Výrobný inžinier v kórejskej priemyselnej pekárni špecifikoval náhradu za neúspešný hnacia reťaz na pohone miešačky cesta. Vzala si typový štítok motora – 7,5 kW pri 1 450 ot./min. – použila servisný faktor ANSI 1,3 pre mierne rázy, našla vhodnú reťaz v tabuľke výberu a objednala ju. Náhrada zlyhala na rovnakom mieste po 1 100 hodinách, čo sa takmer presne zhodovalo s životnosťou originálu. Výber reťaze bol technicky správny pre štandardnú aplikáciu so miernymi rázmi. Nezohľadňovala však, že miešačka cesta sa spúšťa pri plnom zaťažení trikrát za smenu – studené, tuhé cesto – a každý štart dosahuje vrchol približne 4-násobok prevádzkového krútiaceho momentu počas prvých 2 – 3 sekúnd. Systém servisných faktorov ANSI sa vzťahuje na ustálené a mierne cyklické zaťaženia; nezachytáva zotrvačné rozbehové zaťaženia. Navrhovanie pohonu pre rozbehový krútiaci moment namiesto prevádzkového krútiaceho momentu by si vyžadovalo reťaz o dve veľkosti väčšiu alebo hydraulickú spojku pred motorom na obmedzenie rozbehového špičkového momentu. Ani jedna z možností sa nezohľadnila, pretože podmienka rozbehu nebola zahrnutá do výpočtu výberu.
Výber správneho hnacia reťaz vyžaduje si postupné spracovanie štyroch odlišných technických otázok a vyžaduje, aby sa na každú otázku odpovedalo pre skutočný prevádzkový stav – nie pre stav uvedený na typovom štítku. Táto príručka poskytuje metódu pre každý krok.
Krok 1 – Určenie korigovaného návrhového výkonu
Metóda výberu podľa ANSI B29.1 začína korigovaným konštrukčným výkonom, čo je výkon uvedený na typovom štítku motora vynásobený prevádzkovým faktorom, ktorý zohľadňuje charakter zaťaženia poháňaného stroja. Publikované prevádzkové faktory ANSI sú:
| Typ zaťaženia | Načítať znak | Faktor služby ANSI | Príklady typických zariadení |
|---|---|---|---|
| Hladký | Stabilný krútiaci moment, žiadne impulzy | 1.0 | Odstredivé čerpadlá, ventilátory, miešadlá kvapalín |
| Mierny šok | Cyklické alebo pulzujúce, občasné vrcholy | 1,3 – 1,5 | Pásové dopravníky, miešačky cesta, obrábacie stroje |
| Silný šok | Silné prerušované vrcholy, zvraty | 1,7 – 2,0 | Drviče hornín, lisy, kompresory (piestové) |
Okrem štandardného servisného faktora sa v špecifických prípadoch uplatňujú dva ďalšie multiplikátory: a viacvláknový faktor (pri použití duplexného alebo triplexného reťazca sa menovitý výkon vynásobí 1,7 alebo 2,5, a nie jednoducho zdvojnásobí alebo strojnásobí, pretože vlákna nerozdeľujú záťaž úplne rovnomerne); a faktor napínacieho ozubeného kolesa (jednoduché napínacie koleso na uvoľnenej strane znižuje menovitý výkon približne o 10–151 TP3T v dôsledku dodatočného zavedeného cyklu únavy v ohybe).
Krok 2 – Vyberte rozstup reťaze z tabuľky výkonov
Vzťah medzi prevodovým pomerom, otáčkami hriadeľa a krútiacim momentom – základ pre správny výber rozstupu reťaze.
Tabuľky menovitého výkonu podľa normy ANSI B29.1 zobrazujú akúkoľvek kombináciu korigovaného konštrukčného výkonu (kW) a otáčok malého ozubeného kolesa (ot./min.) na odporúčaný rozstup reťaze. Tabuľka je rozdelená do oblastí – každá oblasť je ohraničená minimálnymi a maximálnymi otáčkami pri menovitom výkone reťaze pre každý rozstup. Správny rozstup je ten, ktorého oblasť obsahuje konštrukčný bod (priesečník výkonu × otáčok).
Dve pravidlá výberu, ktoré samotný graf nekomunikuje: po prvé, keď sa konštrukčný bod nachádza blízko hranice medzi dvoma zónami rozstupu, vždy vyberte menší rozstup a overte, či je dvojvláknový motor v menšom rozstupe vhodnejší ako jednovláknový motor vo väčšom. Po druhé, pri nízkych otáčkach (pod približne 100 ot./min. na malom ozubenom kolese) sa výkonové hodnoty grafu stávajú konzervatívnymi, pretože tvorba mazacieho filmu sa stáva marginálnou – pri veľmi nízkych otáčkach je správnym prístupom výber najbližšej vyššej veľkosti z výsledku grafu a zadanie nepretržitého mazania bez ohľadu na hranicu grafu.
| Rozstup reťaze | Praktický rozsah otáčok (ot./min.) | Menovitý výkon pri 500 ot./min. (kW, 17T) | Menovitý výkon pri 1450 ot./min. (kW, 17T) | Maximálna odporúčaná rýchlosť (ot./min., 17 oz) |
|---|---|---|---|---|
| #35 (9,525 mm) | 400 – 3 000+ | 0.37 | 0.82 | 4,800 |
| #40 (12,70 mm) | 200 – 2 500 | 1.20 | 2.90 | 3,200 |
| #50 (15,875 mm) | 150 – 2 000 | 2.30 | 5.20 | 2,500 |
| #60 (19,05 mm) | 100 – 1 800 | 4.20 | 9.10 | 2,000 |
| #80 (25,40 mm) | 60 – 1 200 | 9.50 | 19.5 | 1,400 |
| #100 (31,75 mm) | 40 – 900 | 18.0 | 35.5 | 1,100 |
| #120 (38,10 mm) | 30 – 700 | 30.0 | 57.0 | 800 |
Všetky výkonové údaje v tejto tabuľke platia pre jednovláknovú reťaz na 17 zuboch s kvapkovým mazaním typu 2. Skutočný menovitý výkon sa zvyšuje s počtom zubov (17T → 21T pridáva približne 181 TP3T kapacitu) a znižuje sa s nedostatočným mazaním (manuálne mazanie pri menovitých otáčkach znižuje efektívnu kapacitu o 30 – 401 TP3T od hodnoty typu 2). Tabuľka slúži ako východiskový bod pre výber reťaze, nie ako koncový bod – vždy si overte údaje v tabuľke výberu publikovanej výrobcom pre konkrétny typ reťaze, ktorý zvažujete.
Krok 3 – Vyberte počet zubov ozubeného kolesa a potvrďte prevodový pomer
Po potvrdení rozstupu reťaze sa zvolí počet zubov ozubeného kolesa tak, aby sa dosiahol požadovaný prevodový pomer. Vzorec pre prevodový pomer je presný pre reťazové pohony kvôli pozitívnemu záberu:
Tri pravidlá pre počet zubov, ktoré ovplyvňujú kvalitu pohonu aj mimo prevodového pomeru:
Norma ANSI B29.1 špecifikuje 17 zubov ako praktické minimum pre plynulý a tichý chod. Pod 17 zubami presahuje kolísanie rýchlosti polygónového efektu ±1,71 TP3T, čo spôsobuje počuteľný hluk a merateľné zvlnenie rýchlosti hriadeľa. Pod 13 zubami klesá uhol opásania malého ozubeného kolesa pod 120°, čo znižuje počet zubov v zábere a vyžaduje zníženie publikovaného výkonu. Na unášači použite minimálne 17T; 21T alebo viac pre presné indexovacie a servopohony.
Použitie nepárneho počtu zubov na jednom ozubenom kolese a párneho počtu zubov na druhom zabezpečuje, že každá kladka sa dotýka každého zuba na svojom ozubenom kolese, a nie opakovane sa dotýka toho istého zuba. Tým sa opotrebenie rozloží po celom obvode ozubeného kolesa, a nie sa sústredí na tú časť zubov, s ktorou by sa opakovane zachytávali tie isté kladky. Tento efekt je najvýraznejší, keď je dĺžka reťaze celý násobok rozstupu – vyhnutie sa tomuto vzťahu „loviacich zubov“ použitím počtu zubov so spoločným faktorom 1 vedie k merateľne rovnomernejšiemu rozloženiu opotrebenia.
Norma ANSI B29.1 odporúča maximálny jednostupňový prevodový pomer 7:1. Nad týmto pomerom uhol opásania malého ozubeného kolesa klesá do bodu, kedy nie je možné spoľahlivo udržiavať napnutie reťaze bez napínača. V praxi sa pomery nad 5:1 v jednom stupni zvyčajne lepšie riešia dvojstupňovým reťazovým pohonom alebo kombinovaným usporiadaním reťaze a prevodovky – veľké hnané ozubené koleso potrebné pre prevodový pomer 7:1 pri bežných otáčkach hriadeľa sa stáva fyzicky nepraktickým pri stredných a veľkých rozstupoch reťazí.
Krok 4 – Vzdialenosť medzi stredmi, dĺžka reťaze a nastavenie previsu
Odporúčaná stredová vzdialenosť pre štandardné horizontálne reťazové pohony je 30 – 50-násobok rozstupu reťaze. Pre reťaz ANSI #60 s rozstupom 19,05 mm to predstavuje odporúčaný rozsah 571 – 952 mm. Rozstupy kratšie ako 30 znižujú uhol opásania na malom ozubenom kolese; rozstupy väčšie ako 50 vytvárajú na uvoľnenej strane dlhý voľný rozsah, ktorý v určitých rozsahoch otáčok vytvára rezonančné vibrácie. Oba extrémy vyžadujú dodatočné opatrenia – napínač v krátkych rozstupoch, vodidlo v stredovom rozstupe alebo tlmič vibrácií v dlhých rozstupoch.
Dĺžka reťaze v rozstupoch (článkoch) sa vypočíta z:
Výsledok zaokrúhlite na najbližšie párne číslo, aby ste získali štandardný plný spojovací článok (polovičné články alebo odsadené články sú slabšie a malo by sa im vyhnúť vo všetkých aplikáciách okrem ľahkých). Osová vzdialenosť sa potom mierne upraví, aby sa prispôsobila celočlánkovej reťazi – pri zaokrúhľovaní nadol znížte osovú vzdialenosť, pri zaokrúhľovaní nahor ju zvýšte.
Previs na uvoľnenej strane pre horizontálny pohon by mal byť nastavený približne na 21 TP3T stredovej vzdialenosti. Pre pohon s stredovou vzdialenosťou 600 mm je správny previs – meraný v strede dolnej reťaze s pokojovým pohonom – približne 12 mm. Príliš napnutá reťaz zvyšuje zaťaženie ložiska a viac sa zahrieva; nedostatočné napnutie umožňuje chlopenie uvoľnenej strany a zvyšuje rýchlosť nárazu valčeka na hnacie ozubené koleso. Pri pohonoch so zvislými alebo šikmými reťazovými dráhami sa požiadavka na previs znižuje na 0–11 TP3T stredovej vzdialenosti, pretože gravitácia pomáha napínať reťaz v dolnom rozpätí.
Krok 5 – Výber mazacieho systému zodpovedajúceho menovitému výkonu
Tabuľky výkonových parametrov ANSI sú publikované pre konkrétne typy mazania. Použitie metódy mazania nižšej triedy ako je menovitý typ mazania znižuje efektívnu výkonovú kapacitu z tabuľkovej hodnoty. Toto je najčastejšie ignorovaný aspekt výberu reťazového pohonu, pretože rozhodnutie o mazaní sa často robí nezávisle od veľkosti reťaze – údržbárskym inžinierom po dokončení mechanického návrhu.
Systémy hnacích reťazí inštalované v kontrolovaných priemyselných prostrediach – výber mazacieho systému je rovnako dôležitý ako výber veľkosti reťaze.
| Typ mazania | Metóda | Použiteľná rýchlosť (ot./min., malé ozubené koleso) | Výkonová kapacita vs. menovitý výkon |
|---|---|---|---|
| Typ 1 – Manuálne | Pravidelne kefujte alebo stláčajte fľašu do uvoľnenej strany | Pod 200 ot./min. | 60–70% menovitého |
| Typ 2 – Odkvapkávanie | Dávkovaný olej kvapká z nádržky do reťaze vo vnútri | 200 – 1 000 ot./min. | 100% menovitého výkonu (na základe grafu) |
| Typ 3 – Vaňa / Slinger | Reťaz sa prehne v olejovej vani alebo kotúči a olej sa dostane na reťaz | Až 2 000 ot./min. | 130–150% menovitého |
| Typ 4 – Nútený prúd | Olejové čerpadlo dodáva nepretržitý prúd; filter + chladič | Všetky rýchlosti vrátane viac ako 2 000 ot./min. | 150–175% menovitého |
Dôsledky tejto tabuľky sú významné pre návrh pohonu. Reťaz vybraná na hranici svojej menovitej kapacity pri kvapkovom mazaní typu 2 a potom nainštalovaná iba s manuálnym mazaním efektívne beží pri 140 – 1671 TP3T svojej kapacity – čo je stav, ktorý spôsobí únavové porušenie pred uplynutím projektovanej životnosti bez ohľadu na kvalitu reťaze. Naopak, prechod z kvapkového mazania na mazanie olejovým kúpeľom na existujúcom pohone môže efektívne zvýšiť výkon o 30 – 501 TP3T, čo niekedy úplne odloží projekt zväčšenia reťaze.
Šesť chýb pri výbere hnacej reťaze, ktoré sú príčinou väčšiny predčasných porúch
Výkon motora uvedený na typovom štítku je maximálny trvalý výkon, nie priemerný prevádzkový výkon. Motor s výkonom 7,5 kW poháňajúci polovične zaťažený dopravník pri efektívnom zaťažení 3,8 kW by mal pri výbere použiť efektívne zaťaženie, nie typový štítok – táto chyba môže preceniť reťaz o 50 – 1001 TP3T, čo vedie k plytvaniu nákladmi, ale je to neškodné. Nebezpečným smerom je použitie servisného faktora na typový štítok, keď pohon počas spúšťania alebo prechodných podmienok pravidelne prekračuje hodnotu uvedenú na typovom štítku.
Priamy štart motora (DOL) vytvára 5–7-násobok menovitého krútiaceho momentu počas 0,5–2 sekúnd. Pri reťazovom pohone priamo spojenom s motorom (bez remeňa alebo hydraulickej spojky na absorbovanie špičky pri štarte) sa tento špičkový krútiaci moment prenáša výlučne cez reťaz. Pri 6-násobku menovitého krútiaceho momentu je reťaz správne dimenzovaná pre ustálený stav s bezpečnostným faktorom 7:1 momentálne na bezpečnostnom faktore 1,2:1 – pod prahom jednorazovej poruchy pre akumuláciu únavového poškodenia.
Výber reťaze a výber mazania sa musia vykonať súčasne. Reťaz vybraná na hornej hranici svojho kvapkového mazania typu 2 a potom nainštalovaná bez kvapkového oleja – spoliehajúca sa na mesačné manuálne mazanie – pracuje pri 40–501 TP3T nad svoju skutočnú kapacitu za podmienok nainštalovaného mazania.
Použitie 13 alebo 15 zubov na úsporu miesta spôsobuje vyššie opísané vlnenie rýchlosti v podobe polygónového efektu. Ide o konštrukčný kompromis, nie o technickú optimalizáciu. Ak priestor skutočne nedokáže umiestniť 17-zubové ozubené koleso v požadovanej vzdialenosti od stredu, správnou reakciou je zmena rozstupu reťaze, nie minimálneho počtu zubov.
Odsadený článok (polovičný článok) znižuje lokálnu únavovú životnosť v danom spoji o 20–351 TP3T v porovnaní s lisovaným spojovacím článkom. Pri štandardných ľahkých aplikáciách je to prijateľné. Pri ťažkých alebo vysoko rázových pohonoch je správnym prístupom upraviť stredovú vzdialenosť tak, aby sa do nej zmestil párny počet článkov, a použiť nitovaný lisovaný spojovací článok.
Ozubené koleso, ktoré sa otáčalo po predĺženej reťazi, malo upravenú geometriu zubov tak, aby zodpovedala predĺženému rozstupu. Inštalácia novej reťaze na upravenú geometriu zubov spôsobuje zrýchlené skoré predĺženie – nová reťaz dosiahne prahovú hodnotu predĺženia za zlomok bežnej životnosti. Vymeňte reťaz aj ozubené kolesá pri dosiahnutí prahovej hodnoty predĺženia.
Aplikácie, kde má správny výber hnacej reťaze najvyšší dôsledok
Servopohonom riadené indexovacie systémy. Servomotory pracujúce v aplikáciách presného polohovania tolerujú veľmi malé zmeny rýchlosti v reťazovom pohone. Polygonálny efekt z nízkeho počtu zubov sa prejavuje ako sínusová chyba polohy na hnanom hriadeli – 17-zubový unášač vytvára zmenu rýchlosti ±1,71 TP3T, čo zodpovedá chybe polohy približne ±0,3 mm pri polomere rozstupovej kružnice 100 mm. Pre vysoko presné indexovanie poskytuje minimálne 21 zubov na unášači s pevnou stredovou vzdialenosťou (bez napínača s nastaviteľnou vôľou) a mazaním v olejovom kúpeli najlepšiu kombináciu presnosti polohy a životnosti. Pozrite si náš sortiment ozubené kolesá s hotovým otvorom pre presné pohony pre kompatibilné konfigurácie.
Pohony poľnohospodárskych strojov. Pohony podávacieho komína, mlátičky a dopravníka kombajnu pracujú s vysoko premenlivým zaťažením v abrazívnom prostredí. Princípom výberu je dimenzovať hnaciu reťaz pre najhorší scenár zaťaženia – nie priemer – a špecifikovať reťaz s tesnením O-krúžkom pre kritické pohony, kde je prístup k mazaniu obmedzený. Utesnená reťaz ANSI #80 alebo #100 v podávacom komíne kombajnu vydrží v kórejských poľných podmienkach 4 až 6-krát dlhšie ako otvorená reťaz s ekvivalentným výkonom. Utesnená varianty valčekových reťazí pre poľnohospodárske aplikácie sú skladom v rozstupoch od #60 do #120.
Nepretržité pohony spracovateľského priemyslu. Papierne, cementárne a servisné strediská pre oceliarne často prevádzkujú reťazové pohony nepretržite celé týždne medzi plánovanými intervalmi údržby. Pre tieto aplikácie by mal byť výber založený na minimálnej životnosti 10 000 hodín, čo si vyžaduje výber reťaze s pracovným zaťažením nie väčším ako 8 – 101 TP3T minimálneho medzného zaťaženia s mazaním s kontinuálnou cirkuláciou oleja. Toto sa javí ako veľmi konzervatívne – a je to zámerne – pretože neplánované prestoje v odvetviach kontinuálneho spracovania zvyčajne stoja 10 – 30-násobok ceny samotnej reťaze na jeden incident.
Často kladené otázky
Nechajte si overiť výber hnacej reťaze našimi technikmi
Pošlite nám údaje o vašej aplikácii – výkon motora, rýchlosť, typ zaťaženia, prístup k mazaniu a prostredie – a my vám pred dodaním akýchkoľvek dielov potvrdíme rozstup reťaze, servisný faktor, počet zubov ozubených kolies a špecifikáciu mazania. Nezáväzné posúdenie špecifikácie do jedného pracovného dňa.
Redaktor: Cxm
