Výrobca priemyselných čerpadiel v Ulsane zaznamenal predčasné zlyhanie reťaze na pohone čerpadla chladiacej vody – duplexná reťaz ANSI #80 dosiahla predĺženie 3% za 11 mesiacov, pričom životnosť podľa špecifikácie bola 30+ mesiacov. Motor mal výkon 18,5 kW pri 1 450 ot./min. s redukciou 3:1. Pri kontrole pôvodného výberu reťaze sa ukázalo, že inžinier vybral reťaz z tabuľky ANSI B29.1 priamo s použitím menovitého výkonu motora. Tabuľka ukazovala, že simplexná reťaz #80 pri 1 450 ot./min. mala menovitý výkon 21,4 kW – čo je dostatočné pre motor s výkonom 18,5 kW s rezervou 15%. Inžinier však nepoužil servisný faktor pre typ aplikácie (stredný ráz – pohon čerpadla s prerušovaným štartovaním pri vysokom zaťažení: K_s = 1,4), korekciu mazania pre nainštalovaný typ s odkvapkávacím olejom (typ 2 – faktor 0,9 pri menovitom výkone) a korekciu malého ozubeného kolesa pre hnacie ozubené koleso 15T (faktor 0,9 pod referenčnou hodnotou 17T). Korigovaný menovitý výkon pre túto konkrétnu inštaláciu bol 21,4 × 0,9 × 0,9 = 17,3 kW – menej ako aplikované zaťaženie 18,5 kW. Reťaz bežala nepretržite nad svojím korigovaným menovitým výkonom o 7%, čo je viac než dostatočné na vysvetlenie skrátenej životnosti.
Tabuľky menovitých výkonov reťazcov ANSI nenahrádzajú kompletný výpočet menovitých výkonov pohonu. Ide o jeden vstup – maximálny menovitý výkon za referenčných podmienok. Referenčné podmienky sa v reálnych priemyselných aplikáciách zriedka opakujú. Nižšie uvedený výpočet poskytuje kompletný postup.
Postup hodnotenia výkonu reťazového pohonu v šiestich krokoch
1
Určite konštrukčný výkon
P_konštrukcia = P_motor × K_s
P_motor je menovitý výstupný výkon motora v kW. K_s je servisný faktor z tabuľky v kroku 2. Ide o výkon, ktorý musí byť reťaz menovitá na prenos – nie výkon uvedený na štítku motora. Pre pohony so značnou zotrvačnosťou (zotrvačníky, veľké rotory, rozbehové zaťaženia) použite ako základ pre návrh P špičkový rozbehový krútiaci moment, a nie menovitý prevádzkový výkon.
2
Určte servisný faktor K_s
| Typ zaťaženia |
10 h/deň (K_s) |
16 h/deň (K_s) |
24 hodín denne (K_s) |
Príklady aplikácií |
| Hladký (bez otrasov) |
1.0 |
1.1 |
1.2 |
Odstredivé čerpadlá, ventilátory, ľahké dopravníky |
| Mierny šok |
1.3 |
1.4 |
1.5 |
Piestové čerpadlá, kompresory, obrábacie stroje |
| Silný šok |
1.5 |
1.7 |
1.9 |
Drviče, lisy, dopravníky s nárazovým zaťažením |
Faktor prevádzkových hodín zohľadňuje akumuláciu tepelnej únavy. Pohony prevádzkované 24 hodín denne nikdy nedosiahnu tepelnú rovnováhu – teplota reťaze zostáva počas celého procesu zvýšená, čo zvyšuje mieru predĺženia. Faktor 24 hodín/deň je kvôli tomuto tepelnému efektu vyšší ako úmerný počtu hodín.
3
Vyberte rozstup z tabuľky výkonov ANSI B29.1 pri otáčkach hnacieho hriadeľa
Vyhľadajte tabuľku menovitého výkonu reťaze ANSI pri otáčkach hriadeľa pohonu (n₁). Nájdite prvý rozstup reťaze, pri ktorom menovitý výkon (pri pohone 17T, mazanie olejovým kúpeľom typu 3 – referenčné podmienky) presahuje P_design. Toto dáva predbežný rozstup. Ak žiadna jednopramenná reťaz nespĺňa P_design, zvážte možnosti s duplexnými alebo trojpramennými lanami (menovitý výkon sa vynásobí približne 1,7 pre duplexné lanká, 2,5 pre trojpramenné lanká v porovnaní s jednopramennými lankami pri rovnakom rozstupe).
| Rozstup reťaze |
400 ot./min. (kW) |
700 ot./min. (kW) |
1 000 ot./min. (kW) |
1 450 ot./min. (kW) |
2 000 ot./min. (kW) |
| #40 (12,7 mm) |
1.4 |
2.1 |
2.7 |
3.3 |
3.9 |
| #50 (15,9 mm) |
2.8 |
4.4 |
5.7 |
7.3 |
8.5 |
| #60 (19,05 mm) |
5.0 |
7.9 |
10.4 |
13.7 |
16.2 |
| #80 (25,4 mm) |
9.4 |
15.2 |
20.1 |
21.4 |
22.8 |
| #100 (31,75 mm) |
15.8 |
25.6 |
34.0 |
36.2 |
38.4 |
| #120 (38,1 mm) |
24.6 |
39.9 |
51.5 |
54.7 |
56.1 |
Referenčné podmienky: 17T menič, mazanie typu 3 (olejový kúpeľ), jednovláknový. Skutočný menovitý výkon vo vašej aplikácii vyžaduje korekčné faktory z krokov 4–5.
4
Použite korekčný faktor mazania K_L
Tabuľka ANSI B29.1 predpokladá mazanie typu 3 (olejový kúpeľ alebo nútený obeh). Ak je skutočné mazanie menej účinné, použite faktor zníženia výkonu stola:
Typ 1 – Manuálne/kvapkacie olejové čerpadlo
K_L = 0,7–0,8
Manuálna aplikácia ≥ každých 8 hodín; kvapkací olej
Typ 2 – Kvapková alebo kotúčová maznica
K_L = 0,85–0,95
Správne nastavené kvapkanie; kontinuálne podávanie
Typ 3 – Olejový kúpeľ / cirkulácia
K_L = 1,0
Referenčný stav – platí hodnotenie celej tabuľky
Korigovaný menovitý výkon = tabuľkový menovitý výkon × K_L. Ak táto korigovaná hodnota presiahne P_design, reťaz je pre mazací systém vhodná. Ak nie, buď vylepšite mazací systém, alebo prejdite na najbližší väčší rozstup.
5
Použite korekčný faktor malého ozubeného kolesa K_T
Referenčná podmienka tabuľky je unášač 17T. Ak sa počet zubov unášača líši od 17T, použite K_T:
| Zuby vodiča (N₁) |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
17 |
19 |
21+ |
| K_T |
0.53 |
0.62 |
0.70 |
0.78 |
0.85 |
1.00 |
1.08 |
1.15 |
Korigovaný menovitý výkon = tabuľkový menovitý výkon × K_L × K_T. Toto je výkon, ktorý reťaz dokáže prenášať v skutočnej inštalácii. Porovnajte s P_design, aby ste určili primeranosť.
6
Overte bezpečnostný faktor napnutia reťaze
F_tesnosť = (P_návrh × 1000) / v_reťaz [N]
SF = F_prelom / F_tesný
Vypočítajte napätie na pevnej strane z P_design a rýchlosti reťaze v m/s. Vydeľte minimálne medzné zaťaženie reťaze (z tabuľky výrobcu) napätím na pevnej strane, aby ste získali bezpečnostný faktor. Norma ANSI B29.1 vyžaduje SF ≥ 5,0 pre reťazové pohony za normálnych podmienok. Ak SF < 5, zvoľte buď najbližší väčší rozstup, alebo pridajte druhý prameň. Rýchlosť reťaze: v_chain = (n₁ × N₁ × p) / 60 000, kde p = rozstup v mm a n₁ = otáčky reťaze za minútu.
Pracovaný príklad: Kompletný výpočet menovitého výkonu pre podávací dopravník drviča
Dané podmienky
Otáčky hriadeľa hnacieho motora
960 ot./min.
Aplikácia
Pohon remeňom podávacieho mechanizmu drviča – silný tlmič
Prevádzka
16 hodín denne nepretržite
Mazanie
Odkvapkávač oleja (typ 2)
Riešenie krok za krokom
- K_s: Silný šok, 16 h/deň → K_s = 1.7
- P_dizajn = 22 × 1,7 = 37,4 kW
- Výber výšky tónu pri 960 ot./min z tabuľky: interpolácia medzi hodnotami 700 a 1 000 ot./min — výkony #100 ≈ 31,0 kW pri 960 ot./min (príliš nízke). výkony #120 ≈ 47,5 kW pri 960 ot./min → predbežný sklon = #120
- K_L (Kvapková olejovačka typu 2) = 0.90Korigovaný výkon = 47,5 × 0,90 = 42,8 kW
- K_T (ovládač 15T) = 0.85Konečné korigované hodnotenie = 42,8 × 0,85 = 36,4 kW
- Porovnajte: 36,4 kW < 37,4 kW (P_design). Rezerva je −2,7%. Jednovláknový vodič #120 ZLYHÁVA s malým rozdielom.
- Možnosti: (a) Prechod na mazanie v olejovom kúpeli (K_L = 1,0) → 42,8 × 1,0 × 0,85 = 36,4 stále marginálne. (b) Zvýšenie výkonu meniča na 17T → K_T = 1,0; menovitý výkon sa zmení na 47,5 × 0,90 × 1,0 = 42,8 kW. PRESADZUJE s rozdielom 14%. ✓ (c) Použite duplexný zdroj #100: 31,0 × 1,7 × 0,90 × 0,85 = 40,3 kW. PRESADZUJE s rozdielom 8%. ✓
- Kontrola bezpečnostného faktora (ovládač 17T, #120, odkvapkávací olej): v_reťaz = (960 × 17 × 38,1) / 60 000 = 10,3 m/s. F_tesný = (37 400 W) / 10,3 = 3 631 N. SF = 124 500 / 3 631 = 34.3Výrazne nad minimom 5,0 – reťaz je štrukturálne primeraná; kontrola menovitého výkonu je rozhodujúcim kritériom pre tento výber.
Protiintuitívne: pri väčšine reťazových pohonov pri stredných úrovniach výkonu je bezpečnostný faktor proti statickému zaťaženiu pri pretrhnutí veľmi vysoký (20 – 50×) a nehrá žiadnu úlohu pri rozhodovaní o výbere reťaze. Záväzným obmedzením je únavová nosnosť – cyklická únosnosť obmedzená únavou článkovej dosky a čapu, nie statickou medzou klzu. Tabuľky výkonových parametrov ANSI uvádzajú medzu únavy, nie statickú kapacitu. Preto výpočet bezpečnostného faktora (krok 6) zriedka vyberá väčšiu reťaz, ako sú uvedené kroky výkonových parametrov – reťaz, ktorá prejde kontrolou výkonových parametrov, má zvyčajne bezpečnostný faktor pri pretrhnutí 20 – 50, čo je výrazne nad požadovanou hodnotou 5,0. Naopak, aplikácie s veľmi nízkou rýchlosťou, ale veľmi vysokým krútiacim momentom môžu vytvárať napätia na tesnej strane, ktoré sa blížia k minimálnemu pretrhnutiu reťaze – vtedy sa krok 6 stáva rozhodujúcim obmedzením. Vždy skontrolujte oboje.
Kedy zvoliť viacvláknový vodič namiesto väčšieho rozstupu
Keď je výkon jedného lanka pri danom rozstupe nedostatočný, konštruktér má dve možnosti: zvýšiť rozstup alebo zvýšiť počet laniek. Voľba medzi nimi závisí od obmedzení priemeru ozubeného kolesa, dostupnosti a nákladov.
| Rozhodovací faktor |
Zvýšiť výšku tónu (napr. #80 → #100) |
Pridať prameň (napr. #80 simplex → duplex) |
| Vplyv vonkajšieho priemeru ozubeného kolesa |
Väčší vonkajší priemer – môže prekročiť obálku |
Rovnaký vonkajší priemer — iba širšia plocha ozubeného kolesa |
| Zvýšenie výkonu |
#80→#100: +80% kapacita pri rovnakých otáčkach |
Jednostranne→obojstranne: kapacita ×1,7 |
| Šírka reťaze |
Užšie ako viacvláknové |
Širšie – ovplyvňuje požiadavky na zarovnanie hriadeľov |
| Vysokorýchlostný výkon |
Horšie (väčší rozstup = väčší polygónový efekt) |
Rovnaké ako jednovláknové s rovnakým rozstupom |
| Cena |
Mierny nárast |
Proporcionálne zvýšenie (×1,7 pre duplex) |
| Preferované, keď: |
Vonkajší priemer ozubeného kolesa nie je obmedzený; nižšia rýchlosť |
Vonkajší priemer ozubeného kolesa musí zostať malý; vyššia rýchlosť |
Bežné chyby vo výpočtoch a ako sa im vyhnúť
Použitie výkonu motora bez servisného faktora. Najčastejšia chyba – výber reťaze na základe výkonu motora uvedeného na štítku bez vynásobenia K_s. Pre motor s výkonom 22 kW v aplikácii na napájanie drviča (K_s = 1,7) je konštrukčný výkon 37,4 kW. Reťaz s menovitým výkonom 22 kW pri tejto rýchlosti je výrazne poddimenzovaná. Pred vyhľadaním tabuľky výkonu použite servisný faktor. Technické špecifikácie reťazí pre všetky štandardné rozstupy ANSI sú k dispozícii od nášho produktového tímu.
Ignorovanie korekcie malého ozubeného kolesa pod 17T. Pohony s obmedzeným priestorom často používajú malé ozubené kolesá s 12 – 15 zubami. Otočný prevodník 13T pri 1 000 ot./min znižuje efektívny menovitý výkon reťaze na 701 TP3T tabuľkovej hodnoty. Táto korekcia sa nachádza v norme ANSI B29.1, ale inžinieri ju často neuplatňujú používajúci zjednodušené tabuľky. Jediným riešením pre pohon, ktorý už má nainštalovaný malý ozubený prevodník, je zvýšiť počet zubov ozubeného kolesa – výmena rozstupu reťaze nevyrieši nedostatok K_T, ak počet ozubených kolies zostane pod 17T.
Zanedbanie obmedzení rýchlosti reťaze pri veľkom rozstupe a vysokých otáčkach. Tabuľka výkonových parametrov ANSI zobrazuje špičkový výkon pri optimálnej rýchlosti reťaze pre každý rozstup, pričom nad touto rýchlosťou sa výkon znižuje. Reťaz #120 pri 1 450 ot./min. na unášači 17T má rýchlosť reťaze (1 450 × 17 × 38,1) / 60 000 = 15,6 m/s – nad optimálnou rýchlosťou pre tento rozstup. Menovitý výkon v tabuľke za týchto podmienok odráža znížený výkon, ale inžinieri, ktorí čítajú skrátenú tabuľku, môžu špičkový výkon použiť nesprávne. Vždy používajte stĺpec špecifický pre otáčky, nie maximálnu hodnotu v riadku rozstupu.
Pre sady reťazí a ozubených kolies na mieru kde výpočet vedie k nezvyčajnému rozstupu reťaze alebo počtu zubov, pošlite šesť vstupných hodnôt (výkon motora, otáčky, typ služby, prevádzkové hodiny, typ mazania, počet zubov unášača) nášmu technickému tímu – pred zadaním akejkoľvek objednávky overíme celý šesťkrokový výpočet a potvrdíme špecifikáciu.
Často kladené otázky
Ako zohľadňuje menovitý výkon ANSI vzdialenosť osí a dĺžku reťaze?
Menovité výkony podľa ANSI B29.1 sú založené na referenčnej vzdialenosti osí, ktorá dáva približne 120 článkov v hnacej slučke – stredný rozsah, ktorý predstavuje typické prevádzkové podmienky. Pri veľmi krátkych vzdialenostiach osí (pod rozstup 20×) je počet článkov v kontakte na hnacom ozubenom kolese nižší ako v referenčnom stave a zaťaženie na článok je vyššie, čo mierne znižuje efektívny menovitý výkon. Pri veľmi dlhých vzdialenostiach osí (nad rozstup 80×) sa významnými faktormi stávajú previs reťaze a vibrácie. Štandardnou korekciou je udržiavať vzdialenosti osí medzi 30 a 50-násobkom rozstupu reťaze pre optimálny výkon pohonu. Pohony mimo tohto rozsahu by mali použiť korekčné tabuľky ANSI B29.1 pre vplyvy vzdialenosti osí alebo by sa mali overiť výpočtom oproti skutočnému napnutiu reťaze pri špecifickej geometrii.
Dá sa postup pre hodnotenie výkonu použiť na vysokopevnostnú reťaz série SP?
Áno – reťaze série SP používajú rovnaký postup pre hodnotenie výkonu s jednou úpravou: menovitý výkon z tabuľky ANSI B29.1 sa vzťahuje na štandardnú reťaz. Pre sériu SP je limit únavy približne o 751 TP3T vyšší ako pre štandardnú reťaz pri rovnakom rozstupe, čo sa odráža v tabuľkách menovitého výkonu série SP publikovaných výrobcami série SP. V praxi to znamená, že ak šesťkrokový postup prinesie hraničný výsledok so štandardnou reťazou (konštrukčný výkon v rozmedzí 20 – 301 TP3T od korigovaného menovitého výkonu), reťaz série SP môže poskytnúť primeranú rezervu bez zmeny rozstupu alebo počtu prameňov. Pre aplikácie, kde štandardná reťaz prechádza s pohodlnou rezervou (konštrukčný výkon menší ako 701 TP3T od korigovaného menovitého výkonu), séria SP neposkytuje žiadnu ďalšiu výhodu – reťaz sa neprevádzkuje na úrovni zaťaženia, kde je zlepšený limit únavy relevantný.
Aký je správny prevádzkový faktor pre pohon dopravníka, ktorý sa spúšťa 4 – 6-krát za hodinu s vysokými zotrvačnými zaťaženiami?
Časté štartovanie s vysokou zotrvačnosťou spadá do kategórie „ťažkých rázov“ – K_s = 1,5 (10 h/deň), 1,7 (16 h/deň) alebo 1,9 (24 h/deň). Avšak pre pohony dopravníkov so zotrvačnosťou výrazne väčšou ako prevádzkové zaťaženie môže byť samotný prevádzkový faktor ANSI B29.1 nedostatočný. V týchto prípadoch vypočítajte špičkový štartovací krútiaci moment z krivky krútiaceho momentu motora a otáčok a pripojenej zotrvačnosti, preveďte ho na napnutie reťaze pomocou polomeru ozubeného kolesa a overte bezpečnostný faktor (krok 6) oproti tomuto špičkovému napätiu, a nie voči ustálenému prevádzkovému napätiu. Bezpečnostný faktor reťaze musí zostať nad 5,0 pri špičkovom štartovacom stave, nielen pri menovitom prevádzkovom stave. Pre pohony s veľmi vysokou štartovacou frekvenciou alebo veľmi veľkými pomermi zotrvačnosti (zotrvačnosť rotačnej hmoty väčšia ako 5-násobok zotrvačnosti rotora motora) môže byť potrebné reťaz dimenzovať iba na základe štartovacieho krútiaceho momentu, pričom prevádzkové zaťaženie musí byť v rámci kapacity.
P_design → Hodnotenie tabuľky × K_L × K_T → Kontrola SF → Potvrdenie reťazca
Potrebujete si pred objednaním overiť výber reťaze?
Odošlite výkon motora (kW), otáčky hnacieho hriadeľa, otáčky hnaného hriadeľa, typ aplikácie, prevádzkové hodiny a typ mazania. Naši technici vykonajú šesťkrokový výpočet podľa normy ANSI B29.1 a pred výrobou potvrdia správny rozstup, počet prameňov a počet zubov ozubeného kolesa.
