Производитель промышленных насосов в Ульсане столкнулся с преждевременным выходом из строя цепи привода насоса системы охлаждения — двухрядная цепь ANSI #80 достигла удлинения 3% за 11 месяцев, при заявленном сроке службы более 30 месяцев. Мощность двигателя составляла 18,5 кВт при 1450 об/мин с передаточным отношением 3:1. При пересмотре первоначального выбора цепи выяснилось, что инженер выбрал цепь из таблицы ANSI B29.1, используя непосредственно номинальную мощность двигателя. В таблице было указано, что однорядная цепь #80 при 1450 об/мин имеет номинальную мощность 21,4 кВт — достаточную для двигателя мощностью 18,5 кВт с запасом в 15%. Инженер не учёл коэффициент запаса прочности для данного типа применения (средний ударный режим — привод насоса с прерывистым пуском под большой нагрузкой: K_s = 1,4), поправку на смазку для установленного капельного маслосмазочного устройства (тип 2 — коэффициент 0,9 от номинальной мощности) и поправку на малую ведущую звездочку на 15 зубьев (коэффициент 0,9 ниже эталонного значения для 17 зубьев). Скорректированная номинальная мощность для данной конкретной установки составила 21,4 × 0,9 × 0,9 = 17,3 кВт — меньше, чем приложенная нагрузка в 18,5 кВт. Цепь непрерывно работала с превышением скорректированной номинальной мощности на 7%, что более чем достаточно для объяснения сокращения срока службы.
Таблицы номинальных параметров цепей ANSI не заменяют полный расчет номинальной мощности привода. Они содержат лишь один из входных параметров — максимальную номинальную мощность в эталонных условиях. Эталонные условия редко воспроизводятся в реальных промышленных условиях. Приведенный ниже расчет демонстрирует полную процедуру.
Шестиступенчатая процедура определения мощности цепного привода
1
Определите расчетную мощность
P_design = P_motor × K_s
P_motor — номинальная выходная мощность двигателя в кВт. K_s — коэффициент запаса прочности из таблицы на шаге 2. Это мощность, которую цепь должна быть способна передавать, а не номинальная мощность двигателя, указанная на паспортной табличке. Для приводов со значительной инерцией (маховики, большие роторы, пусковые нагрузки) в качестве основы для расчета P_design следует использовать пиковый пусковой момент, а не номинальную рабочую мощность.
2
Определите коэффициент обслуживания K_s
| Тип нагрузки |
10 ч/день (К_с) |
16 ч/день (К_с) |
24 часа в сутки (К_с) |
Примеры приложений |
| Плавный ход (без рывков) |
1.0 |
1.1 |
1.2 |
Центробежные насосы, вентиляторы, легкие конвейеры |
| Умеренный шок |
1.3 |
1.4 |
1.5 |
Поршневые насосы, компрессоры, станки |
| Сильный шок |
1.5 |
1.7 |
1.9 |
Дробилки, прессы, конвейеры с ударной загрузкой |
Коэффициент рабочего времени учитывает накопление термической усталости. Приводы, работающие 24 часа в сутки, никогда не достигают теплового равновесия — температура цепи остается повышенной на протяжении всего времени, увеличивая скорость удлинения. Коэффициент 24 часа в сутки выше, чем пропорционален часам, именно из-за этого теплового эффекта.
3
Выберите шаг вала из таблицы номинальной мощности ANSI B29.1 при частоте вращения ведущего вала.
Найдите таблицу номинальной мощности цепи ANSI при скорости вращения ведущего вала (n₁). Найдите первый шаг цепи, при котором номинальная мощность (при ведущем валу 17 зубьев, смазка в масляной ванне типа 3 — эталонные условия) превышает P_design. Это даст предварительный шаг. Если ни одна одножильная цепь не соответствует P_design, рассмотрите варианты с двухжильной или трехжильной цепью (номинальная мощность увеличивается примерно в 1,7 раза для двухжильной и в 2,5 раза для трехжильной цепи по сравнению с одножильной при том же шаге).
| Цепной шаг |
400 об/мин (кВт) |
700 об/мин (кВт) |
1000 об/мин (кВт) |
1450 об/мин (кВт) |
2000 об/мин (кВт) |
| #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 |
Исходные условия: драйвер 17T, смазка типа 3 (масляная ванна), одножильный кабель. Фактическая номинальная мощность в вашем применении требует корректировки с помощью шагов 4–5.
4
Примените поправочный коэффициент смазки K_L.
В таблице ANSI B29.1 предполагается смазка типа 3 (масляная ванна или принудительная циркуляция). Если фактическая смазка менее эффективна, примените коэффициент снижения мощности, указанный в таблице:
Тип 1 — Ручное/капельное смазывание маслом
K_L = 0,7–0,8
Ручное нанесение ≥ каждые 8 часов; капельная подача масла.
Тип 2 — Капельный или дисковый маслонасос
K_L = 0,85–0,95
Капельная подача настроена правильно; непрерывная подача
Тип 3 — Масляная ванна / циркуляция
K_L = 1.0
Условие сравнения — применяется полная оценка таблицы.
Скорректированная номинальная мощность = Номинальная мощность по таблице × K_L. Если это скорректированное значение превышает P_design, цепь подходит для системы смазки. В противном случае, либо модернизируйте систему смазки, либо перейдите на цепь с большим шагом.
5
Примените поправочный коэффициент для малой звездочки K_T.
Условие ссылки на таблицу — ведущая шестерня 17T. Если количество зубьев ведущей шестерни отличается от 17T, применяется K_T:
| Зубья привода (Н₁) |
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 |
Скорректированная номинальная мощность = Номинальная мощность по таблице × K_L × K_T. Это мощность, которую цепь может передавать в реальной установке. Сравните с расчетной мощностью (P_design), чтобы определить достаточность мощности.
6
Проверьте коэффициент запаса прочности натяжения цепи.
F_tight = (P_design × 1000) / v_chain [N]
SF = F_break / F_tight
Рассчитайте натяжение на натянутой стороне, исходя из P_design и скорости цепи в м/с. Разделите минимальную разрывную нагрузку цепи (из таблицы производителя) на натяжение на натянутой стороне, чтобы получить коэффициент запаса прочности. Стандарт ANSI B29.1 требует SF ≥ 5,0 для цепных приводов в нормальных условиях. Если SF < 5, выберите следующий больший шаг или добавьте вторую прядь. Скорость цепи: v_chain = (n₁ × N₁ × p) / 60 000, где p = шаг в мм, а n₁ = частота вращения привода.
Пример расчета: Полный расчет номинальной мощности конвейера подачи в дробилку.
При данных условиях
Мощность двигателя
22 кВт
Скорость вращения ведущего вала
960 об/мин
Приложение
Ременный привод подачи в дробилку — мощный ударный механизм
Операция
16 часов в день непрерывно
Смазка
Масляный фильтр капельного типа (тип 2)
Пошаговое решение
- K_s: Сильный шок, 16 ч/день → K_s = 1.7
- P_дизайн = 22 × 1,7 = 37,4 кВт
- Выбор презентаций При 960 об/мин (по данным таблицы): интерполяция между значениями 700 и 1000 об/мин — мощность #100 составляет ≈ 31,0 кВт при 960 об/мин (слишком низкое значение). Мощность #120 составляет ≈ 47,5 кВт при 960 об/мин → предварительный шаг = #120
- К_Л (Капельный маслонасос типа 2) = 0.90Скорректированная номинальная мощность = 47,5 × 0,90 = 42,8 кВт
- К_Т (15T драйвер) = 0.85Окончательный скорректированный рейтинг = 42,8 × 0,85 = 36,4 кВт
- Сравнивать: 36,4 кВт < 37,4 кВт (P_design). Запас составляет −2,7%. Одноцепочечный РНК-полимераза #120 не проходит проверку с небольшим отрывом.
- Параметры: (a) Переход на масляную смазку (K_L = 1,0) → 42,8 × 1,0 × 0,85 = 36,4 кВт, все еще на грани допустимого. (b) Увеличение мощности привода до 17T → K_T = 1,0; номинальная мощность становится 47,5 × 0,90 × 1,0 = 42,8 кВт. ПРОЙДЕНО с преимуществом в 141 TP3T. ✓ (c) Используйте дуплексный модуль #100: 31,0 × 1,7 × 0,90 × 0,85 = 40,3 кВт. ПРОЙДЕНО с преимуществом 8%. ✓
- Проверка коэффициента запаса прочности (привод 17T, #120, утечка масла): v_chain = (960 × 17 × 38,1) / 60 000 = 10,3 м/с. F_tight = (37 400 Вт) / 10,3 = 3631 Н. SF = 124 500 / 3631 = 34.3. Значительно выше минимального значения 5,0 — цепь имеет достаточную прочность; проверка номинальной мощности является определяющим критерием при выборе.
Как это ни парадоксально: в большинстве случаев при умеренной мощности цепных передач коэффициент запаса прочности по статической разрывной нагрузке очень высок (20–50 раз) и не играет никакой роли при выборе цепи. Обязательным условием является номинальная мощность при усталостном разрушении — циклическая несущая способность ограничена усталостью пластин звеньев и штифтов, а не статическим пределом текучести. В таблицах номинальной мощности ANSI указан предел усталости, а не статическая грузоподъемность. Именно поэтому при расчете коэффициента запаса прочности (шаг 6) редко выбирается цепь большего диаметра, чем указано в таблице номинальной мощности — цепь, прошедшая проверку номинальной мощности, обычно имеет коэффициент запаса прочности при разрывной нагрузке 20–50, что значительно выше требуемых 5,0. И наоборот, в приложениях с очень низкой скоростью, но очень высоким крутящим моментом, могут возникать натяжения на натянутой стороне, приближающиеся к минимальной разрывной нагрузке цепи — именно тогда шаг 6 становится определяющим ограничением. Всегда проверяйте оба параметра.
Когда следует выбирать многожильный кабель вместо кабеля с большим шагом спирали?
Если мощности одной жилы при заданном шаге недостаточно, у конструктора есть два варианта: увеличить шаг или увеличить количество жил. Выбор между ними зависит от ограничений по диаметру звездочки, доступности и стоимости.
| Фактор принятия решения |
Повышение тональности (например, #80 → #100) |
Добавить нить (например, #80 симплекс → дуплекс) |
| Ударная звездочка OD |
Больший внешний диаметр — может выходить за пределы допустимых значений. |
Тот же внешний диаметр — только более широкая поверхность звездочки. |
| Увеличение мощности |
#80→#100: +80% производительность при той же частоте вращения |
Симплекс→дуплекс: ×1,7 пропускная способность |
| ширина цепи |
Более узкая, чем многожильная. |
Более широкий — влияет на требования к соосности валов. |
| Высокоскоростная производительность |
Хуже (больший шаг = более выраженный эффект многоугольника) |
Аналогично однонитевой структуре при том же шаге спирали. |
| Расходы |
Умеренное увеличение |
Пропорциональное увеличение (в 1,7 раза для дуплексной системы) |
| Предпочтительно в следующих случаях: |
Внешний диаметр звездочки не ограничен; более низкая скорость |
Внешний диаметр звездочки должен оставаться небольшим; более высокая скорость |
Распространенные ошибки в вычислениях и способы их избежать.
Использование мощности двигателя без учета коэффициента запаса прочности. Наиболее распространенная ошибка — выбор цепи, исходя из номинальной мощности двигателя, без умножения на K_s. Для двигателя мощностью 22 кВт, используемого в дробилке (K_s = 1,7), расчетная мощность составляет 37,4 кВт. Цепь, рассчитанная на 22 кВт при такой скорости, значительно меньше необходимой по мощности. Перед тем как обращаться к таблице мощности, следует применить коэффициент запаса прочности. Технические характеристики цепей для всех стандартных шагов ANSI. Они доступны у нашей команды разработчиков.
Не учитывая поправку на малую звездочку ниже 17T. В приводах с ограниченным пространством часто используются небольшие ведущие звездочки с 12–15 зубьями. Ведущая звездочка с 13 зубьями при 1000 об/мин снижает эффективную номинальную мощность цепи до 70% от табличного значения. Эта поправка содержится в стандарте ANSI B29.1, но часто не применяется инженерами, использующими упрощенные таблицы. Единственное решение для привода, уже оснащенного небольшой ведущей звездочкой, — увеличить количество зубьев на звездочке; замена шага цепи не устранит дефицит K_T, если количество зубьев на звездочке останется меньше 17T.
Пренебрежение ограничениями скорости цепи при большом шаге звена и высоких оборотах. В таблице номинальных значений мощности ANSI указана пиковая мощность при оптимальной скорости цепи для каждого шага звена, а затем значения, уменьшающиеся при превышении этой скорости. Цепь #120 со скоростью 1450 об/мин на 17-зубчатом драйвере имеет скорость цепи (1450 × 17 × 38,1) / 60 000 = 15,6 м/с — выше оптимальной скорости для данного шага. Номинальная мощность в таблице при этих условиях отражает уменьшенное значение, но инженеры, читающие сокращенную таблицу, могут неправильно использовать пиковое значение. Всегда используйте столбец, соответствующий частоте вращения, а не максимальное значение в строке шага звена.
Для комплекты цепей и звездочек на заказ где в результате расчета получается необычный шаг цепи или количество зубьев.Отправьте шесть входных значений (мощность двигателя, частота вращения, тип обслуживания, часы работы, тип смазки, количество зубьев ведущего вала) нашей технической команде — мы проверим весь шестиэтапный расчет и подтвердим спецификацию перед размещением любого заказа.
Часто задаваемые вопросы
Как в стандарте ANSI учитывается межосевое расстояние и длина цепи при определении мощности?
Номинальные значения мощности по стандарту ANSI B29.1 основаны на эталонном межосевом расстоянии, соответствующем примерно 120 звеньям в приводном контуре — это средний диапазон, представляющий типичные условия эксплуатации. При очень малых межосевых расстояниях (менее 20-кратного шага цепи) количество звеньев, контактирующих с ведущей звездочкой, меньше, чем в эталонных условиях, а нагрузка на каждое звено выше, что немного снижает эффективную номинальную мощность. При очень больших межосевых расстояниях (более 80-кратного шага цепи) провисание цепи и вибрация становятся существенными факторами. Стандартная коррекция заключается в поддержании межосевых расстояний в диапазоне от 30 до 50 раз больше шага цепи для оптимальной работы привода. Для приводов, выходящих за пределы этого диапазона, следует использовать таблицы коррекции ANSI B29.1 для учета влияния межосевого расстояния или проверить расчеты, сопоставив их с фактическим натяжением цепи при конкретной геометрии.
Можно ли применить процедуру определения мощности к высокопрочным цепям серии SP?
Да — для цепей серии SP используется та же процедура расчета мощности с одним изменением: номинальная мощность из таблицы ANSI B29.1 применяется к стандартной цепи. Для цепей серии SP предел усталости примерно на 75% выше, чем у стандартной цепи при том же шаге, что отражено в таблицах расчета мощности цепей серии SP, публикуемых производителями цепей этой серии. На практике это означает, что если шестиступенчатая процедура дает пограничный результат со стандартной цепью (расчетная мощность в пределах 20–30% от скорректированной номинальной мощности), цепь серии SP может обеспечить достаточный запас без изменения шага или количества прядей. Для применений, где стандартная цепь проходит с достаточным запасом (расчетная мощность менее 70% от скорректированной номинальной мощности), цепь серии SP не дает дополнительных преимуществ — цепь не работает при такой нагрузке, где улучшенный предел усталости имеет значение.
Какой коэффициент запаса прочности необходим для привода конвейера, запускающегося 4–6 раз в час при высоких инерционных нагрузках?
Частые пуски с высокими инерционными нагрузками относятся к категории «сильных ударов» — K_s = 1,5 (10 ч/день), 1,7 (16 ч/день) или 1,9 (24 ч/день). Однако для приводов конвейеров с инерционными нагрузками, значительно превышающими рабочую нагрузку, одного лишь коэффициента запаса прочности по стандарту ANSI B29.1 может быть недостаточно. В таких случаях следует рассчитать пиковый пусковой момент по кривой зависимости крутящего момента двигателя от скорости и связанной с ним инерции, перевести его в натяжение цепи, используя радиус звездочки, и проверить коэффициент безопасности (шаг 6) по этому пиковому натяжению, а не по натяжению в установившемся режиме работы. Коэффициент безопасности цепи должен оставаться выше 5,0 в пиковых условиях пуска, а не только в номинальных условиях работы. Для приводов с очень высокой частотой пуска или очень большими коэффициентами инерции (инерция вращающейся массы более чем в 5 раз превышает инерцию ротора двигателя) может потребоваться подбор цепи на основе только пускового момента, при этом рабочая нагрузка должна находиться в пределах допустимой нагрузки.
P_design → Рейтинг таблицы × K_L × K_T → Проверка SF → Цепочка подтверждена
Необходимо проверить правильность выбора цепочки перед оформлением заказа?
Укажите мощность двигателя (кВт), частоту вращения ведущего вала, частоту вращения ведомого вала, тип применения, наработку в часах и тип смазки. Наши инженеры выполнят шестиэтапный расчет по стандарту ANSI B29.1 и подтвердят правильность шага, количества прядей и количества зубьев звездочки перед изготовлением.
