秦强

（沃富林普罗科特机械（无锡）有限公司，江苏 无锡 214000）

在烟草、化纤和食品等加工行业中，在生产线的末端或者后处理部分工艺常常需求配置烘干烘烤设备，以使产品达到满足包装、存储、运输的含水量要求，或者使产品的口味、色泽、形状、品质发生变化满足市场和客户的要求。随着国内的加工能力的不断发展和市场对各类产品需求量的快速增加，烘干烘烤设备的尺寸随着产量需求的变大也在不断地增大。为满足产量需求，大型的烘干烘烤设备多采用链板输送的结构，在一些领域也称为网带式结构。在烟草行业，链板式复烤机长度可以达70m。在食品行业，链板式烘烤机长度可以达120m。在化纤领域，链板式烘干机长度可以达170m，宽度可以达到5m。链板式烘干烘烤设备的链板通过两侧的输送链条来支撑和牵引。输送链条的状态是否良好是大型链板式烘干烘烤设备保持健康运行的关键。

1 链条需要加油带来的问题

为了达到载荷和强度要求，大型烘干烘烤设备的输送链条皆由钢材制造。由于链条的滚轮和转轴一直处于滑动摩擦状态，因此，链条需要通过定期加润滑油使得滚轮和转轴之间保持有油膜才能保证链条足够的使用寿命。通过人工刷油或者加油机给链条加油的过程中，难免使得链条的表面沾上油。

润滑油被加热后会挥发。烘干烘烤设备内部温度一般较高，烟草烘烤设备一般在60℃左右，食品和化纤的烘干烘烤设备多在110～150℃，有的设备设计温度高达200℃。在烟草和食品的烘干烘烤设备中，输送链条上的润滑油被加热后会挥发渗入烟叶和食品中，影响烟叶和食品的口味口感，甚至使得产品无法满足要求。在化纤烘干设备中，化纤产品容易沾裹到有油的链条上，不易清理，影响链条的运行，同时，润滑油被加热挥发附着在化纤产品表面，也会影响化纤产品的品质。

2 免润滑链条的结构设计

本文设计的免润滑链条，采用分离受力的设计方法，在传统输送链条的基础上进行改进，增加了外挂滚轮，实现了大型烘干烘烤设备的输送链条的免润滑功能。

2.1 传统链条的受力分析

图1为传统的输送链条，该链条应用于一台链板式橡胶烘干机。

图1 传统输送链条

输送链条作为一个整体，在运行过程中，受到的外力主要有：（1）自身的重力以及链板对链条向下的载荷；（2）轨道对链条的支撑力；（3）链轮对链条的牵引力；（4）轨道对链条的静摩擦力。

输送链条的受力分析示意图参见图2。正常情况下，输送链条始终保持匀速运行，因此，作用力（1）自身的重力以及链板对链条向下的载荷等于作用力（2）轨道对链条的支撑力，作用力（3）主动链轮对链条的牵引力等于作用力（4）轨道对链条的静摩擦力。

图2 传统输送链条受力分析

其中，作用力（1）自身的重力以及链板对链条向下的载荷、作用力（2）轨道对链条的支撑力和作用力（4）轨道对链条的静摩擦力，分布作用在所有的单节链条的滚轮上，因此，单个滚轮受到的力较小。作用力（4）轨道对链条的静摩擦力使得滚轮发生滚动。

而作用力（3）主动链轮对链条的牵引力，仅作用在与链轮啮合时的四个滚轮上，这四个滚轮受到的力等于所有运行在轨道上的滚轮受到来自轨道的静摩擦力的相加总和，因此，受力非常大。与链轮啮合的四个滚轮随着链条的整体运行不断变换，且仅在与主动链轮啮合时受力，因此，作用力（3）主动链轮对链条的牵引力对单个滚轮的作用持续时间较短。另外，在啮合期间，滚轮相对转轴的转动量非常少。

2.2 免润滑链条的设计原理

输送链条免润滑，即输送链条不需要加润滑油，达到无油状态。而传统输送链条因为载荷受力较大需要采用钢材制造，钢制的滚轮和中心轴长期持续摩擦必须加油，这两者是一个矛盾。

通过2.1节的受力分析，我们可以看出：

作用力（1）、作用力（2）和作用力（4）作为一类，与作用力（3）相比较，两类作用力有着明显不同的特征，其中：作用力（1）、作用力（2）和作用力（4）作为一类：对单个滚轮作用力小，持续作用时间长，作用力（4）使得链条滚轮产生持续转动。

与作用力（3）作为一类：对单个滚轮作用力大，持续作用时间短，作用力（3）使得链条滚轮产生短时间少量转动。

本文设计的免润滑链条，采用分离作用力的设计原理，在传统输送链条的基础上进行改进，增加含高分子轴套的外挂滚轮，将以上所述的两类作用力分开作用在外挂滚轮和内部滚轮上，实现免润滑的功能。

2.3 免润滑链条的详细结构

参见图3和图4，其中，图3是免润滑链条的结构示意图；图4是免润滑链条的剖视图。

参见图3，免润滑链条在传统输送链条的基础上改进而成。传统的输送链条主要由部件3链节、部件9内部滚轮和部件2链板连接部件组成。免润滑链条在此基础上增加了部件4外挂滚轮。

参见图4免润滑链条的剖视图，部件4外挂滚轮和部件9内部滚轮都在同一个部件7中心轴上滚动。部件4外挂滚轮和部件7中心轴之间设计有部件6高分子轴套。高分子轴套由摩擦系数小、耐磨、高强度的高分子材料制造。部件9内部滚轮和部件7中心轴之间设计有部件10金属轴套。金属轴套材料为碳钢，做表面硬化处理。

图4 免润滑链条截面图

该设计的免润滑输送链条正常运行时，仅部件4外挂滚轮在轨道（部件5表示）上运行，部件9内部滚轮悬空不与轨道接触。

回到图3免润滑链条的结构示意图，当链条进入链轮与链轮啮合时，仅部件9内部滚轮与链轮啮合，部件4外挂滚轮不与链轮接触。

图3 免润滑链条示意图

图5为该设计的免润滑输送链条实物照片。

图5 免润滑链条实物照片

2.4 免润滑链条的受力和运行状态

由上述分析可知，部件4外挂滚轮承受2.1节中所述的作用力（1）链条自身的重力以及链板对链条向下的载荷、作用力（2）轨道对链条的支撑力和作用力（4）轨道对链条的静摩擦力。

部件4外挂滚轮滚动的过程中，其与部件6高分子轴套产生滑动摩擦，摩擦力等于单个滚轮受到的作用力（1）链条自身的重力以及链板对链条向下的载荷乘以摩擦系数。因为单个滚轮受到的作用力（1）较小，同时，部件6高分子轴套与钢材的摩擦系数较小，因此，摩擦力较小。

部件4外挂滚轮的运行状态是：在与轨道接触时，在轨道上滚动，脱离轨道时，不接触链轮不与链轮啮合。

部件9内部滚轮的运行状态是：不与轨道接触，不在轨道上滚动，仅与链轮啮合。仅在啮合过程中承受2.1节中所述的作用力（3）主动链轮对链条的牵引力。

在部件9内部滚轮进入链轮啮合到脱离链轮到回程轨道这一过程中，部件9内部滚轮仅转动了360度，即部件9内部滚轮与部件7中心轴仅发生了360度的相对滑动。相对滑动角度小，且时间非常短，因此，部件10金属轴套与部件7中心轴发生滑动摩擦的摩擦量也非常小，摩擦时间也非常短。

因此，部件10轴套可以采用金属材质，原因正是需要满足啮合时主动链轮对链条的牵引力的强度要求，同时，因为链条运行中部件10金属轴套与部件7中心轴摩擦量小，不加润滑油也不会产生过多的磨损。

通过将链条的受到的四个作用力按大小分类的方式，在传统链条的结构上创新，增加外挂滚轮，再将作用力分离的方法，实现了链条的免润滑设计。

2.5 免润滑链条的使用寿命

根据此设计的输送链条在烟草、食品和化纤等不同行业的使用经验，免润滑链条的使用寿命取决于部件6高分子轴套的使用寿命。免润滑输送链条在使用一定时间后，高分子轴套会发生磨损直到几乎完全磨损掉。发生磨损后，更换高分子轴套，链条可以继续使用。部件10金属轴套磨损量很小，可以忽略。

根据不同的客户反馈，高分子轴套使用周期在1～3年。时间长短主要取决于两方面：第一，输送链条的运行速度。运行速度越快，使用周期越短。第二，烘干烘烤的产品是否产生硬质的细粉，细粉滑入高分子轴套和中心轴之间，加快磨损速度。

3 结语

随着现代市场发展对产品要求的不断提高，在烟草、食品和化纤领域等高端市场客户对产品品质有了更高的要求，在此背景下，本文通过对传统链条进行受力分析，采用了作用力分离的方法，设计了免润滑的输送链条，以满足烘干烘烤设备内不含润滑油的环境。同时，对该设计的免润滑输送链条进行了运行状态分析，并总结了影响链条使用寿命的因素。