纏繞式包裝設備動力介質的選取

牟旭東

(江蘇磁谷科技股份有限公司，江蘇 鎮江 212009)

0 引言

纏繞式包裝機是專門用于成品板材打包的設備(圖1)。該設備適合于對塊狀且具有一定剛度的成品板材進行包裝。包裝材料通常為薄膜或紙膜復合材料，置于生產線末尾，或者單獨安放。在本人的實用新型設備“鏈傳動薄膜纏繞式包裝機”(專利號：ZL201120405490.5)設計過程中，對鏈傳動、平帶傳動、V帶傳動三種動力介質的選取做了分析與對比，最終選擇了鏈傳動。

圖1 纏繞式包裝機實體效果圖

1 鏈傳動的分析

鏈傳動機構示意圖見圖2。主動鏈輪1的鏈齒嚙合在12A鏈條3上，12A鏈條3通過螺釘被安裝在環形零件4上，鏈條鎖緊壓塊2作為保險機構均布在環形零件4上，環形零件4安放在導向托輪5內。當主動鏈輪1轉動時，通過12A鏈條3使環形零件4轉動。整個鏈傳動機構相當于鏈齒傳動機構。

1—主動鏈輪；2—鏈條鎖緊壓塊；3—12A鏈條；4—環形零件；5—導向托輪。

鏈齒傳動機構最大的優點在于承載能力強，能在低速、重載、高溫、粉塵等不良環境中工作；能保持準確的平均傳動比,傳遞效率可達98%，能滿足眾多包裝工況。其缺點為工作時有噪聲，且存在沖擊和振動，對安裝的要求較高。

實用新型設備“鏈傳動薄膜纏繞式包裝機”以電機為動力，通過減速裝置和鏈輪、鏈條傳遞動力，采用單排鏈條，使用的節數Z=312。單排鏈條的計算功率Pca與電機功率P之間的關系為

(1)

式中：KA為工況系數，取為1；KZ為主動鏈輪齒數系數，取為1；KP為多排鏈系數，取為1。

先根據鏈速、啟動加速時間、負載質量等參數確定單排鏈條的計算功率Pca，再由式(1)確定電機功率P。

“鏈傳動薄膜纏繞式包裝機”的單排鏈條的計算功率Pca=1.1 kW,帶入式(1)，得到

解出電機功率P=2.2kW[1]。

在標準給定的潤滑條件下，鏈條的額定使用壽命為15000h,由于該結構為鏈齒結構，使用壽命?15000h。鏈齒傳動機構中，鏈條的理論額定使用壽命LR為

式中：Lt為鏈條節數，取為312；K為鏈條使用系數，取為0.1；a為滾子、套筒的疲勞指數，取為2[2]。

若設備每天工作8h，則鏈條的額定使用壽命為40年。

2 平帶傳動的分析

平帶傳動機構示意圖見圖3。普通平帶3包裹在環形零件4的外徑平帶槽內，通過張緊機構2來調節主動帶輪1的包角以及普通平帶3的松緊度，環形零件4安放在導向托輪5內。當主動帶輪1轉動時，通過普通平帶3使環形零件4轉動。普通平帶3的寬度為25mm，帶厚為3mm，周長為7 600mm。

1—主動帶輪；2—張緊機構；3—普通平帶；4—環形零件；5—導向托輪。

平帶傳動機構可用于兩軸中心距離較大的場合,最大的優點在于皮帶本身具有彈性，可緩和沖擊、振動載荷，具有過載保護功能，結構簡單,制造和安裝精度要求低,維護方便，工作時噪聲低，傳遞效率為94%～96%。其缺點為工作時有彈性滑動和打滑，不能保持準確的傳動比，不宜用于高溫易燃的場合，皮帶的壽命較短,約為3000～5000h[3]。

若設備每天工作8h，綜合原設備使用情況，則平帶的額定使用壽命為1.6年。

3 V帶傳動的分析

V帶傳動機構的組成與平帶傳動機構一致(圖3)，僅將動力介質的普通平帶3換成普通V帶3。當主動帶輪1轉動時，通過普通V帶3使環形零件4轉動。普通V帶3的型號為C-7600，根數為2根[4]。

V帶傳動機構適用于小中心距、大傳動比的場合。傳動較平穩，是帶傳動中應用最廣的一種傳動。V帶傳動機構與平帶傳動機構的特性基本相同，V帶本身具有彈性，可緩和沖擊、振動載荷，具有過載保護功能，結構簡單,制造和安裝精度要求低,維護方便，工作時噪聲低，傳遞效率為92%～96%。其缺點為工作時有彈性滑動和打滑，不能保持準確的傳動比，不宜用于高溫易燃的場合。

由于V帶傳動機構的材料不是完全彈性體，V帶在工作一段時間后會發生伸長而松弛，張緊力降低。因此，在設備停機時應定期檢查張緊機構2，以確保正常工作[5]。

IOS確定V帶額定功率時的假設條件之一為：額定使用壽命Ln=24000h，其中，普通V帶C型額定功率時的預期壽命為Lnc=23300h。若設備每天工作8h，綜合原設備使用情況，則V帶的額定使用壽命為8年[6]。

4 三種動力介質的對比

上文對三種動力介質的物理性能做了分析，在設計過程中，設備的使用成本同樣至關重要。綜合考慮物理性能、使用成本等因素，表1、表2對三種動力介質在實際使用過程中的性能進行了對比。表中各參數說明：1)材料成本均為2020年淘寶價格。2)因鏈條的額定使用壽命為40年，為三種動力介質最高，故以40年為對比的基準。3)材料使用成本=材料每套成本/額定使用壽命(年)(8 h/1天)。4)維護成本=工人每日工資220元×維護天數，其中鏈傳動維護周期為半年1次，帶傳動維護周期為每月1次。鏈條潤滑脂為通用鋰基潤滑脂(黃色脂)每年1桶，38元。5)電量損耗(元/年)=2.2 kW×8 h×365 d×0.86元/度×X%，其中X%為傳動損耗的效率。6)每年設備消耗總成本=材料使用成本+維護成本+電量損耗。7)以上均不考慮主動輪磨損以及人為、意外等因素。

表1 三種動力介質物理性能的對比

表2 三種動力介質使用成本的對比 單位：元/年

5 結語

綜上所述，在纏繞式包裝設備中，鏈傳動機構的優勢尤為明顯，適應眾多場合且成本較低。同時，也驗證了實用新型設備“鏈傳動薄膜纏繞式包裝機”創新的正確性。當然，平帶傳動機構與V帶傳動機構也有其可取之處，在兩軸中心距離大、傳動比大的場合就很合適。同類型的纏繞式包裝設備均可依據文中計算方式對比動力介質，選擇合適的傳動方式。