Катковые цепи

Катковые цепи: конструкция, типы, стандарты и применение в электротехнике

Катковая цепь (роликовая цепь) представляет собой тип приводной цепи, состоящей из чередующихся внутренних и внешних звеньев, соединенных валиками, на которых свободно вращаются катки (ролики). Основное функциональное назначение – передача механической энергии между валами, расположенными на значительном расстоянии друг от друга, с постоянным передаточным отношением. В электротехнической и энергетической отраслях катковые цепи являются критически важным компонентом многочисленных механизмов систем генерации, транспортировки и преобразования энергии.

Конструкция и материалы катковых цепей

Стандартная катковая цепь состоит из пяти базовых элементов:

Внутреннее звено: Состоит из двух внутренних пластин, запрессованных на две втулки. Втулки служат подшипниками скольжения для валиков.
Внешнее звено: Состоит из двух внешних пластин, запрессованных на два валика, которые проходят через втулки внутренних звеньев.
Валик (Pin): Цилиндрический штифт, соединяющий звенья и воспринимающий сдвигающие нагрузки.
Втулка (Bushing): Полая цилиндрическая деталь, запрессованная во внутренние пластины. Обеспечивает поверхность трения для валика и катка.
Каток (Roller): Кольцевой элемент, свободно вращающийся на втулке. Непосредственно контактирует с зубьями звездочки, уменьшая трение и износ.

Материалы изготовления подбираются исходя из требований к нагрузке, износостойкости и условиям эксплуатации:

Пластины: Углеродистые и легированные стали (например, 50CrMo4), подвергнутые термообработке (закалка, отпуск) для достижения высокой прочности и усталостной выносливости.
Валики и втулки: Цементируемые стали (например, 16MnCr5). Поверхностная закалка обеспечивает твердый износостойкий слой, а вязкая сердцевина сопротивляется ударным нагрузкам.
Катки: Аналогичные валикам стали, часто с дополнительной обработкой поверхности.
Для коррозионных сред: Применяются нержавеющие стали (A2, A4), гальванические покрытия (цинкование, никелирование) или химическое оксидирование.

Стандарты, типоразмеры и маркировка

Основным мировым стандартом для катковых цепей является ANSI B29.1 (Американский национальный институт стандартов). В Европе и России широко используется аналогичный стандарт ISO 606 (DIN 8187, ГОСТ 13568-97). Стандартизация обеспечивает взаимозаменяемость цепей и звездочек.

Маркировка цепи по ANSI/ISO включает шаг цепи (P) и ширину внутреннего звена. Например, цепь ANSI 40 (или ISO 06B) имеет шаг P = 0.5 дюйма (12.7 мм) и внутреннюю ширину 0.312 дюйма (7.95 мм). Чем больше числовой индекс, тем больше шаг и нагрузочная способность.

**Таблица 1. Основные типоразмеры катковых цепей по ANSI/ISO**
Обозначение ANSI	Обозначение ISO	Шаг (P), мм	Внутренняя ширина (b1), мм	Диаметр валика (d1), макс., мм	Средняя разрушающая нагрузка, кН (мин.)
25	05B	6.35	3.10	3.30	4.4
35	06B	9.525	4.77	5.08	8.9
40	08B	12.70	7.95	7.94	17.8
50	10B	15.875	9.65	10.16	22.2
60	12B	19.05	12.70	11.91	28.9
80	16B	25.40	15.88	15.88	52.7
100	20B	31.75	19.05	19.84	76.0
120	24B	38.10	25.40	23.80	108.9
140	28B	44.45	25.40	27.94	129.0
160	32B	50.80	31.75	29.21	169.0

Применение в электротехнике и энергетике

Катковые цепи используются в качестве приводных, тяговых и грузовых цепей в следующих ключевых системах:

Топливоподача на ТЭС и котельных: Приводы скребковых и пластинчатых питателей угля, сбрасывателей, транспортеров золы и шлака. Используются усиленные цепи с большим шагом (от ANSI 80 и выше), часто с прикрепляемыми поперечинами или скребками.
Механизмы управления задвижками и клапанами: Цепные передачи в приводах шиберных задвижек, регуляторов подачи пара, запорной арматуры большого диаметра, где требуется плавное и мощное линейное перемещение.
Системы очистки и водоподготовки: Приводы механических решеток для задержания мусора на водозаборах ГЭС и ТЭС, скребковые механизмы в отстойниках и осадительных бассейнах.
Конвейерные линии на топливных складах: Передача движения для ленточных и пластинчатых конвейеров, транспортирующих уголь, торф, биомассу.
Вспомогательные механизмы на АЭС: В системах внутриреакторного перемещения оборудования, манипуляторах (при соблюдении особых требований к материалам и чистоте).
Станки для производства кабельной продукции: Приводы волочильных станов, намоточных и размоточных устройств, экструдеров, где требуется синхронное движение.

Расчет и выбор катковой цепи для приводов

Выбор цепи осуществляется на основе расчета по передаваемой мощности и частоте вращения ведущей звездочки. Основные этапы:

Определение расчетной мощности (P_расч): P_расч = P_двиг K₁ K₂, где P_двиг – мощность двигателя; K₁ – коэффициент условий работы (от 1.0 для равномерной нагрузки до 1.7 для ударной); K₂ – коэффициент, учитывающий число зубьев малой звездочки (чем меньше зубьев, тем выше динамические нагрузки).
Выбор шага цепи: По таблицам номограмм производителя, исходя из P_расч и частоты вращения малой звездочки (n₁). Меньший шаг обеспечивает более плавный ход и меньший шум, больший шаг – более высокую нагрузочную способность при той же ширине.
Проверка по давлению в шарнирах: Удельное давление p = (F_t
K_э) / A ≤ [p], где F_t – окружное усилие; K_э – эксплуатационный коэффициент; A – проекция опорной поверхности шарнира; [p] – допустимое давление (зависит от скорости).
Определение длины цепи и межосевого расстояния: Длина в шагах L_p = 2a₀/P + (z₁+z₂)/2 + ((z₂-z₁)/(2π))²
P/a₀, где a₀ – предварительное межосевое расстояние; z₁, z₂ – числа зубьев звездочек. Оптимальное межосевое расстояние составляет 30-50 шагов цепи.

Монтаж, обслуживание и диагностика

Правильный монтаж и обслуживание определяют ресурс цепной передачи.

Монтаж: Звездочки должны быть соосны. Натяжение цепи регулируется перемещением вала одной из звездочек или натяжным роликом. Провисание ветви при горизонтальной передаче должно составлять ~2% от межосевого расстояния.
Смазка: Критически важный фактор. Режимы смазки:
- I – Ручная или капельная (низкоскоростные передачи).
- II – Картерная ванна или окунание (средние скорости).
- III – Принудительная циркуляция масла струей или распылением (высокоскоростные и высоконагруженные передачи).
Применяются масла с противозадирными (EP) присадками.
Диагностика износа: Основной параметр – удлинение цепи из-за износа шарниров. Замеряется по длине N звеньев (обычно 21 или 24). Замена обязательна при удлинении на 3% для приводных цепей. Также контролируется износ зубьев звездочек, боковой износ пластин.

Специальные исполнения катковых цепей

Цепи с прикрепляемыми звеньями: Имеют модифицированные пластины с отверстиями для крепления скребков, ковшей, пластин, что позволяет использовать их в качестве тягового элемента конвейера.
Двухрядные и многорядные цепи (DR, TR): Состоят из нескольких рядов стандартных внутренних звеньев, соединенных общими валиками. Позволяют передавать большую мощность при том же шаге (пропорционально числу рядов).
Цепи из нержавеющей стали: Для агрессивных сред (морская вода, химические пары, пищевая промышленность).
Цепи с защитными покрытиями: Оксидированные, фосфатированные или с сухими смазочными покрытиями для работы в условиях сильного абразивного загрязнения.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Как отличить изношенную цепь, подлежащую замене?

Ключевой признак – превышение допустимого удлинения. Измерьте длину 21 звена новой цепи. В процессе эксплуатации замеряйте ту же длину на старой цепи. Если фактическая длина превысила номинальную на 3% (например, для цепи с шагом 12.7 мм: 21 звено

12.7 мм = 266.7 мм; 3% от этой величины – 8 мм; замена при длине ≥ 274.7 мм), цепь подлежит замене. Также визуальными признаками являются: «проворот» валиков во втулках при ручном изгибе, неравномерный износ катков, трещины или деформация пластин.

Можно ли соединять цепи разных производителей, но одного стандарта (например, ANSI 40)?

Теоретически стандарт гарантирует взаимозаменяемость. Однако на практике допуски разных производителей, особенно в зоне посадочных диаметров шарниров, могут отличаться. Соединение таких цепей может привести к ускоренному износу и неравномерному распределению нагрузки. Рекомендуется использовать цепи одного производителя в рамках одной передачи. Временное соединение для аварийной замены допустимо, но при первой возможности следует заменить весь комплект.

Что важнее для долговечности цепи: качество смазки или материал изготовления?

Оба фактора критичны, но при прочих равных условиях качественная и регулярная смазка имеет первостепенное значение. Даже цепь из высоколегированной стали без смазки выйдет из строя за несколько часов из-за задиров и схватывания в шарнирах. Правильная смазка снижает износ, отводит тепло и защищает от коррозии. Материал определяет предел нагрузочной способности и стойкость к усталости, но раскрывает свой потенциал только при наличии смазочного слоя.

Почему при замене цепи рекомендуется менять и звездочки?

В процессе работы износ цепи и зубьев звездочек происходит сопряженно. Новая цепь, надетую на изношенные зубья звездочки, будет работать только по выступам изношенного профиля. Это приводит к неправильному зацеплению, повышенному шуму, вибрациям и резкому ускоренному износу новой цепи. Экономия на замене звездочек приводит к двойным затратам: на преждевременный выход из строя новой цепи и на последующий ремонт с обязательной заменой звездочек.

Каковы основные причины преждевременного выхода катковых цепей из строя в энергетике?

Абразивный износ: Основная причина на объектах с угольной пылью, золой, песком. Частицы проникают в шарниры, действуя как абразивная паста.
Усталостное разрушение пластин: Возникает при циклических нагрузках, близких к пределу выносливости материала, или при наличии концентраторов напряжений (царапины, следы коррозии).
Коррозия: Работа в условиях повышенной влажности, пара, химически активных сред без защиты.
Перегрузки и удары: Частые пуски/остановки тяжелых механизмов, попадание посторонних предметов в зону зацепления.
Несоосность валов: Приводит к неравномерной нагрузке на пластины, излому и повышенному износу краев втулок и катков.

Как правильно хранить запасные цепи на складе?

Цепи должны храниться в оригинальной упаковке в сухом, отапливаемом помещении с относительной влажностью не более 50%. Не допускается прямое попадание солнечных лучей, контакт с химически активными веществами. Длительно хранящиеся цепи (более 6 месяцев) необходимо периодически осматривать. Консервационная смазка, нанесенная производителем, не должна удаляться до момента монтажа. Цепь в бухтах следует хранить в подвешенном состоянии или на стеллажах, исключая деформацию.