Цепи тяговые катковые
Цепи тяговые катковые: конструкция, стандарты, применение и выбор
Цепи тяговые катковые представляют собой специализированный вид грузоподъемных и тяговых цепей, предназначенных для передачи механической энергии в условиях высоких нагрузок, ударных воздействий и абразивного износа. Их ключевое отличие от простых пластинчатых или втулочных цепей заключается в наличии дополнительного элемента – катка, свободно вращающегося на втулке. Это обеспечивает плавное зацепление с зубьями звездочки, значительное снижение шума, вибрации и износа как самой цепи, так и приводных элементов. Основная сфера применения – тяжелое промышленное оборудование: конвейеры (особенно скребковые и пластинчатые), элеваторы, питатели, дорожно-строительная и горнодобывающая техника, станы металлургических заводов.
Конструктивные элементы и материалы
Тяговая катковая цепь – это сборное изделие, каждый элемент которого выполняет строго определенную функцию. Конструкция типа ПР (пластина-ролик) включает:
- Внешние пластины (щеки): Изготавливаются методом штамповки из высококачественной конструкционной стали (например, 50Г, 40Х) с последующей термообработкой (закалка и отпуск). Служат для соединения всех элементов и восприятия основных растягивающих нагрузок.
- Внутренние пластины: Аналогичны внешним, но имеют другую геометрию отверстий. Вместе с внешними пластинами образуют звенья цепи.
- Втулка (гильза): Прессуется во внутренние пластины. Изготавливается из цементируемых сталей (например, 20Х, 15Х). Внутренняя поверхность втулки является рабочей поверхностью для оси. Наружная служит опорой для катка.
- Каток (ролик): Свободно вращающийся элемент, установленный на втулке. Изготавливается из аналогичных втулке сталей, подвергается объемной закалке или цементации для достижения высокой поверхностной твердости (55-60 HRC). Каток контактирует с зубьями звездочки, преобразуя скольжение в качение.
- Ось (валик): Стержень, проходящий через втулку и соединяющий внешние пластины. Фиксируется обычно стопорными кольцами, шплинтами или горячей посадкой. Материал – высокопрочные легированные стали (40Х, 40ХН).
- Тип M (Medium Series): Средняя серия. Наиболее распространенный тип для общего машиностроения.
- Тип S (Heavy Series): Тяжелая серия. Усиленные пластины и элементы, большая разрушающая нагрузка.
- Тип FV (Extra Heavy Series): Сверхтяжелая серия. Максимальная нагрузочная способность для экстремальных условий.
- Спокойная нагрузка, равномерная работа: n ≥ 7
- Переменная нагрузка с умеренными ударами: n ≥ 8
- Сильные ударные нагрузки, абразивная среда, высокая частота вращения: n ≥ 10-12
- Износостойкое исполнение: Упрочнение рабочих поверхностей катков и втулок (наплавка, объемная закалка).
- Коррозионностойкое исполнение: Изготовление из нержавеющих сталей (например, AISI 304, 316) для пищевой, химической промышленности, работы на открытом воздухе.
- Высокотемпературное или низкотемпературное исполнение: Специальные стали и термообработка, сохраняющие свойства в широком диапазоне температур.
- Цепи с прикреплениями: На внешние или внутренние пластины крепятся специальные кронштейны (прикрепления) для монтажа скребков, ковшей, полок. Конструкция прикрепления (L-образное, прямое, специальное) определяется проектом оборудования.
- Монтаж: Осуществляется с помощью соединительного (замкового) звена. Важно убедиться, что стопорный элемент (шплинт, стопорное кольцо) установлен правильно и надежно. Цепь не должна иметь перекосов.
- Смазка: Наиболее важная процедура ТО. Внутренняя смазка оси и втулки предотвращает износ шарнира. Рекомендуется использование густых адгезионных смазок, подаваемых под давлением через специальные отверстия в пластинах или осях. Для цепей в пыльных условиях применяются масла с антиадгезионными присадками.
- Контроль натяжения: Слишком сильное натяжение увеличивает нагрузку на валы и подшипники, слабое – приводит к сбою зацепления и «спрыгиванию» цепи. Регулируется с помощью натяжных устройств (винтовых, пружинных, грузовых).
- Мониторинг износа: Основной параметр – удлинение цепи из-за износа шарниров. Измеряется как увеличение шага на определенном количестве звеньев. Превышение удлинения на 3-5% от номинального шага является сигналом для замены цепи. Работа сильно изношенной цепи приводит к повреждению звездочек.
- (P/A), где P – шаг цепи. Полученное значение округляется до ближайшего целого ЧЕТНОГО числа. Точный расчет должен учитывать также метод натяжения.
Классификация и основные стандарты
Тяговые катковые цепи стандартизированы. Выбор стандарта определяет геометрию, прочностные характеристики и совместимость.
Стандарт ГОСТ 588-81 (Цепи тяговые пластинчатые)
Основной отечественный стандарт для цепей общего назначения. Маркировка, например, ЦТК-2-400-1 расшифровывается как: Цепь Тяговая Катковая, тип 2 (с катком), шаг 400 мм, исполнение 1 (обычное). Исполнение 2 – с усиленными пластинами. Ключевые параметры по ГОСТ 588-81:
| Обозначение цепи | Шаг t, мм | Диаметр катка d, мм | Ширина внутреннего звена b, мм | Разрушающая нагрузка, кН (тс), не менее | Масса 1м, кг |
|---|---|---|---|---|---|
| ЦТК-1-160-1 | 160 | 50 | 50 | 160 (16) | 8.2 |
| ЦТК-2-250-1 | 250 | 80 | 71 | 320 (32) | 18.5 |
| ЦТК-2-400-1 | 400 | 125 | 90 | 630 (63) | 38.0 |
| ЦТК-2-630-1 | 630 | 200 | 112 | 1000 (100) | 78.0 |
Стандарт ISO 1977 / DIN 8165-8168 (M, S, FV-цепи)
Международные стандарты, широко распространенные в импортном оборудовании. Имеют более дробную градацию по типам:
Маркировка, например, M80 означает цепь типа M с шагом 80 мм. Параметр «P» в спецификациях обозначает шаг цепи.
| Тип цепи | Шаг P, мм | Диаметр ролика d1, мм | Внутренняя ширина b1, мм | Минимальная разрушающая нагрузка, kN | Применение |
|---|---|---|---|---|---|
| M40 | 40 | 22 | 17 | 67 | Легкие и средние конвейеры |
| M100 | 100 | 55 | 38 | 340 | Стандартные скребковые конвейеры |
| S80 | 80 | 51 | 41 | 320 | Тяжелые питатели, элеваторы |
| S160 | 160 | 85 | 68 | 850 | Горнодобывающая техника, мощные конвейеры |
Критерии выбора тяговой катковой цепи
Выбор цепи является инженерным расчетом, а не эмпирическим решением. Неправильный выбор приводит к ускоренному износу, обрывам, простоям и повышенным затратам.
1. Определение рабочей нагрузки
Расчетная нагрузка на цепь складывается из нескольких составляющих: статического натяжения от перемещаемого груза, динамических нагрузок при пуске и остановке, нагрузок от трения, а также от собственного веса цепи и скребков/ковшей. Безопасность работы обеспечивается коэффициентом запаса прочности (n), который выбирается исходя из условий работы:
Формула для проверки: Разрушающая нагрузка цепи (из каталога) ≥ Рабочее усилие в цепи (S) × Коэффициент запаса (n).
2. Условия эксплуатации и модификации
Стандартные цепи из углеродистой стали подходят для нормальных условий. Для агрессивных сред требуются специальные исполнения:
3. Совместимость с приводом и натяжными устройствами
Шаг и тип цепи должны строго соответствовать шагу и профилю зубьев приводной и натяжной звездочек. Использование цепи, не соответствующей звездочке, приводит к ускоренному износу в 5-10 раз. Необходимо также учитывать ширину зубьев звездочки и внутреннюю ширину цепи.
Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание
Правильный монтаж и уход критически важны для достижения расчетного ресурса.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем принципиальная разница между тяговой катковой цепью и приводной роликовой (ПР)?
Приводная роликовая цепь (по ГОСТ 13568) предназначена в первую очередь для передачи мощности между валами на высоких скоростях (в редукторах, приводах). Она имеет меньшие допуски, высокую точность изготовления, работает в масляной ванне. Тяговая катковая цепь рассчитана на высокие статические и ударные нагрузки при относительно низких скоростях (обычно до 1-2 м/с). Ее элементы массивнее, пластины толще, допуски больше для работы в загрязненной среде. Каток тяговой цепи часто больше по диаметру, чем ролик приводной.
Можно ли заменить цепь типа M на цепь типа S с таким же шагом?
Механическая замена возможна только если совпадают все геометрические параметры: шаг (P), внутренняя ширина (b1), диаметр катка (d1) и толщина пластин. Даже при совпадении шага, цепь типа S, как правило, шире и массивнее. Ее установка вместо типа M может быть невозможна из-за ширины зубьев звездочки или направляющих. Если геометрия совпадает, то замена на более прочную цепь (S вместо M) допустима и повысит ресурс, но является экономически не всегда оправданной.
Как правильно рассчитать длину цепи в контуре?
Длина цепи измеряется в звеньях. Расчет основан на геометрии привода: межосевом расстоянии между звездочками (A), количеству зубьев ведущей (z1) и ведомой (z2) звездочек. Приближенная формула для определения числа звеньев (Lp) в шагах: Lp ≈ 2A/P + (z1+z2)/2 + ( (z2-z1)/(2π) )²
Что означает маркировка «H» или «Z» на пластинах цепи?
Это обозначение категории прочности или типа термообработки материала пластин. Например, «H» (Hard) часто указывает на повышенную твердость и износостойкость пластин. «Z» может обозначать цинковое покрытие для защиты от коррозии. Точная трактовка маркировки зависит от производителя и должна уточняться в его технической документации.
Почему происходит «растяжение» цепи и как с этим бороться?
«Растяжение» – бытовое название износа шарнирных соединений (оси и втулки). В результате зазоры увеличиваются, а шаг цепи растет. Борьба заключается в: 1) Правильном выборе цепи с запасом прочности, соответствующей условиям. 2) Организации эффективной регулярной смазки для уменьшения трения в шарнире. 3) Защите цепи от абразивного загрязнения с помощью кожухов. 4) Своевременном контроле износа и замене цепи до достижения критического удлинения.
Заключение
Тяговая катковая цепь является критически важным, несущим элементом в тяжелом промышленном оборудовании. Ее надежность и долговечность определяются точным инженерным расчетом при выборе (с учетом нагрузок, среды, температуры), качеством изготовления в соответствии со стандартами, а также строгим соблюдением правил монтажа и регламентов технического обслуживания, где центральное место занимает система смазки. Понимание конструкции, типоразмеров и критериев выбора позволяет специалистам оптимизировать затраты на эксплуатацию, минимизировать риски внеплановых остановок и обеспечить безопасную работу всего технологического комплекса.