葉 暢，黃淑琴，閔杭臨

(1.淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 淮安 223003； 2.泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 泰州 225300)

燙平機(jī)是一種常用的布料熨燙機(jī)械，其主要部件是輥筒，可以是單個(gè)輥或多個(gè)輥。為了提高工作效率，現(xiàn)代燙平機(jī)已發(fā)展到6個(gè)輥，其作用是通過滾軋的方法去除物料里的水分。燙平機(jī)各個(gè)輥之間一般采用鏈傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確，成本低，易于維護(hù)，能在高溫、潮濕等惡劣環(huán)境中工作，缺點(diǎn)是鏈條、鉸鏈磨損后會(huì)發(fā)生跳齒、脫鏈和斷鏈等現(xiàn)象[1]，出現(xiàn)設(shè)備故障率高等問題。燙平機(jī)需要連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)可靠性和效率提出了更高要求。本文對(duì)燙平機(jī)多級(jí)鏈傳動(dòng)系統(tǒng)可靠度及效率進(jìn)行計(jì)算，確定提高單級(jí)鏈傳動(dòng)可靠度的有效方法，為技術(shù)改進(jìn)提供理論依據(jù)。

1 燙平機(jī)單級(jí)鏈傳動(dòng)可靠度計(jì)算

采用鏈傳動(dòng)的燙平機(jī)能基本滿足用戶的使用要求,使用中發(fā)現(xiàn)，套筒滾子鏈的疲勞斷裂是其主要失效形式。由于傳統(tǒng)鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)未考慮設(shè)計(jì)參數(shù)的離散性,以及與實(shí)際工作情況之間的差異，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不精確，為此本文運(yùn)用可靠性設(shè)計(jì)理論對(duì)燙平機(jī)鏈傳動(dòng)的可靠性進(jìn)行分析和計(jì)算。

承載力是計(jì)算燙平機(jī)鏈傳動(dòng)首要考慮的因素，在保證鏈傳動(dòng)承載力的基礎(chǔ)上選擇排鏈方式，一般選擇單排鏈傳動(dòng)，以下計(jì)算以單排鏈傳動(dòng)作為計(jì)算對(duì)象。在計(jì)算多級(jí)鏈傳動(dòng)系統(tǒng)可靠性之前，首先介紹單級(jí)鏈傳動(dòng)的可靠度計(jì)算[2]。假設(shè)套筒滾子鏈極限功率和實(shí)際傳遞功率均處于正態(tài)分布狀態(tài)，再根據(jù)可靠性設(shè)計(jì)理論的干涉模型建立連接方程，求得連接系數(shù)ZR，然后由標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表求出可靠度[1，3]。

單排鏈傳遞的極限功率計(jì)算公式為：

Plim=P0KZKL

(1)

式中:P0為特定條件下單排套筒滾子鏈最大許用功率，kW；KZ為小鏈輪齒數(shù)系數(shù)；KL為鏈節(jié)長(zhǎng)度系數(shù)。

由鏈板疲勞強(qiáng)度限定的P0的計(jì)算公式為:

(2)

式中：Z1為小鏈輪齒數(shù)；n1為小鏈輪轉(zhuǎn)速；p為鏈條節(jié)距，mm。

極限功率Plim的均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變差系數(shù)分別為:

(3)

(4)

(5)

最大許用功率P0的均值、標(biāo)準(zhǔn)差分別為：

(6)

(7)

一般取變差系數(shù)CP0=0.08。

(8)

(9)

CKL=(1-1/KL)/3

(10)

套筒滾子鏈實(shí)際傳遞功率計(jì)算公式為：

P1=KAP/Km

(11)

式中:KA為工作情況系數(shù)；P為鏈傳動(dòng)輸入功率，kW；對(duì)于單排鏈，Km=1。其實(shí)際傳遞功率的均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變差系數(shù)分別為:

(12)

(13)

(14)

式(15)中工作情況系數(shù)的變差系數(shù)為:

(15)

輸入功率變差系數(shù)為:

(16)

式中ΔP為輸入功率P的偏差值。

根據(jù)可靠性設(shè)計(jì)理論，套筒滾子鏈鏈板疲勞強(qiáng)度的連接系數(shù)ZR可按式(17)計(jì)算:

(17)

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)求解上述參數(shù)，然后代入式(17)計(jì)算連接系數(shù)ZR，查表確定可靠度[4-5]。

2 燙平機(jī)多級(jí)鏈傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠度計(jì)算

四輥燙平機(jī)為最為常用的多級(jí)鏈傳動(dòng)系統(tǒng)。圖1為四輥燙平機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖。電動(dòng)機(jī)“1”通過聯(lián)軸器“2”與減速機(jī)“3”相連，減速機(jī)“3”通過聯(lián)軸器“4”與第一個(gè)輥筒“6”相連，然后通過鏈傳動(dòng)“5”與后面輥筒相連。實(shí)際上，多輥燙平機(jī)從電動(dòng)機(jī)開始到最后一個(gè)輥筒，構(gòu)成了串聯(lián)傳動(dòng)系統(tǒng)，其可靠度及效率會(huì)逐級(jí)降低，鏈傳動(dòng)的級(jí)數(shù)越多，其可靠性和效率越低[4]。

1—電動(dòng)機(jī)；2—聯(lián)軸器Ⅰ；3—減速機(jī)；4—聯(lián)軸器Ⅱ； 5—鏈傳動(dòng)；6—輥筒。圖1 四輥燙平機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖

燙平機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)和多級(jí)鏈傳動(dòng)組成，在計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)可靠度時(shí)，可看作是串聯(lián)系統(tǒng)。以四輥燙平機(jī)為例，其串聯(lián)系統(tǒng)可靠性框圖如圖2所示[5]。其中:R1為電動(dòng)機(jī)可靠度；R2為聯(lián)軸器I可靠度；R3為減速機(jī)可靠度；R4為聯(lián)軸器Ⅱ可靠度；R5為第1級(jí)鏈傳動(dòng)可靠度；R6為第2級(jí)鏈傳動(dòng)可靠度；R7為第3級(jí)鏈傳動(dòng)可靠度。

圖2 四輥燙平機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)可靠性框圖

根據(jù)可靠性設(shè)計(jì)理論，設(shè)隨機(jī)變量t為傳動(dòng)系統(tǒng)的失效時(shí)間，隨機(jī)變量為ti(i=1，2，…，n)為傳動(dòng)系統(tǒng)n個(gè)元件的失效時(shí)間，系統(tǒng)的可靠度為：

RS(t)=P(t1>t)P(t2>t)…P(ti>t)…P(tn>t)

式中P(ti>t)為第i個(gè)元件的可靠度Ri(t)，得出：

(18)

故：

(19)

串聯(lián)元件可靠度Ri決定了串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度Rn，在組成系統(tǒng)的元件中，只要一個(gè)元件失效，系統(tǒng)就失效[6-7]。

3 燙平機(jī)多級(jí)鏈傳動(dòng)系統(tǒng)的效率計(jì)算

機(jī)械效率是指系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，系統(tǒng)的輸出功(有用功量)與輸入功(動(dòng)力功量)的百分比。

圖3為四輥燙平機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)功率傳遞流程。設(shè)Nd為4個(gè)輥總的輸入功率，N1為分配到第1輥的輸入功率，N1′為第1輥的輸出功率，以此類推，經(jīng)減速機(jī)、鏈傳動(dòng)依次傳遞到各個(gè)輥筒。其中：η1和η3為聯(lián)軸器Ⅰ和聯(lián)軸器Ⅱ的效率系數(shù)，η2為減速機(jī)效率系數(shù)，η4為單級(jí)鏈傳動(dòng)效率系數(shù)，η5為軸承效率系數(shù)。

圖3 四輥燙平機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)功率傳遞流程

圖3為兼有串聯(lián)與并聯(lián)的混聯(lián)系統(tǒng)，計(jì)算混聯(lián)系統(tǒng)的總效率時(shí)，應(yīng)根據(jù)輸入功至輸出功的傳遞流程，分別計(jì)算串聯(lián)系統(tǒng)和并聯(lián)系統(tǒng)的效率，然后按各部分的連接方式，計(jì)算出總效率[8-9]。

設(shè)Nd為系統(tǒng)輸入功率，Nk為輸出功率，各元件的效率為η1，η2，…，ηk，則串聯(lián)系統(tǒng)效率計(jì)算公式為：

(20)

式(20)說明，串聯(lián)系統(tǒng)的總效率等于各元件效率的連乘積[10]。

并聯(lián)系統(tǒng)的效率計(jì)算公式為：

(21)

式中Nr為輸出功率。

并聯(lián)系統(tǒng)的效率不僅與各元件的效率有關(guān)，而且還與各元件所傳遞的功率有關(guān)。設(shè)各元件中效率最高和效率最低時(shí)的效率分別為ηmax和ηmin，則ηmin<η<ηmax[8]；設(shè)各元件傳遞的功率相等，則并聯(lián)系統(tǒng)效率為各元件效率的平均值。

為了簡(jiǎn)化計(jì)算，假定圖3所示燙平機(jī)各個(gè)輥筒輸出功率近似相等，則由式(21)得出的四輥燙平機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)總效率計(jì)算公式則為：

(22)

4 實(shí)例計(jì)算

5 結(jié)束語(yǔ)

目前燙平機(jī)多級(jí)鏈傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠度和效率都偏低，因此需要采取措施進(jìn)行改進(jìn)。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在中心距保持不變的前提下，適當(dāng)增加小鏈輪齒數(shù)，可以提高單級(jí)鏈傳動(dòng)的可靠度。建議采用優(yōu)質(zhì)套筒滾子鏈，定期維護(hù)和更換磨損的套筒滾子鏈，或者采用可靠度和效率更高的同步帶傳動(dòng)代替鏈傳動(dòng)。采用同步帶傳動(dòng)可以獲得理想的恒定速比，噪音小、無污染、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。另外，本文給出的傳動(dòng)系統(tǒng)效率計(jì)算公式，對(duì)于合理確定電機(jī)功率有重要的參考意義。