Цепи приводные втулочные

Цепи приводные втулочные: конструкция, стандарты, применение и расчет

Цепь приводная втулочная (обозначаемая по ГОСТ 13568-97 как ПВ, по международному стандарту ISO/R 606 — тип 08A, 10A и т.д.) представляет собой тяговый элемент цепной передачи, состоящий из чередующихся внутренних и внешних звеньев, где на внутренние пластины запрессованы втулки. Данная конструкция является эволюционным развитием роликовой цепи, от которой она отличается отсутствием роликов. Втулочные цепи предназначены для передачи механической энергии между параллельными валами в условиях средних и низких скоростей, значительных статических и динамических нагрузок, а также в средах, где требуется повышенная износостойкость и надежность.

Конструктивные особенности и материалы

Основными компонентами втулочной цепи являются:

• Внешние пластины (щеки): Соединяют две оси валика, проходящие через втулки соседних внутренних звеньев. Изготавливаются методом штамповки из высококачественных сталей (например, 50Г, 45ХН2МФА) с последующей термообработкой (закалка и отпуск) для достижения высокой твердости поверхности и вязкости сердцевины.
• Внутренние пластины (щеки): Прессуются на втулки, образуя внутреннее звено. Материал и обработка аналогичны внешним пластинам.
• Втулка: Полый цилиндр, запрессованный во внутренние пластины. Является основным элементом, воспринимающим нагрузку от валика и контактирующим с зубом звездочки. Изготавливается из цементуемых сталей (например, 20ХН3А) с последующей цементацией и закалкой до высокой поверхностной твердости (55-60 HRC).
• Валик: Цилиндрический стержень, проходящий через втулку и соединяющий звенья. Изготавливается из износостойких сталей (например, 20ХН3А, 18ХГТ) с цементацией и закалкой. Валик свободно вращается во втулке, что определяет шарнирное соединение.

Ключевое отличие от роликовой цепи — отсутствие ролика, свободно вращающегося на втулке. Это упрощает конструкцию, повышает ее прочность за счет большего сечения валика и втулки, а также увеличивает износостойкость в абразивных средах, где ролик мог бы заклинить.

Стандарты, типоразмеры и маркировка

Основные стандарты, регламентирующие параметры втулочных цепей: ГОСТ 13568-97 (Россия), ISO 606:2015 (международный), ANSI B29.1 (США). Стандартизированным параметром является шаг цепи (P) — расстояние между центрами соседних валиков.

Таблица 1. Основные типоразмеры втулочных цепей по ГОСТ 13568-97 (выборка)

Обозначение цепи	Шаг P, мм	Диаметр валика d1 max, мм	Длина втулки b1 max, мм	Ширина цепи b3 min, мм	Разрушающая нагрузка Q min, кН
ПВ-9,525	9,525	3,30	8,5	5,2	9,1
ПВ-12,7	12,7	4,45	11,0	7,1	18,2
ПВ-19,05	19,05	5,94	17,0	12,6	35,0
ПВ-25,4	25,4	7,94	22,5	15,7	56,7
ПВ-31,75	31,75	9,54	27,5	19,0	90,0
ПВ-38,1	38,1	11,11	32,5	22,7	125
ПВ-50,8	50,8	14,29	42,5	29,0	224

Маркировка цепи включает тип (ПВ), шаг в миллиметрах и стандарт. Например: ПВ-19,05-35,0 ГОСТ 13568-97, где 35,0 — минимальная разрушающая нагрузка в кН.

Области применения в электротехнике и энергетике

Втулочные цепи не являются токопроводящим элементом, но играют критически важную роль в качестве компонента приводов вспомогательного оборудования на энергетических объектах:

• Приводы механизмов топливоподачи (скребковые транспортеры, перекидные клапаны) на угольных ТЭС и ТЭЦ.
• Приводы золо- и шлакоудаления (системы гидрозолоудаления, скребковые конвейеры).
• Механизмы регулирования в гидроэнергетике (заслонки, затворы малого хода).
• Приводы вентиляторов, дымососов с регулируемой скоростью через вариаторы (в составе цепных вариаторов).
• Вспомогательные приводы на атомных электростанциях (АЭС) в системах спецводоочистки и вентиляции.
• Оборудование для монтажа и ремонта (тали, лебедки с цепным приводом).

Расчет цепной передачи на основе втулочной цепи

Расчет включает выбор шага цепи, определение числа зубьев звездочек, межосевого расстояния и проверку на долговечность.

1. Определение расчетной нагрузки и выбор шага

Расчетное усилие в цепи (F_р) определяется с учетом передаваемой мощности (P, кВт), скорости цепи (v, м/с) и коэффициента динамической нагрузки (K_д).

F_р = (K_д

• P) / v

Затем выбирается цепь, у которой разрушающая нагрузка Q удовлетворяет условию: Q / F_р ≥ [S], где [S] – нормативный коэффициент запаса прочности (для втулочных цепей обычно 7-10). Меньший шаг обеспечивает более плавный ход, меньшее динамическое воздействие и шум, но для одной и той же мощности требует большей ширины цепи.

2. Геометрия зацепления со звездочкой

Число зубьев малой (ведущей) звездочки z₁ выбирается из компромисса между габаритами и износом. Рекомендации: z_1min = 13-17 для втулочных цепей. Число зубьев большой звездочки: z₂ = z₁

• u, где u – передаточное число. Оптимальное межосевое расстояние a принимается в пределах (30-50)P. Длина цепи в шагах (L_p) вычисляется по формуле с последующим округлением до четного целого числа:

L_p = 2a_p + (z₂+z₁)/2 + ((z₂ — z₁)/(2π))² / a_p, где a_p = a/P.

3. Проверка на износостойкость (долговечность)

Основной критерий работоспособности — износ шарниров. Давление в шарнире (p) не должно превышать допустимое [p]:

p = (F_р

• K_э) / A ≤ [p],

где K_э — эксплуатационный коэффициент (учитывает условия смазки, загрязнения, характер нагрузки), A — проекция площади контакта валика и втулки (A = d₁

• b₁).

Таблица 2. Рекомендуемые значения допустимого давления [p] для втулочных цепей

Скорость цепи v, м/с	Допустимое давление [p], МПа, при периодической смазке	Допустимое давление [p], МПа, при капельной/струйной смазке
до 1	18-20	25-30
1-3	15-18	20-25
3-5	10-12	15-18

Монтаж, эксплуатация и обслуживание

Правильный монтаж включает контроль соосности валов (допуск не более 0.2-0.3 мм на метр длины валов), параллельности осей звездочек и отсутствия перекоса. Натяжение цепи должно обеспечивать провисание ведомой ветви примерно 2-4% от межосевого расстояния. Смазка — критический фактор. При скорости до 2 м/с допустима периодическая ручная смазка, выше — капельная, струйная или ванная. В запыленных условиях (топливоподача) необходимы лабиринтные уплотнения и использование термостойких и адгезионных смазок. Основные причины выхода из строя: износ шарниров от абразива, усталостное разрушение пластин, заедание из-за отсутствия смазки.

Сравнение с роликовыми и зубчатыми цепями

• Против роликовой цепи (ПР): Втулочная цепь дешевле, прочнее на статическую нагрузку, лучше работает в загрязненной среде, но имеет большие потери на трение в шарнире и менее эффективна на высоких скоростях (обычно применяется при v < 5-7 м/с). Роликовая цепь (с роликом) обеспечивает меньшее трение при зацеплении со звездочкой.
• Против зубчатой цепи: Зубчатая цепь работает с меньшим шумом и на более высоких скоростях, но значительно дороже, сложнее в производстве и ремонте. Втулочная цепь предпочтительна в условиях ударных нагрузок и абразивного износа.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальная разница между втулочной (ПВ) и роликовой (ПР) цепью?

Принципиальное отличие — отсутствие свободно вращающегося ролика на втулке у цепи типа ПВ. Контакт с зубом звездочки происходит непосредственно по наружной поверхности втулки. Это увеличивает площадь контакта в шарнире (за счет большего диаметра валика и втулки), повышая статическую прочность и стойкость к абразивному износу, но несколько увеличивает трение.

Можно ли использовать втулочную цепь на высокооборотных приводах?

Не рекомендуется. Оптимальный диапазон скоростей для втулочных цепей — до 5-7 м/с. При более высоких скоростях резко возрастают динамические нагрузки, инерционные силы и нагрев шарниров из-за трения, что приводит к ускоренному износу и снижению КПД передачи. Для высоких скоростей следует выбирать роликовые или зубчатые цепи.

Как правильно определить степень износа цепи и необходимость ее замены?

Критерием является увеличение шага цепи из-за износа шарниров. Замеряют длину N звеньев (обычно 10-20) в натянутом состоянии. Износ более 3% от номинальной длины (ΔL = (L_факт — L_ном)/L_ном

• 100%) обычно считается предельным, так как приводит к ухудшению зацепления со звездочкой, пропускам и ударам. Также визуальными признаками являются «проседание» цепи под собственным весом, повышенный шум и трещины в пластинах.

Какая смазка предпочтительна для втулочных цепей в условиях высокой запыленности на ТЭС?

В таких условиях (транспортеры угля, золы) следует применять пластичные (консистентные) смазки с высокими адгезионными свойствами и добавками твердых смазочных веществ (например, дисульфид молибдена, графит). Они лучше удерживаются на поверхности, защищая от абразива. Предпочтительна автоматическая подача смазки через пресс-масленки или централизованные системы. Необходима регулярная очистка цепи от загрязнений перед повторной смазкой.

Как выбрать между однорядной и многорядной цепью?

Выбор зависит от требуемой мощности и ограничений по габаритам. Многорядная цепь (2-х, 3-х рядная) при том же шаге имеет пропорционально увеличенную ширину и, следовательно, разрушающую нагрузку. Она позволяет передавать большую мощность без увеличения шага, что важно для сохранения плавности хода. Однако требования к соосности валов и параллельности звездочек для многорядных цепей выше, а стоимость — больше. При равной мощности многорядная цепь часто компактнее в радиальном направлении (меньший диаметр звездочек), но шире в осевом.

Каковы особенности монтажа и натяжения длинных цепных передач?

Для передач с большим межосевым расстоянием (более 1.5 м) критически важно обеспечить регулировку натяжения, обычно через перемещение ведомого вала или с помощью натяжных звездочек (башмаков). Провисание ведомой ветви должно контролироваться, так как чрезмерное натяжение ведет к перегрузке подшипников и износу цепи, а недостаточное — к сбою в зацеплении и биению. Рекомендуется использовать поддерживающие направляющие (полозья) для холостой ветви при значительной длине.