Инженерное обслуживание

Удлинение цепи и когда следует заменять приводную цепь

В большинстве случаев цепные приводы заменяются либо слишком рано — при этом компоненты с еще значительным остаточным сроком службы выбрасываются, — либо слишком поздно, когда износ уже успел распространиться на зубья звездочки. В этом руководстве представлен точный метод измерения и алгоритм принятия решений о замене, используемый опытными инженерами по техническому обслуживанию.

Обратитесь к нашим инженерам для подтверждения серии вашей цепи.

На заводе по экструзии полимерных пленок в провинции Кёнгидо в 2023 году во время 48-часового производственного цикла вышла из строя цепная передача #80 на главном съемном ролике. По результатам вскрытия было установлено удлинение цепи на 4,1% — значительно превышающее пороговое значение в 3%, необходимое для замены. Еще более показательным оказалось воздействие вышедшей из строя цепи на звездочку: за 1400 часов работы против удлиненного шага зубья изменили свою форму, а новая цепь, установленная после поломки, сама достигла удлинения в 3% в течение 900 часов. Последствия заключались не только в незапланированном простое — это были три месяца ускоренного износа цепи, пока наконец не был заказан новый комплект звездочек и не была исправлена ​​геометрия привода. Задержка замены цепи после достижения порогового значения удлинения не экономит деньги; она переносит износ на звездочку и многократно увеличивает стоимость последующего ремонта.

Понимание того, что такое цепочка удлинение То, что действительно важно, а не просто как это измерить, является основой рациональной политики замены. Метод измерения занимает четыре минуты. Разработка схемы принятия решений занимает еще две. Далее мы рассмотрим и то, и другое.

Что на самом деле представляет собой удлинение цепи — не то, что думает большинство людей.

Термин «растяжение цепи» технически некорректен и приводит к неверным выводам о том, что можно сделать для его замедления. При нормальных рабочих нагрузках структурного удлинения стальных звеньев не происходит — нагрузки на порядки ниже предела текучести стали. Увеличение измеренной длины цепи со временем происходит за счет удаления материала в месте соприкосновения штифта и втулки внутри каждого звена.

Каждый раз, когда цепь проходит над зубом звездочки — один раз за каждое зацепление зуба — штифт немного поворачивается внутри отверстия роликовой втулки. Это создает скользящий контакт между закаленной поверхностью штифта и внутренним отверстием спеченной стальной втулки. За миллионы циклов этот контакт удаляет материал с обеих поверхностей, увеличивая зазор между штифтом и втулкой в ​​каждом соединении. Эффективный шаг этого соединения — расстояние от центра штифта до центра штифта — увеличивается на величину удаленного материала.

В цепи ANSI #60 с номинальным шагом 19,05 мм каждое изношенное на 0,10 мм соединение вносит свой вклад в общее удлинение цепи. Цепь из 100 звеньев (100 соединений), изношенная на 0,10 мм на каждое соединение, теперь на 110 мм длиннее новой — удлинение составляет 110 / 1905 = 5,8%. Порог замены ANSI 3% соответствует приблизительно 0,57 мм общего увеличения длины на 100 звеньев цепи #60, или примерно 0,057 мм зазора между штифтом и втулкой на каждое соединение в среднем.

Удлинение в цифрах — ANSI #60
0%
Новая цепь — зазор между штифтом и втулкой с учетом производственных допусков (обычно 0,008–0,015 мм)
1.5%
Начальный износ — всё ещё в пределах допустимого диапазона. Осмотрите зубья звездочки; никаких действий не требуется, если они равномерные.
2.5%
Запланируйте замену во время следующего планового останова. Закажите цепь и звездочки прямо сейчас.
3.0%+
Порог замены согласно стандарту ANSI. Замените цепь И звездочки при первой же возможности.

Как измерить удлинение цепи: метод, который действительно работает.

Существует три распространенных подхода к измерению удлинения цепи: рулетка, лежащая рядом с цепью, индикатор износа цепи и метод измерения длины цепи штангенциркулем по 12 звеньям. Только третий обеспечивает точность, необходимую для принятия надежного решения о замене. Вот почему два других метода неэффективны и как следует применять правильный метод.

✗
Измерительная лента рядом с цепочкой

Измерительные ленты изгибаются, цепь провисает, а измерение «вдоль» вносит погрешность параллакса. Погрешность измерения лентой ±2 мм на участке длиной 300 мм соответствует ±0,671 TP3T — этого более чем достаточно, чтобы ошибочно классифицировать цепь 2,51 TP3T как 3,21 TP3T или 1,81 TP3T. Измерения лентой подходят для подтверждения длины цепи во время установки, а не для оценки износа.

~
Инструмент для проверки износа цепи

Измерительные приборы, выдающие бинарный результат «пройдено/не пройдено», дают бинарное заключение «пройдено/не пройдено» относительно фиксированного порогового значения — полезны для быстрой проверки, но не в качестве инструмента планирования. Прибор показывает, что цепь изношена; он не показывает, насколько она изношена по сравнению с пороговым значением или насколько равномерно распределен износ по всей длине цепи. Неравномерное удлинение (чередование тугих звеньев с удлиненными участками) полностью игнорируется при проверке с помощью одноточечного прибора.

✓
метод 12-звенного штангенциркуля

Измерьте расстояние между штифтами ровно на 12 звеньях с помощью штангенциркуля, установленного на внутренней губке, или с помощью приспособления для измерения расстояния между штифтами. Разделите полученное значение на 12, чтобы получить средний шаг. Сравните с номинальным значением. Повторите измерение в трех точках по окружности цепи, чтобы определить локальное удлинение. Этот метод обеспечивает точность ±0,05 мм — достаточную для надежного различения удлинения 2,5% от 3,0% и для выявления тугих звеньев, вызванных заклиниванием штифтовых втулок.

12-звенные эталонные значения измерений — заменяйте, если измеренная длина превышает:
Номер цепи. Номинальный шаг (мм) 12-звенный Номинальный (мм) 2% Изношено — Осмотреть (мм) 3% Порог замены (мм) Износ в области 3% (мм)
#35 9.525 114.3 116.6 117.7 0.029
#40 12.700 152.4 155.4 157.0 0.038
#50 15.875 190.5 194.3 196.2 0.048
#60 19.050 228.6 233.2 235.5 0.057
#80 25.400 304.8 310.9 313.9 0.076
#100 31.750 381.0 388.6 392.4 0.095
#120 38.100 457.2 466.3 470.9 0.114

Почему смазка влияет на срок службы цепи больше, чем нагрузка?

звездочка и цепь 1

Наиболее распространенный вопрос об удлинении цепи: «Как долго должна прослужить моя цепь?» Ответ почти полностью зависит от режима смазки, а не от уровня нагрузки. Расчеты по стандарту ANSI B29.1 предполагают 15 000 часов работы при минимальной разрывной нагрузке 1% с непрерывной смазкой в ​​масляной ванне. Это полезная точка отсчета, поскольку она разделяет две переменные — если цепь достигает удлинения 3% за 2000 часов при небольшой нагрузке, причиной почти наверняка является недостаток смазки, а не перегрузка.

Тип смазки Типичный срок службы (ANSI #60, умеренная нагрузка) против масляной ванны Основной механизм износа
Нет / редкое ручное 800–2000 часов −85% Металлическое трение в отверстии для штифта — ускорение износа.
Вручную через правильный интервал 3000–6000 часов −55% Прерывистая смазка приводит к недостаточному смазыванию отверстия для штифта в промежутках между смазочными работами.
Масляный фильтр капельного типа (тип 2) 6000–10000 часов −30% Граничная смазка с помощью штифтовых втулок; толщина пленки незначительна на высоких скоростях.
Масляная ванна (тип 3) 10 000–18 000 часов Исходный уровень Эластогидродинамическая пленка на границе штифта и втулки; минимальный износ металла.
Форсированное кровообращение (тип 4) 14 000–25 000 часов +40–70% Полнослойная электрогидродинамическая пленка; масляное охлаждение снижает термическую деградацию на выводе.
Как это ни парадоксально: цепь с небольшой нагрузкой в ​​сухой среде изнашивается быстрее, чем цепь со средней нагрузкой в ​​хорошо смазанном корпусе. При нагрузках ниже приблизительно 81Т3Т от минимальной разрывной нагрузки цепи контактное давление на границе штифт-втулка недостаточно для поддержания эластогидродинамической пленки — масляная пленка полностью выдавливается, и поверхности работают в условиях граничной смазки или даже сухого контакта. Цепь, работающая при 41Т3Т от разрывной нагрузки с недостаточной смазкой, может достичь удлинения в 31Т3Т быстрее, чем цепь, работающая при 201Т3Т от разрывной нагрузки при смазке в масляной ванне. Номинальная нагрузка не является показателем износостойкости — это показатель структурной целостности. Скорость износа определяется почти исключительно режимом смазки.

Реальная цена превышения порога замены

Финансовый аргумент в пользу отсрочки замены цепи после достижения предела удлинения 3% на первый взгляд кажется привлекательным: цепь все еще работает, и новая цепь плюс две звездочки сегодня стоят дороже, чем оставление изношенной цепи на месте. Однако расчеты кардинально меняются, когда учитывается полное взаимодействие износа цепи и звездочек.

Заменить при 3% (оптимальный срок).
  • Цепь: заменяется по окончании обслуживания.
  • Звездочки: изношены равномерно, проверены.
  • Срок службы цепи Next: полная номинальная наработка часов.
  • Время простоя: запланированное, минимальное.
  • Общая стоимость: цепь + звездочки (если изношены)
Задержка до 5–6% (распространенная)
  • Цепочка: неизбежный незапланированный сбой
  • Зубья звездочки: навсегда изменена форма для увеличения шага зубьев.
  • Следующий ресурс цепи: 30–50% от номинальной нагрузки (изношенной звездочки).
  • Простои: незапланированные, включая экстренные вызовы.
  • Общая стоимость: цепь × 2 + звездочки + время простоя + надбавка за работу
Доведение до отказа (>6%)
  • Цепь: разрыв или полное разъединение звеньев.
  • Зубья звездочки: сильное зацепление — в любом случае требуется замена.
  • Возможные вторичные повреждения: подшипники вала, корпус, защитный кожух.
  • Простой: полная остановка производства до получения необходимых комплектующих.
  • Общая стоимость: в 5–15 раз больше стоимости запланированной замены.

Повреждение звездочки является скрытым фактором, усугубляющим ситуацию «до отказа». После того, как звездочка проработала с удлиненной цепью более 500 часов после истечения срока замены, зубья изменяются в соответствии с увеличенным шагом — новая цепь на этих измененных зубьях достигает удлинения 3% примерно за половину нормального времени эксплуатации. Предприятию, упомянутому в начале этой статьи, потребовалось три месяца и два полных комплекта цепей, прежде чем цикл замены вернулся в норму, потому что звездочки не заменялись одновременно с первой цепью после поломки.

Плотные связи и неравномерное удлинение: предупреждающие признаки перед разрушением.

Конструкция роликовой цепи 2

Внутренняя структура цепи — место соединения штифта и втулки — это область, где в результате коррозии, вызванной загрязнением, или ударных повреждений образуются прочные звенья.

Натянутое звено — это соединение звеньев, которое сопротивляется нормальному боковому изгибу цепи. Когда цепь поднимают со звездочки на ослабленной стороне и звенья сгибают рукой, натянутое звено определяется по его сопротивлению по сравнению с соседними звеньями — для его изгиба требуется больше усилий, и оно возвращается в исходное положение с большим сопротивлением. В тяжелых случаях натянутое звено будет удерживать цепь в слегка перекрученном положении даже без приложения силы.

Затрудненное соединение возникает по одной из двух причин: (1) вода и загрязнения попадают в зазор между штифтом и втулкой и вызывают фрикционную коррозию, которая приваривает или частично заклинивает штифт во втулке; (2) ударная нагрузка — например, попадание твердого предмета в привод — вызывает пластическую деформацию внешней пластины соединения и уменьшает зазор между пластиной и соседней внутренней пластиной соединения, создавая механическое препятствие, которое препятствует нормальному изгибу.

Следствием работы тугого звена является локализованный вибрационный импульс каждый раз, когда шарнир проходит над зубом звездочки. Уменьшенная гибкость означает, что ролик не следует обычной дуге прилегания к корню зуба — вместо этого он воздействует на поверхность зуба, концентрируя нагрузку в одной точке, а не распределяя ее по кривой прилегания. Зуб звездочки в точке зацепления тугого звена изнашивается в 3–5 раз быстрее, чем соседние зубья.

Неравномерное удлинение определяется путем повторного измерения 12 звеньев в трех или более точках по окружности цепи. Если измерения различаются более чем на 0,8% между участками цепи ANSI #60 (разница более 1,8 мм между самым высоким и самым низким участками 12 звеньев), удлинение является неравномерным. Неравномерное удлинение является сильным индикатором локальных проблем — участка, прошедшего через загрязненный желоб, соединения соединительных звеньев, перетянутых во время установки, или участка цепи, подвергшегося воздействию химических брызг. Решение о замене принимается на основе участка с наибольшим удлинением, а не среднего значения.

Включение интервала замены цепи в плановое техническое обслуживание

Наиболее эффективные программы технического обслуживания цепей не ждут результатов измерений удлинения для инициирования замены — они устанавливают профилактический интервал замены, основанный на известной скорости износа в конкретном случае эксплуатации, при этом измерение удлинения используется в качестве контрольного показателя, а не единственного триггера.

  1. Определите начальную скорость износа. При установке новой цепи измерьте удлинение через 500, 1000 и 2000 часов. Постройте график по этим трем точкам. Наклон графика показывает скорость удлинения в процентах на 1000 часов для данной конкретной комбинации привода и смазки. Большинство приводов демонстрируют более высокую начальную скорость (приработка), которая стабилизируется после 500 часов — используйте наклон графика от 500 до 2000 часов для планирования.
  2. Интервал замены проекта. Исходя из измеренной скорости износа, рассчитайте количество часов работы, необходимое для достижения удлинения 2,51 TP3T (точка срабатывания заказа) и 3,01 TP3T (порог замены). Составьте план технического обслуживания на прогнозируемый интервал 2,51 TP3T — проведите осмотр и замеры, закажите цепь и звездочки, если подтвердится износ, запланируйте замену на следующее плановое отключение.
  3. При изменении уровня смазки скорректируйте интервал замены. Любые изменения в системе смазки — новый тип масла, регулировка скорости каплеобразования, переход с ручного режима на автоматический — аннулируют ранее установленную скорость износа. Перед обновлением планового интервала необходимо восстановить скорость износа в течение первых 1000 часов при новом режиме смазки.
  4. Проверяйте звездочку при каждой замене цепи. Используйте описанную в статье 9 оценку зацепления зубьев, чтобы определить, требуется ли одновременная замена звездочки. По умолчанию принято решение о замене обоих компонентов одновременно, если только звездочка не имеет явных признаков износа — это предотвращает сценарий преждевременного износа второй цепи, описанный в начале этой статьи.

Отраслевые пороговые значения удлинения и соображения по замене

Линии по переработке пищевых продуктов. Пороговое значение ANSI 3% применяется к роликовые цепи в пищевой промышленности Как и в обычном промышленном использовании, интервал проверки должен быть короче, поскольку загрязнение химическими веществами, используемыми для промывки, ускоряет коррозию в месте контакта штифта и втулки. В средах с хлорированной водой проверку цепи из нержавеющей стали следует проводить каждые 500 часов работы, а не каждые 1000–2000 часов, как это принято для приводов в сухих помещениях. Проверка натяжения звеньев — бокового изгиба по всей длине цепи — должна включаться в каждую проверку, поскольку в условиях частой промывки между проверками может быстро развиться заедание, вызванное коррозией.

Сельскохозяйственная уборочная техника. Цепи подающих устройств зерноуборочных комбайнов и цепи зерновых элеваторов работают в условиях сильного абразивного износа во время уборки урожая, а затем простаивают до восьми месяцев. Период простоя способствует образованию тугих звеньев из-за фрикционной коррозии во время хранения, даже если цепь выглядит приемлемой по размерам, судя только по измерению удлинения. Перед возвращением комбайна в эксплуатацию после хранения, помимо измерения удлинения, необходимо провести тест на прочность на изгиб тугих звеньев по всей длине цепи — цепь с несколькими тугими звеньями следует заменить, даже если удлинение ниже порогового значения для замены.

Приводы для горнодобывающей промышленности и конвейерных систем. Для инженерных цепей в волочильных конвейерах используются те же пороговые значения 2% для проверки и 3% для замены, что и для стандартных роликовых цепей, но измерение также должно включать износ наружного диаметра цилиндра (втулки). В абразивных средах наружная поверхность цилиндра может изнашиваться быстрее, чем накапливается удлинение в месте контакта штифта и втулки — цепь может находиться в пределах допустимого удлинения, но иметь цилиндры, изношенные настолько, что уменьшается зазор с дном желоба. Измеряйте диаметры цилиндров при проверке через 1000 часов вместе с удлинением. Заменяйте цепь, когда износ цилиндра превышает 15% от первоначального диаметра.

Точное индексирование и сервоприводы. Для сервоприводная звездочка и цепь В системах индексации, где требуется высокая точность позиционирования, пороговое значение для замены обычно составляет 1,5%, а не 3%. При удлинении 3% в прецизионном приводе изменение эффективного шага между различными участками цепи (неравномерное удлинение) может привести к ошибкам позиционирования на ведомом валу, превышающим возможности компенсации сервоконтроллера. В таких приводах следует проводить измерения каждые 250–500 часов работы и поддерживать их работоспособность ниже порогового значения 1,5%.

звездочка 1

Часто задаваемые вопросы

Можно ли починить растянутую цепь, укоротив её, удалив звено и соединив заново?
Технически да, но эта практика не рекомендуется и не восстановит срок службы цепи. Удаление звеньев укорачивает цепь до существующего межосевого расстояния, но никак не решает проблему износа зазоров между штифтами и втулками в оставшихся соединениях — цепь снова достигнет удлинения 3% за то же время, что и в первый раз, за ​​вычетом части срока службы, уже израсходованной до укорочения. Кроме того, новое соединительное звено, используемое для соединения цепи, создает потенциально слабое место — запрессованные соединительные звенья, установленные на месте без надлежащего инструмента, редко обеспечивают такую ​​же плотную посадку, как заводские запрессованные звенья, и это соединение может ослабнуть под циклическими нагрузками. Заменяйте всю цепь целиком, а не отдельные секции.
Следует ли заменять только цепь, если звездочки выглядят визуально приемлемо?
Визуально приемлемая конструкция не то же самое, что и правильность размеров. Звездочка, которая выглядит симметричной и неповрежденной на вид, все же может иметь измененную геометрию основания зуба в результате более чем 1000 часов работы с удлиненной цепью. Изменение незначительно — обычно это увеличение радиуса основания зуба на 5–101 Т3Т, невидимое без измерения, — но достаточное для ускоренного раннего удлинения новой цепи. Надежное правило принятия решения: если цепь достигла удлинения в 31 Т3Т, следует заменить цепь и звездочки одновременно, если только измерение радиуса основания зуба не подтвердит, что он находится в пределах 51 Т3Т от номинального значения для данной серии цепей. Экономия на замене звездочки при замене цепи, а затем повторная замена цепи через половину нормального срока службы, экономически нецелесообразна.
Увеличивается ли скорость удлинения цепи по мере ее старения?
Да — удлинение следует характерной трехфазной кривой. Фаза 1 (приработка, первые 5–101 Т3Т ресурса) показывает более высокую начальную скорость удлинения, поскольку допуски запрессовки улегаются, а шероховатости поверхности в месте соприкосновения штифта и втулки сглаживаются. Фаза 2 (стационарное состояние, середина ресурса, 80–851 Т3Т) показывает почти линейную скорость удлинения — именно эта фаза используется для прогнозирования интервалов замены. Фаза 3 (ускоряющийся износ, последние 5–101 Т3Т ресурса) показывает быстрое увеличение скорости, поскольку зазор между штифтом и втулкой становится достаточно большим, чтобы штифт мог качаться внутри втулки под нагрузкой, создавая ударное воздействие, которое удаляет материал гораздо быстрее, чем равномерный износ при скольжении. После перехода в фазу 3 скорость удлинения обычно удваивается или утраивается — именно поэтому цепи, которые, казалось бы, медленно удлиняются в течение длительного периода, затем, по-видимому, быстро выходят из строя. Порог в 31 Т3Т установлен именно на переходе между фазой 2 и фазой 3.
Какую вязкость смазки следует использовать для цепной передачи при повышенной температуре?
Для приводов, работающих при температуре окружающей среды выше 60°C, вязкость смазки следует выбирать таким образом, чтобы вязкость при рабочей температуре (а не при комнатной температуре) находилась в диапазоне SAE 30–50. Стандартное минеральное масло SAE 40 с индексом вязкости приблизительно 95–100 имеет кинематическую вязкость около 32 сСт при 80°C — этого достаточно для приводов средней скорости. При температуре окружающей среды выше 100°C синтетические цепные смазки на основе полиальфаолефинов (ПАО) сохраняют свою вязкость лучше, чем минеральные масла, и устойчивы к окислению и образованию лаковых отложений. При температуре выше 150°C единственными эффективными вариантами смазки являются сухие твердопленочные смазки (дисперсии графита или MoS2), наносимые при каждом цикле смазки, при этом следует понимать, что они обеспечивают только граничную смазку и не достигают толщины пленки жидких смазок — ожидаемый срок службы цепи при сухой пленочной смазке при высокой температуре значительно короче, чем в условиях масляной ванны при той же нагрузке.
Как цепь с герметичными кольцами (O-образными или X-образными) влияет на измерение удлинения и график замены?
Удлинение герметичной цепи происходит по тому же механизму — износу втулок штифтов, — но с гораздо меньшей скоростью, поскольку нанесенная на заводе внутренняя смазка не может быть вытеснена загрязнениями или вымыта между интервалами обслуживания. В сельскохозяйственной и наружной технике герметичная цепь обычно служит в 3–5 раз дольше, чем открытая цепь, прежде чем достигнет удлинения 3%. Метод измерения идентичен — проверка штангенциркулем на 12 звеньях. Порог замены тот же: 3% для стандартных приводов, 1,5% для прецизионных индексирующих приводов. Ключевое различие заключается в том, что герметичная цепь может внезапно начать удлиняться после периода стабильности — целостность уплотнений постепенно ухудшается по мере старения цепи, и как только уплотнения перестают быть эффективными, открытая внутренняя смазка быстро вытесняется, и скорость износа резко возрастает. Поэтому мониторинг удлинения через регулярные интервалы так же важен для герметичной цепи, как и для открытой цепи, несмотря на более длительные интервалы обслуживания.

Пора заменить приводную цепь?

Пришлите нам серию вашей цепи, шаг и измеренное значение удлинения — мы подтвердим правильность выбора цепи на замену и проверим наличие на складе, в том числе, нужно ли одновременно заменить соответствующие звездочки.

Редактор: Cxm

Виртуальный тур по нашей фабрике

ТЭГИ:цепь | цепная звездочка | Звездочка