隨著人們對食品安全、衛生的日益重視，全自動堆積式螺旋速凍裝置的市場需求越來越旺盛，它克服了傳統支撐式螺旋速凍裝備網帶的支架、導軌等處難于處理的衛生死角問題，具有生產效率高、自動化程度高、占地面積更小、衛生條件好等優點[1-2]。它是目(mu)前國際市(shi)場上最(zui)先進的(de)速(su)凍(dong)(dong)裝備(bei)，也是未來(lai)新型(xing)食品速(su)凍(dong)(dong)裝備(bei)的(de)發展(zhan)趨勢，但目(mu)前我國對(dui)堆積(ji)式螺(luo)旋(xuan)速(su)凍(dong)(dong)裝備(bei)的(de)研究還處于(yu)早期，與(yu)國際先進水平還存在一定的(de)差距。
在螺旋(xuan)自(zi)堆(dui)積(ji)(ji)(ji)式(shi)(shi)機械傳送(song)系(xi)統中，柔(rou)性(xing)(xing)輸送(song)帶的結(jie)構對整個傳送(song)系(xi)統運行(xing)的可靠(kao)性(xing)(xing)與穩定性(xing)(xing)至關重要(yao)，是堆(dui)積(ji)(ji)(ji)式(shi)(shi)螺旋(xuan)速凍裝(zhuang)置的核心技術。根據螺旋(xuan)自(zi)堆(dui)積(ji)(ji)(ji)式(shi)(shi)機械傳送(song)系(xi)統的工作原(yuan)理與特點，研(yan)究(jiu)輸送(song)帶帶匝(za)自(zi)支撐位置、自(zi)鎖結(jie)構、自(zi)伸縮(suo)結(jie)構、抗變形結(jie)構等關鍵結(jie)構，使(shi)螺旋(xuan)自(zi)堆(dui)積(ji)(ji)(ji)式(shi)(shi)柔(rou)性(xing)(xing)輸送(song)帶同時具有(you)安全性(xing)(xing)、適用性(xing)(xing)和耐久性(xing)(xing)等可靠(kao)特性(xing)(xing)，滿足速凍裝(zhuang)備長時間連續(xu)穩定運行(xing)，對于(yu)提升我國(guo)螺旋(xuan)速凍裝(zhuang)備技術具有(you)重要(yao)意(yi)義。
自堆式螺旋輸送帶的基本單元由兩塊相互鏡像的側鏈板通過兩根平行的串條連接而成，如圖1所示，基本單元通過側鏈板上的細長槽相互鏈接而形成循環的輸送帶，由于細長槽使相互鏈接基本單元相對可調、可轉動，從而實現輸送帶自堆積螺旋塔的形成[3-4]，輸送帶的運行路(lu)徑，如圖2所(suo)示。
2.1 輸(shu)送帶(dai)側鏈(lian)板支撐位置(zhi)的設計與分(fen)析
現在(zai)國(guo)內輸送帶側鏈板(ban)所形成(cheng)的(de)自(zi)堆(dui)積(ji)螺旋塔(ta)還存在(zai)一(yi)(yi)定的(de)問題，螺旋塔(ta)下(xia)層(ceng)支(zhi)撐(cheng)上(shang)層(ceng)的(de)支(zhi)撐(cheng)位置由于結構(gou)問題，會導致側鏈板(ban)的(de)自(zi)堆(dui)積(ji)有一(yi)(yi)定偏(pian)移(yi)，上(shang)下(xia)兩層(ceng)偏(pian)移(yi)大(da)小為(wei)，螺旋塔(ta)偏(pian)移(yi)示意(yi)圖，如圖3所示。
圖1 輸送帶基本單元
Fig.1Basic Unit of Conveyor Belt
圖2 自堆積式螺旋輸送帶
Fig.2The Self-Stacking Spiral Conveyor Belt
圖3 輸(shu)送帶螺旋(xuan)塔(ta)偏移示意(yi)圖Fig.3The Offset Diagram of the Spiral Conveyor Belt Tower
輸(shu)(shu)送帶(dai)的(de)(de)運(yun)行(xing)路(lu)徑是循(xun)環(huan)的(de)(de)，都(dou)是由底層(ceng)運(yun)行(xing)至上層(ceng)再循(xun)環(huan)至底層(ceng)。在這個過程中，相對應的(de)(de)一對側鏈板(ban)會(hui)沿(yan)著(zhu)連(lian)接(jie)它們的(de)(de)串條(tiao)(tiao)(tiao)相對靠近(jin)或遠(yuan)離(li)，隨著(zhu)螺旋(xuan)塔(ta)層(ceng)數的(de)(de)增(zeng)加偏移(yi)尤為明顯。側鏈板(ban)與串條(tiao)(tiao)(tiao)的(de)(de)相對滑動，（1）可能使輸(shu)(shu)送帶(dai)由直段進(jin)入螺旋(xuan)塔(ta)時(shi)的(de)(de)自堆積錯位而(er)造成螺旋(xuan)塔(ta)坍塌；（2）螺旋(xuan)塔(ta)中的(de)(de)側鏈板(ban)受到上部的(de)(de)壓力，在串條(tiao)(tiao)(tiao)上移(yi)動時(shi)會(hui)產(chan)生很(hen)大的(de)(de)摩擦力，容易(yi)造成串條(tiao)(tiao)(tiao)和側鏈板(ban)上串條(tiao)(tiao)(tiao)口的(de)(de)磨損。
螺旋塔(ta)中(zhong)(zhong)每塊(kuai)側(ce)鏈板(ban)(ban)下部的(de)(de)(de)(de)支撐(cheng)都來(lai)自于(yu)與之(zhi)對應(ying)的(de)(de)(de)(de)串(chuan)條，如圖(tu)4中(zhong)(zhong)（a）所示，側(ce)鏈板(ban)(ban)1下部的(de)(de)(de)(de)支撐(cheng)來(lai)自于(yu)串(chuan)條a、串(chuan)條b和(he)與之(zhi)鏈接的(de)(de)(de)(de)側(ce)鏈板(ban)(ban)2上(shang)的(de)(de)(de)(de)串(chuan)條a′，由于(yu)支撐(cheng)位置的(de)(de)(de)(de)接觸面積(ji)小，在受螺旋塔(ta)上(shang)部壓(ya)力時容(rong)易造(zao)成串(chuan)條口和(he)細長(chang)槽的(de)(de)(de)(de)變(bian)形(xing)(xing)，而(er)細長(chang)槽的(de)(de)(de)(de)變(bian)形(xing)(xing)會(hui)導致輸送帶(dai)自伸縮的(de)(de)(de)(de)卡(ka)滯。同(tong)樣，側(ce)鏈板(ban)(ban)上(shang)邊(bian)(bian)緣(yuan)對上(shang)層的(de)(de)(de)(de)支撐(cheng)也由于(yu)接觸面積(ji)小，容(rong)易造(zao)成串(chuan)條的(de)(de)(de)(de)磨損和(he)側(ce)鏈板(ban)(ban)上(shang)邊(bian)(bian)緣(yuan)的(de)(de)(de)(de)變(bian)形(xing)(xing)以及受力不(bu)均，特別是當螺旋塔(ta)層數升級后重量增加(jia)，這些變(bian)形(xing)(xing)和(he)磨損會(hui)更(geng)加(jia)明顯，不(bu)利(li)于(yu)自堆積(ji)式螺旋速凍(dong)機的(de)(de)(de)(de)長(chang)期穩定運行(xing)。
根據以上(shang)(shang)存在(zai)的(de)(de)問題，側(ce)(ce)鏈(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)板(ban)(ban)支撐(cheng)位置(zhi)的(de)(de)設計主要(yao)從(cong)兩個(ge)方面(mian)進行：其(qi)一，串(chuan)條不再(zai)作為側(ce)(ce)鏈(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)板(ban)(ban)的(de)(de)支撐(cheng)，而(er)由側(ce)(ce)鏈(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)板(ban)(ban)自(zi)身的(de)(de)上(shang)(shang)下(xia)邊(bian)緣(yuan)(yuan)進行支撐(cheng)，如圖4中（b）所示，側(ce)(ce)鏈(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)板(ban)(ban)3下(xia)邊(bian)緣(yuan)(yuan)擱置(zhi)在(zai)側(ce)(ce)鏈(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)板(ban)(ban)1和(he)側(ce)(ce)鏈(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)板(ban)(ban)2上(shang)(shang)，形成(cheng)面(mian)—面(mian)接觸，從(cong)而(er)增大(da)了支撐(cheng)位置(zhi)的(de)(de)接觸面(mian)積(ji)(ji)，能有(you)效減(jian)小磨損，并使(shi)凍品重(zhong)(zhong)量(liang)和(he)輸(shu)送(song)帶自(zi)重(zhong)(zhong)均勻地分(fen)布(bu)在(zai)側(ce)(ce)鏈(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)板(ban)(ban)上(shang)(shang)，從(cong)而(er)提高輸(shu)送(song)帶運行的(de)(de)穩定性；其(qi)二，因(yin)為改進后上(shang)(shang)下(xia)側(ce)(ce)鏈(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)板(ban)(ban)的(de)(de)支撐(cheng)方式消除(chu)了偏移，故將串(chuan)條與(yu)側(ce)(ce)鏈(lian)(lian)(lian)(lian)(lian)板(ban)(ban)焊接起來(lai)，使(shi)它們成(cheng)為一個(ge)整體，避免(mian)串(chuan)條與(yu)串(chuan)條口相對(dui)滑動而(er)產生磨損，同時(shi)使(shi)輸(shu)送(song)帶由直段進入螺旋(xuan)塔時(shi)的(de)(de)自(zi)堆積(ji)(ji)更加可靠。
圖4 側鏈板自堆積局部示意圖
Fig.4The Local Map of Self-Stacking Lateral Plate
2.2 輸送(song)帶自伸(shen)縮結構的分(fen)析
輸送帶在運(yun)行(xing)過程(cheng)中所形成的(de)(de)(de)螺旋塔(ta)主(zhu)要(yao)依靠于側鏈板上所設計的(de)(de)(de)細長槽(cao)(cao)，串(chuan)條(tiao)口1和串(chuan)條(tiao)口2的(de)(de)(de)中心距(ju)離為(wei)L，串(chuan)條(tiao)口2與細長槽(cao)(cao)左側的(de)(de)(de)中心距(ju)離為(wei)N，細長槽(cao)(cao)的(de)(de)(de)長度(du)為(wei)M。
輸送(song)帶在直線運行(xing)時(shi)，兩側(ce)的(de)(de)側(ce)鏈(lian)板通(tong)(tong)過細(xi)長(chang)(chang)槽(cao)同時(shi)壓(ya)縮或伸展(zhan)；輸送(song)帶在形成(cheng)螺旋狀態(tai)時(shi)，一(yi)側(ce)的(de)(de)側(ce)鏈(lian)板通(tong)(tong)過細(xi)長(chang)(chang)槽(cao)緊靠在一(yi)起，而另一(yi)側(ce)的(de)(de)側(ce)鏈(lian)板則沿著細(xi)長(chang)(chang)槽(cao)伸展(zhan)，如(ru)圖5所示(shi)。通(tong)(tong)過兩側(ce)的(de)(de)長(chang)(chang)度差而形成(cheng)不同的(de)(de)曲率。
圖5 輸送帶形成最大曲率時局部狀態圖
Fig.5The Local State Diagram of the Maximum Curvature of Conveyor Belt
在輸送帶形成最(zui)大曲(qu)率(lv)時，螺旋塔所占(zhan)面積(ji)最(zui)小(xiao)，此(ci)時輸送帶壓縮一側環繞(rao)一周的(de)(de)長(chang)(chang)度為(wei)(wei)(wei)（N+L）·n，輸送帶伸展一側環繞(rao)一周的(de)(de)長(chang)(chang)度為(wei)(wei)(wei)（L+N+M）·n，內外(wai)相對應的(de)(de)側鏈板間的(de)(de)距離為(wei)(wei)(wei)S，外(wai)側的(de)(de)曲(qu)率(lv)半徑為(wei)(wei)(wei)R。根據相似，它們之間滿足關系式
因此，輸(shu)送帶所(suo)形(xing)成(cheng)螺(luo)旋塔外(wai)側半徑為(wei)：
由（1）式(shi)可知(zhi)，我們可以設計合(he)理的(de) L、M、N、S 值(zhi)，使螺(luo)旋塔的(de)半徑滿足產(chan)量(liang)和(he)占地(di)面(mian)積(ji)的(de)要(yao)求。當然，它們的(de)值(zhi)也(ye)是(shi)在一定范圍內(nei)的(de)，比(bi)如為了減(jian)小(xiao)R值(zhi)增大M，會(hui)伴隨側(ce)鏈(lian)板寬(kuan)度的(de)增加(jia)，這(zhe)會(hui)減(jian)弱側(ce)鏈(lian)板的(de)剛度，另(ling)一方面(mian)可能會(hui)導致內(nei)側(ce)輸送(song)帶(dai)處串條(tiao)的(de)干涉，如圖5輸送(song)帶(dai)壓(ya)縮側(ce)所示，當相鄰兩串條(tiao)間的(de)中心距離x小(xiao)于2r時，產(chan)生干涉，其(qi)中r為串條(tiao)半徑。
在輸(shu)送帶(dai)(dai)側鏈板的(de)(de)設計過(guo)程中，帶(dai)(dai)腳與驅動鏈條的(de)(de)接觸面(mian)積(ji)越大，它們之間(jian)產生的(de)(de)磨損就(jiu)越小。因此，在輸(shu)送帶(dai)(dai)內側串條不干涉(she)的(de)(de)前提(ti)下，帶(dai)(dai)腳可以(yi)盡可能的(de)(de)寬(kuan)。設串條伸出(chu)長度(du)為y，由相似可得：
而相鄰兩串條(tiao)的中(zhong)心(xin)距(ju)離(li)x滿足x≥2r時，不發生干涉，即：
所以，在設(she)計帶腳寬度時，要時伸出的最大(da)長度需滿足(zu)：
2.3 輸送帶自鎖結構的(de)設(she)計(ji)與(yu)分(fen)析(xi)
相比于傳統支撐式螺旋輸送裝置，自堆積螺旋速凍機只有最底層的驅動鏈條進行驅動和支撐，而其他帶匝則依靠側鏈板自身進行支撐[5]，因此(ci)輸送(song)帶(dai)在運(yun)行過程中形成的螺旋(xuan)塔可(ke)能(neng)會(hui)產生(sheng)橫向挪動和輸送(song)帶(dai)帶(dai)匝節距間的相互滑移，從而影(ying)響螺旋(xuan)塔的穩定性。
為了(le)避(bi)免這些不(bu)穩定現象的發生，故為側(ce)鏈(lian)板(ban)設計一個(ge)“咬合”結(jie)構，它包括側(ce)鏈(lian)板(ban)帶(dai)腳(jiao)一側(ce)斜(xie)向下的折彎和另一側(ce)的襯墊(dian)片，從(cong)而(er)使(shi)下層側(ce)鏈(lian)板(ban)上(shang)邊(bian)緣位置受到限制，如圖6所示。
圖6 具有“咬合”作用的側鏈板
Fig.6With‘Lock Effect’of the Lateral Plate
該“咬(yao)合”結構可(ke)以(yi)(yi)有效的(de)(de)(de)(de)控制帶(dai)匝的(de)(de)(de)(de)橫向移動，通過上下側鏈板(ban)的(de)(de)(de)(de)“咬(yao)合”作用(yong)可(ke)以(yi)(yi)防止中間層帶(dai)匝節(jie)距間的(de)(de)(de)(de)滑移。
其(qi)次由于螺(luo)(luo)旋塔是螺(luo)(luo)旋上升(sheng)，故當其(qi)螺(luo)(luo)旋升(sheng)角(jiao)θ與側(ce)鏈板的(de)摩擦系數μ滿足(zu)tanθ≤μ時(shi)，螺(luo)(luo)旋塔通過(guo)摩擦也會產(chan)生一(yi)定(ding)的(de)自鎖。
若側鏈板的(de)材料為304不銹鋼，摩(mo)擦系(xi)數為（0.15～0.30）（有潤滑）和（0.30～0.40）（無潤滑），則當(dang)螺旋(xuan)升(sheng)角 θ＜8°30′時，可(ke)滿足(zu)自鎖(suo)要求。因此，輸送帶所形成(cheng)的(de)螺旋(xuan)塔(ta)可(ke)以通過機械(xie)咬(yao)合和摩(mo)擦形成(cheng)良好的(de)自鎖(suo)，從(cong)而保證了螺旋(xuan)塔(ta)的(de)穩定性。
2.4 輸(shu)送帶抗變形結構的設計與(yu)分(fen)析
現(xian)有的(de)側鏈板(ban)結構(gou)雖然設計了一折彎角度α，使其厚度增(zeng)加，剛(gang)(gang)度增(zeng)強，但側鏈板(ban)仍屬于薄板(ban)，容(rong)易發生(sheng)屈曲(qu)變形或屈曲(qu)失穩。在輸(shu)送帶螺旋塔自(zi)堆積層數(shu)增(zeng)加和凍品重量(liang)增(zeng)大的(de)情況(kuang)下，則需要(yao)剛(gang)(gang)度更大和抗變形能(neng)力(li)更強的(de)側鏈板(ban)來保(bao)證(zheng)螺旋塔運行(xing)的(de)穩定(ding)，使螺旋速(su)凍裝(zhuang)備長(chang)時間可(ke)靠運行(xing)。
提高側鏈板剛度和抗變形能力最直接的辦法是增加其厚度，但考慮到該做法會導致螺旋塔的自重大大增加，故在原來側鏈板上增加一系列加固條以及將帶腳與側鏈板左側通過肋板連接起來，從而在不大幅增加側鏈板重量的前提下提升側鏈板的整體剛度[6-7]，改(gai)進(jin)后的側鏈板，如圖7所示。
圖7 優化后的輸送帶側鏈板
Fig.7The Optimized Lateral Plate of the Conveyor Belt
3.1 輸送帶自重與(yu)凍品重量(liang)的估算
凍品以肉制品為例，凍肉的密度約為400kg/m3，凍品高取65mm，凍品擺放距離為1.5倍產品長度，輸送帶螺旋塔單層網帶面積為7.7m2，則可(ke)以算出每層凍品(pin)重量(liang)w′：
凍品總重：w=80.08×40=3203kg（螺(luo)旋塔為40層(ceng)）。
由（1）式和(he)側鏈(lian)板參數可得(de)輸送(song)帶螺旋塔外側側鏈(lian)板所繞成的半徑R：
螺旋塔輸(shu)送帶每層內外(wai)側側鏈板個數為(wei)：
304不銹鋼的密度為7.93g/cm3，每塊(kuai)側鏈(lian)板的重量約為(wei)0.06kg，每根(gen)串條的重量約為(wei)0.12kg。
由以(yi)上數據可以(yi)估算出(chu)輸送帶(dai)在工作時的總(zong)重量（螺旋塔高40層(ceng)）：
3.2 輸(shu)送帶基本單元的受(shou)力分析
圖8 側鏈板的受力示意圖
Fig.8The Stress Diagram of the Lateral Plate
當輸送帶(dai)形成(cheng)自堆積螺旋塔(ta)時，側(ce)(ce)(ce)鏈(lian)板(ban)有兩種受(shou)力(li)情況(kuang)，如圖8所(suo)示。一(yi)(yi)種是螺旋塔(ta)底層側(ce)(ce)(ce)鏈(lian)板(ban)的(de)(de)(de)上邊(bian)緣受(shou)到來自螺旋塔(ta)上層的(de)(de)(de)壓力(li)F，它的(de)(de)(de)帶(dai)腳(jiao)受(shou)到來自于驅動鏈(lian)條的(de)(de)(de)支持(chi)力(li)N；另一(yi)(yi)種是其他層側(ce)(ce)(ce)鏈(lian)板(ban)的(de)(de)(de)上邊(bian)緣受(shou)到該(gai)層以上螺旋塔(ta)的(de)(de)(de)壓力(li)F′，它的(de)(de)(de)下邊(bian)緣由下層側(ce)(ce)(ce)鏈(lian)板(ban)的(de)(de)(de)上邊(bian)緣提供(gong)支持(chi)力(li)N′。
假設底(di)層受(shou)力(li)(li)均勻，每塊(kuai)側(ce)鏈板(ban)受(shou)力(li)(li)相(xiang)同，則(ze)底(di)層每塊(kuai)側(ce)鏈板(ban)受(shou)到的(de)壓力(li)(li)為：
根據輸(shu)(shu)送帶(dai)螺(luo)旋塔自(zi)堆積(ji)的特性(xing)，側(ce)(ce)鏈(lian)板上(shang)邊(bian)緣受(shou)到來(lai)自(zi)上(shang)層的壓(ya)(ya)力作用位置(zhi)會隨著輸(shu)(shu)送帶(dai)自(zi)伸縮(suo)程(cheng)度(du)的變化(hua)而變化(hua)，現以輸(shu)(shu)送帶(dai)形成的最(zui)大曲率的螺(luo)旋塔為例進行(xing)分析(xi)(xi)，即內(nei)側(ce)(ce)輸(shu)(shu)送帶(dai)最(zui)大程(cheng)度(du)的壓(ya)(ya)縮(suo)，外側(ce)(ce)輸(shu)(shu)送帶(dai)最(zui)大程(cheng)度(du)的拉伸。由于輸(shu)(shu)送帶(dai)壓(ya)(ya)縮(suo)側(ce)(ce)相比于拉伸側(ce)(ce)受(shou)力位置(zhi)接觸面積(ji)更大，受(shou)力更均(jun)勻，因此只對側(ce)(ce)鏈(lian)板拉伸側(ce)(ce)的受(shou)力位置(zhi)進行(xing)分析(xi)(xi)。側(ce)(ce)鏈(lian)板優化(hua)前(qian)后拉伸側(ce)(ce)上(shang)邊(bian)緣4種典型的受(shou)力位置(zhi)，如表1所(suo)示。表中：F—壓(ya)(ya)力；q—均(jun)布載荷。
表1 螺旋輸送帶拉伸側上邊緣的受力位置
Tab.1The Stress Position of the Top Edge of the Tensile Side Spiral Conveyor Belt
受力位(wei)置 優化(hua)前(qian)側鏈板(ban) 優化(hua)后側鏈板(ban)1F F F q q q F F 2F F q 3F F F q q 4
從表1中可以看出側鏈板(ban)(ban)上邊緣(yuan)所(suo)受壓力(li)由(you)集中力(li)變(bian)為均布載荷，不僅可以大大減小側鏈板(ban)(ban)上邊緣(yuan)局部變(bian)形或被壓潰的幾率，還能使(shi)側鏈板(ban)(ban)整體受力(li)更加均勻，從而提高側鏈板(ban)(ban)的穩定性和壽命。
4.1 有限元模型的建立
圖9 側鏈板網格劃分實體模型
Fig.9The Meshing Entity Model of the Lateral Plate
為了驗證優化后輸送帶側鏈板具有更高的剛度、抗變形能力和更好的穩定性，以國產某自堆積式螺旋速凍裝置的基本參數為例，建立優化前和優化后的側鏈板實體模型。側鏈板材料為06Cr19Ni10，彈性模量E=195GPa，泊松比μ=0.247。側鏈板的主要結構參數：厚度為1mm，高度為80mm，寬度為70mm，其中，L長30m，N長7.5mm，M長22.5mm。在SolidWorks中建立側鏈板的實體模型并導入ANSYS Workbench中，并在Engineering Data修改材料屬性，密度為7930kg/m3，抗拉屈服強(qiang)度為2.05E+08Pa，拉伸極限強(qiang)度為5.2E+08Pa。優(you)化后(hou)側(ce)鏈板(ban)網格(ge)劃分的實體模(mo)型，如圖9所示(shi)。
4.2 加載與約束
在對輸送帶基本單元受力(li)分析中，確定了螺旋(xuan)塔(ta)在形(xing)成最(zui)大曲率時，拉伸側(ce)側(ce)鏈(lian)板因受力(li)接觸面積小而更易發生變形(xing)或(huo)屈曲失穩，因此只對拉伸側(ce)側(ce)鏈(lian)板進行加載(zai)分析，加載(zai)位(wei)置表1已經給出(chu)，合力(li)為150N。
對于(yu)輸送帶側(ce)(ce)鏈(lian)(lian)(lian)(lian)板的(de)(de)約(yue)(yue)束(shu)(shu)(shu)，底(di)層(ceng)(ceng)側(ce)(ce)鏈(lian)(lian)(lian)(lian)板和(he)其它(ta)層(ceng)(ceng)側(ce)(ce)鏈(lian)(lian)(lian)(lian)板的(de)(de)約(yue)(yue)束(shu)(shu)(shu)位(wei)(wei)置也不同。優(you)化(hua)前底(di)層(ceng)(ceng)側(ce)(ce)鏈(lian)(lian)(lian)(lian)板的(de)(de)約(yue)(yue)束(shu)(shu)(shu)為(wei)帶腳和(he)細長槽中(zhong)串條(tiao)的(de)(de)支(zhi)撐，優(you)化(hua)后底(di)層(ceng)(ceng)側(ce)(ce)鏈(lian)(lian)(lian)(lian)板的(de)(de)約(yue)(yue)束(shu)(shu)(shu)為(wei)帶腳和(he)擱置在下一(yi)塊側(ce)(ce)鏈(lian)(lian)(lian)(lian)板下邊緣部(bu)分(fen)的(de)(de)支(zhi)撐；其它(ta)層(ceng)(ceng)的(de)(de)約(yue)(yue)束(shu)(shu)(shu)以倒數第二層(ceng)(ceng)側(ce)(ce)鏈(lian)(lian)(lian)(lian)板為(wei)例，優(you)化(hua)前側(ce)(ce)鏈(lian)(lian)(lian)(lian)板的(de)(de)約(yue)(yue)束(shu)(shu)(shu)為(wei)三根串條(tiao)的(de)(de)支(zhi)撐，優(you)化(hua)后側(ce)(ce)鏈(lian)(lian)(lian)(lian)板的(de)(de)約(yue)(yue)束(shu)(shu)(shu)為(wei)下邊緣和(he)擱置在下一(yi)塊側(ce)(ce)鏈(lian)(lian)(lian)(lian)板下邊緣部(bu)分(fen)的(de)(de)支(zhi)撐。在Mechanical中(zhong)對其相應位(wei)(wei)置添加固定支(zhi)撐。
4.3 結果與分析
在對側鏈板模型前處理完畢后[8-9]，在ANSYS Workbench中對優化前后螺旋塔底層側鏈板和倒數第二層側鏈板的總變形、應力以及不發生屈曲失穩的臨界載荷進行求解[10]，求解(jie)結果，如(ru)表2所示。
從ANSYS求解結果來(lai)看，底層(ceng)輸送帶(dai)側鏈(lian)(lian)板(ban)優(you)化前(qian)最(zui)大變形量同時(shi)發(fa)生(sheng)在側鏈(lian)(lian)板(ban)頂部(bu)和(he)串(chuan)條的(de)中(zhong)部(bu)，最(zui)大應(ying)(ying)力在側鏈(lian)(lian)板(ban)頂部(bu)受力處(chu)，同時(shi)應(ying)(ying)力集中(zhong)于(yu)上邊緣(yuan)、串(chuan)條口和(he)細長槽處(chu)；優(you)化后(hou)側鏈(lian)(lian)板(ban)最(zui)大變形量只發(fa)生(sheng)在側鏈(lian)(lian)板(ban)頂部(bu)，應(ying)(ying)力均勻分(fen)布于(yu)側鏈(lian)(lian)板(ban)的(de)整塊平面，最(zui)大應(ying)(ying)力位于(yu)帶(dai)腳(jiao)折彎處(chu)，相比于(yu)優(you)化前(qian)最(zui)大應(ying)(ying)力大幅減(jian)小，能承受的(de)臨界載(zai)荷增加約5倍(bei)。
表2 ANSYS Workbench求解結果
Tab.2The Calculation Results in ANSYS Workbench
受(shou)力(li)位(wei)置底層(ceng)側鏈板 倒數第二層(ceng)側鏈板最(zui)大變形量(liang)（mm）最(zui)大應力(li)（MPa）臨(lin)界載荷（N）最(zui)大變形量(liang)（mm）最(zui)大應力(li)（MPa）臨(lin)界載荷（N）優化(hua)(hua)前10.059451.0031075.200.038968.9711273.3120.096550.6041078.940.058998.9941243.2630.0631266.6701007.930.0634216.5401238.6440.0757203.1201081.260.0507253.3301293.9010.015833.3975167.350.009521.5542661.9020.019633.6525199.300.010622.6892684.2530.026752.6164128.000.020048.6872247.0040.019650.1483941.250.021847.8662223.60優化(hua)(hua)后(hou)
倒數第二層側(ce)(ce)鏈板優化后最(zui)(zui)大(da)變(bian)形(xing)量(liang)減(jian)(jian)小(xiao)(xiao)約3倍(bei)，變(bian)形(xing)位(wei)置同樣發生在頂部(bu)(bu)；最(zui)(zui)大(da)應力產生部(bu)(bu)位(wei)由頂部(bu)(bu)受(shou)力處轉(zhuan)為側(ce)(ce)鏈板下邊緣中(zhong)部(bu)(bu)，且最(zui)(zui)大(da)應力成倍(bei)減(jian)(jian)小(xiao)(xiao)，優化后側(ce)(ce)鏈板能承受(shou)的臨界載荷提高了約2倍(bei)。
同時，從優化(hua)后側(ce)鏈(lian)板的(de)求解數據(ju)中(zhong)可以發現，在(zai)(zai)前兩(liang)種自堆積受(shou)力位置上，側(ce)鏈(lian)板變形量更小，應力更小，能承受(shou)更大的(de)臨界(jie)載(zai)荷(he)，這說明在(zai)(zai)螺(luo)旋塔自堆積的(de)過程中(zhong)使(shi)上下側(ce)鏈(lian)板盡量對齊會進一(yi)步提高(gao)螺(luo)旋塔的(de)穩定性(xing)和使(shi)用壽命。
因此，優化后的(de)輸送帶相比(bi)以前剛度大大提(ti)高，具有(you)更(geng)高的(de)抗變形能(neng)(neng)力和(he)高穩(wen)定(ding)(ding)性，能(neng)(neng)夠保證在螺(luo)旋塔層數增加和(he)凍品重(zhong)量增加的(de)情況下(xia)繼(ji)續長時間穩(wen)定(ding)(ding)運行。
（1）介紹了自堆(dui)式(shi)螺旋輸(shu)送(song)帶的基本結構及(ji)其工作(zuo)原理，分析了輸(shu)送(song)帶自伸縮能力以及(ji)輸(shu)送(song)帶帶腳伸出(chu)長度需滿(man)足的條件(jian)；
（2）將輸送帶自堆(dui)積(ji)上下(xia)側(ce)鏈板(ban)的接觸(chu)位置由(you)線—面(mian)接觸(chu)改進成面(mian)—面(mian)接觸(chu)，大(da)大(da)增加了接觸(chu)表面(mian)，減小(xiao)了磨損，給側(ce)鏈板(ban)細(xi)長槽側(ce)下(xia)邊(bian)緣提供支(zhi)撐使側(ce)鏈板(ban)受力更(geng)均勻，提高了穩定性；
（3）設計了一(yi)個“咬合”結構，避免(mian)螺旋塔的橫(heng)向挪動和輸送(song)帶(dai)(dai)帶(dai)(dai)匝節距的相互滑移，提高輸送(song)帶(dai)(dai)的自鎖性(xing)能(neng)；
（4）為(wei)側(ce)(ce)鏈(lian)板(ban)設計了一系列加固條和連接帶腳與(yu)側(ce)(ce)鏈(lian)板(ban)左側(ce)(ce)的(de)(de)肋(lei)板(ban)，提(ti)高(gao)側(ce)(ce)鏈(lian)板(ban)的(de)(de)整體剛(gang)度(du)，防止其屈曲(qu)變(bian)形或(huo)屈曲(qu)失穩(wen)。通過(guo)對(dui)(dui)輸(shu)送(song)帶基(ji)本單元的(de)(de)有限(xian)元分(fen)析，得出優化后(hou)輸(shu)送(song)帶側(ce)(ce)鏈(lian)板(ban)變(bian)形量更小(xiao)(xiao)，應力更小(xiao)(xiao)且(qie)分(fen)布(bu)均勻，能承受更大的(de)(de)臨(lin)界(jie)載荷(he)，且(qie)優化后(hou)的(de)(de)輸(shu)送(song)帶在自堆積成(cheng)螺旋塔時盡(jin)量使上下側(ce)(ce)鏈(lian)板(ban)對(dui)(dui)齊以(yi)提(ti)高(gao)其穩(wen)定性。