姚良才

（上海言筑机械设备有限公司，上海 201802）

随着工业自动化设备的不断发展和升级，与其配套的智能输送线也在不断提高传动效率和输送质量。网带输送线作为输送线中重要的组成成员，在食品、医药、包装及化工等多个行业领域发挥着重要作用。由于周而复始的运转，网带输送在承受平稳交变载荷的作用下，其驱动装置的使用寿命具有十分重要的研究意义。基于工业科技背景，本文主要对网带输送线驱动电机安装方式进行优化设计和研究，以提高输送线的整体输送效率和使用寿命。

通常来讲，网带输送的传送物料不受限，涵盖食品、医药及化工等领域，具有庞大的输送能力。输送线布局具有较强的适应性，安装拆卸十分灵活。它本身工作阻力小，制造简单，较皮带和其他顶板链输送具有更好的输送可靠性和安全性。此外，它耗电少，通常约为皮带或链板机耗电量的25%甚至更低。工作过程中，由于承载的物料与输送网带模块同步传送，因此具有非常小的接触磨损，可有效防止网带的破碎。目前，由于它结构简单、制造成本低以及拥有其他输送共有的特性，被广泛应用于国内外许多工厂类企业[1]。

本文的驱动电机实际上是网带输送机的心脏，隶属输送的核心动力传输部件。驱动电机安装是否合理往往影响着网带输送的传输能力，也会影响输送线的稳定性和安全性。下面分别介绍2 种不同的网带输送设备的驱动电机安装结构形式，通过对安装结构原理、安装效率及传动力学进行分析，结合三维设计软件SolidWorks 和Motion 运动仿真，最终完成所要提出的驱动电机安装结构设计。

1 网带输送安装结构组成分析

驱动电机实际上是维持网带输送机正常稳定运行的动力输入源，而驱动装置机构为整个输送系统的动力传递机构，由电机、联轴器、减速机（部分配制动器）及驱动轮盘组成。

网带输送机所用的电机，有三相异步电机、交直流伺服电机等。在有速度同步和精度要求的场合，采用步进电机或伺服电机。在其他特殊场合使用时，由于启动时需要产生很大的扭矩，应配置对应的力矩电机。

联轴器分为梅花形弹性联轴器、偏心联轴器、调心联轴器、链轮联轴器或十字滑块联轴器，具体可以根据实际工况和结构来选择。

网带输送机所配的减速机，通常有齿轮型和蜗轮蜗杆型等系列。齿轮型的传动效率高，但是它要求电机轴与输送机轴平行，驱动装置占地宽度大，较适用于户外大型恶劣工况。工厂内部使用时需要空间尽量小，安装维护方便，通常把电机布置在网带输送下面，以便后续的维护和更换。因此，本文使用蜗轮蜗杆型结构。

驱动轮盘依靠它与网带模块的摩擦力带动网带输送转动。根据挠性牵引构件的摩擦传动理论，输送带与轮盘之间的最大摩擦力和卡持力同摩擦因数和包角成正比。因此，改善这两项因素可提升牵引力。

基于对应的工况和物料输送要求，网带输送机的驱动方式可分单轮盘单驱动电机、双轮盘单驱动电机和双轮盘双驱动电机等结构组成，如图1 所示。

2 安装方式结构优化设计

图2为一种用于输送网带的电机安装机构，包括电机的左轴承侧板和右轴承侧板。左轴承侧板的一侧和右轴承侧板的一侧分别与铝型材机身侧板两侧连接。左轴承侧板另一侧和右轴承侧板另一侧的两端通过网带传动轮盘连接。左轴承侧板的中间位置和右轴承侧板的中间位置之间设有驱动转轴。驱动转轴上设有网带链轮，一端与网带驱动电机连接。为方便安装，用于输送网带的电机安装机构，网带传动轮盘的两侧设有用于限位的夹紧块。

在网带输送的轴承支撑安装上，左轴承侧板的中间位置和右轴承侧板的中间位置均固定有轴承。两个轴承都采用顶丝固定。

在网带输送的驱动装置安装上，铝型材机身侧板上有安装槽。安装槽内设有位置可以移动的螺母。左轴承侧板和右轴承侧板设于铝型材机身侧板上任意位置，并通过螺母固定连接。

和以往传统的网带驱动电机结构相比，此设计结构简单，安装方便，便于调节，安装制作省时省力，安装位置可以自由调节。使用过程中，尤其是网带与上下游其他厂家的设备衔接时，要避免电机位置不当造成不必要的干涉，同时解决了传统网带驱动电机结构复杂且安装位置固定不动无法调节的问题。

3 传动设计计算

通常网带输送传动设计主要结合工厂工况和运输物料确定，这里不妨先假设输送使用环境为医药企业，输送物料无已包装的药盒，那么网带输送的输送速度和功率等参数的计算步骤如下。

第一，类型选择。按照生产要求和需求，电动机选择Y 系列三相异步电动机，防护等级选择IP55。

第二，电动机的容量和转速等计算。查网带输送资料和相关表格：网带输送的材料选用白色POM 模块链板，传动轮盘的材料选用增强尼龙，两者之间的摩擦系数μ=0.15；链板传动、轴承、减速机传动、传动轮盘的传动效率分别为η1=0.98、η2=0.97、η3=0.96、η4=0.96[2]。

网带和传动轮盘之间的摩擦力f为：

式中：摩擦系数μ=0.15；m为质量，取40 kg；g为重力加速度，取10 m·s-2。将上述数值带入式（1），有f=60 N。进一步，可得到F牵引=f=60 N。

电机的总传动效率ηa为：

将相关数据带入式（2），有ηa=0.752。

网带的转动线速度n为：

式中：v网带为网带链板的线速度，取值为25 m·s-1；D为传动轮直径，取值为200 mm。将上述数据带入式（3），有n=39.81 r·min-1。

电动机的转动角速度V线为：

式中：r为传动轮半径，取值为100 mm。将上述数据带入式（4），有V线=416.67 m·s-1。

电机的工作功率Pd和电机工作所需功率（指输入工作轴的功率）Pw分别为：

式中：F为输送带主轴牵引力，N。

将相关数据带入式（5）和式（6），有Pd=0.033 kW和Pw=0.025 kW。

查表得蜗轮蜗杆减速机向轴式的传动比i为5 ～30，于是根据nd=ni，有电动机转速可选范围为199.05 ～1 592.40 r·min-1。

查相关电机设计手册，可以不难选择三相380 V 异步电机，选择功率60 W 以上，基准转速为1 400 r·min-1即可[3]。

4 SolidWorks 软件环境下设计

SolidWorks 为当代工业设计软件中三维辅助设计软件的经典软件，参数化建模功能十分强大。在装配体装配、工程图输出以及动画仿真模拟等方面，它具有明显的应用优势。操作者稍微通过学习即可完成动力学、热力学和其他学科有限元分析，为目前国内外企业和从业者广泛应用的软件。

Motion 是SolidWorks 内部的自带虚拟模型仿真插件。设计师先完成模型建立，然后完成模型干涉检查。当无干涉后，软件可基于模型的动力学和静力学两个方面，通过内部计算完成动态仿真并进行演示，如速度/加速度、作用力/力矩等都可以在软件中呈现，并通过图解结果给予反馈。

本文通过使用SolidWorks 对如图3 所示的新型网带输送驱动电机的组织结构进行三维建模。它采用自上而下的建模方式，具有更加直观的概念体系。不仅便于设计人员发现何处干涉或不合理，而且为车间安装和客户现场售后人员提供了极大的技术支持[4]。

为了辅助安装，通常在SolildWorks 中先对已经完成的装配体完成给定线路的爆炸，形成各子零件之间的相互连接关系[5]，并更加清晰地呈现出来。此外，通过视频编译还可以完成动画仿真输出，如图4 所示。

5 结语

通过完成目前常见网带输送线的多种电机安装方式分析，完成便于电机安装的新型网带输送驱动电机安装结构设计，建立以机械传动设计原理为基础的计算设计，完成了网带输送线的电机功率、减速比及线速度的设计计算。通过建立模型，利用SolidWorks爆炸示意完成本次设计网带输送的内外部结构分解和组装任务，可为实际生产提供助益。