水泥生料輸送鏈條傳動系統的優化設計與應用研究

柯耀星

（杭州東華鏈條集團有限公司，浙江 杭州 311102）

水泥生料輸送鏈條是工業生產領域中搬運物料的重要機械裝置，是工業生產實現自動化的主要裝置和設備之一，具有使用過程安全高效、生產鏈條柔性可變、傳動效率高等優勢，在食品生產、醫藥制作、化工產業生產、電子運輸、器械生產和煙草生產等行業均有著較廣泛的應用。近年來，隨著國內工業經濟的不斷發展和各行業投資規模的不斷增加，基礎設施建設、汽車生產制造和整車裝配等產業的發展，促進了鏈條產業市場的迅速增長和經濟規模的不斷擴大。以汽車涂裝生產線自動化生產為例，水泥生料輸送鏈條裝置是行業內的大型專用設備，盡管其流水生產線工藝技術較為復雜，但水泥生料輸送鏈條能夠直接影響汽車生產線的運轉過程和成品的最終涂裝質量。較傳送帶而言，水泥生料輸送鏈條的彈性滑動功能更強，在運行移動過程中的打滑頻率大幅度降低，單位時間內的傳遞效率得到有效提高。但與此同時，在水泥生料輸送鏈條的應用過程中，也存在系統設計存在缺陷或者與工業生產線不匹配等問題，導致出現輸送軌道積漆維護、修復難度增加等問題。對此，文中對一種水泥生料輸送鏈條傳動系統的優化設計與應用進行研究，以期進一步提高水泥生料輸送鏈條的工作效率。

1 水泥生料輸送鏈條傳動系統原理與特點

1.1 水泥生料輸送鏈條原理

水泥生料輸送鏈條主要由雙排滾子鏈條鏈輪部分、托板部分、工件部分、導引部分、星形撥輪模塊和張緊裝置等部分組成，其架構示意如圖1所示。在水泥生料輸送鏈條的應用過程中，任意托板兩端分別設計有兩個銷軸，用于水泥生料輸送鏈條銷軸結構的設計優化，也用于連接水泥生料輸送鏈條與托板兩個模塊，可縮短相鄰銷軸之間的距離，使兩者之間的距離轉變為鏈條的節距距離。星形撥輪模塊主要用于上下環節工件的交叉和鏈接，傳輸工件位于托板內，在托板的雙側設計溝槽，以便槽溝和托板結構交接處撥輪爪的正常通過和運轉，可以根據工件的形狀確定水泥生料輸送鏈條托板的形狀，保證水泥生料輸送鏈條正常發揮傳遞功能。

圖1 鏈條原理示意圖

1.2 水泥生料輸送鏈條特點

分析水泥生料輸送鏈的運轉特點可知，水泥生料輸送鏈條在運行過程中，主要呈現出以下3個特質：首先，水泥生料輸送鏈條正常發揮輸送通道功能，有賴于多個托板相鄰聯結而成的架構設置，借助架構設置外側的導引條模塊，確保水泥生料輸送鏈條在較大運轉速度下可以安全輸送，以此實現水泥生料輸送鏈條的基本運輸功能。同時，水泥生料輸送鏈條星形撥輪模塊中，通常設置圓弧段，且進一步將圓弧段和交接通道處設置的導引條相連接，實現兩個不同結構中功能的互補，在水泥生料輸送鏈條兩排滾子鏈條兩側，對稱設置與托板兩邊相吻合的模塊，確保水泥生料輸送鏈條能夠根據工作過程中的運輸需要調節托板質量中心點，確保其符合基本要求。其次，在水泥生料輸送鏈條的運轉過程中，水泥生料輸送鏈條不僅僅應利用其多邊形效應，確保水泥生料輸送鏈條托板結構與鏈條部分能通過銷軸模塊相連，杜絕托板運動與鏈條之間的不良影響，保證水泥生料輸送鏈條托板部分的質量中心與鏈板的質量中心處于基本重合的狀態，避免質量中心錯開導致的慣性力矩的存在，也杜絕慣性力矩越大，傳輸鏈條托板工件運動平穩性越弱的不良工作情形。最后，在水泥生料輸送鏈條的運轉過程中，由于水泥生料輸送鏈條鏈輪圓弧段運行時較為特殊，當水泥生料輸送鏈條兩側托板質量中心與鏈條轉動半徑參數值不相吻合時，水泥生料輸送鏈條的速度、加速度等主要參數將與直線段有所不同，兩側托板質量中心距離水泥生料輸送鏈條鏈板質量中心的距離參數值越大，水泥生料輸送鏈條在直線段與圓弧段交界處的速度、加速度等諸多參數的變化特征越發明顯，也就越不利于工件的交接和穩定。

2 傳動系統動力分析

在水泥生料輸送鏈條傳動系統運轉的過程中，對其受力特征進行綜合分析可知，當水泥生料輸送鏈條傳動系統運轉時，不同零部件之間的受力情況各有不同，水泥生料輸送鏈條傳動系統在電機動力的驅使下，將會產生一定的驅動力矩，而水泥生料輸送鏈條傳動系統上方連接的料斗，在裝載一定質量物料的過程中，將會受到來自被裝載物料對料斗運行和轉動的阻力、料斗內部裝有的具體物料的重力參數以及水泥生料輸送鏈傳動系統中各不同的零部件自身的重力等多個力的影響。假如在水泥生料輸送鏈系統正常運行過程中，驅動軸和從動軸的轉速參數值、水泥生料輸送鏈條的提升速度參數值等均在設定某一參數值后保持恒定不變狀態，進而將水泥生料輸送鏈條傳動系統連接的每個料斗分別視作單獨離散的質量塊，將離散的質量塊用彈簧和阻尼器連接起來，就能夠進一步得到水泥生料輸送鏈傳動系統的動力學模型，然后依托該模型進行力學過程分析。

3 傳動系統的優化設計

在水泥生料輸送鏈條傳動系統的優化設計過程中，設計人員對傳動系統的優化設計目標是利用最少的制造材料和最低的制造成本，避免材料的無謂消耗，生產出成本低廉且具備較強競爭優勢的水泥生料輸送鏈條傳動系統，獲得最大化的經濟效益。在此情況下，水泥生料輸送鏈條傳動系統的優化主要是借助各式各樣措施的應用，實現水泥生料輸送鏈條傳動系統各項參數的優化，在滿足既定設計方案目標的基礎上，實現水泥生料輸送鏈條傳動系統流程的優化。本文所提出的水泥生料輸送鏈條傳動系統的優化，主要是在確定基礎產品目標功能的基礎上，分析水泥生料輸送鏈條傳動系統產品零部件的各項受力關系和受力特征，結合物理模型表達水泥生料輸送鏈條傳動系統的各項受力模型，以實際水泥生料輸送鏈條傳動系統設計功能優化為基礎，構建目標函數的約束關系，在約束關系的前提下實現函數最優解的求解，得到最佳優化方案。本文對水泥生料輸送鏈條傳動系統的優化，主要包括水泥生料輸送鏈條參數的優化設計和對頭軸的優化設計兩大部分內容。就水泥生料輸送鏈條參數的優化設計而言，水泥生料輸送鏈條參數的優化設計主要包括對直邊鏈板參數的優化設計、對外鏈節附板的優化設計等諸多內容。

以水泥生料輸送鏈條參數設計中，對直邊鏈板參數的優化設計為例分析，其主要以影響水泥生料輸送鏈條板塊結構為分析對象，結合板結構的幾何尺寸這一基本參數，在設計水泥生料輸送鏈條對直邊鏈板寬度時，僅僅允許該尺寸在現有的設計要求上增加0.2mm，在設計水泥生料輸送鏈條對直邊鏈板鏈板節距孔直徑時，允許該尺寸在現有的設計基礎上增加0.01mm；在設計水泥生料輸送鏈條對直邊鏈板扁形節距孔的寬度，允許該尺寸在現有的設計基礎上增加0.1mm；在設計水泥生料輸送鏈條對直邊鏈板相對節距孔中心距離時，允許該尺寸在現有的設計基礎上增加1mm；在設計水泥生料輸送鏈條對直邊鏈板鏈板端部圓弧的半徑時，允許該尺寸在現有的設計基礎上增加1mm。

在水泥生料輸送鏈條參數設計中，對直邊鏈板參數約束條件設計時，主要利用鏈板端部圓弧半徑、鏈板的寬度、鏈板端部幾何尺寸、扁形的節距孔圓形的圓弧圓心角等為基礎約束條件。其中，水泥生料輸送鏈條參數鏈板端部圓弧的半徑應大于或等于鏈板寬度的一半，鏈板的寬度應大于節距孔的寬度，鏈板端部幾何尺寸、扁形的節距孔圓形的圓弧圓心角、面板設計的上下限約束條件等均應該在基礎條件下得到滿足。此外，針對水泥生料輸送鏈條參數的優化，在考慮鏈板上危險點的位置時，應該結合危險截面的具體尺寸參數計算危險面的應力強度，將危險截面的應力強度除以安全因數，得到既定條件下的許用應力參數值，再結合鏈板的疲勞強度安全系數，確保鏈板的疲勞強度安全系數不低于許用安全系數，從而保證鏈板能夠在受力合理的條件下正常工作。

然后，結合水泥生料輸送鏈條參數的設計中的對直邊鏈板參數的約束條件、基礎設計標準等各項因素，利用復合形算法流程對整個應用過程進行目標函數和約束條件的求解計算，在對優化設計函數進行設計的基礎上，實現鏈條結構的優化，重點針對鏈條現有的尺寸、板材結構的鏈條內部結構的最大應力和鏈板在實際應用過程中滿足的疲勞強度安全系數等。在對水泥生料輸送鏈條參數設計中，對直邊鏈板參數進行優化設計后，其各項目標參數對比示意如表1所示。

表1 優化前后各項參數對比表

由表1可知，水泥生料輸送鏈條對直邊鏈板參數優化，能夠在滿足各項標準的前提下，不降低鏈條強度，也可提高鏈板質量，確保水泥生料輸送鏈條各項功能正常運行。

4 實際應用

對優化后的各項參數信息進行分析，以試驗驗證方式實現水泥生料輸送鏈條傳送系統各項參數的優化，在此過程中，首先驗證水泥生料輸送鏈條傳送系統料斗的拋料效果，以卸載物料與裝載時的物料質量之差作為水泥生料輸送鏈條傳送系統試驗判斷的標準，采用手工裝料方式作為物料裝載的基本方法，避免裝載時物料質量的較大誤差。同時，針對試驗研究過程，只以某一個料斗作為填充物料的基礎點，在卸料口用密閉的袋子對卸載的物料進行收集，嚴格按照基本操作規范重復進行了5次試驗，物料裝載和拆卸的類型為水泥生料，5次試驗的結果如表2所示。

表2 試驗結果表

由表2可知，水泥生料輸送鏈條傳送系統各項參數優化設計完成后，水泥生料輸送鏈條傳送系統物料的裝載和卸載之間的各項參數變化較慢，其物料質量之差基本在0.4～0.6kg，也就是說，在利用水泥生料輸送鏈條傳送系統的優化設計后，物料的裝載過程并未受到影響，整個運輸過程的實際損失值較小，且在物料的拋灑過程中并未出現較大量的外泄等問題，也就證明了水泥生料輸送鏈條傳送系統設計和優化改良的合理性與科學性。

5 結語

在工業經濟飛速發展的背景下，對水泥生料輸送鏈條傳動系統的優化設計，不僅能夠實現該傳動系統整體運行效能的快速提升，更能夠借助該系統的優化和各項參數的調整，確保水泥生料輸送鏈條傳動系統整體運行效率的提高。對此，文中以一種水泥生料輸送鏈條傳動系統的優化設計與應用為研究對象，在探究水泥生料輸送鏈條傳動系統原理與特點的基礎上，分析了水泥生料輸送鏈條傳動系統的動力結構，探討了水泥生料輸送鏈條傳動系統的優化設計內容，最后以實例試驗為研究對象，論證了水泥生料輸送鏈條傳動系統優化設計的合理性、科學性、可操作性和可實踐性，以期促進水泥生料輸送鏈條傳動系統技術水平的提高。