引言

在現代化的生產車間，物品經過有序的生產工 序加工，在生產線上最終轉化成成品,最後通過自動包裝流水線的封裝成為市場流通的產品。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線,可達到無人化包裝, 大大減少勞動力,提高生產效率，降低生產成本。因 此自動包裝流水線在很多企業得到很好的推廣應用o 自動包裝流水線各單元的銜接多數依靠托輻 輸送線來完成。托輻輸送線是指在一定的線路上 由一係列並排托輻組成的連續輸送物料的搬運機 械,適用於各類箱、包、托盤等件貨的輸送，散料、 小件物品或不規則的物品需放在托盤上或周轉箱 內輸送。還能夠輸送單件重量很大的物料，或承 受較大的衝擊載荷3〕。

托輻輸送機之間易於銜接過渡,可用多條托根 線及其他輸送設備或專機組成複雜的物流輸送係 統以及分流合流係統，完成多方麵的工藝需要。托 輻輸送機結構簡單，可靠性高，使用維護方便。按布 置形式可分為水平托輾輸送線、傾斜托輻輸送線和 轉彎托根線。按驅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驅動、電動 托輻驅動，傳動方式主要有單鏈輪、雙鏈輪、O型皮 帶、平麵摩擦傳動帶、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 會對平穩運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行仿真分析，進一步確定 雙鏈輪托輻線中托輾運送物品的過程對平穩中轉 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。對於箱體類的物品，包裝流程 如圖1：紙箱自動成型封底機做出包裝箱，通過托 輻輸送線將紙箱送到自動裝箱機；自動裝箱機裝 滿成品，通過托輻輸送線將紙箱送到自動打包機; 自動打包機將箱體封裝，同時噴碼生產日期批號, 最終變成市場流通的產品。

雙鏈輪托輾輸送線由支架、托輻、動力電機、 驅動鏈條等組成，如下頁圖2所示。

雙鏈輪托輻輸送線中每個托輻有一個雙鏈 輪，上一個托根通過鏈條作用於本托根的一個鏈 輪,帶動托根轉動，同時本托輻另一個鏈輪又會把 動力輸岀給下一個托輻。這樣雙鏈輪托輻輸送線。

1 —支架；2 —托輻；3—電機

圖2 雙鏈輪托輻輸送線中每個托輻都有動力，使得物品運送的過程更加平穩，同時也會提高生產效率。

2 托輾的建模

2.1 SolidWorks 簡介

SolidWorks軟件功能強大，組件繁多。功能 強大、易學易用和技術創新是SolidWorks的三大 特點，使得SolidWorks成為領先的、主流的三維 CAD解決方案。SolidWorks能夠提供不同的設 計方案，減少設計過程中的錯誤，提高產品質量。

SolidWorks軟件是個非常優秀的三維設計軟 件,包括零件建模、銀金設計、模具設計、裝配設 計、工程圖、運動仿真和有限元分析等，功能全麵， 並集成和兼容了所有Windows係統的卓越性能。 2.2托輾的實體建模 •

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

在SolidWorks中，如圖3所示，建立托輾的三 維實體模型，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係統仿真

係統仿真作為各種技術係統工作性能的研究 方法，已經滲入到幾乎所有產品領域。越來越短 的產品周期促使設計和研製盡可能在短的時間內 完成，這樣就能夠對問題作出快速而可靠的決定， 通過仿真分析，能夠做出一個關於產品性能的定 性和定量的陳述,從而可以節省、免除實驗結構和 樣機以及費時實驗的昂貴成本。

ANSYS將有限元分析、計算機圖形學和優化技 術相結合,已經成為解決現代工程問題的必需工具。 其中的結構靜力分析用來解決穩態外載荷引起的係 統或局部的位移、應變、應力和力。靜力分析很適合 求解慣性和阻尼對結構的影響並不顯著的問題。

3.2托輻靜力仿真分析

運行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，然後調入前麵在SolidWorks 中建立的托輻模型到DesignModeler中，如圖4。

圖4 DesignModeler中托報.的三維模型 對調入的托輻模型劃分網格，通過Mechanical 中的Generate mesh劃分出單元網絡。

在工作過程中考慮托輻在鏈條的驅動下，處 於一個穩態的運動狀態。兩端有軸承的支撐約 束。鏈條把載荷傳遞到雙鏈輪，才驅動了托輻的 轉動。因此載荷可以等效為轉矩和徑向的力。對 托輻兩邊安裝軸承的地方分別添加約束，限製了 托輻的X、Y、Z軸的移動及X、Z軸的轉動⑹。

選取驅動電機的功率為P = 2.2 kW,額定轉 速為 〃 =940 r/min_o

作用於托根上的轉矩，用T表示，

p

T=9. 55X10⁶ — = 22 351 N«mm

n

鏈輪直徑取D=45 mm,計算鏈速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為工作狀況係數，取1.2；

Fq = 1. 2KaFi = 1 430 N

圖5 施加在托報.上的約束及載荷

最後進行ANSYS後處理，選擇總體變形、等 效彈性應變、等效應力，進行求解。得到托輾在此 工況下的實際力學狀態。如圖6、7、8所示。

圖6 托輯的總體變形

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

從圖7、8可以看出最大等效應變(0. 000 216)、應 力(40. 497 MPa)均發生在內側鏈輪與托輻軸的連 接處。這個位置可能是實際所受應力應變的最大 處。這裏由於建模時把鏈輪和托輾當作一個整體 建模,但是實際過程中鏈輪和托輻之間使用過渡 的結構連接，從而不會使應力過於集中。兩個鏈 輪之間的軸上應力應變都很大，這說明托輻在實 際使用中一定會受到較大的應力，因此在長期的 使用中，在這個部位很容易發生疲勞性損壞。

4 結語

雙鏈輪托輾在托輻輸送線上使用量很大，托 輻的質量與性能在很大程度上決定了輸送線的整 體性能與質量。通過仿真，可以發現托輻在運行 過程中各處的變形大小不一，而且會在某些部位 出現應力集中。

從實際使用來看，為了更有效地利用托輻輸 送線來中轉物品，應該在托根的遠驅動端輸送物 品，這樣可達到更好的平穩度。對於設計托輻來 說，兩鏈輪之間的托輾軸受到的應力最大。在長 期的運行使用中，這個部位會發生疲勞破壞。

因此在托輟軸的設計製造過程中，對容易應 力集中的部位進行特殊的表麵性能處理，提高軸 的疲勞強度，避免發生疲勞損壞。設計出壽命更 長、可靠性更髙的托輻，對於提髙整條輸送線的 工作效率、性能穩定都有很大的意義。同時設計 托輻也要考慮到實際的使用條件，更有效地利用 托根平穩輸送物品的性能，避免輸送過程中的不 平穩及衝擊狀況的發生，最終的輸送線才能性能 穩定、工作效率高，又節省成本。這也為雙鏈輪 托輻輸送線中托輻的抗疲勞、長壽命設計提供了依據。