倍速链来源于双节距滚子链^[1], 是自由流动链条的一种, 可分为单倍速链 (也叫中心滚子链条) 、2.5倍速链和3倍速链等。由于倍速链输送机具有运行稳定、持久, 设计灵活、多样化等一些独特的特性, 适合产品大批量连续生产, 被越来越多的行业接受, 并广泛使用。但倍速链输送机规格多样、形式复杂, 且针对不同输送产品的式样, 要求倍速链输送机的设计与选型也要随之变化。怎样为不同输送产品设计和选择符合要求的、经济有效的倍速链输送机, 对设计者提出了较高要求, 特别是对缺少一定设计经验的初级设计者来说更是困难。笔者根据多年的设计经验, 阐述了设计中常遇到的问题和设计、选型要点, 供同行参考。

倍速链输送机属于自流式输送系统, 主要用于装配及加工生产线中的物料输送, 其输送原理是运用倍速链的增速功能, 使其上承托货物的工装板快速运行, 通过阻挡器停止于相应的操作位置;或通过相应指令来完成积放动作及移行、转位、专线等功能。由于倍速链输送机运送货物的工装板 (或工装) 需反复使用, 所以很少单台使用, 而是与各种专机如顶升平移机、上下升降机等配套构成水平或垂直循环系统。常见的一种倍速链输送机结构及布局如图1所示。

倍速链采用特制的经表面处理的挤压铝合金型材作为导轨, 使倍速链输送机在输送过程中具有非常好的稳定性和持久性, 适合产品大批量连续输送。且在运行过程中, 输送物 (或工装板) 被挡停时链条滚轮与输送物之间是滚动摩擦, 大大减少了链条的磨损与运行阻力;一个或多个输送物被挡停时, 也不影响其他输送物的输送, 输送效率较高。

常用的倍速链的内部结构原理都一样, 都是利用两侧的滚子承受负荷, 中间滚子进行输送, 承载和输送滚子分开, 使输送机运行更稳定。因链条基本上被包裹在铝材机身内, 只有滚轮凸出来2 mm左右, 有效防止较大异物卷入链条内 (要求比较高的话, 可选用带盖链条) , 整体比较美观, 也相对比较安全。

倍速链输送机自流式输送方式灵活、多样化的设计使它具备多功能的特性。常用的倍速链都具有积放功能, 链条在运行的情况下, 在输送线的任意位置, 利用阻挡气缸 (常用阻挡装置) 挡停输送物进行装配作业。作业结束后, 解除阻挡, 输送物继续输送。一个或多个输送物被挡停, 其他输送物仍在继续输送, 所以具有积放功能的链条相比其他类型的链条输送效率更高。这种特性是倍速链能被广泛使用的重要因素之一。

倍速链输送机常用规格的链条和机身铝合金型材市场上一般都有现货, 有些常用规格的链条配件也可以在市场上买到, 因此, 常用倍速链输送机的制作只需制作相当少一部分的加工件就可以了。所以, 倍速链输送机的制作周期相当短, 造价也低。

在链条张力允许的情况下, 倍速线体长度能达到30~40 m, 线体越长造价也相对便宜 (同等长度下, 动力组件少了) 。但线体太长对安装的要求也非常高。一旦线体安装不直, 链条调整不水平等, 就会导致链条硬磨铝型材机身, 运行时链条易被拉断。因此, 铝型材机身尽量采用完整的一根或减少拼接, 整条线体在控制在12 m左右 (两根铝型材长度) 。线体分段对设备价格、工艺排布等有一定影响, 因此, 线体要分几段, 或在什么位置分段, 一定要征求客户意见。

链条速度建议取5~15 m/min, 若速度过大, 链条和铝型材导轨磨损会比较快, 且噪音较大。塑料滚子链条使用温度为-10~60℃;钢制滚子链条使用温度为-10~150℃, 且在60℃以上的环境中使用时要添加高温用润滑油。

以铝型材为机身, 2.5倍速链滚子为例, 其容许负荷见表1。

表1中, 输送容许载荷是指每2条链条的容许载荷, 且BS25-C216A常采用带钢轨的铝型材机身。同节距的单倍速链和3倍速链均可参考表1的参数使用。

增速的倍速^[2]是以滚子与导轨间按纯滚动为前提, 且按链条内部各运动副间没有摩擦考虑的。但实际上各运动副间不可避免地会存在摩擦, 滚子和导轨之间也会产生滑动, 所以实际的增速效果要较理论计算值小。常用倍速的经验值为:2.5倍速取2.3倍左右;3倍速取2.7倍左右。因各链条厂家制作的链条质量区别很大, 倍速的具体取值可咨询链条制造厂商确定。

倍速链的链轮齿数常采用6~15齿, 实际各种规格倍速链常使用10齿, 材质为^#45 (或SUS304) , 表面发黑做防锈处理, 齿部淬火, 孔径公差^[3]采用基孔制H8。

倍速链的宽度截面如图2所示。工装板宽度为W₁, 铝型材机身宽度W₂比工装板宽度大3~5 mm (通常取4 mm) 。间隙太大, 如果倍速链中间有定位装置, 则工装板可能会定位不准;间隙太小, 则工装板在输送过程中可能会出现卡板现象。

操作工对输送的产品进行装配时, 势必要先挡停产品再进行装配, 当装配时间很长时必然会影响线体的输送效率。因此, 倍速链输送机把需要装配的产品移送到线外工位上进行装配, 装配好后再移送到线体上继续输送, 其操作方式如图3所示。

顶升移载机构也是小型的输送机构, 其结构如图4所示。它用于产品需要装配时将其移送到线外工位上, 装配完成后再将其移送到线体内。

顶升移载机构安装在2根倍速链铝型材机身中间, 轻载时可选用PVC皮带, 中载时可选用片基带、轻型辊筒, 重载时可选用链条、重型辊筒等。顶升机构常采用气缸和4根导杆组合结构, 结构简单, 造价低;顶升重量和高度的适应性也比较广, 只需选用合适的气缸缸径和行程就可以满足要求。

常用的倍速链可分为单倍速链、2.5倍速链和3倍速链三种类型, 笔者总结出倍速链输送机的设计与选型要点如下。

不同类型的倍速链的主要区别是:外形尺寸和链条速度相等的情况下输送物的速度不同。当输送物速度给定的情况下, 尽量降低链条速度, 以减少链条和链条轨道的磨损速度;同时因链条速度低, 噪音也会相应低, 输送也更平稳。

链条尽量选用常用的规格, 如:BS25-C206B、BS25-C208A、BS30-212A等, 特别是BS30-212A, 各种类型的铝型材机身都有, 所需的配件市场上大都可以买到, 而且基本上也都是现货。因此, 可节省设计费用和制作周期, 链条及配件购买方便, 而且价格也比自主设计、加工的费用便宜得多。

倍速链输送机在受力参数满足条件下, 优先选用塑料滚子链条, 因为它造价便宜, 采购周期短, 运行噪音也较小。也可以塑料和金属滚轮混用, 大滚轮采用金属的, 小滚轮采用塑料的。这样, 就避免了采用金属导轨, 相对全金属滚轮输送线, 其造价相对较低。

所选择的链条能不能满足输送的质量要求, 动力该选多大, 必须要通过计算得知。

链条受到的拉力参照式 (1) 计算:

式中:F———作用在链条上的最大拉力, N;

K_v———速度系数, 1;

μ———堆积时链条的摩擦总系数, 1;

m———链条以外的输送物的总质量, kg;

g———重力加速度, m/s²。

在并列使用2根链条的情况下, 链条的作用拉力不均等。考虑到作用力的不平衡, 链条的最大容许拉力一般为0.6F。2.5倍速链最大容许拉力见表2。

倍速链最大容许拉力与其导轨材质也有关系。表2中塑料滚子默认配铝型材机身, 但BS25-C216A倍速链常采用带钢轨的铝型材机身, 所以表2中塑料滚子和钢制滚子材质的倍速链最大容许拉力是相同的。

产品在输送过程中的状态如图5所示。作用在链条上的最大拉力

式中:L₁———输送部分的长度, m;

L₂———堆积部分的长度, m;

m₁———输送部分输送物的总质量, kg;

m₂———堆积部分输送物的总质量, kg

M———单位长度链条的质量, kg/m;

μ₁———输送部分链条与导轨之间的摩擦系数, 1;

μ₂———堆积部分链条与输送物之间的摩擦系数, 1;

μ₃———堆积部分链条与导轨之间的摩擦系数, 1;

不同材质的滚子的摩擦系数见表3。

输送所需的动力

式中:P_W———输送所需的动力, k W;

v———链条速度, m/min;

η———驱动部分的传输效率, 1。

速度系数K_v的取值与链条速度v的关系如下:

如果用电动机驱动输送, 电动机的功率尽量选大一个型号。

以电池包装配及电池包装配工装输送为例, 采用倍速链输送机的设计参数如下:

倍速链线体最常见的一种形式如图1所示的上下层形式, 上层人工作业, 下层工装回流。两头升降机负责工装板上下层的转换。上下层形式倍速链的作业方式采用线外作业, 线体中间的顶升移载机构把工装板输送到人工作业位上。线外作业方式相对直接在线体上作业, 效率要高, 且避免前一工位作业影响下一工位。

倍速链线体还有一种常用形式是环形的, 这种形式占用的空间要比上下层形式的大, 但可以在线体上或线体周围布置更多的设备。本工程设计选择的是上下层形式的倍速链线体。

工装与铝型材机身间隙选择4mm, 宽度416mm。通过计算产线节拍, 速度上层10 m/min, 下层15 m/min, 人工操作工位10 m/min, 顶升移载机构10 m/min。分支工位的速度要与顶升移载机构的输送速度相同。

考虑到线体总长20 m太长, 上下两层可各分2段制作。但在实际设计时应客户要求, 上层分了3段制作, 下层分了2段制作。

链条倍率选择3倍速, 钢制滚子, 铁的导轨。按照力的计算情况, BS30-C208A以上的链条都可以使用。综合公司现有情况和采购时效情况, 选择了BS30-C212A链条。这种链条常用, 且有现成的图纸, 这样大大缩短了设计时间, 采购周期也短。征求客户意见, 同意采用这种规格链条。

上下层倍速链线体之间要留足够的空间让工装板通过。在本案例中, 因工装板比较高, 上层线体的高度又不能太高, 否则会影响工人作业, 因此下层倍速链线体的高度设置已经接近地面了。最后倍速链线体的走线槽和气管就不能布置在倍速链线体下面, 只能布置在线体侧面。

倍速链输送机因其具有积放功能、运行平稳、输送效率高等特点, 已在各行各业的物料输送中得到广泛使用。在倍速链输送机的工程设计中要注意受力参数的计算。笔者介绍的上述问题要结合具体工况灵活运用, 尽量在满足使用条件的前提下压缩制作成本。以上是笔者根据自己多年的工作经验总结所写, 望能给读者提供点参考。