一種大型網帶式玻璃退火爐傳送系統設計

鄧 斌，佘鵬程，郭 立，萬喜新

(中國電子科技集團公司第四十八研究所，湖南長沙 410111)

玻璃制品在成型過程中，優于經受了劇烈的溫度變化，使內外層產生溫度梯度，并且由于制品的形狀、厚度、受冷卻程度等的不同，引起制品中產生不規則的熱應力，這種熱應力會降低制品的機械強度和熱穩定性，也影響玻璃的光學均勻性，若應力超過制品的極限強度，便會自行破裂。所以玻璃制品中存在不均勻的熱應力是一項重要的缺陷。退火作為一種熱處理工藝，可使玻璃中存在的熱應力盡可能地消除或減小至允許值，除玻璃纖維和薄壁小型空心制品外，幾乎所有的玻璃制品都需要進行退火。玻璃退火，就是把具有永久應力的玻璃制品重新加熱到玻璃內部質點可以移動的溫度，利用質點的位移使應力分散（稱為應力松弛）來消除或減弱永久應力。

大型網帶式玻璃退火爐根據工藝和生產率的需要，長度由20 m到100多米，網帶寬度（即爐膛有效寬度）由1 m到4 m不等，工藝時間則由十幾小時到幾十小時不等。我們研制的大型網帶式玻璃退火傳送系統為滿足不同玻璃制品退火工藝要求，可以變頻調節控制網帶的運動速度，同時還可以設置網帶快速運動滿足工藝運行前空載進行爐溫曲線測試，節約生產時間和降低能耗。

1 傳送系統設計方案

1.1 傳送系統設計要求

網帶寬度：1.5 m；

爐體長度：40 m；

最高工藝溫度：750℃（溫度可調）；

網帶速度：工藝時1～5 m/h可調，空載爐溫曲線測試時20 m/h；

網帶單位面積負載：200 kg/m2。

1.2 主要結構和工作原理

本傳送系統主要由不銹鋼網帶、雙離合變速傳動機構和主動輥、壓緊輥、配重輥、入口輥、支撐輥、導向軸承機構、出口輥、返回托輥等組成，如圖1所示，其功能是將放置在不銹鋼網帶上的玻璃制品從爐頭輸送至爐尾，在爐膛內經過升溫、保溫、緩冷、速冷各工藝段達到退火消除玻璃內應力的目的。

圖1 傳送系統圖

本傳送系統驅動原理是借助主動輥四周的大包角產生的摩擦力來驅動網帶運行。主動輥表面包膠，兩側裝壓緊輥，壓緊輥將網帶壓緊在主動輥上，以提高主動輥的牽引能力，通過調節壓緊彈簧的力度來調節主動輥對網帶的牽引力，原則上是調整到在滿負荷時網帶在主動輥上不會打滑即可。因為網帶在載重和受熱的情況下會變形伸長，所以在網帶的松邊設計配重輥，使網帶保持一定的張力，當網帶伸長的尺寸使配重輥接近設備支架下梁時，需停機將網帶截去一段。爐體內設計支撐輥，在爐體下方返回網帶下面設計有返回托輥，支撐輥和返回托輥均可隨著網帶的移動而旋轉，這樣既可以達到支撐網帶的目的，同時還減少網帶與輥之間的摩擦力，降低傳送電機的負荷。系統還配備了導向軸承機構，用于網帶自動糾偏，安裝在爐體進出口位置網帶兩側。系統運行前調整各輥的平行度和導向軸承位置，可以防止網帶跑偏，確保網帶在爐芯管內平穩運行。

雙離合變速機構包括變頻電機、減速器、雙離合器、減速比分別為1:2和2:1的兩套鏈輪鏈條副、以及輔助安裝的安裝板、聯軸器、帶座軸承等組成，如圖2所示。變頻電機提供整個傳送系統的動力，通過控制雙離合器兩端的離合來選擇不同減速比的鏈輪鏈條副作為動力的傳送通道，減速比為1:2和2:1分別對應系統空載測溫速度20 m/h和工藝速度1～5 m/h，1～5 m/h的變速調節則是采用變頻器控制電機輸出轉速來實現，滿足不同工件退火工藝時間不同的要求。工藝運行時網帶速度根據工件需要退火工藝時間來設定，而設備在進行工藝運行前需要測定設備工藝溫度曲線是否符合工藝需求，若采用工藝實際時間則嚴重浪費能耗和時間，所以本系統采用雙離合變速機構，增加一套空載測溫速度，專門用于工藝溫度曲線測試，縮短測試周期，降低能耗。

為防止負載過大或者網帶卡死的現象發生時，電機超負荷損壞，在主動輥輪安裝設計時我們還增加了過載保護銷，鏈輪夾在安裝輪與定位輪之間，通過四個過載保護銷固定在安裝輪上，過載保護銷采用彈性壓片壓住，確保保護銷不會從銷孔中掉出，安裝輪與主動輥采用鍵連接，如圖3所示。當主動輥負載超過一定范圍，鏈輪對安裝輪的傳輸扭矩大于四個過載保護銷的最大可承受剪切力時，過載保護銷將會斷裂，鏈輪和安裝輪脫開，鏈輪空轉，這樣可保護電機不會因為負載過大而損毀。

圖3 鏈輪安裝圖

2 驅動系統設計計算

網帶單位面積承載G=200 kg/m2，爐體總長L爐體=40 m，網帶寬度W=1.5 m；網帶總負載：F負載=L爐體×W×G×g=40×1.5×200×9.8≈1.2×105(N)，網帶質量：F網帶=0.6×105(N)，傳送系統網帶在輥上位滾動摩擦，取摩擦系數f=0.6，

則需要的有效拉力：

網帶運行速度V變速范圍：1～5 m/h，即15～85 mm/min；

測溫用網帶速度 20 m/h=333 mm/min，取Vmax=350 mm/min=0.00584 m/s，

主動輥直徑：D=700 mm，主動輪外周長：L=700π=2199 mm，

需要驅動系統的輸出功率：P輸出=FVmax/1000=1.08×105×0.00584/1000=0.631(kW)，

取網帶傳動效率η網帶=0.6，鏈傳動效率η鏈=0.9，減速機傳動效率η減速機=0.85，聯軸器傳動效率 η聯軸器=0.98，

總傳動效率：η總=η網帶×（η鏈）2×（η減速機）2×（η聯軸器）3=0.6×0.92×0.852×0.983=0.33，

需要驅動系統的輸入功率：P輸入=P輸出/η總=0.631/0.33=1.911（kW）。

電機及減速比選取：

為保險起見，選取電機額定功率：P=2.2 kW。

臥式馬達減速機CH 2200-50，功率2.2 kW，轉速1 500 r/min，電機自帶減速比i4=50。設計選取三級鏈傳動減速比：i3=2或0.5（用于快速測溫），二級減速機減速比：i2=100，一級鏈傳動減速比：i1=3.462；驅動系統總減速比：i=50×2×100×3.462=34620，主動輥轉速：n=1500/34620=0.0433（r/min）。

轉矩驗證：

需要作用于網帶的轉矩：T=9550P輸出/n=9550×0.631/0.0433=139170（N·m），

需要作用于主動輪軸的轉矩：T輸出=F·D/2=108000×0.7/2=37800（N·m），

需要減速機的輸出轉矩：

需要帶減速變頻電機輸出轉矩：

T電機=T減/{i（η聯軸器）3·η鏈·η減速機}=20220/(100×2×0.983×0.9×0.85)=140（N·m）。

查電機、減速機選型樣本可知，所選電機和減速機滿足使用要求。

4 小 結

目前，裝配本設計傳送系統的大型網帶式玻璃退火爐已在生產線上使用，效果良好，達到了設計要求。本傳送系統運行平穩、運行效率高，操作方便，具有較高的可靠性，達到了運動速度連續可調、空載快速測溫的技術指標，滿足生產線大批量玻璃退火生產需要。

[1] 陳國平，畢潔.玻璃工業熱工設備[M].北京:化學工業出版社，2006.

[2] 江堯忠.工業電爐[M].北京:清華大學出版社，1993.

[3] 王秉銓.工業爐設計手冊[M].北京:機械工業出版社，2000.

[4] 宋偉剛.通用帶式輸送機設計.北京:機械工業出版社，2006.