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      滾床驅(qū)動功率的計(jì)算

      2012-02-23 09:54:48李志剛郭麗娜
      關(guān)鍵詞:輥輪傳動軸摩擦系數(shù)

      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.

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