结构雷同。如图3。

图3

在工作时，链条被牵引运行，链条的承载滚子与承载轨道接触滚动，而侧置（顶置）滚轮处于自由状态，支撑被运送的工装板随着链条运动，当工装板被停止时，链条与工装板之间的侧置（顶置）滚轮可以自由转动，无须停止链条的运动。

链式自由辊道与上述两种链条工作原理上没有区别，只是应用场合不同而结构有所差异。

3 可控节拍输送链的动力及传动选型计算方法

3.1 选型路线遵循以下主要步骤

3.2 确定牵引链条所受最大张力

牵引链条所受的张力取决于拖动负载需要克服的阻力，阻力越大，链条张力越大。形成阻力的主要因素有：启动阻力、拖动负载运行所做的功、机构内部阻力等。启动阻力对于启停频繁或者启动阻力很大的情况必须考虑，否则可忽略此因素，不必考虑。机构内部阻力是必须考虑的，一般根据机构特征选定补偿系数即可。拖动负载运行所做的功要考虑三方面，一为加速阻力，二为竖直提升所做的功，三为水平阻力。加速阻力没有特殊需求的，一般不必考虑，对此本文不论述。对于节拍输送链，因为都是水平拖动形式，所以主要考虑水平阻力。

节拍输送链水平阻力的来源：链条自重的摩擦阻力（F1）、拖动负载运行的摩擦阻力（F2）、挡停负载后形成的摩擦阻力（F3）。

总的阻力F=F1+F2+F3

F1=（q1L1）*μ1μ1为摩擦系数，q1为链条每米重量，L1为链条总长度；

F2=（q2L2）*μ2μ2为摩擦系数，q2为承载的负载每米重量，L2为带负载正常运行部分总长度；

F3=（q3L3）*μ3μ3为摩擦系数，q3为承载的负载每米重量，L3为被挡停部分的带负载部分之总长度；

F1的计算模型直观，方法简单，值得注意的是F2与F3的计算。

对于一般的不增速链条，比如顶置或侧置滚轮链，托盘在被拖动时与链条没有相对运动，所以只需考虑链条滚轮与轨道的摩擦力，此时μ2=μ1，此系数是链条滚子的转动摩擦系数，其大小取决于其摩擦性质。

而当托盘被挡停时，托盘与顶置或侧置滚轮之间也有相对运动，所以在顶置滚轮和托盘之间也有摩擦阻力，设为μd，此时μ3=μ1+μdμd的大小取决于其摩擦性质，当μ1=μd时，μ3=2μ1。

但是对于增速链条，情况有所不同，当托盘不被挡停时，托盘受到增速运动，托盘比链条的运动速度快；此时不仅是链条滚轮与轨道之间有摩擦阻力，链条的承载滚轮与托盘间也有摩擦阻力，设其摩擦系数为μz，此时满足

式（2）为力矩平衡

在此之所以特别考虑力矩平衡，是因为要考虑增速效果，当增速效果100%时，意味着承载滚轮与链条滚轮之间没有相对转动（模型参看上文）；而一旦式②不满足时，增速效果就开始下降，承载滚轮与链条滚轮之间开始转动，在这样的情形下，就与托盘被挡停时的状况相同了，所以我们也可以根据这一原理大致推算出增速的极限。

根据式（1）和式（2）可知，F2max=2（q2L2）*μ2

增速链条托盘被挡停时，要克服链条滚轮与轨道、承载滚轮与链条滚轮之间产生的摩擦阻力，此时

F3=2（q2L2）*μ3， μ3=μ2

3.3 确定所需扭矩

在动力选型中我们要有限考虑机构的输出扭矩是否足够，来确保传动机构的稳定性。

Na=F*S，其中F为阻力之和，S为转动半径（一般就是链传动的回转半径）

3.4 确定所需功率

P=F*v，其中v为链条的运行速度。

μz是一个滚动摩擦系数，值很小，

3.5 安全系数及工况对选型的影响

以上的计算只是考虑了理想状态，而实际应用中我们还需要根据具体环境、传动机构特点和工作制对选型结果进行修正。要正确选型，我们至少要考虑这些因素：传动效率、输送系统的平顺性、工作制、必要的安全系数。

传动效率要考虑到是整个系统的，因为所有的机构内部阻力最后都会需要动力来进行补偿。输送系统的平顺性对整个系统的运行影响最大，因为加工制作有经济性方面的考虑，出于现实因素常常不能保证较为理想的状态，当状态较差时会严重影响到电机拖动的工作制，把一般视为平稳拖动的连续工作制S1的状态变为负载和转速非周期性变化工作制S9，其对系统的平稳运行构成较大挑战。所以在考虑安全系数的时候，有必要充分考虑到以上所述各方面的影响。

4 结论

我们在实际应用滚轮链输送机的过程中，遭遇到了上述影响，因为托盘与链条间在运行中不断的相互撞击，使得最终实际选取的动力比按理想状态计算的结果大了2.3倍左右，我们初次选型考虑了1.5倍的安全系数，但是仍然不足，最终更换了动力总成才保证了系统的稳定运行。

根据我们的实际经验，输送系统平顺、传动效率较高（90%以上）的，安全系数选取1.2～1.3左右比较合适；输送系统平顺稍差、传动效率较低（80～90%之间的）的，安全系数不应低于1.5；输送系统不平顺、传动效率低（80%以下的）的，安全系数不应低于2，复杂状况应仔细分析，必要时采取实测的手段也是不得已的。

综上所述，因为这类输送机的差异性，所以选型计算较为复杂，当应用规模较小时，可以考虑比较大的安全系数，即便因此造成能耗浪费较多，但因为数量少，又多为小功率，在节能环保方面综合考虑还是可以接受。但是对于大规模应用，耗能巨大时，就应该认真计算，仔细核实，甚至结合实际测量来选择恰当的规格，以免造成能源的巨大浪费。

以上是我们在实际应用中的经验，欢迎各位同业指出文中的有不足及谬误之处。

[1]苏州特种链条厂,中国机械工程学会,链传动专业委员会,et al.输送链与特种链工程应用手册[M].北京：机械工业出版社,2000.59-62、68、74、78.

[2]冯畹芝.电机与电力拖动[M].北京：中国轻工业出版社,1993.472-473.

[3]运输机械设计选用手册编辑委员会.运输机械设计选用手册[M].下册,北京：化学工业出版社,1999.

[4]SEW,工程师手册[Z].第一册，天津：SEW.