Цепи приводные роликовые четырехрядные: конструкция, стандарты и применение
Цепь приводная роликовая четырехрядная представляет собой ключевой элемент силовых передач, предназначенный для передачи значительных крутящих моментов в условиях высоких нагрузок и ограниченных габаритов. Конструктивно она является объединением четырех однорядных роликовых цепей общего назначения типа ПР (по ГОСТ 13568-97) или ANSI/ASA B29.1 в единый пакет посредством общих соединительных валиков (пинов) увеличенной длины. Основное назначение – многократное увеличение тяговой способности передачи при сохранении стандартного шага, что позволяет использовать стандартные звездочки без изменения их конфигурации, лишь с соответствующей шириной зубчатого венца.
Конструктивные особенности и материалы
Четырехрядная цепь состоит из следующих базовых элементов, собранных в пакет:
- Внутренние пластины: Набор из четырех пар пластин, удерживающих втулки. Отвечают за восприятие основной растягивающей нагрузки.
- Внешние пластины: Две крайние пластины, фиксирующие валик и выполняющие функцию стягивания всего пакета.
- Валики (пины): Сквозные стальные стержни, проходящие через втулки всех четырех рядов и внешние пластины. Являются наиболее нагруженным элементом на срез и изгиб.
- Втулки: Прессованные втулки, запрессованные во внутренние пластины каждого ряда, обеспечивают опору для роликов и вращение вокруг валика.
- Ролики: Насадные элементы, свободно вращающиеся на втулках. Обеспечивают взаимодействие с зубьями звездочки и уменьшают трение.
- Приводы конвейеров тяжелых материалов (руда, уголь, камни).
- Металлургическое оборудование (прокатные станы, слябинги).
- Горно-шахтное и обогатительное оборудование (дробилки, грохоты).
- Нефтегазовое оборудование (приводы буровых установок).
- Судовые механизмы и крановое хозяйство.
- Мощные приводы насосных и компрессорных станций.
- Kряд, где Kряд для четырехрядной цепи обычно принимается равным 3.7 (не 4.0 из-за неравномерности распределения нагрузки по рядам).
- Высокая тяговая способность при компактных поперечных габаритах (по сравнению с широкой однорядной цепью большого шага).
- Возможность передачи больших мощностей на относительно низких скоростях.
- Отсутствие проскальзывания (постоянное передаточное число).
- Высокий КПД (до 98% при хорошей смазке).
- Сравнительная простота монтажа и замены (при наличии инструмента).
- Работа в широком диапазоне температур и в запыленных условиях (при соответствующем исполнении).
- Высокая неравномерность хода (полигональный эффект), особенно при малом числе зубьев звездочки.
- Повышенный шум и вибрации по сравнению с зубчатыми передачами.
- Необходимость в регулярном техническом обслуживании (натяжение, смазка).
- Вытяжка шарниров в процессе износа, требующая установки натяжных устройств.
- Более высокая начальная стоимость по сравнению с ременными передачами аналогичной мощности.
- 100%. Замена рекомендуется при достижении 2-3% вытяжки. Дополнительные признаки: увеличение шума, «подскакивание» цепи на звездочке, визуально заметный износ роликов и пластин, затрудненное вращение в шарнирах.
Материалы для изготовления подбираются для обеспечения высокой износостойкости и усталостной прочности. Пластины изготавливаются из легированных или высокоуглеродистых сталей (например, 50ХН, 45ХН) с последующей термообработкой (закалка и отпуск). Валики и втулки производят из цементируемых сталей (например, 20ХН3А, 15ХН) с поверхностной закалкой до высокой твердости (HRC 58-62) для сопротивления износу и сердцевинной вязкостью для восприятия динамических нагрузок. Ролики часто изготавливают из аналогичных сталей с последующей закалкой.
Стандарты, маркировка и основные параметры
Четырехрядные цепи производятся в соответствии с международными и национальными стандартами, что обеспечивает взаимозаменяемость. Основные стандарты: ГОСТ 13568-97 (Россия/СНГ) и ANSI B29.1M (США). Маркировка цепи включает в себя тип, шаг и рядность. Например, цепь 4ПР-38,1-11400 расшифровывается следующим образом: 4 – четыре ряда; ПР – приводная роликовая; 38,1 – шаг цепи в миллиметрах (соответствует ANSI
40, где шаг 1/2″ или 12.7мм, но здесь указан метрический аналог); 11400 – разрушающая нагрузка в кгс (минимальное значение). По ANSI маркировка будет 4 Strand ANSI 40.
Ключевые параметры четырехрядных цепей приведены в таблице на примере популярных типоразмеров (по ГОСТ 13568-97):
| Обозначение цепи (ГОСТ) | Шаг, t (мм) | Диаметр ролика, d (мм) | Ширина внутри внутренней пластины, b (мм) | Диаметр валика, dп (мм) | Средняя разрушающая нагрузка, Q (кН, мин.) | Масса 1м, кг (прибл.) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 4ПР-12,7 | 12,70 | 7,95 | 17,02 | 3,66 | 56,7 | 2,5 |
| 4ПР-19,05 | 19,05 | 11,91 | 25,22 | 5,08 | 127,5 | 5,6 |
| 4ПР-25,4 | 25,40 | 15,88 | 31,88 | 7,94 | 226,5 | 10,2 |
| 4ПР-31,75 | 31,75 | 19,05 | 38,10 | 9,53 | 355,0 | 16,0 |
| 4ПР-38,1 | 38,10 | 22,23 | 45,21 | 11,11 | 500,0 | 23,0 |
Области применения и критерии выбора
Четырехрядные роликовые цепи применяются в тяжелом промышленном оборудовании, где требуется передача мощности от десятков до сотен киловатт при умеренных скоростях (обычно до 8-10 м/с). Типичные области применения:
Выбор цепи осуществляется на основе расчета по допустимой мощности. Исходными данными являются: передаваемая мощность (P, кВт), частоты вращения ведущей и ведомой звездочек (n1, n2, об/мин), условия эксплуатации (нагрузочный режим, тип смазки, расположение передачи). Расчет ведется по формуле, учитывающей коэффициент эксплуатации (Kэ), который включает в себя коэффициенты динамичности, межосевого расстояния, наклона передачи и режима смазки. Фактически выбирается цепь, у которой номинальная мощность [P] из каталожных таблиц, скорректированная на число рядов, превышает расчетную: Pрасч ≤ [P]
Монтаж, эксплуатация и обслуживание
Правильный монтаж и обслуживание критически важны для долговечности четырехрядной цепи. Монтаж требует применения специального съемного инструмента (напрессовывателя) для установки соединительного звена. Запрещается расклепывание валиков ударами для избежания деформации пластин и подшипников скольжения (втулок). Межосевое расстояние должно обеспечивать провисание ведомой ветви примерно 2-4% от межосевого расстояния для компенсации вытяжки. Звездочки должны быть строго соосны, а их плоскость – перпендикулярна валу.
Смазка является определяющим фактором ресурса. Для четырехрядных цепей предпочтительна принудительная циркуляционная смазка, обеспечивающая подачу масла внутрь зазоров валик-втулка. При ее невозможности применяется регулярное капельное или струйное смазывание. Консистентные смазки не рекомендуются, так как не проникают в критические зоны трения. Контроль состояния включает регулярную проверку вытяжки (удлинения). Максимально допустимая вытяжка обычно составляет 2-3% от первоначальной длины. Превышение этого показателя ведет к нарушению зацепления с зубьями звездочки, ударам и ускоренному износу.
Преимущества и недостатки по сравнению с другими типами передач
Преимущества четырехрядных роликовых цепей:
Недостатки:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается четырехрядная цепь от двухрядной удвоенной ширины?
Принципиальное отличие в конструкции валика. В четырехрядной цепи один длинный валик проходит через все четыре ряда, обеспечивая жесткую связь пакета и равномерное распределение нагрузки (в идеале). Цепь удвоенной ширины с двумя двухрядными блоками, соединенными общим звеном, имеет два независимых валика, что может приводить к неравномерному восприятию нагрузки и требует более сложной конструкции звездочки. Четырехрядное исполнение технологичнее и надежнее для высоких нагрузок.
Как правильно определить износ и момент замены цепи?
Основной критерий – измерение рабочей вытяжки. На новой цепи измеряется расстояние между N звеньями (например, 50 или 100). В процессе эксплуатации это расстояние замеряется повторно. Процент вытяжки = ((Lизм — Lнов) / Lнов)
Можно ли использовать звездочку для однорядной цепи с четырехрядной, если посадочное место вала позволяет?
Нет, категорически запрещено. Ширина зубчатого венца звездочки для четырехрядной цепи строго соответствует общей ширине пакета цепи (параметр b из таблиц). Использование узкой звездочки приведет к эксцентричной нагрузке на валики, их изгибу, ускоренному износу боковых поверхностей пластин и поломке. Звездочка должна быть специально рассчитана и изготовлена под конкретный типоразмер четырехрядной цепи.
Какие существуют альтернативы четырехрядным роликовым цепям в тяжелых приводах?
Основными альтернативами являются: зубчатые передачи (более высокие скорости и КПД, но сложнее и дороже), многорядные втулочно-роликовые цепи повышенной прочности (например, по стандарту ANSI Heavy Series), приводные зубчатые (франкерные) цепи для тихоходных приводов, а также специальные цепи (крючковые, пластинчатые). Выбор зависит от конкретных условий: скорости, нагрузки, требуемого ресурса, условий эксплуатации и экономических факторов.
Какой тип смазки является минимально допустимым для четырехрядных цепей?
Минимально допустимым для обеспечения приемлемого ресурса является регулярное капельное смазывание индустриальным маслом соответствующей вязкости (чаще всего ISO VG 100-150). Однако для ответственных и высоконагруженных приводов этот метод считается недостаточным. Рекомендована принудительная циркуляционная смазка с фильтрацией. Периодическое смазывание консистентной смазкой или окунание в масляную ванну для четырехрядных цепей, как правило, неэффективно из-за невозможности проникновения смазочного материала во внутренние шарниры.
Заключение
Цепи приводные роликовые четырехрядные остаются востребованным техническим решением для мощных, тихоходных и тяжелонагруженных передач в различных отраслях промышленности. Их правильный выбор на основе корректного инженерного расчета, соблюдение регламентов монтажа и, что наиболее важно, организация эффективной системы смазки являются определяющими факторами для достижения заявленного ресурса и надежности узла в целом. Понимание конструктивных особенностей, стандартов и условий эксплуатации позволяет инженерно-техническому персоналу оптимально интегрировать данный тип цепных передач в проектируемые и обслуживаемые системы.