缠绕式包装设备动力介质的选取

牟旭东

(江苏磁谷科技股份有限公司，江苏 镇江 212009)

0 引言

缠绕式包装机是专门用于成品板材打包的设备(图1)。该设备适合于对块状且具有一定刚度的成品板材进行包装。包装材料通常为薄膜或纸膜复合材料，置于生产线末尾，或者单独安放。在本人的实用新型设备“链传动薄膜缠绕式包装机”(专利号：ZL201120405490.5)设计过程中，对链传动、平带传动、V带传动三种动力介质的选取做了分析与对比，最终选择了链传动。

图1 缠绕式包装机实体效果图

1 链传动的分析

链传动机构示意图见图2。主动链轮1的链齿啮合在12A链条3上，12A链条3通过螺钉被安装在环形零件4上，链条锁紧压块2作为保险机构均布在环形零件4上，环形零件4安放在导向托轮5内。当主动链轮1转动时，通过12A链条3使环形零件4转动。整个链传动机构相当于链齿传动机构。

1—主动链轮；2—链条锁紧压块；3—12A链条；4—环形零件；5—导向托轮。

链齿传动机构最大的优点在于承载能力强，能在低速、重载、高温、粉尘等不良环境中工作；能保持准确的平均传动比,传递效率可达98%，能满足众多包装工况。其缺点为工作时有噪声，且存在冲击和振动，对安装的要求较高。

实用新型设备“链传动薄膜缠绕式包装机”以电机为动力，通过减速装置和链轮、链条传递动力，采用单排链条，使用的节数Z=312。单排链条的计算功率Pca与电机功率P之间的关系为

(1)

式中：KA为工况系数，取为1；KZ为主动链轮齿数系数，取为1；KP为多排链系数，取为1。

先根据链速、启动加速时间、负载质量等参数确定单排链条的计算功率Pca，再由式(1)确定电机功率P。

“链传动薄膜缠绕式包装机”的单排链条的计算功率Pca=1.1 kW,带入式(1)，得到

解出电机功率P=2.2kW[1]。

在标准给定的润滑条件下，链条的额定使用寿命为15000h,由于该结构为链齿结构，使用寿命≫15000h。链齿传动机构中，链条的理论额定使用寿命LR为

式中：Lt为链条节数，取为312；K为链条使用系数，取为0.1；a为滚子、套筒的疲劳指数，取为2[2]。

若设备每天工作8h，则链条的额定使用寿命为40年。

2 平带传动的分析

平带传动机构示意图见图3。普通平带3包裹在环形零件4的外径平带槽内，通过张紧机构2来调节主动带轮1的包角以及普通平带3的松紧度，环形零件4安放在导向托轮5内。当主动带轮1转动时，通过普通平带3使环形零件4转动。普通平带3的宽度为25mm，带厚为3mm，周长为7 600mm。

1—主动带轮；2—张紧机构；3—普通平带；4—环形零件；5—导向托轮。

平带传动机构可用于两轴中心距离较大的场合,最大的优点在于皮带本身具有弹性，可缓和冲击、振动载荷，具有过载保护功能，结构简单,制造和安装精度要求低,维护方便，工作时噪声低，传递效率为94%～96%。其缺点为工作时有弹性滑动和打滑，不能保持准确的传动比，不宜用于高温易燃的场合，皮带的寿命较短,约为3000～5000h[3]。

若设备每天工作8h，综合原设备使用情况，则平带的额定使用寿命为1.6年。

3 V带传动的分析

V带传动机构的组成与平带传动机构一致(图3)，仅将动力介质的普通平带3换成普通V带3。当主动带轮1转动时，通过普通V带3使环形零件4转动。普通V带3的型号为C-7600，根数为2根[4]。

V带传动机构适用于小中心距、大传动比的场合。传动较平稳，是带传动中应用最广的一种传动。V带传动机构与平带传动机构的特性基本相同，V带本身具有弹性，可缓和冲击、振动载荷，具有过载保护功能，结构简单,制造和安装精度要求低,维护方便，工作时噪声低，传递效率为92%～96%。其缺点为工作时有弹性滑动和打滑，不能保持准确的传动比，不宜用于高温易燃的场合。

由于V带传动机构的材料不是完全弹性体，V带在工作一段时间后会发生伸长而松弛，张紧力降低。因此，在设备停机时应定期检查张紧机构2，以确保正常工作[5]。

IOS确定V带额定功率时的假设条件之一为：额定使用寿命Ln=24000h，其中，普通V带C型额定功率时的预期寿命为Lnc=23300h。若设备每天工作8h，综合原设备使用情况，则V带的额定使用寿命为8年[6]。

4 三种动力介质的对比

上文对三种动力介质的物理性能做了分析，在设计过程中，设备的使用成本同样至关重要。综合考虑物理性能、使用成本等因素，表1、表2对三种动力介质在实际使用过程中的性能进行了对比。表中各参数说明：1)材料成本均为2020年淘宝价格。2)因链条的额定使用寿命为40年，为三种动力介质最高，故以40年为对比的基准。3)材料使用成本=材料每套成本/额定使用寿命(年)(8 h/1天)。4)维护成本=工人每日工资220元×维护天数，其中链传动维护周期为半年1次，带传动维护周期为每月1次。链条润滑脂为通用锂基润滑脂(黄色脂)每年1桶，38元。5)电量损耗(元/年)=2.2 kW×8 h×365 d×0.86元/度×X%，其中X%为传动损耗的效率。6)每年设备消耗总成本=材料使用成本+维护成本+电量损耗。7)以上均不考虑主动轮磨损以及人为、意外等因素。

表1 三种动力介质物理性能的对比

表2 三种动力介质使用成本的对比 单位：元/年

5 结语

综上所述，在缠绕式包装设备中，链传动机构的优势尤为明显，适应众多场合且成本较低。同时，也验证了实用新型设备“链传动薄膜缠绕式包装机”创新的正确性。当然，平带传动机构与V带传动机构也有其可取之处，在两轴中心距离大、传动比大的场合就很合适。同类型的缠绕式包装设备均可依据文中计算方式对比动力介质，选择合适的传动方式。