Цепь роликовая с полыми валиками

Цепь роликовая с полыми валиками: конструкция, специфика, применение

Цепь роликовая с полыми валиками представляет собой специализированную разновидность приводных роликовых цепей, ключевой конструктивной особенностью которой является наличие полого валика (оси). В отличие от стандартной приводной цепи, где валик представляет собой сплошной цилиндр, здесь он выполнен в виде трубки. Эта модификация коренным образом меняет функциональные возможности изделия, переводя его из категории исключительно силовых передач в категорию комбинированных систем, способных одновременно передавать механическую энергию и выполнять вспомогательные технологические операции.

Конструктивные особенности и материалы

Базовые элементы цепи — внутренние и внешние пластины, валики, втулки и ролики — сохраняются. Однако валик, проходящий через втулку и соединяющий звенья, изготавливается полым. Основные компоненты и материалы:

• Пластины (щеки): Изготавливаются из высококачественных стальных марок (часто 50, 40Х, зарубежные аналоги AISI 1541, 1045). Проходят термообработку (закалку и отпуск) для достижения необходимой твердости сердцевины и поверхности, что обеспечивает высокую усталостную прочность и износостойкость.
• Валик (ось) полый: Стальная трубочка точного диаметра и с требуемой толщиной стенки. Материал — аналогичен материалу сплошных валиков, но требует повышенной точности изготовления. Твердость поверхности высокая для сопротивления износу, сердцевина — вязкая для восприятия ударных нагрузок.
• Втулка: Цилиндрическая деталь, запрессованная во внутренние пластины. Рабочая поверхность закалена. Является опорой для валика и местом качения ролика.
• Ролик: Насажен на втулку, служит для зацепления с зубьями звездочки и снижения трения. Изготавливается из стали с последующей термообработкой.
• Соединение: Концы полого валика после сборки расклепываются (забортовываются) или фиксируются шплинтами/стопорными кольцами, что предотвращает выпадение внешних пластин.

Полость валика может быть сквозной на всю длину цепи или иметь заглушки с одной или обеих сторон в зависимости от задачи. Диаметр отверстия валика стандартизирован относительно шага цепи и является критическим параметром при проектировании системы.

Ключевые отличия от стандартных роликовых цепей

• Наличие осевого отверстия: Позволяет пропускать через цепь различные среды или устройства: смазочные материалы, воздух, гидравлические или пневматические линии, электрические кабели, штанги, штоки, оптические волокна.
• Снижение массы: При сохранении наружных габаритов и прочностных характеристик масса цепи снижается на 5-15% в зависимости от диаметра отверстия, что снижает инерционные нагрузки.
• Возможность внутренней смазки: Через полости валиков может подаваться пластичная или жидкая смазка непосредственно в зону трения валик-втулка, что значительно повышает ресурс и позволяет работать в условиях высокого загрязнения.
• Специфические требования к прочности: Расчет на кручение и смятие стенки валика требует особого внимания. Предельная нагрузка на растяжение для цепи с полыми валиками, как правило, на 10-25% ниже, чем у аналогичной цепи со сплошными валиками при том же шаге.

Области применения в электротехнике и энергетике

В данных отраслях цепь с полыми валиками решает задачи, выходящие за рамки простой передачи движения.

• Системы подвижного электропитания (токоподвод): Через отверстия в валиках прокладываются изолированные медные шины или кабели, которые затем подключаются к движущимся электропотребителям (тельферам, кран-балкам, перемещаемым тележкам в цехах). Цепь служит одновременно и приводом, и защитным/несущим канал-троссом.
• Приводы коммутационных аппаратов: В высоковольтных выключателях и разъединителях такие цепи могут использоваться в механизмах привода, где через полости подается смазка для долговечной работы в редко обслуживаемых узлах.
• Системы охлаждения и обдува: В мощных преобразовательных подстанциях или в генераторах, через цепной конвейер с полыми валиками может подаваться воздух под давлением для точечного обдува и охлаждения критически нагревающихся элементов оборудования.
• Транспортировка в производстве электротехнической продукции: При производстве кабеля, изоляторов, сборке щитового оборудования цепи используются в конвейерных линиях, где через валики возможна подача вакуума для фиксации изделий на транспортере или воздуха для очистки.
• Системы смазки турбоагрегатов: В качестве вспомогательного механизма для подвода масла к отдельным узлам на движущихся частях.

Основные параметры и стандарты

Цепи с полыми валиками производятся согласно тем же базовым стандартам, что и обычные приводные роликовые цепи (ГОСТ 13568-97, ISO 606:2015, ANSI B29.1), но с указанием спецификации на валик. Ключевые параметры:

• Шаг цепи (P): Расстояние между осями соседних валиков. Определяет габариты и тяговую способность.

Диаметр отверстия в валике (d0): Внутренний диаметр полого валика. Определяет максимальный диаметр пропускаемого кабеля или штанги.

Диаметр ролика (dr) и ширина цепи (b1): Важны для зацепления со стандартными звездочками.

Разрушающая нагрузка (Q): Минимальная статическая нагрузка, при которой происходит разрушение цепи. Указывается в технической документации с учетом ослабления сечения валика.

Пример параметров цепи с полыми валиками (аналоги ISO 606)

Обозначение (Шаг x Ширина)	Шаг P, мм	Диаметр отверстия валика d0, мм (пример)	Диаметр ролика dr, мм	Мин. разрушающая нагрузка Q, кН (прибл.)	Масса 1м, кг (прибл.)
08B-HO (08B Hollow Pin)	12.70	3.0	8.51	17.0	0.65
10A-HO	15.875	4.5	10.16	22.0	1.00
16B-HO	25.40	8.0	15.88	65.0	2.60
24B-HO	38.10	12.0	22.23	120.0	5.60

Расчет и подбор цепи с полыми валиками

Подбор осуществляется комплексно, с учетом двух аспектов: механического привода и функции полости.

1. Механический расчет: Выполняется аналогично расчету стандартной цепи: по передаваемой мощности, частоте вращения, условиям эксплуатации определяется требуемый шаг, ширина и число рядов. При этом коэффициент запаса прочности принимается увеличенным на 15-20% из-за сниженной нагрузки разрушения полого валика. Учитывается тип смазки, которая может подаваться и через полость.
2. Расчет пропускной способности полости: Определяется диаметр и конфигурация прокладываемых через валики элементов (кабелей, трубок). Необходимо обеспечить свободный проход без натяга и перегибов, особенно на звездочках. Радиус изгиба кабеля не должен быть меньше допустимого. Часто используются специальные направляющие короба.
3. Совместимость со звездочками: Цепи с полыми валиками работают со стандартными звездочками. Однако при высоких скоростях и нагрузках требуется проверка на ударную нагрузку и износ из-за потенциально меньшей жесткости валика.

Монтаж, эксплуатация и обслуживание

Монтаж требует аккуратности, чтобы не деформировать кромки отверстий в валиках. При прокладке кабеля его рекомендуется фиксировать с определенным шагом к звеньям цепи, чтобы предотвратить провисание и трение. Обслуживание включает:

• Регулярный визуальный контроль состояния валиков на предмет трещин или деформации.
• Контроль натяжения цепи для компенсации износа шарниров.
• Обеспечение смазки шарниров. Преимущество таких цепей — возможность централизованной подачи смазки через полости под давлением.
• Проверка состояния прокладываемых внутри кабелей или трубок на предмет износа изоляции.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Многофункциональность: объединение привода и инженерной магистрали в одном устройстве.
• Экономия пространства: отсутствие необходимости в отдельной прокладке шлангов или кабелей вдоль трассы движения.
• Защита прокладываемых элементов: цепь выступает механическим кожухом.
• Возможность эффективной централизованной смазки.
• Снижение общей массы системы.

Недостатки:

• Более высокая стоимость по сравнению со стандартной цепью.
• Сниженная механическая прочность на растяжение.
• Повышенная сложность проектирования и монтажа.
• Ограниченная длина пролета из-за провисания и требований к радиусу изгиба внутреннего кабеля.
• Риск перетирания проложенного внутри кабеля при нарушении правил эксплуатации.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем принципиально отличается цепь с полыми валиками от цепи со сплошными?

Принципиальное отличие — наличие осевого отверстия в валиках. Это конструктивное изменение позволяет использовать цепь как канал для подвода различных сред (смазки, воздуха) или прокладки кабелей, одновременно с передачей механической мощности. Механическая прочность на разрыв при этом снижается.

Можно ли использовать стандартные звездочки с цепью на полых валиках?

Да, можно. Геометрия наружных поверхностей ролика, втулки и валика, участвующих в зацеплении и контакте со звездочкой, соответствует стандарту. Однако расчет на износ и ударную нагрузку должен проводиться с учетом пониженной жесткости полого валика.

Как выбрать диаметр отверстия в валике?

Диаметр отверстия выбирается исходя из диаметра прокладываемого элемента (кабеля, трубки) с учетом обязательного свободного зазора (обычно не менее 1-2 мм). Этот зазор компенсирует неточности сборки цепи и изгиб при набегании на звездочку. Следует руководствоваться данными производителя цепи, где указан максимально допустимый диаметр пропускаемого элемента для каждого типоразмера.

Как осуществляется смазка внутренних шарниров такой цепи?

Существует два основных метода. Традиционный — наружная смазка каплепадением или распылением. Более эффективный — внутренняя подача пластичной или жидкой смазки под давлением через полости валиков. Для этого в цепь встраиваются специальные звенья-штуцеры, к которым подводится магистраль от централизованной системы смазки. Смазка проходит по каналам в валиках и поступает непосредственно в зазор между валиком и втулкой.

Каков главный риск при эксплуатации таких цепей в электротехнических установках?

Главный риск — повреждение изоляции проложенного внутри силового или контрольного кабеля из-за постоянного микротрения о кромки отверстий в валиках при изгибе цепи или из-за усталостного переламывания жил. Это может привести к короткому замыканию или отказу системы управления. Для минимизации риска используют кабели с особо гибкой конструкцией и стойкой изоляцией, а также тщательно рассчитывают минимальный радиус изгиба.

Существуют ли цепи с полыми валиками повышенной коррозионной стойкости?

Да, для работы в агрессивных средах (например, в морском воздухе на прибрежных электростанциях) цепи изготавливаются из нержавеющих сталей (например, AISI 304, AISI 316) или с нанесением специальных покрытий (цинкование, никелирование, кадмирование). При этом важно учитывать, что антикоррозионные покрытия могут снижать износостойкость шарниров.

Как правильно определить длину цепи при проектировании системы с прокладкой кабеля внутри?

Длина цепи определяется стандартным методом по межосевому расстоянию и числу зубьев звездочек. Однако при прокладке кабеля необходимо дополнительно рассчитать его длину с учетом не прямолинейного, а зигзагообразного пути по звеньям цепи. Обычно длина кабеля должна быть на 2-5% больше длины собранной цепи в растянутом состоянии, но без избыточного провисания, которое может привести к захлестыванию.