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引言

在現(xiàn)代化的生產(chǎn)車間，物品經(jīng)過有序的生產(chǎn)工 序加工，在生產(chǎn)線上最終轉(zhuǎn)化成成品,最后通過自動包裝流水線的封裝成為市場流通的產(chǎn)品。自動包 裝流水線是集紙箱成型、自動裝箱、自動封箱為一 體。它配套前段自動化生產(chǎn)線,可達(dá)到無人化包裝, 大大減少勞動力,提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。因 此自動包裝流水線在很多企業(yè)得到很好的推廣應(yīng)用o 自動包裝流水線各單元的銜接多數(shù)依靠托輻 輸送線來完成。托輻輸送線是指在一定的線路上 由一系列并排托輻組成的連續(xù)輸送物料的搬運(yùn)機(jī) 械,適用于各類箱、包、托盤等件貨的輸送，散料、 小件物品或不規(guī)則的物品需放在托盤上或周轉(zhuǎn)箱 內(nèi)輸送。還能夠輸送單件重量很大的物料，或承 受較大的沖擊載荷3〕。

托輻輸送機(jī)之間易于銜接過渡,可用多條托根 線及其他輸送設(shè)備或?qū)C(jī)組成復(fù)雜的物流輸送系 統(tǒng)以及分流合流系統(tǒng)，完成多方面的工藝需要。托 輻輸送機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，使用維護(hù)方便。按布 置形式可分為水平托輾輸送線、傾斜托輻輸送線和 轉(zhuǎn)彎托根線。按驅(qū)動方式可分為動力托輻線和動力托輾線，動力托輻線主要有減速電機(jī)驅(qū)動、電動 托輻驅(qū)動，傳動方式主要有單鏈輪、雙鏈輪、O型皮 帶、平面摩擦傳動帶、同步帶傳動。在雙鏈輪動力托輻線中，托輻一端分別受到 不同方向的扭矩，會對托輾造成一定的變形，可能 會對平穩(wěn)運(yùn)送物品造成一定的影響。本文將對這 種工況下工作的托根進(jìn)行仿真分析，進(jìn)一步確定 雙鏈輪托輻線中托輾運(yùn)送物品的過程對平穩(wěn)中轉(zhuǎn) 物品的影響。

1 自動包裝流水線

自動包裝流水線集紙箱自動成型、自動裝箱、 自動封箱為一體。對于箱體類的物品，包裝流程 如圖1：紙箱自動成型封底機(jī)做出包裝箱，通過托 輻輸送線將紙箱送到自動裝箱機(jī)；自動裝箱機(jī)裝 滿成品，通過托輻輸送線將紙箱送到自動打包機(jī); 自動打包機(jī)將箱體封裝，同時(shí)噴碼生產(chǎn)日期批號, 最終變成市場流通的產(chǎn)品。

雙鏈輪托輾輸送線由支架、托輻、動力電機(jī)、 驅(qū)動鏈條等組成，如下頁圖2所示。

雙鏈輪托輻輸送線中每個(gè)托輻有一個(gè)雙鏈 輪，上一個(gè)托根通過鏈條作用于本托根的一個(gè)鏈 輪,帶動托根轉(zhuǎn)動，同時(shí)本托輻另一個(gè)鏈輪又會把 動力輸岀給下一個(gè)托輻。這樣雙鏈輪托輻輸送線。

1 —支架；2 —托輻；3—電機(jī)

圖2 雙鏈輪托輻輸送線中每個(gè)托輻都有動力，使得物品運(yùn)送的過程更加平穩(wěn)，同時(shí)也會提高生產(chǎn)效率。

2 托輾的建模

2.1 SolidWorks 簡介

SolidWorks軟件功能強(qiáng)大，組件繁多。功能 強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是SolidWorks的三大 特點(diǎn)，使得SolidWorks成為領(lǐng)先的、主流的三維 CAD解決方案。SolidWorks能夠提供不同的設(shè) 計(jì)方案，減少設(shè)計(jì)過程中的錯(cuò)誤，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

SolidWorks軟件是個(gè)非常優(yōu)秀的三維設(shè)計(jì)軟 件,包括零件建模、銀金設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、裝配設(shè) 計(jì)、工程圖、運(yùn)動仿真和有限元分析等，功能全面， 并集成和兼容了所有Windows系統(tǒng)的卓越性能。 2.2托輾的實(shí)體建模 •

考慮到托輻的實(shí)際運(yùn)動過程，以仿真觀察托 輻的變形為目的，建模時(shí)把托輻以及雙鏈輪作為 一個(gè)整體直接建模。

在SolidWorks中，如圖3所示，建立托輾的三 維實(shí)體模型，托輻直徑50 mm,寬度500 mm。

圖3 雙鏈輪托輯三維模型

3 托程的ANSYS仿真分析

3.1 ANSYS系統(tǒng)仿真

系統(tǒng)仿真作為各種技術(shù)系統(tǒng)工作性能的研究 方法，已經(jīng)滲入到幾乎所有產(chǎn)品領(lǐng)域。越來越短 的產(chǎn)品周期促使設(shè)計(jì)和研制盡可能在短的時(shí)間內(nèi) 完成，這樣就能夠?qū)栴}作出快速而可靠的決定， 通過仿真分析，能夠做出一個(gè)關(guān)于產(chǎn)品性能的定 性和定量的陳述,從而可以節(jié)省、免除實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)和 樣機(jī)以及費(fèi)時(shí)實(shí)驗(yàn)的昂貴成本。

ANSYS將有限元分析、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和優(yōu)化技 術(shù)相結(jié)合,已經(jīng)成為解決現(xiàn)代工程問題的必需工具。 其中的結(jié)構(gòu)靜力分析用來解決穩(wěn)態(tài)外載荷引起的系 統(tǒng)或局部的位移、應(yīng)變、應(yīng)力和力。靜力分析很適合 求解慣性和阻尼對結(jié)構(gòu)的影響并不顯著的問題。

3.2托輻靜力仿真分析

運(yùn)行ANSYS-Workbench,首先雙擊建立Static Structural 模塊。在 Static Structural 模塊中指定 Engineering Data為碳鋼，然后調(diào)入前面在SolidWorks 中建立的托輻模型到DesignModeler中，如圖4。

圖4 DesignModeler中托報(bào).的三維模型 對調(diào)入的托輻模型劃分網(wǎng)格，通過Mechanical 中的Generate mesh劃分出單元網(wǎng)絡(luò)。

在工作過程中考慮托輻在鏈條的驅(qū)動下，處 于一個(gè)穩(wěn)態(tài)的運(yùn)動狀態(tài)。兩端有軸承的支撐約 束。鏈條把載荷傳遞到雙鏈輪，才驅(qū)動了托輻的 轉(zhuǎn)動。因此載荷可以等效為轉(zhuǎn)矩和徑向的力。對 托輻兩邊安裝軸承的地方分別添加約束，限制了 托輻的X、Y、Z軸的移動及X、Z軸的轉(zhuǎn)動⑹。

選取驅(qū)動電機(jī)的功率為P = 2.2 kW,額定轉(zhuǎn) 速為 〃 =940 r/min_o

作用于托根上的轉(zhuǎn)矩，用T表示，

p

T=9. 55X10⁶ — = 22 351 N«mm

n

鏈輪直徑取D=45 mm,計(jì)算鏈速v-

?7= "^^ = 2. 22 m/s

60

鏈條的工作拉力：

B = 993 N

V

作用在軸上的載荷Fq可以近似取

Fq = 1.2KaF|,

K_a為工作狀況系數(shù)，取1.2；

Fq = 1. 2KaFi = 1 430 N

圖5 施加在托報(bào).上的約束及載荷

最后進(jìn)行ANSYS后處理，選擇總體變形、等 效彈性應(yīng)變、等效應(yīng)力，進(jìn)行求解。得到托輾在此 工況下的實(shí)際力學(xué)狀態(tài)。如圖6、7、8所示。

圖6 托輯的總體變形

從圖6中可以看出，最大總體位移發(fā)生在托根 近驅(qū)動端,約在總長度的1/4處，為0. 007 mm；最小 位移發(fā)生在遠(yuǎn)驅(qū)動端約1/4長度處。說明從托輻驅(qū) 動端1/4長度處起，托輾的變形較小;在實(shí)際中就是 在遠(yuǎn)離驅(qū)動端1/4托輻長度位置起為托根的最佳使 用區(qū)段，會更好地達(dá)到平穩(wěn)輸送物品的要求。

從圖7、8可以看出最大等效應(yīng)變(0. 000 216)、應(yīng) 力(40. 497 MPa)均發(fā)生在內(nèi)側(cè)鏈輪與托輻軸的連 接處。這個(gè)位置可能是實(shí)際所受應(yīng)力應(yīng)變的最大 處。這里由于建模時(shí)把鏈輪和托輾當(dāng)作一個(gè)整體 建模,但是實(shí)際過程中鏈輪和托輻之間使用過渡 的結(jié)構(gòu)連接，從而不會使應(yīng)力過于集中。兩個(gè)鏈 輪之間的軸上應(yīng)力應(yīng)變都很大，這說明托輻在實(shí) 際使用中一定會受到較大的應(yīng)力，因此在長期的 使用中，在這個(gè)部位很容易發(fā)生疲勞性損壞。

4 結(jié)語

雙鏈輪托輾在托輻輸送線上使用量很大，托 輻的質(zhì)量與性能在很大程度上決定了輸送線的整 體性能與質(zhì)量。通過仿真，可以發(fā)現(xiàn)托輻在運(yùn)行 過程中各處的變形大小不一，而且會在某些部位 出現(xiàn)應(yīng)力集中。

從實(shí)際使用來看，為了更有效地利用托輻輸 送線來中轉(zhuǎn)物品，應(yīng)該在托根的遠(yuǎn)驅(qū)動端輸送物 品，這樣可達(dá)到更好的平穩(wěn)度。對于設(shè)計(jì)托輻來 說，兩鏈輪之間的托輾軸受到的應(yīng)力最大。在長 期的運(yùn)行使用中，這個(gè)部位會發(fā)生疲勞破壞。

因此在托輟軸的設(shè)計(jì)制造過程中，對容易應(yīng) 力集中的部位進(jìn)行特殊的表面性能處理，提高軸 的疲勞強(qiáng)度，避免發(fā)生疲勞損壞。設(shè)計(jì)出壽命更 長、可靠性更髙的托輻，對于提髙整條輸送線的 工作效率、性能穩(wěn)定都有很大的意義。同時(shí)設(shè)計(jì) 托輻也要考慮到實(shí)際的使用條件，更有效地利用 托根平穩(wěn)輸送物品的性能，避免輸送過程中的不 平穩(wěn)及沖擊狀況的發(fā)生，最終的輸送線才能性能 穩(wěn)定、工作效率高，又節(jié)省成本。這也為雙鏈輪 托輻輸送線中托輻的抗疲勞、長壽命設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。