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1、磷酸铁锂网带炉传动系统设计分析磷酸铁锂网带炉传动系统设计分析朱兵 中国电子科技集团公司第 43 研究所恒力公司 安徽 合肥 230088摘要：简要介绍了网带炉传动系统的传动力学模型，对主动轮的选型及计算进行了详细的说明，通过使用验证了该传动系统运行可靠、稳定。关键词：网带炉 传动系统 主动轮 设计 Design and Analysis on Transmission System of LiFePO4 Power Battery Material Belt FurnaceZhuBing (HengLi Eletek Co., Ltd of the CETC 43rd research ins
2、titute HeFei, 230088 China)Abstract: Brief introduction on transmission system mechanical model of LiFePO4 belt furnace,describe electrotypes and calculation of the drive wheel in detail.The validity and feasibility of the design scheme is verified by of experimentation.Key words: belt furnace; tran
3、smission system; drive wheel; design1.1.引言引言磷酸铁锂网带炉是一种大型重负载链带式传送炉，为提高磷酸铁锂网带炉的产能及一致性，重负载传动是一种趋势。由于 LiFePO4正极材料因具有低成本、低毒性、优良的高温稳定性和和化学稳定性、相对高的理论容量和工作电压、优良的循环性以及高电导率等优点，而成为最有前途的锂电池正极材料之一。它作为一种高性能的可充绿色电源材料, 近年来已在各种便携式电子产品和通讯工具中得到广泛应用, 并被逐步开发为电动汽车的动力来源, 从而推动其向安全、环保、低成本的方向发展。随着正极材料需求量越来越大，用来烧结该材料的网带炉的负载也相
4、应提高。故高产能与重负载传动是磷酸铁锂网带炉的大趋势。本文介绍了网带炉传动系统结构及模型，重点分析传动系统主传动部分的设计。2.2.传动系统模型分析传动系统模型分析网带炉传动采用金属网带传动，它类似于摩擦带传动。带传动是应用很广的机械传动方式，一般是依靠挠性的传动带和带轮之间的摩擦力来传递动力的。带传动通常由主动轮、从动轮和张紧在两轮上的挠性传动带组成。由于处于张紧状态，在静止时带已受到预紧力，带和带轮的接触面间便产生一定的正压力。 当主动轮回转时，带和主动轮接触面间便产生摩擦力使带运动；同时带又靠与从动轮接触面间的摩擦力驱使从动轮回转，从而传递运动和动力。这种传动主要有以下特点：1)当带传动
5、过载时，带在带轮上打滑，防止其他机件损坏，起到过载保护作用；2)带与大轮之间存在一定的弹性滑动，故不能保证恒定的传动比；3)由于带工作时需要张紧，带对带轮轴有很大的压轴力；4)重负载带传动装置外廓尺寸大，结构不够紧凑；5)带的寿命短，需经常更换；6)通常用于中心距较大的两轴之间的传动，能传递较大功率。磷酸铁锂网带炉主要是采用金属网带作传动和承载物品用。典型的传动系统原理图如图 1 所示。图中主动轮与其它从动轮及网带构成传动系统，可近似看成一个带传动系统。采用摩擦传动，用张紧轮将网带压在主动滚子上，增加其摩擦和包角。这种带传动应用在铁锂网带炉同时又具有如下特点：1)采用金属网带传动，网带既是传动
6、件又是物品承载平台；2)承载的物品质量大，负载重；3)由于网带经过高温区，网带变形大；4)带速慢，一般是 5002500mm/h；5)金属网带具有急冷急热冲击；6)运动平稳，不允许窜动及爬行。被动轮网带主动轮张紧轮张紧轮超声清洗装置弹簧自动张紧装置电机减速器换向滚筒被动轮换向滚筒图 1 网带炉传动系统示意模型2.12.1 网带传动系统力学模型网带传动系统力学模型带速和带宽是高温烧结炉传动系统的重要设计参数。网带炉正常运转时，网带沿输送线路运行的总阻力等于主动轮的牵引力，即圆周驱动力 FU，即：FUCFz+Fm+Fg式中： Fz主要阻力；C与炉长度有关的系数；Fm摩擦阻力；Fg特种主要阻力；2.
7、1.1 主要阻力主要阻力 Fz对于铁锂网带炉而言，主要阻力 Fz是负载和网带移动阻力总和（这里为简化模型，未考虑网带与托辊之间的摩擦力）：FzfLw（2qB+qG）式中：f模拟摩擦系数，f 取值见表 1；Lw传动系统的头尾中心距，即两上端滚子的中心距；qB每米长度输送带质量；qG每米长度输送带物料质量；表 1 模拟摩擦系数 f安装情况工作条件f工作环境良好0.020工作环境中等0.04水平、向上倾斜工作环境恶劣（高温、低温等）0.051.22.1.2 C 的取值的取值图 2 表示系数 C 与网带炉长度（可近似看作进出口两被动轮之间的距离） L 的函数关系。该图表明当网带炉总长度小于 80m 的
8、情况下，系数 C 的可靠取值，并基本满足一次线性关系，系数 C 可以使用简化公式计算；根据图中对应的数值，采用二次插值的方法对 C 值进行处理计算。已知网带炉长度 L，从图中查到 L1，L2对应的数值 C1，C2，并且满足 L1LL2，则对应的 C 值为：或21 11 21()CCCCLLLL21 22 21()CCCCLLLL11.21.41.61.822.22.4080100 150 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1500 2000L/mC050010001500200025001234567891011121314CL/m图 2 阻力系数C与炉
9、长L之间关系图2.1.3 摩擦阻力摩擦阻力 Fm针对网带炉而言，摩擦阻力 Fm主要是产品与网带间的惯性阻力和摩擦阻力，即：Fm QtvQt单位长度上的质量；v产品在网带上的速度；2.1.4 特种主要阻力特种主要阻力 Fg222 1V gI PgLFV b式中：网带与导向条间的摩擦系数；L导向条长度； P产品密度； g重力加速度； IV网带长度； V带速； b1导向条宽度；3. 主动轮主动轮( (滚筒滚筒) )设计分析设计分析主动滚筒是重负载网带炉传动系统中的关键部件，其作用是将驱动装置提供到网带上。根据主动滚筒的承载不同，可将滚筒分为轻型滚筒、中型滚筒、重型滚筒。轻型滚筒一般为焊接结构，即辐板
10、与筒皮焊接。轮毂与轴采用键连接，中型滚筒和重型滚筒为铸焊结构，即辐板与轮毂采用整体铸造形式，然后与筒皮焊接，轮毂与轴采用胀套连接，胀套连接的优点是：定位精确、传递扭矩大、易于拆装、避免轴向的攒动等。传动滚筒表面都覆盖橡胶或陶瓷以增大驱动滚筒与输送带问的摩擦系数。由于中型滚筒和重型滚筒承载重，设计计算不合理。容易造成滚筒断轴等事故的发生，而且滚筒直径选择如选型计算不合理，会导致网带打滑，过大的直径会造成结构笨重，炉体尺寸过大。本节将借用前面分析的传动系统力学模型计算驱动力，以及其他设计计算，形成适于重负载网带炉传动系统的计算方法。图 3 是传动系统中关键部件示意图，左图是平面图，右图是立体图，图
11、 4 是主动轮结构示意图。该结构已经在磷酸铁锂网带炉上的主传动，目前应用状态良好。图 3 主传动关键部件示意图图 4 主动轮结构示意图3.1 主动滚筒圆周驱动力计算主动滚筒圆周驱动力计算由上节模型可得出圆周驱动力 FU为：FUCFz+Fm+FgC fLw（2qB+qG）+ Qtv+ 222 1VI PgL V b已知：C 取 2.5，f 取 1.1（考虑高温特性） ，qB取 24kg/m，qG取 140kg/m，Lw、IV取48m，Qt取 164 kg/m，v 取 6.9104m/s。由已知参数可知，后面两项可忽略不计即： FUCFz+Fm+FgC fLw（2qB+qG）24.816KN 考虑
12、安全系数一般范围为 0.82.0，取值为 1.8，则驱动力为： F1.824.816KN44.6688 KN45 KN 3.2 主动滚筒合张力计算主动滚筒合张力计算 由设计资料可知1212TTFTeT式中：T1网带紧边张力；T2网带松边张力；网带与包胶辊之间的摩擦系数，取 0.35；网带与包胶辊之间的弧度包角，取 1.75； 将各个数值代入可得 T1=58.5KN，T2=13.5KN，合张力 T=41KN。 3.3 主动滚筒直径及轴径计算主动滚筒直径及轴径计算3.3.1 主动滚筒直径主动滚筒直径 D 计算计算 查参考资料可知滚筒直径计算公式为121.4 360() TTDPB式中： P 取 0
13、.6MPa，B 取 700mm；代入数据后得 D=507.47mm，圆整后为 508mm。 3.3.2 滚筒轴伸直径滚筒轴伸直径 d 计算计算 由设计手册可知317.22.5pTd已知：轴材料选用 45#钢，调质处理。其中 T 为扭矩，p=35MPa，圆整后 d80mm。考虑到结构紧凑性，实际取值为 70mm。 3.4 主动滚筒厚度确定主动滚筒厚度确定 筒皮厚度 t 按输送机经验公式计算1.12 1300TRtA式中：Z滚筒所受合张力；R滚筒半径；A两幅板之间距离,A=750mm；t筒皮厚度。 计算后得 t6mm，考虑加工筒皮时存在厚度差及筒皮外圆的螺旋刀纹对筒皮厚度的影 响，取筒皮厚度为 2
14、5mm。 4.结束语结束语该磷酸铁锂网带炉已成功应用于国内电池生产线上，传动系统各项指标均达到了技术及工艺要求，运行平稳。随着新能源行业的迅猛发展，技术不断进步，传动系统也在不断地改进和创新，使网带烧结炉在科研生产各个领域得到更好更广泛的应用。参考文献:1 江尧忠.工业电炉M.北京: 清华大学出版社,1993.2 王秉铨.工业炉设计手册M.北京:机械工业出版社,2000.3 宋伟刚.通用带式输送机设计.北京:机械工业出版社,2006.4 沈阳起重机械厂.DTS型通用带式输送机设计选用手册,1989.5 成大先.机械设计手册. 北京:化学工业出版社,2004.作者简介：朱 兵（1979）男 硕士 机械设计自动化专业 主要从事工业窑炉设计和研发
