滾床驅(qū)動功率的計(jì)算

李志剛，郭麗娜

(1．機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450007;

2．鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450052)

動力滑橇輸送系統(tǒng)是適應(yīng)國內(nèi)外科技發(fā)展，在消化引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)的具有國際先進(jìn)水平的新型輸送系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由滾床、電動移行滾床、滾床提升機(jī)、電動旋轉(zhuǎn)滾床、滑橇積放鏈等部件組成;其主要優(yōu)點(diǎn)在于可盡善盡美地實(shí)現(xiàn)物料三維空間的輸送，可以用各種形式的基本單元組成各種復(fù)雜的輸送系統(tǒng)，完成物料的輸送;運(yùn)行平穩(wěn)易于維修，可方便與其它輸送系統(tǒng)連接，從而構(gòu)成更大的車間物流系統(tǒng);通過PC機(jī)的控制，可實(shí)現(xiàn)輸送全過程的自動化控制及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)管理等等。目前在國內(nèi)外已將此系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用在汽車、拖拉機(jī)等機(jī)械行業(yè)的油漆、焊接、裝配等工藝的物料輸送、分類、貯存方面，完成各種工藝流程。

針對滑橇輸送系統(tǒng)的優(yōu)化及改進(jìn)，很多學(xué)者進(jìn)行了大量的研究［1－3］，然而作為這套系統(tǒng)基本單元的滾床，其驅(qū)動功率一直沒有一套較為系統(tǒng)的計(jì)算方法。在設(shè)計(jì)過程中常常通過分析計(jì)算系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的功率，同時(shí)類比其他場合電機(jī)功率而選取得出。這樣出的結(jié)果就有可能造成兩個(gè)問題：(1)如果電機(jī)功率選得過小，造成電機(jī)長期過載，使其絕緣因發(fā)熱而損壞，甚至被燒毀;(2)如果功率選得過大，其輸出機(jī)械功率不能得到充分利用，功率因數(shù)和效率都不高，不但對用戶和電網(wǎng)不利，而且還會造成電能浪費(fèi)。因此，完善滾床驅(qū)動功率的計(jì)算方法，對于合理選取電機(jī)功率具有重要的實(shí)際價(jià)值。

1 滾床的基本結(jié)構(gòu)及工作原理

滾床作為滑橇輸送系統(tǒng)的基本輸送單元，采用一個(gè)獨(dú)立輸送機(jī)組，按工藝要求進(jìn)行組合。每套機(jī)組都由驅(qū)動裝置、傳動鏈(或齒輪帶)、輥輪、鏈輪、傳動軸、防護(hù)罩、支架等部分組成，滾床三維模型如圖1所示。工作時(shí)，驅(qū)動裝置通過傳動鏈(或齒輪帶)驅(qū)動傳動軸轉(zhuǎn)動，從而帶動傳動軸上輥輪旋轉(zhuǎn)，依靠輥輪與橇體間的摩擦力而使橇體向前移動。

圖1 滾床的三維實(shí)體模型

2 驅(qū)動功率的計(jì)算

2．1 總阻力計(jì)算

滾床驅(qū)動裝置所產(chǎn)生的驅(qū)動力矩，是用來克服作用在傳動軸上的阻力距∑M。根據(jù)經(jīng)典力學(xué)相關(guān)知識，可推導(dǎo)出阻力距主要由三部分組成：滑橇與輥輪運(yùn)動的摩擦阻力距M1;起動時(shí)為克服滾床旋轉(zhuǎn)部分的慣性阻力距M2和克服橇體及工件重力部分的慣性阻力距M3，即

當(dāng)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)

當(dāng)處于不穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)

式中，G—滑橇橇體及工件的重力，N;Z—驅(qū)動的輥輪個(gè)數(shù);P—單個(gè)傳動組旋轉(zhuǎn)部分的重力，N;μ—軸承摩擦系數(shù);d—軸承公稱直徑，cm;μk—橇體沿輥輪的滾動摩擦系數(shù)，cm;D—輥輪外徑，cm。

式中，J—輥輪旋轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動慣量，kg·cm2;ω—輥輪旋轉(zhuǎn)的角速度，rad/s;t—滾床的起動時(shí)間，s。

式中，v—滾床穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的速度，m/min。

2．2 驅(qū)動電動機(jī)功率計(jì)算

式中，Pi—驅(qū)動電機(jī)的起動功率，W;η1—機(jī)械傳動效率，一般為90%左右;η2—電機(jī)效率。

由于在電機(jī)起動過程中，采用了恒功率變頻調(diào)速，其過載系數(shù)為ψ(起動扭矩與額定扭矩之比)，在確定驅(qū)動功率P時(shí)應(yīng)滿足如下不等式：

2．3 輥輪不打滑的判定條件

在起動時(shí)，為保證輸送物品在輸送機(jī)輥?zhàn)由喜淮蚧?，必須滿足下列不等式［4］：

在滾床起動過程中，為避免輥輪與橇體產(chǎn)生滑動摩擦，因此起動時(shí)間t需滿足：

式中，μi—橇體與輥輪間的黏著系數(shù)，即只產(chǎn)生滾動摩擦而不產(chǎn)生滑動摩擦的橇體與輥輪間的最大動摩擦系數(shù)。

由于目前黏著系數(shù)μi的取值在一定范圍內(nèi)隨著運(yùn)用條件影響、工況變化而變化。為此本文參考《列車牽引計(jì)算規(guī)程》(TB/T1407－1998)中黏著系數(shù)方法，按下式計(jì)算：

3 計(jì)算實(shí)例

已知某滾床有7對輥輪組，橇體及工件的重力為44100N，單組輥輪組的重力為529N，軸承的摩擦系數(shù)為0．002，軸承公稱直徑為5cm，橇體沿輥輪的滾動摩擦系數(shù)為0．05cm，單個(gè)輥輪旋轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動慣量為 1215kg·cm2，輥輪旋轉(zhuǎn)的角速度為 0．98rad/s，滾床起動時(shí)間為1s，滾床穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的速度為10m/min，該系統(tǒng)機(jī)械傳動效率約為90%，電機(jī)效率約為85%，系統(tǒng)過載系數(shù)約為1．5。

依次將上述數(shù)據(jù)帶入式(1)～式(7)中，計(jì)算可得驅(qū)動功率Pi為574W?？紤]到電機(jī)經(jīng)常頻繁起動，故選取0．75kW電機(jī)。在實(shí)際應(yīng)用中，該滾床起動時(shí)最大工作電流比額定電流低80%左右，證明上述公式能較如實(shí)反映計(jì)算結(jié)果，可應(yīng)用于電機(jī)功率的選取計(jì)算上。

4 結(jié)論

本文提出了滾床驅(qū)動功率的計(jì)算方法，其要點(diǎn)是以正常運(yùn)行狀態(tài)為主，同時(shí)考慮到克服滾床旋轉(zhuǎn)部分的慣性阻力距和克服橇體及工件重力部分的慣性阻力的影響;并且給出了起動時(shí)電機(jī)的過載能力的校核公式，另外得出了輥輪不打滑及允許起動時(shí)間的判定條件。

［1］尤文強(qiáng)．滑橇式自動輸送系統(tǒng)在汽車生產(chǎn)線中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］．華北科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，1(6)：41 －43．

［2］尹海兵．滑橇式機(jī)械化輸送系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］．機(jī)械工程與自動化，2011，2(1)：87 －89．

［3］趙勇．趙瑞萍．滑橇輸送系統(tǒng)的改進(jìn)與發(fā)展［J］．科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2007，17(23)：267 －272．

［4］文小炎．史良蟾．輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)的驅(qū)動功率計(jì)算［J］．汽車科技，1997，5：55 －60．