Цепь с полыми валиками приводная

Цепь с полыми валиками приводная: конструкция, стандарты, применение и расчет

Цепь с полыми валиками (англ. hollow pin chain, также известная как цепь с полым пальцем или цепь с полым роликом) представляет собой специализированную модификацию стандартной приводной роликовой цепи. Ее ключевая конструктивная особенность заключается в том, что один или несколько валиков (пальцев) выполнены полыми, что позволяет осуществлять крепление дополнительных элементов: пластин, кронштейнов, скоб, конвейерных полотен или других деталей непосредственно к телу цепи через отверстие в валике. Это превращает цепь из простого тягового элемента в комбинированное приводное и несущее устройство.

Конструктивные особенности и отличия от стандартных приводных цепей

Базовая конструкция унаследована от роликовой приводной цепи по стандарту ANSI/ISO. Основные компоненты: внутренние звенья (состоящие из двух внутренних пластин, двух втулок и, как правило, двух роликов) и внешние звенья (состоящие из двух внешних пластин и двух валиков, проходящих через втулки внутренних звеньев). Отличие заключается в валиках внешних звеньев.

• Стандартный валик: Сплошной цилиндрический стержень, запрессованный во внешние пластины.
• Полый валик: Имеет сквозное осевое отверстие по всей длине. Это отверстие может быть гладким или иметь резьбу (чаще метрическую или дюймовую), что расширяет варианты крепления. Полыми могут быть все валики цепи или через один, в зависимости от требуемой схемы монтажа навесных элементов.

Материалы и термообработка соответствуют высоким стандартам приводных цепей: пластины из легированной стали (часто 50CrV2), цементированные и закаленные; валики и втулки из цементируемой стали, закаленные для износостойкости; ролики из цементируемой стали или карбонитрированные. Это обеспечивает высокую несущую способность и сопротивление усталости.

Стандарты, типоразмеры и обозначения

Наиболее распространенные цепи с полыми валиками базируются на американском (ANSI) и европейском (ISO) стандартах. Основной ряд строится на базе стандартных шагов.

Таблица 1. Основные типоразмеры цепей с полыми валиками (на основе ANSI/ISO)

Обозначение цепи	Шаг (P), мм	Диаметр валика (d1), мм (прибл.)	Внутренняя ширина (b1), мм	Диаметр отверстия полого валика, мм (типовое)	Мин. разрушающая нагрузка, кН
40H / 08B-H	12.70	4.45	7.75	M4 / 4.5	18.2
50H / 10B-H	15.875	5.08	9.65	M5 / 5.5	22.7
60H / 12B-H	19.05	5.94	12.57	M6 / 6.6	29.5
80H / 16B-H	25.40	7.92	15.75	M8 / 8.6	58.9
100H / 20B-H	31.75	9.53	18.90	M10 / 11.0	93.2
120H / 24B-H	38.10	11.10	25.22	M12 / 13.0	133.5
140H / 28B-H	44.45	13.20	25.22	M14 / 15.0	178.0
160H / 32B-H	50.80	14.30	29.59	M16 / 17.0	222.4

Обозначение «H» указывает на наличие полого валика (Hollow). Также существуют двойные и тройные цепи с полыми валиками (например, 80-2H). Важным параметром является длина полого валика, которая может быть увеличена (удлиненный валик) для монтажа широких или двойных навесных элементов.

Области применения в промышленности и энергетике

Универсальность конструкции определяет широкий спектр применения:

• Конвейерные системы общего назначения: Цепь выступает одновременно и приводом, и несущим элементом. К валикам крепятся поперечины, полки, ковши, L-образные пластины, создавая разнообразные конвейеры: пластинчатые, скребковые, толкающие, наклонные и вертикальные элеваторы.
• Системы точного позиционирования и линейного перемещения: В автоматизированных сборочных линиях, обрабатывающих центрах. К цепи крепятся паллеты или оснастка с изделиями. Высокая точность шага цепи обеспечивает точную остановку в рабочих позициях.
• Оборудование для пищевой и упаковочной промышленности: Используются цепи из нержавеющей стали (AISI 304, 316) с полыми валиками. К ним крепят пластиковые или нержавеющие полотна, создавая моечные, сушильные, охлаждающие или инспекционные транспортеры.
• Лесопромышленный и сельскохозяйственный комплекс: В тяжелых условиях эксплуатации для перемещения бревен, тюков, сыпучих материалов.
• Энергетика и ВИЭ: В системах золошлакоудаления (ЗШУ) тепловых электростанций, где цепи с прикрепленными скребками перемещают шлак в водяной ванне. В биогазовых установках для загрузки сырья. В системах очистки солнечных панелей.

Расчет и выбор цепи с полыми валиками

Выбор осуществляется на основе двух основных критериев: статической прочности и усталостной долговечности (ресурса). Расчет сложнее, чем для обычной приводной цепи, из-за наличия дополнительных нагрузок от навесного оборудования.

1. Проверка по статической прочности (коэффициент запаса прочности):

Фактор безопасности (SF) = S / (K1 + K2), где:
S – минимальная разрушающая нагрузка цепи (из каталога, кН).
K1 – динамическое натяжение в тяговой ветви цепи (кН). Рассчитывается с учетом передаваемой мощности, скорости, центробежных сил и сил от массы самой цепи.
K2 – статическая нагрузка от массы и инерции навесных элементов и груза (кН). Для конвейеров это основная составляющая.

Минимально допустимый коэффициент запаса прочности зависит от условий работы и обычно лежит в диапазоне от 7 до 15 для приводных цепей. Для цепей с полыми валиками, работающих в тяжелых условиях с ударными нагрузками, рекомендуется SF не менее 10-12.

2. Расчет на усталостную долговечность (ресурс в часах):

Ключевой параметр – давление в шарнире. Ресурс цепи обратно пропорционален кубу давления. Давление рассчитывается по формуле:
p = (K1 + K2) 1000 / (d1 b1

• n), где:

p – давление в шарнире, Н/мм²;
d1 – диаметр валика, мм;
b1 – длина втулки (внутренняя ширина цепи), мм;
n – число рядов цепи.
По полученному значению p, используя диаграммы «давление-ресурс» от производителя, определяют ожидаемый срок службы цепи в часах. Для тяжелонагруженных цепей с полыми валиками критически важно обеспечить адекватную смазку, которая может увеличить ресурс в несколько раз.

3. Учет дополнительных факторов:

• Способ крепления: Резьбовое соединение в полом валике создает концентратор напряжений. Необходим контроль момента затяжки и применение стопорных элементов (контргайки, шплинты, фиксаторы резьбы).
• Эксцентриситет нагрузки: Если груз крепится сбоку, создается изгибающий момент на валик и пластины, что резко снижает усталостную прочность. Рекомендуется использовать сдвоенные цепи или специальные кронштейны, распределяющие нагрузку на два валика.
• Коррозия и износ: В агрессивных средах (ТЭЦ, химическая промышленность) материал и покрытие (цинкование, никелирование) становятся критичными.

Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание

Правильный монтаж определяет долговечность системы. Необходимо обеспечить соосность валов звездочек и параллельность их плоскостей. Провисание ведомой ветви должно быть в пределах, указанных в руководстве (обычно 2-4% от межосевого расстояния). Для соединения концов цепи используются либо соединительные звенья (с полым или сплошным валиком), либо специальные стопорные звенья. При использовании резьбовых шпилек в полых валиках обязателен моментный ключ.

Смазка – важнейший фактор эксплуатации. Предпочтительна непрерывная подача пластичной или жидкой смазки на входе в зацепление со звездочкой. Минимальная рекомендация – регулярная периодическая смазка. В энергетике, на установках ЗШУ, часто применяются системы автоматической централизованной смазки.

Техническое обслуживание включает регулярный контроль:

• Износ цепи: измерение удлинения на контрольном количестве звеньев. Замена требуется при достижении удлинения 2-3% от первоначальной длины.
• Состояние звездочек: износ зубьев по профилю.
• Натяжение цепи и состояние подшипниковых узлов.
• Целостность крепежных элементов на полых валиках.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальное отличие цепи с полыми валиками от прикрепной (цепь с крючками)?

Цепь с полыми валиками является приводной, ее основная функция – передача механической мощности. Крепление груза – вторичная, но интегрированная функция. Прикрепная (грузовая) цепь предназначена исключительно для подъема и удержания груза, она не предназначена для работы на звездочках с высокими скоростями и передачей значительной мощности. Ее конструкция и материалы оптимизированы для статических и ударных нагрузок, а не для циклического контакта с зубьями звездочки.

Можно ли изготовить полый валик самостоятельно, просверлив отверстие в стандартной цепи?

Категорически не рекомендуется. Валик подвергается цементации и закалке, что создает твердый износостойкий поверхностный слой и вязкую сердцевину. Механическая обработка после термообработки нарушает структуру материала, снимает упрочненный слой, создает концентраторы напряжений и микротрещины. Это приводит к резкому снижению усталостной прочности и быстрому излому валика в процессе работы.

Как правильно выбрать шаг цепи?

Выбор шага – компромисс. Меньший шаг (например, 12.7 мм) обеспечивает более плавный ход, меньший шум, возможность работы на более высоких скоростях и с большим количеством зубьев на малой звездочке (что снижает динамические нагрузки). Больший шаг (например, 50.8 мм) дает更高的 прочность на разрыв при сопоставимых габаритах и лучше подходит для низкоскоростных тяжелонагруженных применений, но требует звездочек с большим диаметром. Основной критерий – расчет по нагрузке и ресурсу.

Какие существуют альтернативы резьбовому креплению в полом валике?

Помимо резьбового (болт/шпилька), распространены следующие способы:

• Шплинт или пружинный штифт (цилиндрический): Быстрое соединение, но выдерживает меньшие поперечные нагрузки.
• Фланцевый крепеж: На удлиненный полый валик надевается фланец, который фиксируется стопорным кольцом или сваркой (если материал позволяет).
• Специальные быстросъемные зажимы: Для конвейеров, требующих частой переконфигурации.

Как влияет коррозия на несущую способность цепи?

Коррозия оказывает двойное негативное воздействие. Во-первых, она уменьшает эффективное сечение деталей (особенно пластин), снижая статическую прочность. Во-вторых, и это главное, коррозионные раковины и язвы служат концентраторами напряжений, инициирующими усталостные трещины. В коррозионной среде предел выносливости металла может снизиться в 2-3 раза и более. Для таких условий обязателен выбор цепей из нержавеющей стали или с защитным покрытием, а также увеличение коэффициента запаса прочности при расчете.

Заключение

Цепь с полыми валиками является высокоэффективным инженерным решением, объединяющим функции привода и несущей конструкции. Ее корректный выбор, основанный на комплексном расчете статических и усталостных нагрузок, а также соблюдение правил монтажа и обслуживания, позволяют создавать надежные, долговечные и функциональные системы транспортировки и позиционирования в самых различных отраслях, включая энергетику с ее тяжелыми условиями эксплуатации. Понимание особенностей ее конструкции и лимитирующих факторов является ключом к успешной реализации проектов.