朱晓春 刘昌友

【摘 要】文章论述了整车工厂通用积放式悬挂输送系统牵引链条断裂机理及悬挂式输送机改进的一些见解，通过对悬挂式输送系统的整体结构和牵引链条的受力进行分析，确认链条断裂原因，提出改进的对策，并结合悬挂式输送系统与摩擦线输送系统各自的优、缺点，在此基础上增加摩擦驱动装置，优化悬挂式输送系统。

【关键词】通用积放式悬挂；牵引链条；断裂；受力分析；结构优化

【中图分类号】U468 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）12-0046-04

0 引言

通用悬挂输送机是一种三维空间闭环连续输送系统，适用于车间内部和车间之间成件物品的自动化输送。在现代工业中，悬挂输送机在机械制造、汽车制造、轧钢、炼铝、轻工、家电、化工、橡胶、建材、邮电、核辐射和肉类加工等行业已得到了相当广泛的应用。

随着通用积放式悬挂输送系统在汽车自动化行业中的普及应用，通用积放式悬挂输送系统存在的一些问题也逐渐暴露出来，如悬挂式输送系统输送设备在运行一定周期后，会出现悬挂式驱动装置结构变异、履带链变异、光轮变异、牵引轨及承载轨变异、吊具承载轮变异、道岔变异、配重不合理、路线设计缺陷，或者因为调试不到位等原因，导致牵引链条受力剧增，牵引链条出现裂纹，甚至断裂。

通用积放式悬挂输送系统牵引链条断裂，可能是由于设备选型或设计原因引起的，但根本原因还是设备出现变异后，悬挂式输送系统牵引链条受力变大引起的。

本文以通用积放式悬挂输送系统牵引链条受力变大为视角，探讨引起牵引链条受力变化的各种因素，并在此基础上对输送设备进行改进和优化。

1 通用积放式悬挂输送系统牵引链条受力分析

1.1 通用积放式悬挂输送系统工作原理

通用积放式悬挂输送系统主要包括悬挂式驱动站、气液张紧装置、光轮、道岔、牵引链条、牵引-承载轨道、垂直轨道、润滑装置等。

如图1和图2所示，悬挂式输送系统由驱动链轮带动履带链旋转，通过托轨和滚子排组件之间的相互作用力，驱使履带链拨爪与牵引链条啮合，带动牵引链条运转，带动工件或产品在工艺段输送和装配，并可以根据工艺要求，自由选定牵引链条推头间距。

1.2 牵引链条断裂机理

通用积放式悬挂输送系统牵引链条断裂的直接原因是牵引链条的拉力超过牵引链极限拉伸载荷。

Si≤S极限Si≈S许用（1）

公式（1）中，S极限为牵引链极限拉伸载荷；S许用为牵引链条许用拉力。

由公式（1）可以得出，在正常情况下，当牵引链条的拉力在极限拉伸载荷以内运行时，牵引链条不会出现裂纹或断裂的情况。同时，牵引链拉力小于或等于许用拉力时，可以保证牵引链条长时间无故障运行；如果牵引链拉力长期处于许用拉力与极限拉伸载荷之间运行，牵引链会出现拉伸变形、加剧磨损，牵引链的寿命会大大缩短，最终导致链条断裂。

1.3 牵引链条逐点受力分析

通用积放式悬挂输送机输送线路按照结构和功能要求分为若干个区段，一般情况下，为方便进行逐点受力分析，区段是按照出现拐点的位置進行划分的，区段有空载段和有载段两大类，按照高度差可以划分为水平段、垂直升降段。

如果链条在起点的张力为Si-1，则终点的张力为Si，如图3和图4所示，牵引链条在水平段和垂直升降段受力主要包含吊具小车产生的摩擦力、滑架轮产生的摩擦力、链条起点张力、终点张力、（吊具、链条）重力分力。起点张力与终点张力的力学关系式如下。

水平段：

Si=φi （φiSi-1+F1i+F2i）（2）

垂直升降段：

Si=φi （φiSi-1+F1i+F2i）+（C2NiQn+C1Mi）sinα（3）

其中，φi为分段区运行阻力系数，i为分段区数量（1～i），F1i为吊具小车组摩擦力，F2i为滑架摩擦力，Qn为重力，分为Q1、Q2（Q1为吊具重力，Q2为吊具和工件重力），Ni为分段区吊具数量，Mi为分段区牵引链条重力，α为升降段坡度。

牵引链条摩擦力的力学关系如下。

水平段：

F1i=C2NiQnF2i=C1LiqgMi=Liq（4）

垂直升降段：

F1i=C2NiQncosαF2i=C1Liqigcosα（5）

1.4 牵引链条受力的影响因素

由力学关系式（1）（2）（3）（4）（5）可以得出逐点受力的力学关系式：

Si=φi {φiSi-1+（C1Liqg+C2NiQn）cosα}+（C1Liqg+C2NiQn）sinα（6）

公式（6）中，C1为滑架轮摩擦系数，C2为吊具小车组摩擦系数，Li为分段区链条长度，Ni为分段区小车数量，q为链条比重。当i=1时，初张力及分段起点的值是赋值，但要保证任意Si≥0。

运行阻力系数是影响链条受力的关键参数，其又分为直段运行阻力系数、垂直弯曲段运行阻力系数、光轮水平回转段运行阻力系数、滚子水平回转段运行阻力系数。运行阻力系数参数值见表1。由表1可以知道，运行阻力系数是根据分段区所处的类型决定的，受牵引轨和承载轨轨道表面粗糙度、接头圆滑程度的影响。

2 影响牵引链条受力的各种因素分析

由上述关系式可以得出影响牵引链条受力的参数，见表2。

牵引链断裂主要受牵引链受力的影响，同时牵引链的材质决定其极限拉伸载荷和许用拉力，因此分析链条断裂原因需要考虑链条材质。

3 通用积放式悬挂输送系统牵引链条断裂故障对策

影响积放式悬挂输送系统牵引链断裂的因素很多，根据本文对链条的逐点受力分析，得出影响牵引链受力的各个参数及材质对牵引链极限拉伸载荷的影响。本文针对各个因素，提出防止牵引链条断裂的对策。

3.1 牵引链材质的选择

在国内，通用积放式悬挂输送系统牵引链基本采用模锻易拆链和冲压易拆链，链条材质主要有40Cr、45Mn2、42CrMo。

40Cr为中碳调质钢，具有承受重负荷、低冲击及较好的耐磨性等优点；45Mn2为中碳调质钢，强度、耐磨性和淬透性均较好，但热处理时有过热敏感性及回火脆性倾向，水淬易开裂，对白点敏感，焊接性和冷变形塑性较低；42CrMo为合金结构钢，有很高的静力强度、冲击韧性和较高的疲劳极限及耐磨性，淬透性较45Mn2高。从表3中明显可以发现，42CrMo的力学性能好于45Mn2和40Cr，因此牵引链材质优先选择42CrMo。

3.2 消除牵引链受力影响参数变异的影响

表2中详细描述了各个参数对牵引链受力的影响，为牵引链受力处在许用应力的范围内，一方面，在设计规划路线时，在满足功能要求的情况下，要考虑线路简单，尽量少出现垂直升降段、转弯段且垂直升降段升降角度盡量要求小；另一方面，在安装调试阶段，过渡段要圆滑过渡，尽量避免出现拐角、凸起等问题。

3.3 增加辅助拉力或摩擦力，降低牵引链拉力

通过逐点受力分析我们可以发现，造成牵引链拉力过大的主要位置是垂直升降段和配重段。对于配重段，牵引链拉力主要受初始张力即配重重量影响，而配重的目的是要保证整条牵引链上各个点受力要大于或等于零，否则，就会出现堆链，导致链条销轴脱落、链条断开、推头脱落等风险；对于垂直升降段，由于工件和吊具重量分力，导致牵引链拉力在处置升降段剧增，为此，我们可以想办法吸收这部分力，进而可以消减配重的重量。以下提供2种参考方案。

方案一：在上、下坡段增加双CPC链条驱动，由CPC链条推头推动吊具通过上、下坡段，消除上、下坡段链条受力剧增问题，同时改造此处原有积放链轨道，增加转换机构，在保证节拍的前提下，实现吊具在积放链与CPC链条之间的转接（如图5所示）。

方案二：根据现有吊具结构形式，结合轨迹仿形，将吊具连杆更换为摩擦杆，结合受力分析，在上、下坡段增加多组双摩擦驱动辅助助力，牵引吊具通过上、下坡段，分担牵引链条在上、下坡段收到的牵引力，为保持速度一致性，新增加的双摩擦驱动才有变频调速模式。采用这种结构形式，可以有效地降低牵引链受力，解决牵引链由于受力过大产生断裂故障的问题。

4 结语

本文主要依据悬挂链输送系统牵引链条日常运行过程中出现的断裂故障，结合链条逐点受力分析，提炼出影响导致牵引链受力发生突变的各个因素，针对这些关键影响因素，结合平时的工作经验，提出消除或转化这些影响因素的方案，为设备管理人员及工程设计人员提供解决这方面问题的思路。

参 考 文 献

[1]周济.新型输送机选型设计与制造、维修实用全书[M].北京：北方工业出版社，2006.

[2]Valentin L.Popov.接触力学与摩擦学的原理及其应用[M].李强，译.北京：清华大学出版社，2011.

[3]李俊峰.理论力学[M].北京：清华大学出版社，2011.

[4]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2004.

[责任编辑：陈泽琦]