摘要：图书机设备齿轮及链条传送装置故障频繁，导致传送系统被迫停止运行，研究发现链条缺少张紧支撑，当链条连续或间断运行一段时间后，链条出现疲劳磨损失效。本文对齿轮及链条传动装置进行优化改进，将链条张紧装置与齿轮底座融为一体，图书机设备的安全性、可靠性和经济性均得到了显著提升。
关键词：图书机；滚子链；失效；张紧装置
图书机（图书自助借还终端机），如同银行的ATM自动柜员机一样，是24小时服务的智能化终端设备，室内、室外均可摆放及使用，让读者既方便又快捷地办理图书借还手续，同时也让图书管理员更准确高效地进行图书管理工作。该设备以图书馆资源和服务为依托，将RFID技术、自动化控制技术以及计算机网络通讯技术整合成为一个终端，可分布于城市任何地方，是能够与图书馆之间通过网络实现数据实时交互的自助借还系统，是一个微缩型的功能齐全的智能化24小时全自助的图书馆。
1.现有图书机内部运送图书的传送系统
图书机设备内部设有多层书架，每层书架容纳有一百多本书，书架由平台、链条、传动装置及书盒组成，每个书盒都对应有编号，每个书盒里面放置一本书，每本书的书名及的书盒编号对应录入系统，同时书盒固定连接在链条上。当用户需要借书时，只需要在用户操作面板上输入书名，书架上的传送系统便会启动，将用户需要的书传送至出书机构位置，出书机构再将书本送出图书机，用户便可取出书本。
1.1书架传送系统
如上图，齿轮座安装固定在书架平台上，平台上有四个齿轮座及齿轮，其中左上角的齿轮为主动齿轮，其余三个为从动齿轮，链条啮合环绕在四个齿轮外围，书盒安装固定在链条上。当主动齿轮旁边的电机启动时，电机带动主动齿轮旋转，主动齿轮通过链条带动从动齿轮一起旋转，同时链条上的书盒与链条一起做环绕运动，通过整个传动系统做环绕运动，对书盒内的书本进行运输作业。
整个过程中链条与齿轮为平面卧式运行形式，链条由于要带动书盒一起运转，传动过程对于链条会有一定的载荷量。链条采用常用的滚子链，由于链条在运转时存在一定的载荷，同时每个链条链节都有配合安装一个书盒，因而链条单元数量是固定不能变化的，因此链条从设备初始安装调试到装配完成，都必须处于张紧状态。当设备书架的传送系统在静止状态时，由于链条上安装有书架，为了保障书盒排列整齐有序，同时随时为传送系统启动做准备，此时链条必须绷紧拉直；当设备书架的传送系统在运转状态时，链条需要克服书盒、书本的重量及书盒与平台轨道的滚动摩擦，同时书盒与平台轨道的滚动摩擦会产生一定的抖动，为了防止链条在运转过程中产生脱落，链条必须有足够的张紧力施加到链条上。因而，链条无论在设备书架的传送系统处于静止还是运转状态，都需要高度紧绷，这样链条容易产生疲劳。
1.2现有传送系统存在的问题
图书机设备由于其自动化程度高，且设备摆放会遍布城市市场的每一个角落，一般都不会对每一台设备设置一个维护人员，当设备出现故障往往需要一到两周的时间才能被发现，不但影响了用户的使用感受，同时也无法达到图书机设备的初始功能要求。因此，对于图书机设备必须确保在无人监护的情况下保持较长时间的稳定运行。
现有图书机设备主要存在的问题：书架传送系统在运行一段时间后，链条会出现跳齿及脱落，产生链条失效，导致设备停止运转，需要频繁调试及更换链条，该问题使得设备的维护及保养成本增加。
2.图书机链条柔性张紧装置的研究
链条是由多链节以铰链副的形式连接起来的挠性件，其传动效率较高，封闭式链传动效率η=0.95~0.98，链条不需要像带那样张的很紧，所以一般压轴力较小。图书机采用的是输送用长节距滚子链，在静止及运转状态下都承受较大张紧力，当设备使用一段时间后，链条开始磨损。链条磨损后链节和链条总长伸长，啮合时啮合点沿齿廓工作边向齿顶移动，最终导致跳齿或脱链。链条磨损主要产生于外链节，当销轴和套筒内团表面磨损后，铰链间隙增大，因而使外链节伸长。内链节节距取决于相邻滚子同侧母线，由于滚子内外圆表面及套筒磨损很少，因而内链节几乎不会伸长。当链条磨损伸长达到3%的时候，链条就会因脱链而失效了，这时外链节的伸长率可达到6%。当链条伸长时，需要保持张紧力，一般会采取以下措施：①拆掉链节，缩短链条长度，由于图书输送链条的每一节都对应一个书盒，固不能通过拆掉链节的方式保持链条张紧，②更换新的链条，图书机采用的是输送用长节距滚子链，采购价格相对普通链条要贵许多，因而该措施会大幅增加维护成本，③优化设计结构，采用柔性自动张紧装置，该措施能增加链条寿命，同时减少维护成本，具备可行性。
2.1链条柔性张紧装置
由于图书机链条存在疲劳磨损拉长后会使整个传送系统失效，固有必要对现有结构进行优化，经分析设计一种当设备运行一段时间后链条变长时，链条能自动张紧的装置。通过不断研究及反复测试，设计出一种适用于图书机的平面运转传送链条柔性张紧装置，见上图，固定基座固定于平台上，移动基座通过弹簧及连杆与固定基座相连，移动基座可沿弹簧中心轴线方向左右移动，齿轮安装在移动基座上。整个装置结构简单，可靠性强，同时便于安装及维护。
2.2柔性张紧装置工作原理
如上图，弹簧在设备安装及调试开始时，就已经具备一定的压缩量，固定基座处于固定状态，能够抵消压缩弹簧的后座力；同时弹簧的正向压力作用于移动基座上，使得移动基座有相对链条封闭环向外展的作用力；链条在齿轮的外展作用力下处于张紧状态；链条的张紧力最终转化成对链条销轴的剪切力，达到力平衡。
当链条因为产生疲劳磨损而伸长时，链条的张紧力就会减小；此时，弹簧的力平衡就会被打破，链条、齿轮及移动基座对弹簧施加的压力就会减小，弹簧受到的压力一旦减小，弹簧就会伸长；当弹簧伸长时，移动基座及齿轮就会沿弹簧中心轴线方向，向链条封闭环外侧移动；使得链条封闭环周长加大，抵消了链条的伸长，同时使得链条再次张紧。张紧的链条不会产生跳齿及失效，从而有效的避免了链条疲劳失效。
结语
图书机作为方便用户借还书的设备，已经开始在各大型城市及图书馆普及使用。但图书设备的长效运行稳定性较差，维护成本较高，通过研究及试验，优化了图书设备传送系统结构，解决了链条失效、使用寿命短、维护成本高的问题，取得显著成效。
参考文献
[1]毛谦德,李振清主编,张玉荣等编.袖珍机械设计师手册[M].北京:机械工业出版社,1994:1526.
[2]邢海龙[1],姜敬[1].自动紧链装置在刮板输送机上的应用[J].煤炭技术,2007,26(11):14-15.
[3]黄飞.调节弹簧的优化设计[J].机械工程师,2002(1):78-78.
[4]樊鸿飞.新型链条张紧装置[J].上海冶金设计,1993,7(4):18-18.
[5]毛君[1],师建国[1],张东升[1],魏晓华[1].重型刮板输送机动力建模与仿真[J].煤炭学报,2008,33(1):103-106.
[6]谢志刚[1],陈小芹[1].平板式输送机的故障分析与研究[J].矿山机械,2010(21):71-74.
论文作者:钟锦
论文发表刊物:《基层建设》2018年第19期
论文发表时间:2018/8/13
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