Приводные роликовые цепи с прикреплениями

Приводные роликовые цепи с прикреплениями: конструкция, типы, применение и расчет

Приводная роликовая цепь представляет собой стандартизированный силовой передаточный элемент, состоящий из последовательно соединенных звеньев. Ее основное назначение – передача механической энергии между двумя или более валами, как правило, с постоянным передаточным отношением. Однако во многих технологических процессах возникает необходимость не только передать движение, но и обеспечить крепление, толкание, удержание или позиционирование дополнительных элементов непосредственно на цепи. Для решения этой задачи используются приводные роликовые цепи с прикреплениями (также известные как модифицированные или цепи с насадками). Это стандартные цепи, на наружные пластины которых жестко закреплены специальные кронштейны, пластины или фланцы различной конфигурации.

Конструктивные особенности и основные компоненты

Базовая конструкция такой цепи идентична стандартной приводной роликовой цепи по ГОСТ 13568-97 (ISO 606). Основные элементы включают:

• Внутренние звенья: Состоят из двух внутренних пластин, запрессованных на две втулки, свободно вращающихся в пластинах.
• Наружные звенья: Состоят из двух наружных пластин, запрессованных на валики, проходящие через втулки внутренних звеньев.
• Ролики: Надеваются на втулки и служат для взаимодействия с зубьями звездочки, уменьшая трение и износ.
• Прикрепления (насадки): Ключевой отличительный элемент. Это металлические детали, которые привариваются, припаиваются или крепятся иным механическим способом (чаще всего контактной сваркой) к наружным пластинам цепи. Прикрепления изготавливаются из той же или аналогичной по прочности стали, что и сама цепь.

Важно отметить, что прикрепления монтируются только на наружные пластины, так как внутренние пластины в зоне соединения звеньев перекрываются наружными, что делает их недоступными для монтажа. Это определяет шаг расположения прикреплений – обычно через одно звено (на каждом втором валике), но возможны варианты на каждом валике или через несколько звеньев в зависимости от требуемой нагрузки и геометрии.

Классификация и типы прикреплений

Типизация цепей с прикреплениями осуществляется по форме и назначению насадки. Стандартизованные типы (например, по ANSI B29.15 или аналогичным отраслевым каталогам) обозначаются буквенными кодами.

Тип прикрепления (Буквенный код)	Описание и конструкция	Типовое применение
Тип A (Плоский кронштейн)	Прямая вертикальная пластина с отверстиями для крепления, расположенная перпендикулярно направлению движения цепи. Крепится с одной стороны цепи.	Наиболее универсален. Крепление кронштейнов, толкателей, скребков, направляющих. Конвейеры для крупных грузов, толкающие транспортеры.
Тип B (Увеличенный плоский кронштейн)	Аналогичен типу A, но имеет большую высоту и/или ширину для увеличения площади крепления или обеспечения зазора.	Крепление массивных или широких элементов. Специальное конвейерное оборудование.
Тип AF (Двусторонний плоский кронштейн)	Две пластины типа A, установленные на наружных пластинах с обеих сторон цепи. Обеспечивает симметричное двухстороннее крепление.	Требует повышенной жесткости и устойчивости элемента. Крепление платформ, кареток, сложных толкающих механизмов.
Тип D (Изогнутый кронштейн)	Кронштейн, изогнутый в форме буквы «L» или «Г». Горизонтальная полка имеет отверстия для крепления.	Создание полочных или полочных конвейеров. Крепление полок, лотков непосредственно над цепью.
Тип K (Скребковый)	Пластина, установленная под углом или перпендикулярно направлению движения, часто с износостойкой кромкой.	Скребковые конвейеры для сыпучих материалов (зерно, уголь, щепа), очистка желобов.
Тип F (Фланец с отверстием)	Цилиндрический или прямоугольный фланец с центральным отверстием для установки вала, ролика или другого вращающегося элемента.	Сборно-толкающие конвейеры, крепление роликовых опор, создание поворотных узлов на самой цепи.
Тип M (Магнитный)	Кронштейн со встроенным постоянным магнитом.	Транспортировка ферромагнитных изделий в вертикальной плоскости (листовой металл, детали). Магнитные конвейеры.
Тип SR (Ролик с прикреплением)	Комбинация стандартного прикрепления и установленного на нем ролика (обычно на подшипнике скольжения или качения).	Тягово-несущие системы, где цепь движется по направляющим, а груз перемещается по роликам, закрепленным на цепи. Снижает трение.

Ключевые параметры выбора и расчетные considerations

Выбор цепи с прикреплениями является комплексной инженерной задачей, требующей учета большего числа факторов, чем для стандартной приводной цепи.

1. Основные параметры цепи:

• Шаг цепи (P): Основной размер, определяющий габариты и тяговую способность. Стандартные ряды: 1/2″, 5/8″, 3/4″, 1″, 1.25″, 1.5″ и т.д.
• Ширина внутреннего звена: Определяет прочность на растяжение и совместимость со звездочкой.
• Диаметр валика: Влияет на прочность шарнира и износостойкость.
• Прочность на растяжение (Breaking Load): Предельная статическая нагрузка, которую цепь может выдержать перед разрушением.
• Рабочая нагрузка (Working Load): Максимальная динамическая нагрузка в процессе эксплуатации. Определяется с большим запасом относительно прочности на растяжение.

2. Параметры прикреплений:

• Тип и конфигурация: Выбирается исходя из функции (см. таблицу выше).
• Высота (H): Расстояние от наружной поверхности пластины цепи до верхней точки прикрепления. Критически важно для обеспечения зазоров в системе.
• Толщина и материал: Должны соответствовать ожидаемым механическим и, при необходимости, коррозионным нагрузкам.
• Расположение и шаг: На каждом валике, через один, через два и т.д. Определяет плотность размещения рабочих органов.

3. Расчетные нагрузки и факторы:

Расчет начинается с определения полной нагрузки на цепь. Она складывается из нескольких компонентов:

• Полезная нагрузка (F_г): Вес транспортируемых изделий, усилие толкания или тяги.
• Динамическая нагрузка: Обусловлена ускорениями, пусками, остановками.
• Нагрузка от трения (F_тр): Зависит от массы движущихся частей (самой цепи, прикреплений, груза), коэффициента трения и конфигурации трассы (горизонтальные, наклонные участки). Рассчитывается по формуле: F_тр = μ m g
• cos(α) для наклонных участков, где μ – коэффициент трения, m – масса, g – ускорение свободного падения, α – угол наклона.
• Нагрузка от изгиба на звездочках: Особенно важна для многоугольного эффекта и ударных нагрузок при входе в зацепление.

Суммарное тяговое усилие на приводной звездочке (S_наб) является векторной суммой всех сопротивлений. Мощность привода (N) рассчитывается по формуле: N = (S_наб v) / (1000 η), где v – скорость цепи (м/с), η – КПД передачи. Выбранная цепь должна иметь допускаемую рабочую нагрузку, превышающую S_наб с коэффициентом запаса прочности (SF), который для цепей с прикреплениями обычно принимается не менее 8-10 из-за наличия концентраторов напряжений в зоне сварки прикреплений и неравномерности нагрузки.

Области применения в промышленности и энергетике

• Конвейерные системы общего назначения: Пластинчатые, полочные, толкающие, скребковые конвейеры в логистике, пищевой, упаковочной промышленности.
• Транспортировка сыпучих материалов: Скребковые (цепные) конвейеры типа «En-Masse» в зернохранилищах, угольной промышленности, на ТЭЦ для подачи топлива и удаления золы.
• Сборочные и обрабатывающие линии: Линии окраски, сушки, мойки, где изделия закреплены на кронштейнах, прикрепленных к цепи. Прецизионные конвейеры с каретками (тип SR) в машиностроении.
• Лесная и деревообрабатывающая промышленность: Транспортировка бревен, пиломатериалов, щепы с помощью цепей типа K или D.
• Металлургия и обработка металлов: Транспортировка горячих заготовок, листового металла (часто с магнитными прикреплениями типа M), травление в ваннах.
• Водоподготовка и очистка сточных вод: Скиммеры для удаления мусора, скребки для илосборников в отстойниках с использованием коррозионностойких цепей (из нержавеющей стали) с прикреплениями.

Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание

Монтаж требует тщательного выравнивания валов и звездочек. Натяжение цепи должно быть отрегулировано для обеспечения провисания, необходимого для компенсации износа и температурного расширения, но без излишней нагрузки на валы и подшипники. Смазка является критически важным фактором для увеличения срока службы. Рекомендуется регулярная подача пластичной или жидкой смазки на внутренние поверхности втулок и роликов. Особое внимание при ТО уделяется зонам крепления прикреплений – необходимо регулярно проверять отсутствие трещин в сварных швах. Износ цепи контролируется по увеличению ее шага (удлинению) относительно номинального, обычно замеряемому на контрольном количестве звеньев. Превышение допустимого удлинения (обычно 2-3%) ведет к замене цепи во избежание соскакивания со звездочек.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем основное отличие цепи с прикреплениями от стандартной приводной цепи?

Стандартная приводная цепь предназначена исключительно для передачи крутящего момента между валами. Цепь с прикреплениями, сохраняя эту функцию, имеет дополнительные конструктивные элементы (кронштейны, фланцы, скребки), приваренные к наружным пластинам, которые позволяют крепить, толкать, нести или позиционировать другие объекты, превращая цепь в элемент конвейера или рабочего органа машины.

Можно ли приварить прикрепления к стандартной цепи самостоятельно в условиях предприятия?

Категорически не рекомендуется. Процесс требует специального оборудования (контактная сварка), строгого контроля температуры, чтобы не отпустить закалку валиков и втулок, и соблюдения геометрии. Кустарная сварка приводит к локальному перегреву, снижению прочности, короблению и быстрому выходу цепи из строя. Следует приобретать готовые цепи с прикреплениями, изготовленные производителем.

Как правильно выбрать шаг расположения прикреплений (на каждом валике, через один)?

Выбор зависит от задачи. Крепление на каждом валике обеспечивает максимальную плотность и частоту воздействия (например, для мелких скребков). Крепление через валик (на каждом втором) является наиболее распространенным, так как обеспечивает хорошую жесткость и распределение нагрузки, а также совместимость со стандартными звездочками (прикрепление не должно задевать зубья). Крепление реже используется для экономии или при больших габаритах самого прикрепления.

Влияет ли наличие прикреплений на скорость и нагрузочную способность цепи?

Да, влияет существенно. Во-первых, прикрепления увеличивают массу цепи, что повышает инерционные и фрикционные нагрузки. Во-вторых, они создают асимметричную нагрузку на валик и пластины, способствуя неравномерному износу. В-третьих, сварной шов является концентратором напряжений. Поэтому рабочая нагрузка для цепи с прикреплениями всегда ниже, чем для базовой цепи того же типоразмера. Точные данные указываются в каталогах производителя.

Какие материалы используются для цепей с прикреплениями в агрессивных средах?

Для работы в условиях повышенной влажности, химических паров, в пищевой или фармацевтической промышленности применяются цепи из нержавеющих сталей марок AISI 304, AISI 316. Прикрепления изготавливаются из аналогичного материала. Для очень высоких температур или абразивных сред могут использоваться специальные покрытия или упрочняющая термообработка.

Как осуществляется смазка цепи с прикреплениями сложной формы?

Наличие прикреплений часто затрудняет доступ к шарнирам. В таких случаях применяются: 1) автоматические системы капельной или струйной смазки с точно позиционированными соплами; 2) использование цепей с втулками, заполненными консистентной смазкой на весь срок службы (Lubricated for Life); 3) применение цепей из материалов, не требующих смазки (например, с полимерными втулками). Режим смазки должен быть определен на этапе проектирования системы.