Цепи и звёздочки для линий профилирования

Назначение и область применения цепных приводов

Линии профилирования металла представляют собой технологическое оборудование для производства гнутых профилей методом холодной прокатки. Основу профилировочного стана составляют последовательно расположенные формующие клети с валками, через которые протягивается металлическая полоса, постепенно приобретающая заданное сечение профиля. Надёжная и синхронная работа всех валков обеспечивается приводной системой, ключевым элементом которой выступают цепные передачи.

Цепные приводы на профилировочных линиях выполняют критически важную функцию — передают крутящий момент от электродвигателя через редуктор к системе валков, обеспечивая их синхронное вращение. Синхронизация валков необходима для получения профиля с точной геометрией поперечного сечения и исключения дефектов формообразования. В отличие от индивидуальных приводов каждого валка, цепная система позволяет создать единую кинематическую цепь, связывающую все формующие клети.

Профилировочные линии применяются в строительной отрасли для производства элементов лёгких стальных тонкостенных конструкций, фасадных систем, кровельных материалов, направляющих профилей для гипсокартона. В машиностроении линии профилирования используются для изготовления деталей каркасов, усилительных элементов, корпусных конструкций. Сельскохозяйственное машиностроение применяет профилированные изделия в конструкциях сельхозтехники.

Конструкция цепных приводов профилировочных линий

Приводная система профилировочного стана включает электродвигатель, редуктор, шестерёнчатую или цепную клеть и систему передачи крутящего момента к валкам. Цепная передача состоит из ведущей звёздочки, установленной на выходном валу редуктора, ведомых звёздочек на валах формующих клетей и роликовой цепи, охватывающей все звёздочки. При вращении ведущей звёздочки цепь передаёт движение на ведомые звёздочки, обеспечивая синхронное вращение всех валков линии.

Передаточное число цепной передачи определяется отношением числа зубьев ведомой звёздочки к числу зубьев ведущей звёздочки. Для профилировочных линий характерно применение передач с передаточным отношением от 1:1 до 1:3, что обеспечивает оптимальную скорость протягивания материала через формующие клети. Межосевое расстояние в цепных передачах профилировочных станов может составлять от 0,5 до 3 метров в зависимости от конфигурации линии.

Особенности компоновки приводов

На профилировочных станах применяются горизонтальные цепные передачи, при которых оси звёздочек расположены параллельно друг другу в горизонтальной плоскости. Такая компоновка обеспечивает равномерное распределение нагрузки по ширине цепи и упрощает монтаж натяжных устройств. Рабочая ветвь цепи располагается снизу, а холостая — сверху, что создаёт естественное провисание холостой ветви и облегчает регулировку натяжения.

Для многоклетьевых профилировочных линий используется групповой привод от одного электродвигателя с распределением крутящего момента через общую цепную систему. Альтернативным решением является секционный привод, при котором группы клетей приводятся от отдельных двигателей через независимые цепные передачи. Групповой привод обеспечивает точную синхронизацию, а секционный позволяет регулировать скорость отдельных секций линии.

Роликовые цепи для профилировочного оборудования

Роликовая цепь состоит из внутренних и наружных звеньев, соединённых шарнирами. Внутреннее звено образуют две внутренние пластины, запрессованные на втулки. Наружное звено включает две наружные пластины, запрессованные на валики, проходящие через втулки внутренних звеньев. На втулки внутренних звеньев надеты свободно вращающиеся ролики. При работе передачи ролики набегают на зубья звёздочки, обеспечивая трение качения вместо трения скольжения, что снижает износ и повышает КПД передачи до 96-98%.

Основным параметром роликовой цепи является шаг — расстояние между центрами соседних валиков или втулок. Шаг цепи стандартизирован и для приводных роликовых цепей по ГОСТ 13568-2017 составляет от 8 мм до 114,3 мм. Для профилировочного оборудования наиболее распространены цепи с шагом 12,7 мм, 15,875 мм, 19,05 мм и 25,4 мм. Выбор шага определяется передаваемой мощностью, частотой вращения и компоновочными требованиями.

Многорядные роликовые цепи

Для передачи повышенной мощности при ограниченном межосевом расстоянии применяются многорядные роликовые цепи. Двухрядная цепь представляет собой две параллельные однорядные цепи, соединённые общими удлинёнными валиками. Трёхрядные и четырёхрядные цепи применяются на мощных профилировочных линиях для обработки металла толщиной свыше 2 мм. Разрушающая нагрузка многорядной цепи пропорциональна числу рядов с поправочным коэффициентом: для двухрядной цепи коэффициент составляет 1,7, для трёхрядной — 2,5.

Многорядные цепи требуют повышенной точности изготовления звёздочек и монтажа валов. Неравномерность распределения нагрузки между рядами может возникать при перекосе валов, неточности шага зубьев звёздочки или разной жёсткости пластин цепи. Для минимизации неравномерности нагрузки используются звёздочки с зубьями переменной высоты, компенсирующими неточности шага цепи.

Тяжёлые серии роликовых цепей

Тяжёлые роликовые цепи применяются на профилировочных линиях для обработки металла толщиной от 1,5 мм и выше, а также при формовании сложнопрофильных изделий, требующих значительных усилий деформирования. Тяжёлые цепи отличаются увеличенным диаметром валиков и втулок, усиленными пластинами и повышенной прочностью шарнирных соединений. Разрушающая нагрузка тяжёлых цепей в 1,5-2 раза выше по сравнению с цепями нормальной серии того же шага.

Материалом для изготовления пластин тяжёлых цепей служат легированные стали марок 40Х, 50, 50Г с термообработкой до твёрдости 40-50 HRC. Валики, втулки и ролики изготавливают из цементуемых сталей марок 20, 20Х, 15Х с цементацией и закалкой поверхностного слоя до твёрдости 52-65 HRC. Термическая обработка обеспечивает сочетание высокой поверхностной твёрдости, необходимой для износостойкости, и вязкой сердцевины, предотвращающей хрупкое разрушение при ударных нагрузках.

Особенности эксплуатации тяжёлых цепей

Тяжёлые роликовые цепи требуют интенсивной смазки шарнирных соединений. На профилировочных линиях применяется капельная смазка индустриальными маслами вязкостью И-20А или И-30А. Подвод масла осуществляется к каждому шарниру цепи в зоне набегания на ведущую звёздочку. Расход масла составляет 2-5 капель в минуту на каждый метр длины цепи. При интенсивной эксплуатации применяется циркуляционная смазка с подачей масла под давлением 0,05-0,1 МПа.

Натяжение цепи регулируется перемещением оси одной из звёздочек или установкой натяжных роликов. Провисание холостой ветви цепи должно составлять 2-3% от межосевого расстояния. Недостаточное натяжение приводит к ударам роликов о зубья звёздочки и ускоренному износу. Чрезмерное натяжение вызывает перегрузку шарниров и опорных подшипников валов. Проверка натяжения производится измерением прогиба цепи под действием поперечной силы 15-20 Н.

Звёздочки для приводных цепей

Звёздочки для роликовых цепей изготавливаются по ГОСТ 591-69, устанавливающему методы расчёта и построения профиля зуба. Профиль зуба звёздочки должен обеспечивать плавное вхождение ролика цепи во впадину между зубьями и выход из зацепления без ударов и заклинивания. Зуб звёздочки имеет криволинейный профиль, состоящий из участка впадины радиусом, превышающим радиус ролика цепи, и боковых рабочих поверхностей.

Число зубьев ведущей звёздочки выбирается из условия обеспечения плавности хода и минимизации динамических нагрузок. Минимальное число зубьев малой звёздочки для роликовых цепей составляет: при высоких частотах вращения 19-23, при средних 17-19, при низких 13-15. Для профилировочных линий с частотой вращения валков 100-300 об/мин оптимальным является число зубьев ведущей звёздочки 17-21. Максимальное число зубьев большой звёздочки ограничивается 120.

Материалы и термообработка звёздочек

Звёздочки для профилировочных линий изготавливают из конструкционных углеродистых сталей марок 45, 40Х или легированных сталей 40ХН, 35ХМ. Для тихоходных передач допускается применение серого чугуна марок СЧ15, СЧ20. Зубья звёздочек подвергаются термообработке: закалке ТВЧ с отпуском до твёрдости 45-55 HRC или цементации с закалкой до твёрдости 56-62 HRC. Термообработка зубьев повышает износостойкость рабочих поверхностей в 3-5 раз.

Точность изготовления звёздочек характеризуется допусками на диаметр делительной окружности, шаг зубьев, радиальное и торцевое биение. Для обеспечения равномерности износа цепи и звёздочек отклонение шага зубьев не должно превышать 0,1 мм на длине 100 мм делительной окружности. Радиальное биение звёздочки относительно посадочного отверстия не должно превышать 0,2 мм на каждые 100 мм диаметра делительной окружности.

Конические втулки тапербуш

Коническая втулка тапербуш представляет собой разрезную деталь конической формы с внутренним цилиндрическим отверстием и шпоночным пазом. Втулка имеет продольный разрез по всей длине и несколько резьбовых отверстий для установочных винтов. Звёздочка с посадкой под тапербуш имеет коническое посадочное отверстие и ступицу с монтажными отверстиями, соответствующими резьбовым отверстиям втулки.

При затяжке установочных винтов звёздочка своим коническим отверстием насаживается на наружную коническую поверхность втулки. Втулка за счёт разреза сжимается и плотно обхватывает цилиндрическую поверхность вала. Одновременно происходит затяжка соединения звёздочки с втулкой. Передача крутящего момента осуществляется через шпонку, установленную в пазу втулки и вала, а также за счёт силы трения в конической посадке.

Номенклатура и выбор втулок тапербуш

Конические втулки тапербуш стандартизированы по наружному диаметру и ширине. Каждый типоразмер втулки обозначается четырёхзначным номером, например 1008, 1210, 2012, 3020. Первые две цифры указывают на ориентировочный диаметр вала в восьмых долях дюйма, вторые две — на ширину втулки. Для каждого типоразмера выпускаются втулки с различными диаметрами внутреннего отверстия, охватывающими диапазон валов от 9 до 290 мм.

При выборе втулки тапербуш необходимо знать диаметр вала привода и требуемый типоразмер втулки звёздочки. Звёздочки под тапербуш маркируются с указанием номера втулки. Втулки изготавливаются из серого чугуна марок СЧ15, СЧ20 литьём или из конструкционной стали штамповкой. Для тяжёлонагруженных приводов применяются стальные втулки с повышенной прочностью.

Системы синхронизации валков

Синхронное вращение валков профилировочного стана обеспечивает формирование профиля с постоянным поперечным сечением и исключает образование волнистости, складок и других дефектов. Цепная передача обеспечивает жёсткую кинематическую связь между валками, так как зацепление цепи с зубьями звёздочек исключает проскальзывание. Передаточное отношение остаётся постоянным независимо от нагрузки, что критично важно для точности геометрии профиля.

Точность синхронизации валков зависит от точности изготовления цепи и звёздочек, а также от величины износа шарнирных соединений цепи. По мере износа шарниров шаг цепи увеличивается, что приводит к смещению фазы вращения ведомых звёздочек относительно ведущей. Для компенсации износа цепи в приводе предусматривается натяжное устройство, позволяющее поддерживать требуемое натяжение при удлинении цепи на 2-3%.

Групповые и индивидуальные приводы

На профилировочных линиях применяются три основные схемы привода валков: групповой цепной привод от общего электродвигателя, секционный привод с несколькими независимыми цепными передачами и комбинированный привод с индивидуальными двигателями критичных клетей. Групповой привод обеспечивает максимальную точность синхронизации всех валков линии и применяется для станов с однородным технологическим процессом.

Секционный привод разделяет линию на несколько участков, каждый из которых приводится отдельной цепной передачей. Такая схема позволяет варьировать скорость отдельных секций линии для создания натяжения формируемого профиля между клетями. Натяжение необходимо для исключения поперечных смещений полосы и обеспечения точности размеров профиля. Разница скоростей между секциями составляет 1-3%.

Монтаж и техническое обслуживание

Монтаж цепной передачи начинается с установки и выверки валов под звёздочки. Параллельность осей валов контролируется с помощью струны или лазерного уровня. Отклонение от параллельности не должно превышать 0,2 мм на каждые 100 мм длины вала. Радиальное и торцевое биение звёздочек проверяется индикатором часового типа. Радиальное биение не должно превышать 0,3 мм, торцевое — 0,5 мм для звёздочек диаметром до 300 мм.

Звёздочки с коническими втулками тапербуш монтируются в следующей последовательности: втулка вставляется в коническое отверстие звёздочки, совмещаются отверстия для установочных винтов, винты ввинчиваются на 2-3 оборота, звёздочка с втулкой устанавливается на вал с установленной шпонкой, винты затягиваются равномерно крест-накрест с моментом затяжки согласно документации производителя. После затяжки винтов проверяется отсутствие зазора между звёздочкой и втулкой.

Регламент технического обслуживания

Ежедневное обслуживание включает визуальный осмотр цепной передачи, проверку натяжения цепи и контроль подачи смазки к шарнирам. Цепь должна быть чистой, без следов чрезмерного износа роликов и пластин. Провисание холостой ветви измеряется линейкой при остановленном приводе. Еженедельно производится очистка цепи от загрязнений и осмотр зубьев звёздочек на предмет износа и повреждений.

Ежемесячное обслуживание предусматривает проверку крепления звёздочек на валах, контроль затяжки винтов конических втулок, измерение удлинения цепи. Удлинение измеряется на участке 10-20 звеньев с помощью штангенциркуля или специального шаблона. При удлинении более 1,5% от номинальной длины производится регулировка натяжения перемещением оси натяжного ролика или одной из звёздочек. При удлинении более 3% цепь подлежит замене.

Часто задаваемые вопросы

Отказ от ответственности

Настоящая статья носит исключительно информационно-ознакомительный характер и предназначена для расширения технических знаний специалистов в области промышленного оборудования. Представленная информация не является руководством к проектированию, монтажу или эксплуатации оборудования.

Автор не несёт ответственности за любые прямые или косвенные последствия, возникшие в результате использования информации из данной статьи. Все проектные решения, расчёты и технологические операции должны выполняться квалифицированными специалистами на основании действующих нормативных документов, технических условий производителей оборудования и требований промышленной безопасности.

Перед применением любых технических решений необходимо руководствоваться актуальными версиями государственных стандартов, технической документацией производителей оборудования и заключениями специализированных проектных организаций. Информация в статье отражает общие технические принципы и может не учитывать специфические требования конкретных производственных условий.

Источники

ГОСТ 13568-2017 «Цепи приводные роликовые и втулочные. Общие технические условия». Межгосударственный стандарт, введённый в действие с 01.01.2020, устанавливающий параметры, размеры и технические требования к приводным роликовым и втулочным цепям. Разработан с учётом основных нормативных положений международного стандарта ISO 606:2015.

ГОСТ 591-69 «Звёздочки к приводным роликовым и втулочным цепям. Методы расчёта и построения профиля зуба и инструмента. Допуски». Государственный стандарт, определяющий методы расчёта геометрических параметров звёздочек для приводных цепей.

ГОСТ Р 54917-2012 (ИСО 1275:2006) «Цепи роликовые длиннозвенные и звёздочки для приводов и конвейеров». Национальный стандарт, устанавливающий требования к длиннозвенным роликовым цепям.

Иванов М.Н., Финогенов В.А. «Детали машин». Учебник для студентов машиностроительных специальностей высших учебных заведений. Издательство «Высшая школа», 2008. Разделы по расчёту и проектированию цепных передач.

Анурьев В.И. «Справочник конструктора-машиностроителя». В 3-х томах. Издательство «Машиностроение», 2001. Справочные данные по приводным цепям, звёздочкам и цепным передачам.

Решетов Д.Н. «Детали машин». Учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей. Издательство «Машиностроение», 1989. Теоретические основы расчёта цепных передач.

Рекомендуемое оборудование и комплектующие