通用積放式懸掛輸送系統(tǒng)牽引鏈條斷裂機(jī)理及對(duì)策

朱曉春 劉昌友

【摘 要】文章論述了整車工廠通用積放式懸掛輸送系統(tǒng)牽引鏈條斷裂機(jī)理及懸掛式輸送機(jī)改進(jìn)的一些見解，通過對(duì)懸掛式輸送系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和牽引鏈條的受力進(jìn)行分析，確認(rèn)鏈條斷裂原因，提出改進(jìn)的對(duì)策，并結(jié)合懸掛式輸送系統(tǒng)與摩擦線輸送系統(tǒng)各自的優(yōu)、缺點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上增加摩擦驅(qū)動(dòng)裝置，優(yōu)化懸掛式輸送系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】通用積放式懸掛；牽引鏈條；斷裂；受力分析；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

【中圖分類號(hào)】U468 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2016）12-0046-04

0 引言

通用懸掛輸送機(jī)是一種三維空間閉環(huán)連續(xù)輸送系統(tǒng)，適用于車間內(nèi)部和車間之間成件物品的自動(dòng)化輸送。在現(xiàn)代工業(yè)中，懸掛輸送機(jī)在機(jī)械制造、汽車制造、軋鋼、煉鋁、輕工、家電、化工、橡膠、建材、郵電、核輻射和肉類加工等行業(yè)已得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。

隨著通用積放式懸掛輸送系統(tǒng)在汽車自動(dòng)化行業(yè)中的普及應(yīng)用，通用積放式懸掛輸送系統(tǒng)存在的一些問題也逐漸暴露出來，如懸掛式輸送系統(tǒng)輸送設(shè)備在運(yùn)行一定周期后，會(huì)出現(xiàn)懸掛式驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)變異、履帶鏈變異、光輪變異、牽引軌及承載軌變異、吊具承載輪變異、道岔變異、配重不合理、路線設(shè)計(jì)缺陷，或者因?yàn)檎{(diào)試不到位等原因，導(dǎo)致牽引鏈條受力劇增，牽引鏈條出現(xiàn)裂紋，甚至斷裂。

通用積放式懸掛輸送系統(tǒng)牽引鏈條斷裂，可能是由于設(shè)備選型或設(shè)計(jì)原因引起的，但根本原因還是設(shè)備出現(xiàn)變異后，懸掛式輸送系統(tǒng)牽引鏈條受力變大引起的。

本文以通用積放式懸掛輸送系統(tǒng)牽引鏈條受力變大為視角，探討引起牽引鏈條受力變化的各種因素，并在此基礎(chǔ)上對(duì)輸送設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。

1 通用積放式懸掛輸送系統(tǒng)牽引鏈條受力分析

1.1 通用積放式懸掛輸送系統(tǒng)工作原理

通用積放式懸掛輸送系統(tǒng)主要包括懸掛式驅(qū)動(dòng)站、氣液張緊裝置、光輪、道岔、牽引鏈條、牽引-承載軌道、垂直軌道、潤滑裝置等。

如圖1和圖2所示，懸掛式輸送系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)鏈輪帶動(dòng)履帶鏈旋轉(zhuǎn)，通過托軌和滾子排組件之間的相互作用力，驅(qū)使履帶鏈撥爪與牽引鏈條嚙合，帶動(dòng)牽引鏈條運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)工件或產(chǎn)品在工藝段輸送和裝配，并可以根據(jù)工藝要求，自由選定牽引鏈條推頭間距。

1.2 牽引鏈條斷裂機(jī)理

通用積放式懸掛輸送系統(tǒng)牽引鏈條斷裂的直接原因是牽引鏈條的拉力超過牽引鏈極限拉伸載荷。

Si≤S極限Si≈S許用（1）

公式（1）中，S極限為牽引鏈極限拉伸載荷；S許用為牽引鏈條許用拉力。

由公式（1）可以得出，在正常情況下，當(dāng)牽引鏈條的拉力在極限拉伸載荷以內(nèi)運(yùn)行時(shí)，牽引鏈條不會(huì)出現(xiàn)裂紋或斷裂的情況。同時(shí)，牽引鏈拉力小于或等于許用拉力時(shí)，可以保證牽引鏈條長時(shí)間無故障運(yùn)行；如果牽引鏈拉力長期處于許用拉力與極限拉伸載荷之間運(yùn)行，牽引鏈會(huì)出現(xiàn)拉伸變形、加劇磨損，牽引鏈的壽命會(huì)大大縮短，最終導(dǎo)致鏈條斷裂。

1.3 牽引鏈條逐點(diǎn)受力分析

通用積放式懸掛輸送機(jī)輸送線路按照結(jié)構(gòu)和功能要求分為若干個(gè)區(qū)段，一般情況下，為方便進(jìn)行逐點(diǎn)受力分析，區(qū)段是按照出現(xiàn)拐點(diǎn)的位置進(jìn)行劃分的，區(qū)段有空載段和有載段兩大類，按照高度差可以劃分為水平段、垂直升降段。

如果鏈條在起點(diǎn)的張力為Si-1，則終點(diǎn)的張力為Si，如圖3和圖4所示，牽引鏈條在水平段和垂直升降段受力主要包含吊具小車產(chǎn)生的摩擦力、滑架輪產(chǎn)生的摩擦力、鏈條起點(diǎn)張力、終點(diǎn)張力、（吊具、鏈條）重力分力。起點(diǎn)張力與終點(diǎn)張力的力學(xué)關(guān)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為分段區(qū)運(yùn)行阻力系數(shù)，i為分段區(qū)數(shù)量（1～i），F(xiàn)1i為吊具小車組摩擦力，F(xiàn)2i為滑架摩擦力，Qn為重力，分為Q1、Q2（Q1為吊具重力，Q2為吊具和工件重力），Ni為分段區(qū)吊具數(shù)量，Mi為分段區(qū)牽引鏈條重力，α為升降段坡度。

牽引鏈條摩擦力的力學(xué)關(guān)系如下。

水平段：

F1i=C2NiQnF2i=C1LiqgMi=Liq（4）

垂直升降段：

F1i=C2NiQncosαF2i=C1Liqigcosα（5）

1.4 牽引鏈條受力的影響因素

由力學(xué)關(guān)系式（1）（2）（3）（4）（5）可以得出逐點(diǎn)受力的力學(xué)關(guān)系式：

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

公式（6）中，C1為滑架輪摩擦系數(shù)，C2為吊具小車組摩擦系數(shù)，Li為分段區(qū)鏈條長度，Ni為分段區(qū)小車數(shù)量，q為鏈條比重。當(dāng)i=1時(shí)，初張力及分段起點(diǎn)的值是賦值，但要保證任意Si≥0。

運(yùn)行阻力系數(shù)是影響鏈條受力的關(guān)鍵參數(shù)，其又分為直段運(yùn)行阻力系數(shù)、垂直彎曲段運(yùn)行阻力系數(shù)、光輪水平回轉(zhuǎn)段運(yùn)行阻力系數(shù)、滾子水平回轉(zhuǎn)段運(yùn)行阻力系數(shù)。運(yùn)行阻力系數(shù)參數(shù)值見表1。由表1可以知道，運(yùn)行阻力系數(shù)是根據(jù)分段區(qū)所處的類型決定的，受牽引軌和承載軌軌道表面粗糙度、接頭圓滑程度的影響。

2 影響牽引鏈條受力的各種因素分析

由上述關(guān)系式可以得出影響牽引鏈條受力的參數(shù)，見表2。

牽引鏈斷裂主要受牽引鏈?zhǔn)芰Φ挠绊?，同時(shí)牽引鏈的材質(zhì)決定其極限拉伸載荷和許用拉力，因此分析鏈條斷裂原因需要考慮鏈條材質(zhì)。

3 通用積放式懸掛輸送系統(tǒng)牽引鏈條斷裂故障對(duì)策

影響積放式懸掛輸送系統(tǒng)牽引鏈斷裂的因素很多，根據(jù)本文對(duì)鏈條的逐點(diǎn)受力分析，得出影響牽引鏈?zhǔn)芰Φ母鱾€(gè)參數(shù)及材質(zhì)對(duì)牽引鏈極限拉伸載荷的影響。本文針對(duì)各個(gè)因素，提出防止?fàn)恳湕l斷裂的對(duì)策。

3.1 牽引鏈材質(zhì)的選擇

在國內(nèi)，通用積放式懸掛輸送系統(tǒng)牽引鏈基本采用模鍛易拆鏈和沖壓易拆鏈，鏈條材質(zhì)主要有40Cr、45Mn2、42CrMo。

40Cr為中碳調(diào)質(zhì)鋼，具有承受重負(fù)荷、低沖擊及較好的耐磨性等優(yōu)點(diǎn)；45Mn2為中碳調(diào)質(zhì)鋼，強(qiáng)度、耐磨性和淬透性均較好，但熱處理時(shí)有過熱敏感性及回火脆性傾向，水淬易開裂，對(duì)白點(diǎn)敏感，焊接性和冷變形塑性較低；42CrMo為合金結(jié)構(gòu)鋼，有很高的靜力強(qiáng)度、沖擊韌性和較高的疲勞極限及耐磨性，淬透性較45Mn2高。從表3中明顯可以發(fā)現(xiàn)，42CrMo的力學(xué)性能好于45Mn2和40Cr，因此牽引鏈材質(zhì)優(yōu)先選擇42CrMo。

3.2 消除牽引鏈?zhǔn)芰τ绊憛?shù)變異的影響

表2中詳細(xì)描述了各個(gè)參數(shù)對(duì)牽引鏈?zhǔn)芰Φ挠绊懀瑸闋恳準(zhǔn)芰μ幵谠S用應(yīng)力的范圍內(nèi)，一方面，在設(shè)計(jì)規(guī)劃路線時(shí)，在滿足功能要求的情況下，要考慮線路簡單，盡量少出現(xiàn)垂直升降段、轉(zhuǎn)彎段且垂直升降段升降角度盡量要求小；另一方面，在安裝調(diào)試階段，過渡段要圓滑過渡，盡量避免出現(xiàn)拐角、凸起等問題。

3.3 增加輔助拉力或摩擦力，降低牽引鏈拉力

通過逐點(diǎn)受力分析我們可以發(fā)現(xiàn)，造成牽引鏈拉力過大的主要位置是垂直升降段和配重段。對(duì)于配重段，牽引鏈拉力主要受初始張力即配重重量影響，而配重的目的是要保證整條牽引鏈上各個(gè)點(diǎn)受力要大于或等于零，否則，就會(huì)出現(xiàn)堆鏈，導(dǎo)致鏈條銷軸脫落、鏈條斷開、推頭脫落等風(fēng)險(xiǎn)；對(duì)于垂直升降段，由于工件和吊具重量分力，導(dǎo)致牽引鏈拉力在處置升降段劇增，為此，我們可以想辦法吸收這部分力，進(jìn)而可以消減配重的重量。以下提供2種參考方案。

方案一：在上、下坡段增加雙CPC鏈條驅(qū)動(dòng)，由CPC鏈條推頭推動(dòng)吊具通過上、下坡段，消除上、下坡段鏈條受力劇增問題，同時(shí)改造此處原有積放鏈軌道，增加轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，在保證節(jié)拍的前提下，實(shí)現(xiàn)吊具在積放鏈與CPC鏈條之間的轉(zhuǎn)接（如圖5所示）。

方案二：根據(jù)現(xiàn)有吊具結(jié)構(gòu)形式，結(jié)合軌跡仿形，將吊具連桿更換為摩擦桿，結(jié)合受力分析，在上、下坡段增加多組雙摩擦驅(qū)動(dòng)輔助助力，牽引吊具通過上、下坡段，分擔(dān)牽引鏈條在上、下坡段收到的牽引力，為保持速度一致性，新增加的雙摩擦驅(qū)動(dòng)才有變頻調(diào)速模式。采用這種結(jié)構(gòu)形式，可以有效地降低牽引鏈?zhǔn)芰?，解決牽引鏈由于受力過大產(chǎn)生斷裂故障的問題。

4 結(jié)語

本文主要依據(jù)懸掛鏈輸送系統(tǒng)牽引鏈條日常運(yùn)行過程中出現(xiàn)的斷裂故障，結(jié)合鏈條逐點(diǎn)受力分析，提煉出影響導(dǎo)致牽引鏈?zhǔn)芰Πl(fā)生突變的各個(gè)因素，針對(duì)這些關(guān)鍵影響因素，結(jié)合平時(shí)的工作經(jīng)驗(yàn)，提出消除或轉(zhuǎn)化這些影響因素的方案，為設(shè)備管理人員及工程設(shè)計(jì)人員提供解決這方面問題的思路。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]周濟(jì).新型輸送機(jī)選型設(shè)計(jì)與制造、維修實(shí)用全書[M].北京：北方工業(yè)出版社，2006.

[2]Valentin L.Popov.接觸力學(xué)與摩擦學(xué)的原理及其應(yīng)用[M].李強(qiáng)，譯.北京：清華大學(xué)出版社，2011.

[3]李俊峰.理論力學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.

[4]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]