Цепи роликовые и звездочки для пластинчатых питателей на рудных складах: устройство, расчет, эксплуатация

Введение: роль цепных передач в рудных складах

Пластинчатые питатели представляют собой критически важное звено технологической цепи на рудных складах и горно-обогатительных комбинатах. Эти мощные транспортные системы обеспечивают равномерную подачу крупнокусковой руды из приемных бункеров к дробильному оборудованию. Особенность эксплуатации на рудных складах заключается в работе с материалом плотностью до 2400 килограммов на кубический метр и фракциями до 1250 миллиметров, что предъявляет экстремальные требования к надежности всех компонентов системы.

Тяговым элементом в таких питателях служат тяжелые роликовые цепи типа ПР с увеличенным шагом. В отличие от стандартных приводных цепей, применяемых в легком машиностроении, цепи для рудных складов должны выдерживать не только постоянные высокие нагрузки, но и значительные динамические удары при падении крупных кусков породы массой до шести тонн с высоты до десяти метров. Именно поэтому для данного применения используются цепи с шагом от 160 до 250 миллиметров, что существенно превышает параметры стандартных роликовых цепей.

Типы и конструкция тяжелых роликовых цепей

Тяжелые роликовые цепи типа ПР для пластинчатых питателей представляют собой усиленную конструкцию, рассчитанную на передачу значительных тяговых усилий. Согласно требованиям ГОСТ 13568-97, приводные роликовые цепи состоят из последовательно соединенных внутренних и наружных звеньев. Внутреннее звено образовано двумя пластинами, соединенными запрессованными втулками, на которые свободно надеты ролики. Наружное звено состоит из двух пластин, запрессованных на валики, которые проходят через втулки внутренних звеньев, образуя шарнирное соединение.

Основные компоненты цепи

Конструкция тяжелой роликовой цепи включает несколько критически важных элементов. Пластины изготавливаются из высокопрочных легированных сталей и подвергаются термической обработке для достижения твердости 40-50 HRC. Валики и втулки, образующие шарнирное соединение, производятся из цементируемых сталей с последующей цементацией и закалкой поверхностного слоя до твердости 55-62 HRC. Ролики, обеспечивающие взаимодействие с зубьями звездочек, также проходят термообработку для повышения износостойкости.

Варианты исполнения

Для пластинчатых питателей применяются преимущественно двухрядные или трехрядные цепи, что обусловлено необходимостью распределения высоких нагрузок. Двухрядные цепи типа 2ПР обеспечивают удвоенную несущую способность при сохранении компактности конструкции. Трехрядные цепи типа 3ПР используются в особо тяжелых условиях при транспортировке крупнокусковой руды на крутонаклонных участках.

Расчет шага цепи по нагрузке

Правильный выбор шага цепи является фундаментальным аспектом проектирования надежного пластинчатого питателя. Недостаточный шаг приведет к преждевременному разрушению цепи, в то время как чрезмерный шаг увеличит габариты и массу всей конструкции, создавая дополнительные динамические нагрузки. Расчет основывается на определении тягового усилия цепи и сравнении его с допустимыми значениями для стандартных типоразмеров.

Определение тягового усилия

Тяговое усилие цепи пластинчатого питателя определяется с учетом сопротивления движению груженой ветви, сопротивления движению порожней ветви и дополнительных сопротивлений в местах загрузки и разгрузки. Для горизонтальных питателей основную роль играет сопротивление от трения материала о настил и трения в шарнирах цепи.

Выбор типоразмера цепи

После определения тягового усилия производится выбор цепи по условию прочности. Расчетное тяговое усилие не должно превышать допустимое значение, которое определяется как частное от деления разрушающей нагрузки на коэффициент запаса прочности. Для тяжелых роликовых цепей пластинчатых питателей коэффициент запаса прочности принимается не менее 8-10, что обусловлено наличием значительных динамических нагрузок и ударов.

Материалы звездочек и технологии упрочнения

Звездочки для тяжелых роликовых цепей испытывают интенсивное абразивное и ударное воздействие при работе с рудными материалами. Правильный выбор материала и технологии термической обработки определяет долговечность всей системы. Основным материалом для изготовления звездочек служит легированная конструкционная сталь 40Х, обладающая оптимальным сочетанием прочности, вязкости и способности к поверхностному упрочнению.

Сталь 40Х и ее свойства

Сталь 40Х представляет собой хромистую среднеуглеродистую легированную сталь, содержащую 0,36-0,44 процента углерода и 0,8-1,1 процента хрома. После закалки и среднего отпуска эта сталь обеспечивает твердость сердцевины 28-35 HRC при сохранении высокой ударной вязкости. Такое сочетание свойств критически важно для звездочек, работающих в условиях ударных нагрузок при падении крупных кусков руды.

Технологии поверхностного упрочнения

Для повышения износостойкости рабочих поверхностей зубьев звездочек применяются различные методы поверхностного упрочнения. Наиболее распространенным является метод наплавки износостойких сплавов на рабочие поверхности зубьев. Используются сормайтовые сплавы на основе высокомарганцевой стали типа 110Г13Л или твердые сплавы на основе карбидов вольфрама и хрома.

Наплавка производится электродуговым или газовым методом на высоту 4-6 миллиметров с последующей механической обработкой до требуемого профиля зуба. Твердость наплавленного слоя достигает 55-62 HRC, что в полтора-два раза превышает твердость основного металла. Это обеспечивает значительное увеличение срока службы звездочек в условиях абразивного износа.

Системы смазки роликовых цепей

Качественная смазка является определяющим фактором долговечности роликовых цепей пластинчатых питателей. Задачей смазки является уменьшение трения в шарнирных соединениях цепи, отвод продуктов износа, защита от коррозии и частичное охлаждение нагруженных элементов. В условиях рудных складов применяются три основных метода смазки, выбор которых определяется скоростью движения цепи и условиями эксплуатации.

Консистентная смазка

При скорости движения цепи до 0,5 метра в секунду применяется ручная смазка консистентными материалами. Используются литиевые или кальциевые смазки типа Литол-24, Циатим-221 или их импортные аналоги. Периодичность смазывания составляет один раз в 8-12 часов работы. Смазка наносится на внутренние поверхности звеньев цепи в зоне шарнирных соединений при помощи масленок или щеток.

Недостатком консистентной смазки является недостаточное проникновение в зазоры между валиками и втулками, особенно при низких температурах окружающего воздуха. Кроме того, консистентная смазка способствует налипанию пыли и абразивных частиц, что может ускорять износ. Поэтому данный метод применяется преимущественно на небольших питателях с периодическим режимом работы.

Капельная смазка

Капельная смазка применяется при скорости движения цепи от 0,5 до 2 метров в секунду. Система включает резервуар для масла, маслопроводы и капельницы, обеспечивающие дозированную подачу смазки на цепь. Масло подается на провисающую ветвь цепи в зоне набегания на ведущую звездочку из расчета 1-3 капли в минуту на каждый ряд цепи.

Применяются индустриальные масла вязкостью И-20А, И-30А или И-40А в зависимости от температуры окружающей среды. При отрицательных температурах используются масла пониженной вязкости или масла с депрессорными присадками. Капельная смазка обеспечивает лучшее проникновение в зазоры и более эффективный отвод продуктов износа по сравнению с консистентной смазкой.

Масляная ванна

Смазка погружением в масляную ванну применяется при скорости движения цепи свыше 2 метров в секунду. Нижняя ветвь цепи погружается в картер, заполненный маслом на глубину, обеспечивающую погружение цепи на 10-20 миллиметров. Используются трансмиссионные или индустриальные масла вязкостью И-30А или И-40А.

Срок службы и факторы износа

Типичный срок службы тяжелых роликовых цепей в условиях рудных складов составляет около 8000 часов непрерывной работы, что эквивалентно примерно одному году эксплуатации при круглосуточном режиме. Однако реальная долговечность может существенно варьироваться в зависимости от множества факторов, включающих качество монтажа, условия эксплуатации, режим нагружения и качество технического обслуживания.

Основные виды износа

Износ шарниров является преобладающим механизмом разрушения роликовых цепей. В процессе работы происходит истирание контактирующих поверхностей валиков и втулок, что приводит к увеличению зазоров в шарнирах и, как следствие, к удлинению цепи. Допустимое удлинение цепи составляет не более трех процентов от первоначальной длины. При превышении этого значения происходит нарушение нормального зацепления цепи со звездочками, резко возрастают динамические нагрузки и появляется опасность соскакивания цепи.

Абразивный износ роликов и пластин особенно интенсивен при работе с рудными материалами. Пыль и мелкие частицы руды, попадая в зазоры между роликами и втулками, действуют как абразив, ускоряя износ. Уменьшение диаметра роликов приводит к увеличению контактных напряжений при взаимодействии с зубьями звездочек и дальнейшему ускорению износа.

Факторы, влияющие на срок службы

Качество смазки оказывает решающее влияние на долговечность цепи. При недостаточной смазке срок службы может сократиться в три-пять раз по сравнению с нормальными условиями. Загрязнение смазки абразивными частицами также значительно ускоряет износ. Исследования показывают, что применение качественных смазочных материалов и надежных систем смазки может увеличить срок службы цепи до 12000-15000 часов.

Правильность монтажа и регулировки натяжения цепи также критически важна. Чрезмерное натяжение увеличивает нагрузку на шарниры и подшипники, ускоряя износ. Недостаточное натяжение приводит к провисанию цепи, ударам и рывкам при работе. Оптимальное натяжение обеспечивает стрелу провисания холостой ветви около 40 миллиметров на каждый метр межосевого расстояния.

Натяжные устройства

Натяжные устройства предназначены для обеспечения и поддержания оптимального натяжения цепи в процессе эксплуатации. С течением времени цепь удлиняется вследствие износа шарниров, что требует периодической регулировки натяжения. Для тяжелых цепей пластинчатых питателей применяются преимущественно винтовые натяжные устройства, обеспечивающие надежную фиксацию натяжной звездочки в требуемом положении.

Конструкция винтового натяжителя

Винтовое натяжное устройство состоит из натяжного вала с установленными на нем звездочками, подшипниковых опор, перемещающихся в направляющих рамы питателя, и винтового механизма регулировки. Регулировка осуществляется вращением натяжных винтов, которые перемещают подшипниковые опоры вдоль направляющих, изменяя межосевое расстояние между ведущей и натяжной звездочками.

Для тяжелых питателей применяются мощные натяжные винты диаметром 50-80 миллиметров с трапецеидальной резьбой. Винты снабжаются стопорными гайками для фиксации установленного положения и предотвращения самопроизвольного отворачивания при вибрациях. Ход натяжного устройства составляет обычно 200-400 миллиметров, что обеспечивает компенсацию износа цепи на всем протяжении срока службы.

Технология регулировки натяжения

Регулировка натяжения цепи производится при остановленном питателе после остывания цепи до температуры окружающей среды. Измерение стрелы провисания холостой ветви осуществляется при межосевом расстоянии, установленном техническими условиями на питатель. Для измерения применяется рейка или линейка, устанавливаемая параллельно провисающей ветви цепи.

При недостаточном провисании цепь подтягивают вращением натяжных винтов до достижения требуемого значения. После регулировки обязательно проверяют равномерность натяжения обеих ветвей цепи путем измерения расстояний от оси натяжного вала до неподвижных элементов рамы с обеих сторон питателя. Разница этих расстояний не должна превышать 2-3 миллиметров.

Ведущие производители цепей и звездочек

Рынок тяжелых роликовых цепей и звездочек для горнодобывающей промышленности представлен продукцией как мировых лидеров отрасли, так и отечественных производителей. Каждый из производителей имеет свои технологические особенности и специализацию, что позволяет подобрать оптимальное решение для конкретных условий эксплуатации.

Tsubaki (Япония)

Компания Tsubaki, основанная в 1917 году, является одним из крупнейших мировых производителей промышленных цепей, покрывая около 25 процентов мировых потребностей. Цепи Tsubaki производятся по инновационным компьютеризированным технологиям с высочайшей прецизионной точностью. Особенностью продукции является идеальная геометрия элементов: втулки выполнены с высочайшей точностью по цилиндричности и концентричности, а отверстия в пластинах калибруются специальным шариком.

Для горнодобывающей промышленности Tsubaki предлагает серию SUPER, предназначенную для тяжелых условий работы. Эти цепи имеют повышенную разрушающую нагрузку и увеличенный срок службы благодаря специальной термообработке и точности изготовления. Компания также производит необслуживаемые цепи серии Lambda с самосмазывающимися втулками для применений, где регулярная смазка затруднена.

Renold (Великобритания/Германия)

Группа компаний Renold, основанная в 1864 году, является пионером в области производства втулочно-роликовых цепей. Именно Ганс Ренольд в 1880 году предложил и внедрил первую в мире втулочно-роликовую цепь. Сегодня Renold объединяет производственные мощности в Великобритании и Германии, причем немецкое подразделение Arnold and Stolzenberg специализируется на тяжелых цепях для промышленного применения.

Продукция Renold отличается строгим соблюдением европейских стандартов и демонстрирует характеристики прочности, значительно превышающие минимальные требования стандартов. Для горнодобывающей промышленности особый интерес представляют цепи серии Renold HRC, прошедшие специальную термообработку для работы в условиях высоких абразивных нагрузок. Компания также предлагает цепи Hydroservice с многослойной оцинковкой и полимерным покрытием для работы во влажных условиях.

Российские производители

Среди отечественных производителей следует отметить Тульский завод цепей, Ярославский завод цепей и завод Красный Якорь. Эти предприятия имеют многолетний опыт производства цепной продукции и способны изготавливать цепи как по стандартам ГОСТ, так и по специальным техническим условиям заказчика.

Тульский завод цепей специализируется на производстве тяговых пластинчатых цепей с шагом от 40 до 1000 миллиметров. Предприятие имеет собственное конструкторское бюро и может разрабатывать нестандартные цепи по чертежам заказчиков. Ярославский завод цепей ЯРЗЦ производит широкий ассортимент тяговых цепей и звездочек, уделяя особое внимание контролю качества на всех этапах производства.

Признаки износа и замена цепей

Своевременное выявление признаков износа и замена цепи до наступления аварийной ситуации является важнейшей задачей технического обслуживания. Критическое разрушение цепи в процессе работы может привести не только к длительному простою оборудования, но и к повреждению других компонентов питателя, включая звездочки, валы и подшипники.

Основные признаки износа

Увеличение длины цепи является наиболее объективным показателем износа. Измерение производится на остановленном питателе путем сравнения длины определенного количества звеньев с номинальным значением. Обычно измеряют участок из 20-30 звеньев и определяют процент удлинения. При достижении удлинения трех процентов цепь подлежит замене. Продолжение эксплуатации изношенной цепи приводит к перегрузке зубьев звездочек и их ускоренному износу.

Визуальные признаки износа включают уменьшение диаметра роликов, появление рисок и задиров на поверхностях пластин, увеличенные зазоры в шарнирах. Характерным признаком критического износа является появление трещин на пластинах, обычно начинающихся от отверстий под валики. Такие трещины могут быстро развиваться и привести к внезапному разрушению цепи.

Шумовая диагностика

Изменение характера шума при работе питателя может указывать на развивающийся износ цепи. Новая, правильно смонтированная цепь работает с равномерным шумом без резких звуков. По мере износа появляются периодические щелчки при входе роликов в зацепление со звездочкой, связанные с увеличенными зазорами в шарнирах. Появление металлического скрежета или визга указывает на недостаточную смазку или попадание абразивных частиц в шарниры.

Технология замены цепи

Замена цепи производится при полной остановке питателя и обесточивании привода. Порядок работ включает ослабление натяжения путем перемещения натяжного устройства в крайнее положение, демонтаж соединительного звена старой цепи и установку новой цепи с соединением концов при помощи переходного или соединительного звена. После установки производится предварительная регулировка натяжения и пробный пуск без нагрузки.

При замене сильно изношенной цепи рекомендуется одновременно производить осмотр и при необходимости замену звездочек. Работа новой цепи на изношенных звездочках приводит к ускоренному выходу из строя цепи из-за неправильного зацепления. Признаками износа звездочек являются заостренная форма зубьев, увеличенная глубина впадин между зубьями, наличие трещин или сколов на зубьях.

Часто задаваемые вопросы