Производител на индустриални помпи в Улсан е имал проблеми с преждевременна повреда на веригата на задвижване на помпа за охлаждаща вода — дуплексната верига ANSI #80 е достигнала удължение 3% за 11 месеца, при спецификационен живот от 30+ месеца. Двигателят е бил с мощност 18,5 kW при 1450 об/мин с редукция 3:1. Когато първоначалният избор на верига е бил прегледан, е станало ясно, че инженерът е избрал веригата от таблицата ANSI B29.1, използвайки директно номиналната мощност на двигателя. Таблицата показва, че симплексната верига #80 при 1450 об/мин има номинална мощност от 21,4 kW — достатъчно за двигател с мощност 18,5 kW, с резерв от 15%. Това, което инженерът не беше приложил, беше коефициентът на обслужване за типа приложение (средно шоково задвижване — задвижване на помпа с периодично стартиране при голямо натоварване: K_s = 1.4), корекцията за смазване за инсталирания тип капково масло (Тип 2 — коефициент 0.9 върху номиналната мощност) и корекцията за малкото зъбно колело за задвижващото зъбно колело 15T (коефициент 0.9 под референтната мощност 17T). Коригираната номинална мощност за тази конкретна инсталация беше 21.4 × 0.9 × 0.9 = 17.3 kW — по-малко от приложеното натоварване от 18.5 kW. Веригата работеше непрекъснато над коригираната си мощност със 7%, което е повече от достатъчно, за да обясни съкратения експлоатационен живот.
Таблиците с номинални стойности на веригите по ANSI не заместват пълното изчисление на номиналните стойности на задвижването. Те са един вход — максималната номинална мощност при референтни условия. Референтните условия рядко се повтарят в реални промишлени приложения. Изчислението по-долу предоставя пълната процедура.
Процедура за определяне на мощността на верижното задвижване с шест стъпки
1
Определете проектната мощност
P_проектиране = P_двигател × K_s
P_motor е номиналната изходна мощност на двигателя в kW. K_s е сервизният коефициент от таблицата в стъпка 2. Това е мощността, която веригата трябва да бъде номинално предавана, а не мощността от табелката на двигателя. За задвижвания със значителна инерция (маховици, големи ротори, пускови товари), използвайте пиковия пусков момент като основа за P_design, а не номиналната работна мощност.
2
Определете коефициента на обслужване K_s
| Тип натоварване |
10 часа/ден (K_s) |
16 часа/ден (K_s) |
24 часа/ден (K_s) |
Примерни приложения |
| Плавно (без шок) |
1.0 |
1.1 |
1.2 |
Центробежни помпи, вентилатори, леки конвейери |
| Умерен шок |
1.3 |
1.4 |
1.5 |
Бутални помпи, компресори, машинни инструменти |
| Силен шок |
1.5 |
1.7 |
1.9 |
Трошачки, преси, конвейери с ударно натоварване |
Факторът „работен час“ отчита натрупването на термична умора. Задвижванията, работещи 24 часа на ден, никога не достигат термично равновесие — температурата на веригата остава повишена през цялото време, което увеличава скоростта на удължаване. Факторът „24 часа/ден“ е по-висок от пропорционалния на часовете поради този термичен ефект.
3
Изберете стъпка от таблицата с номинални мощности ANSI B29.1 при обороти на задвижващия вал
Вижте таблицата за номинална мощност на веригата по ANSI при скоростта на вала на задвижващия механизъм (n₁). Намерете първата стъпка на веригата, при която номиналната мощност (при задвижващ механизъм 17T, смазване с маслена баня тип 3 - референтните условия) надвишава P_design. Това дава временната стъпка. Ако никоя едножилна верига не отговаря на P_design, помислете за опции с дуплексни или триплексни вериги (номиналната мощност се умножава по приблизително 1,7 за дуплексни, 2,5 за триплексни спрямо едножилните при същата стъпка).
| Стъпка на веригата |
400 об/мин (kW) |
700 об/мин (kW) |
1000 об/мин (kW) |
1450 об/мин (kW) |
2000 об/мин (kW) |
| #40 (12,7 мм) |
1.4 |
2.1 |
2.7 |
3.3 |
3.9 |
| #50 (15,9 мм) |
2.8 |
4.4 |
5.7 |
7.3 |
8.5 |
| #60 (19,05 мм) |
5.0 |
7.9 |
10.4 |
13.7 |
16.2 |
| #80 (25,4 мм) |
9.4 |
15.2 |
20.1 |
21.4 |
22.8 |
| #100 (31,75 мм) |
15.8 |
25.6 |
34.0 |
36.2 |
38.4 |
| #120 (38,1 мм) |
24.6 |
39.9 |
51.5 |
54.7 |
56.1 |
Референтни условия: 17T драйвер, смазване тип 3 (маслена баня), едножилен. Действителната номинална мощност във вашето приложение изисква корекционни коефициенти от стъпки 4–5.
4
Приложете корекционен коефициент за смазване K_L
Таблицата ANSI B29.1 приема смазване тип 3 (маслена баня или принудителна циркулация). Ако действителното смазване е по-неефективно, приложете коефициент на намаляване на мощността на масата:
Тип 1 — Ръчно/капково масло
K_L = 0,7–0,8
Ръчно приложение ≥ на всеки 8 часа; капково масло
Тип 2 — Капково или дисково масло
K_L = 0.85–0.95
Правилно настроено капково подаване; непрекъснато подаване
Тип 3 — Маслена баня / циркулация
K_L = 1.0
Референтно условие — прилага се пълната таблица с рейтинг
Коригираната номинална мощност = Таблична номинална мощност × K_L. Ако тази коригирана стойност надвишава P_design, веригата е подходяща за системата за смазване. Ако не, или надстройте системата за смазване, или преминете към следващата по-голяма стъпка.
5
Приложете корекционен коефициент за малко зъбно колело K_T
Референтното условие на таблицата е 17T драйвер. Ако броят на зъбите на драйвера се различава от 17T, приложете K_T:
| Зъби на водещата щанга (N₁) |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
17 |
19 |
21+ |
| К_Т |
0.53 |
0.62 |
0.70 |
0.78 |
0.85 |
1.00 |
1.08 |
1.15 |
Коригираната номинална мощност = Таблична номинална мощност × K_L × K_T. Това е мощността, която веригата може да предава в реалната инсталация. Сравнете с P_design, за да определите адекватността.
6
Проверете коефициента на безопасност на опъването на веригата
F_tight = (P_design × 1000) / v_chain [N]
SF = F_break / F_tight
Изчислете опъването от стегнатата страна от P_design и скоростта на веригата в m/s. Разделете минималното натоварване на веригата (от таблицата на производителя) на опъването от стегнатата страна, за да получите коефициента на безопасност. ANSI B29.1 изисква SF ≥ 5.0 за верижни задвижвания при нормални условия. Ако SF < 5, изберете следващата по-голяма стъпка или добавете втора нишка. Скорост на веригата: v_chain = (n₁ × N₁ × p) / 60 000, където p = стъпка в mm, а n₁ = обороти на веригата.
Разработен пример: Пълно изчисление на мощността на конвейер за подаване на трошачка
При дадени условия
Мощност на двигателя
22 кВт
Скорост на задвижващия вал
960 об/мин
Приложение
Задвижване на ремъка на подаващата машина на трошачката — тежък шок
Операция
16 часа/ден непрекъснато
Смазване
Капково масло (Тип 2)
Решение стъпка по стъпка
- К_с: Силен шок, 16 часа/ден → K_s = 1.7
- P_design = 22 × 1,7 = 37,4 kW
- Избор на височина на тона при 960 об/мин от таблицата: интерполиране между стойности от 700 и 1000 об/мин — #100 мощности ≈ 31,0 kW при 960 об/мин (твърде ниска). #120 мощности ≈ 47,5 kW при 960 об/мин → предварителна стъпка = #120
- К_Л (Капково масло тип 2) = 0.90Коригирана мощност = 47,5 × 0,90 = 42,8 kW
- К_Т (15T драйвер) = 0.85Крайна коригирана оценка = 42,8 × 0,85 = 36,4 kW
- Сравнете: 36,4 kW < 37,4 kW (P_design). Маржът е −2,7%. #120 едножилен НЕУСПЕШЕН с малка разлика.
- Опции: (a) Преминаване към смазване с маслена баня (K_L = 1.0) → 42.8 × 1.0 × 0.85 = 36.4 все още е гранично. (b) Увеличаване на задвижващия механизъм до 17T → K_T = 1.0; мощността става 47.5 × 0.90 × 1.0 = 42.8 kW. ПРЕМИНА с преднина от 14%. ✓ (в) Използвайте дуплексен #100: 31,0 × 1,7 × 0,90 × 0,85 = 40,3 kW. ПРЕМИНА с преднина от 8%. ✓
- Проверка на коефициента на безопасност (17T драйвер, #120, капково масло): v_верига = (960 × 17 × 38,1) / 60 000 = 10,3 м/с. F_стегнато = (37 400 W) / 10,3 = 3 631 N. SF = 124 500 / 3 631 = 34.3Значително над минимума от 5.0 — веригата е структурно адекватна; проверката на мощността е водещият критерий за този избор.
Противно на интуицията: при повечето верижни задвижвания при умерени нива на мощност, коефициентът на безопасност срещу статично натоварване на скъсване е много висок (20–50×) и не играе роля при решението за избор на верига. Обвързващото ограничение е номиналната мощност на умора - цикличната товароносимост, ограничена от умората на звенната плоча и болта, а не от статичната граница на провлачване. Таблиците за номинална мощност на ANSI кодират границата на умора, а не статичния капацитет. Ето защо изчисляването на коефициента на безопасност (стъпка 6) рядко избира по-голяма верига от стъпките за номинална мощност — веригата, която преминава проверката за номинална мощност, обикновено има коефициент на безопасност при натоварване от 20–50, много над изискваните 5,0. Обратно, приложения с много ниска скорост, но много висок въртящ момент, могат да доведат до напрежения от стегнатата страна, които се доближават до минималното натоварване на веригата при натоварване — тогава стъпка 6 става определящото ограничение. Винаги проверявайте и двете.
Кога да изберете многожилен кабел вместо по-голяма стъпка
Когато номиналната мощност на единичната нишка при дадена стъпка е недостатъчна, конструкторът има две възможности: да увеличи стъпката или да увеличи броя на нишките. Изборът между тях зависи от ограниченията на диаметъра на зъбното колело, наличността и цената.
| Фактор на решението |
Увеличаване на височината на тона (напр. #80 → #100) |
Добавяне на нишка (напр. #80 симплекс → дуплекс) |
| Удар на външния диаметър на зъбното колело |
По-голям външен диаметър — може да надвишава обвивката |
Същият външен диаметър — само по-широка повърхност на зъбното колело |
| Увеличаване на мощността |
#80→#100: +80% капацитет при същите обороти |
Едностранно→двустранно: капацитет ×1.7 |
| Ширина на веригата |
По-тесен от многожилния |
По-широк — влияе върху изискванията за центровка на валовете |
| Високоскоростна производителност |
По-лошо (по-голяма стъпка = по-голям полигонен ефект) |
Същото като едножилния проводник със същата стъпка |
| Цена |
Умерено увеличение |
Пропорционално увеличение (×1,7 за дуплекс) |
| Предпочита се, когато: |
Външният диаметър на зъбното колело не е ограничен; по-ниска скорост |
Външният диаметър на зъбното колело трябва да остане малък; по-висока скорост |
Често срещани грешки при изчисленията и как да ги избегнем
Използване на мощност на двигателя без коефициента на обслужване. Най-често срещаната грешка е изборът на верига въз основа на мощността на табелката на двигателя, без да се умножава по K_s. За двигател с мощност 22 kW, работещ с трошачка (K_s = 1,7), проектната мощност е 37,4 kW. Верига с номинална мощност 22 kW при тази скорост е значително по-малка. Приложете коефициента на обслужване, преди да погледнете таблицата с мощността. Технически спецификации на веригите за всички стандартни ANSI стъпки са налични от нашия продуктов екип.
Пренебрегвайки корекцията за малкото зъбно колело под 17T. Задвижвания с ограничено пространство често използват малки зъбни колела с 12–15 зъба. 13T драйвер при 1000 об/мин намалява ефективната номинална мощност на веригата до 70% от табличната стойност. Тази корекция се намира в стандарта ANSI B29.1, но често не се прилага от инженерите, използващи опростени таблици. Единственото решение за задвижване, което вече е инсталирано с малък драйвер, е да се увеличи броят на зъбите на зъбното колело — замяната на стъпката на веригата няма да реши дефицита на K_T, ако броят на зъбните колела остане под 17T.
Пренебрегване на ограниченията на скоростта на веригата при голяма стъпка и високи обороти. Таблицата за номинална мощност на ANSI показва пикова мощност при оптимална скорост на веригата за всяка стъпка, след което номиналните стойности намаляват над тази скорост. Верига #120 при 1450 об/мин на 17T драйвер има скорост на веригата (1450 × 17 × 38,1) / 60 000 = 15,6 м/с — над оптималната скорост за тази стъпка. Номиналната мощност в таблицата при това условие отразява намалената номинална мощност, но инженерите, които четат съкратена таблица, може да използват пиковата номинална мощност неправилно. Винаги използвайте колоната, специфична за оборотите в минута, а не максималната стойност в реда за стъпка.
За комплекти вериги и зъбни колела по поръчка където изчислението води до необичайна стъпка на веригата или брой зъби, изпратете шестте входни стойности (мощност на двигателя, обороти в минута, вид услуга, работни часове, вид смазване, брой зъби на задвижващата верига) на нашия технически екип — ние проверяваме пълното шестстъпково изчисление и потвърждаваме спецификацията, преди да бъде направена каквато и да е поръчка.
Често задавани въпроси
Как ANSI мощността отчита разстоянието между осите и дължината на веригата?
Номиналните мощности по ANSI B29.1 се базират на референтно разстояние между центровете, което дава приблизително 120 звена в задвижващия контур - среден диапазон, който представлява типични работни условия. При много къси разстояния между центровете (под 20× стъпка), броят на звената в контакт с водещото зъбно колело е по-малък, отколкото при референтните условия, а натоварването на звено е по-високо, което леко намалява ефективната номинална мощност. При много дълги разстояния между центровете (над 80× стъпка), провисването на веригата и вибрациите се превръщат в значителни фактори. Стандартната корекция е да се поддържат разстояния между центровете между 30 и 50 пъти стъпката на веригата за оптимална производителност на задвижването. Задвижванията извън този диапазон трябва да използват таблиците за корекция на ANSI B29.1 за ефектите на разстоянието между центровете или да бъдат проверени чрез изчисление спрямо действителното опъване на веригата при специфичната геометрия.
Може ли процедурата за определяне на мощността да се приложи към високоякостни вериги от серия SP?
Да — веригите от серия SP използват същата процедура за определяне на мощността с една модификация: номиналната мощност от таблицата ANSI B29.1 се отнася за стандартната верига. За серията SP границата на умора е приблизително 75% по-висока от тази на стандартната верига при същата стъпка, което е отразено в таблиците за мощност на серията SP, публикувани от производителите на веригата от серията SP. На практика това означава, че ако шестстъпковата процедура доведе до граничен резултат със стандартната верига (проектна мощност в рамките на 20–30% от коригираната номинална мощност), веригата от серията SP може да осигури адекватен запас, без да се променя стъпката или броят на нишките. За приложения, където стандартната верига преминава с комфортен запас (проектна мощност по-малка от 70% от коригираната номинална мощност), серията SP не предоставя допълнително предимство — веригата не се работи на ниво на натоварване, при което подобрената граница на умора е от значение.
Какъв е правилният сервизен коефициент за конвейерно задвижване, което се стартира 4–6 пъти на час с товари с висока инерция?
Честото стартиране с товари с висока инерция попада в категорията „силни удари“ — K_s = 1,5 (10 ч/ден), 1,7 (16 ч/ден) или 1,9 (24 ч/ден). Въпреки това, за конвейерни задвижвания с инерционни товари, значително по-големи от работното натоварване, само коефициентът на обслужване по ANSI B29.1 може да е недостатъчен. В тези случаи изчислете пиковия пусков момент от кривата на въртящия момент-скорост на двигателя и свързаната инерция, преобразувайте в опъване на веригата, използвайки радиуса на зъбното колело, и проверете коефициента на безопасност (стъпка 6) спрямо това пиково опъване, а не спрямо стационарното работно опъване. Коефициентът на безопасност на веригата трябва да остане над 5,0 при пиковото пусково състояние, не само при номиналното работно състояние. За задвижвания с много висока честота на стартиране или много големи коефициенти на инерция (инерция на въртящата се маса по-голяма от 5× инерцията на ротора на двигателя), веригата може да се нуждае от оразмеряване само въз основа на пусковия момент, като работното натоварване е в рамките на капацитета.
P_design → Таблица с рейтинг × K_L × K_T → SF проверка → Потвърдена верига
Нуждаете се от проверка на избора на верига преди поръчка?
Изпратете мощност на двигателя (kW), обороти на задвижващия вал, обороти на задвижващия вал, тип приложение, работни часове и тип смазване. Нашите инженери извършват шестстъпковото изчисление по ANSI B29.1 и потвърждават правилната стъпка, броя на нишките и броя на зъбите на зъбното колело преди производството.
