Цепи для подъемно-транспортных машин
Цепи для подъемно-транспортных машин: классификация, материалы, стандарты и критерии выбора
Цепи являются одним из ключевых грузонесущих и тяговых элементов в конструкции подъемно-транспортных машин (ПТМ). Их надежность и соответствие условиям эксплуатации напрямую определяют безопасность и бесперебойность работы кранов, талей, конвейеров, лебедок и другого оборудования. Данная статья представляет собой детальный технический обзор, охватывающий типы цепей, их конструктивные особенности, стандарты, методы контроля и принципы выбора.
1. Классификация и типы цепей, применяемых в ПТМ
Цепи для ПТМ подразделяются на несколько основных классов, каждый из которых имеет строго определенную область применения, обусловленную конструкцией и прочностными характеристиками.
1.1. Сварные грузовые цепи (калиброванные и некалиброванные)
Изготавливаются из конструкционной стали методом контактной стыковой сварки. Овальные звенья обеспечивают хорошую гибкость в нескольких плоскостях.
- Калиброванные (калиброванные и нормированные): Звенья проходят калибровку по внутренней длине и ширине. Имеют строго нормируемые размеры и повышенную прочность (материал – сталь 8G). Применяются на грузоподъемных устройствах (тали, лебедки) с цепными звездочками. Обозначаются, например, как DIN 763 / ISO 3077.
- Некалиброванные: Имеют большие допуски на размеры. Используются для обвязки, строповки, в качестве такелажа и в устройствах, где точный зацеп со звездочкой не требуется (например, в сцепных устройствах). Материал – сталь 3 или 4.
- Втулочные: Между внутренними пластинами установлена втулка, уменьшающая износ пластин и валика.
- Роликовые: На втулку надеты ролики, которые катятся по зубьям звездочки, что значительно снижает износ и потери на трение. Наиболее распространенный тип в приводных и грузонесущих механизмах ПТМ.
- Зубчатые (лифтерные): Имеют специальный профиль пластин для зацепления с зубьями звездочки. Применяются в тяжелонагруженных механизмах, например, в кранах-штабелерах.
- Материал: Для сварных цепей – средне- и высокоуглеродистые стали (например, 20Mn2, 23MnNiCrMo5, 8G). Для пластинчатых – легированные цементуемые стали (20ХН3А, 18ХГТ).
- Термообработка: Обязательный этап для грузовых цепей. Включает закалку и отпуск для достижения требуемого сочетания прочности (твердости) и пластичности (вязкости). Перекаленные (хрупкие) или недокаленные (мягкие) цепи не допускаются к эксплуатации.
- Характер нагрузки: Статическая, динамическая, с ударами, вибрацией.
- Величина нагрузки: Определяет требуемую МРН с учетом КЗП. Рабочая нагрузка = МРН / КЗП.
- Температурный режим: Для отрицательных температур требуются цепи из материалов с высокой ударной вязкостью (например, сталь 8G).
- Агрессивность среды: При наличии влаги, химикатов рассматриваются цепи с гальваническим покрытием (оцинковка) или из нержавеющей стали (марки A2, A4).
- Тип взаимодействия: Наличие звездочки требует применения калиброванных сварных или пластинчатых цепей. Для гибких стропов подходят некалиброванные цепи.
- Частота изгиба и скорость движения: Высокие скорости и частые изгибы предъявляют повышенные требования к износостойкости и усталостной прочности (пластинчатые роликовые цепи предпочтительнее).
1.2. Пластинчатые грузовые цепи (роликовые, втулочные, зубчатые)
Состоят из набора пластин, соединенных валиками. Обладают высокой прочностью, износостойкостью и способностью передавать усилие на звездочку с минимальным шумом и трением.
1.3. Тяговые круглозвенные цепи (типа «Галль», «Пригода»)
Используются преимущественно в качестве тягового органа в конвейерах и элеваторах, где требуется передача значительного тягового усилия. Отличаются увеличенным поперечным сечением звена и высокой ударной вязкостью.
1.4. Цепи для безопасности (якорные, стопорные)
Предназначены для фиксации, стопорения или обеспечения дополнительной безопасности (например, цепи для удержания крюка от проворачивания).
2. Материалы и термическая обработка
Механические свойства цепи определяются материалом и технологией упрочнения.
3. Ключевые стандарты и технические требования
Производство и эксплуатация цепей для ПТМ регламентированы национальными и международными стандартами.
| Тип цепи | Основные стандарты | Ключевые параметры |
|---|---|---|
| Сварные калиброванные | ISO 3077, DIN 763, ГОСТ 2319 (на смену пришел ГОСТ 33984-2017) | Диаметр прутка (d), внутренняя длина (L), внутренняя ширина (W), испытательная нагрузка, минимальная разрушающая нагрузка (МРН). |
| Сварные некалиброванные | ISO 1834, DIN 5684, ГОСТ 191-82 | Номинальный калибр, средний диаметр прутка, МРН. |
| Пластинчатые грузовые | ISO 4347, DIN 764, DIN 8150, ГОСТ 589-85 | Шаг цепи (P), ширина внутреннего звена (b1), диаметр валика (d1), разрушающая нагрузка. |
| Общие требования безопасности | ГОСТ 33983-2016 (ЕН 818-1…7), ФНП «Правила безопасности опасных производственных объектов…» | Коэффициент запаса прочности, маркировка, сертификация, периодичность и методы контроля. |
Коэффициент запаса прочности (КЗП): Важнейший параметр, определяющий безопасность. Это отношение минимальной разрушающей нагрузки цепи к ее рабочей нагрузке. Для грузоподъемных цепей, работающих с людьми или в тяжелых условиях, КЗП составляет не менее 7:1 (по EN 818-7). Для стандартных грузовых цепей – обычно не менее 4:1.
4. Критерии выбора цепи для конкретного применения
Выбор осуществляется на основе комплексного анализа условий работы.
5. Контроль состояния, износ и браковка
Регулярный осмотр и измерение износа – обязательная процедура для обеспечения безопасности.
| Параметр износа | Допустимое значение | Метод контроля |
|---|---|---|
| Удлинение звена (накопленный износ) | Не более 5% от номинальной длины L (для калиброванных цепей) | Измерение штангенциркулем длины 10-20 звеньев под нагрузкой. |
| Износ по диаметру (сечению) прутка | Не более 10% от номинального диаметра d | Измерение микрометром в наиболее изношенном месте. |
| Вытяжка (деформация) звена | Не допускается | Визуальный осмотр, сравнение с эталоном. |
| Трещины, надрывы, раковины | Абсолютно недопустимы | Визуальный осмотр, методы неразрушающего контроля (НК). |
Для пластинчатых цепей контролируется износ по шагу (удлинение), износ валиков и втулок, а также состояние пластин на предмет трещин, особенно в зонах контакта с валиками.
6. Смазка и обслуживание
Правильная смазка снижает износ, предотвращает коррозию и отводит тепло. Для цепей ПТМ применяются специальные адгезионные смазки, способные удерживаться на поверхности. Смазка должна наноситься на очищенную цепь и проникать в зоны трения (между звеньями, на валики и втулки). Режим смазки определяется условиями эксплуатации (интенсивность, запыленность).
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В1. В чем принципиальная разница между цепью калиброванной и некалиброванной?
Калиброванная цепь имеет строго нормированные геометрические размеры (внутренняя длина и ширина звена) с малыми допусками, прошла термообработку и имеет сертификат с указанием МРН. Она предназначена для работы с цепными звездочками в грузоподъемных механизмах. Некалиброванная цепь имеет значительные допуски на размеры, может не проходить термообработку и используется для такелажных работ, обвязки, ограждений, где не требуется точное зацепление.
В2. Как правильно определить степень износа цепи и момент ее списания?
Основной критерий – измерение износа по диаметру прутка и удлинение цепи. Если износ по диаметру превысил 10%, а удлинение на контролируемом участке (например, 20 звеньев) превысило 5% от номинальной длины, цепь подлежит браковке. Также цепь бракуется при обнаружении любых деформаций, трещин или повреждений сварных швов.
В3. Можно ли ремонтировать (заваривать) порванную грузовую цепь?
Категорически запрещено. Ремонтная сварка нарушает структуру металла, введенную термообработкой, создает зону с непредсказуемыми механическими свойствами и концентраторами напряжений. Отремонтированная таким образом цепь не имеет сертифицированной прочности и представляет собой прямую угрозу безопасности. Поврежденное звено или участок может быть заменен на новый только заводом-изготовителем или специализированной организацией с последующим испытанием и сертификацией.
В4. Какой коэффициент запаса прочности необходим для цепи, работающей с людьми (например, в подъемнике для персонала)?
Для цепей, используемых для подъема людей, а также в ответственных грузоподъемных устройствах, согласно европейским стандартам (EN 818-7) и гармонизированным с ними ГОСТ, минимальный коэффициент запаса прочности должен составлять не менее 7:1. Это повышенное требование, направленное на максимальное снижение риска.
В5. Что означает маркировка на концевых звеньях цепи?
Маркировка, нанесенная ударным способом или гравировкой, содержит информацию об изготовителе (товарный знак), номинальном размере (диаметре прутка) и классе прочности (например, «8», «8G»). Это обязательное требование стандартов, позволяющее идентифицировать цепь и подтвердить ее соответствие заявленным характеристикам. Отсутствие маркировки делает цепь непригодной для использования в качестве грузонесущего элемента ПТМ.
В6. Цепи из нержавеющей стали и оцинкованные – в чем разница в применении?
Оцинкованные цепи (горячее или гальваническое цинкование) предназначены для защиты от атмосферной коррозии в условиях повышенной влажности. Однако цинковое покрытие может истираться в зонах трения. Цепи из аустенитной нержавеющей стали (AISI 304/A2, 316/A4) обладают коррозионной стойкостью в более агрессивных средах (химическая промышленность, морская вода, пищевое производство) и сохраняют механические свойства при низких температурах. Они значительно дороже оцинкованных.
Заключение
Выбор, эксплуатация и обслуживание цепей для подъемно-транспортных машин – это критически важная инженерная задача, требующая строгого соблюдения нормативной базы и понимания механики их работы. Применение цепи, не соответствующей условиям нагрузки и среды, пренебрежение регулярным контролем износа и нарушение правил браковки приводит к авариям с тяжелыми последствиями. Корректный подбор типа, размера и материала цепи на основе расчетных нагрузок и с учетом требуемого коэффициента запаса прочности, а также организация системы планово-предупредительных осмотров являются обязательными составляющими безопасной и эффективной эксплуатации любого подъемно-транспортного оборудования.