Цепные передачи для оборудования кирпичных заводов

1. Введение: особенности цепных передач в кирпичном производстве

Цепные передачи являются неотъемлемой частью технологического оборудования кирпичных заводов. Они применяются в приводах прессов для формования кирпича, ленточных и скребковых конвейеров, смесителей глиняной массы, сушильных вагонеток и другого оборудования. Условия эксплуатации цепных передач на кирпичных заводах характеризуются рядом специфических факторов, определяющих выбор типа цепи и звёздочек.

Основные эксплуатационные факторы на кирпичном производстве включают высокую концентрацию абразивной глиняной пыли в воздухе, переменные ударные нагрузки при работе прессов, повышенную влажность сырьевой массы и относительно невысокие скорости цепных передач (до 2-5 м/с для конвейеров и до 1-2 м/с для приводов прессов). Эти условия предъявляют особые требования к износостойкости шарниров цепей и профилю зубьев звёздочек.

2. Типы приводных цепей для кирпичного оборудования

В приводах кирпичного оборудования применяются несколько типов цепей, различающихся конструкцией и областью применения. Выбор типа цепи определяется характером нагрузки, скоростью движения и условиями эксплуатации.

2.1. Приводные роликовые цепи

Роликовые цепи по ГОСТ 13568 наиболее распространены в приводах прессов и редукторов кирпичного оборудования. Конструкция включает внутренние и наружные пластины, валики, втулки и ролики. Ролик свободно вращается на втулке и при контакте с зубом звёздочки обеспечивает трение качения вместо трения скольжения, что снижает износ зубьев.

Для кирпичных прессов с усилием прессования 100-400 кН типичным является применение однорядных или двухрядных роликовых цепей с шагом 19,05-31,75 мм (типы ПР-19,05; ПР-25,4; 2ПР-25,4). При значительных нагрузках используются цепи повышенной прочности по ГОСТ 21834.

2.2. Тяговые пластинчатые цепи

Тяговые цепи по ГОСТ 588 применяются в конвейерах и транспортёрах для перемещения кирпича-сырца, готовой продукции и технологических вагонеток. Они рассчитаны на значительные тяговые усилия при относительно низких скоростях. Конструктивно выделяют втулочные (тип 1), роликовые (тип 2) и катковые (типы 3 и 4) тяговые цепи.

Катковые цепи с гладкими катками или ребордами обеспечивают качение по направляющим, что особенно важно для наклонных конвейеров. Шаг тяговых цепей выбирается из стандартного ряда от 40 до 1000 мм в зависимости от нагрузки и назначения транспортёра.

2.3. Роликовые длиннозвенные цепи

Длиннозвенные цепи по ГОСТ Р 54917 (ИСО 1275) имеют удвоенный шаг относительно стандартных приводных цепей при сохранении базовых размеров роликов и втулок. Они применяются в тихоходных передачах конвейеров с большим межосевым расстоянием, где требуется снижение массы цепи и стоимости при сохранении нагрузочной способности.

3. Основные параметры роликовых цепей по ГОСТ 13568

Приводные роликовые цепи по ГОСТ 13568-2017 характеризуются рядом конструктивных и прочностных параметров, определяющих их применимость в конкретных условиях. Основным параметром является шаг цепи (t) - расстояние между осями соседних шарниров.

3.1. Обозначение и типоразмеры

Условное обозначение цепи включает тип (ПР - приводная роликовая), шаг в миллиметрах, разрушающую нагрузку в килоньютонах и исполнение по ширине. Например, цепь ПР-25,4-60-2 имеет шаг 25,4 мм (1 дюйм), разрушающую нагрузку 60 кН и второе исполнение по ширине внутреннего звена.

3.2. Материалы и термообработка элементов цепи

Надёжность цепи во многом определяется материалами её элементов и режимами термообработки. Пластины изготавливаются из среднеуглеродистых или легированных сталей марок 40, 45, 50, 30ХН3А с последующей закалкой до твёрдости не менее 32 HRC (типичный диапазон 32-45 HRC). Валики, втулки и ролики производятся из цементируемых сталей с термообработкой до твёрдости поверхности 45-65 HRC.

4. Звёздочки для цепных передач: конструкция и материалы

Звёздочки являются ключевыми элементами цепной передачи, обеспечивающими зацепление с цепью и передачу крутящего момента. Геометрия зубьев звёздочек регламентируется ГОСТ 591-69, устанавливающим методы расчёта и построения профиля зуба.

4.1. Профиль зубьев звёздочек

Стандарт устанавливает два профиля зубьев: без смещения и со смещением центров дуг впадин. Профиль без смещения рекомендуется для точных кинематических реверсивных передач. Профиль со смещением применяется в большинстве силовых передач и обеспечивает лучшее зацепление при износе цепи.

Основные геометрические параметры звёздочки определяются шагом цепи и числом зубьев. Делительный диаметр звёздочки рассчитывается по формуле:

4.2. Выбор числа зубьев звёздочек

Число зубьев ведущей звёздочки выбирается с учётом плавности хода, износостойкости и передаточного отношения. Минимальное рекомендуемое число зубьев для роликовых цепей определяется эмпирической зависимостью:

Максимальное число зубьев ведомой звёздочки ограничивается условием сохранения зацепления при износе цепи. Для роликовых цепей z_2max = 120, для тяговых цепей z_2max = 100.

4.3. Материалы звёздочек

Выбор материала звёздочки определяется условиями эксплуатации, числом зубьев и передаваемой нагрузкой. Для ведущих звёздочек с малым числом зубьев (z менее 30) применяются качественные конструкционные стали с последующей термообработкой.

5. Термообработка и закалка зубьев звёздочек

Для повышения износостойкости звёздочек в условиях абразивной среды кирпичного производства применяется термическая обработка зубьев. Выбор метода термообработки зависит от материала звёздочки, модуля зацепления и требуемой твёрдости.

5.1. Методы термообработки

Объёмная закалка применяется для звёздочек из среднеуглеродистых сталей (40, 45, 40Х). Деталь нагревается до температуры аустенизации (800-860 C) и охлаждается в масле или воде. Последующий отпуск при 150-250 C снимает внутренние напряжения. Твёрдость после обработки составляет 40-50 HRC.

Поверхностная закалка ТВЧ (токами высокой частоты) обеспечивает высокую твёрдость поверхностного слоя зубьев (45-55 HRC) при сохранении вязкой сердцевины. Метод применим для зубьев с модулем более 2 мм. При малых модулях мелкий зуб прокаливается насквозь, что приводит к короблению и хрупкости.

Цементация с закалкой применяется для звёздочек из низкоуглеродистых сталей (15, 20, 20Х). Поверхностный слой насыщается углеродом на глубину 0,8-1,5 мм, после чего производится закалка. Твёрдость поверхности достигает 56-63 HRC при вязкой сердцевине (30-40 HRC).

5.2. Звёздочки с калёными зубьями

Для условий интенсивного абразивного износа на кирпичных заводах рекомендуется применение звёздочек с калёными зубьями. Закалка зубьев повышает твёрдость рабочих поверхностей до 55-60 HRC, что в 2-3 раза увеличивает ресурс звёздочки в запылённых условиях.

6. Расчёт цепной передачи для кирпичного пресса

Проектировочный расчёт цепной передачи выполняется по критерию износостойкости шарниров, который является определяющим для большинства передач. Расчёт включает определение шага цепи, проверку на износостойкость и расчёт геометрических параметров.

6.1. Определение шага цепи

Шаг цепи предварительно определяется по эмпирической формуле:

6.2. Коэффициент эксплуатации

Коэффициент эксплуатации учитывает условия работы передачи:

6.3. Пример расчёта для привода пресса

7. Износ цепей и звёздочек в условиях глиняной пыли

Износ является основной причиной выхода из строя цепных передач на кирпичных заводах. Абразивные частицы глины, проникая в шарниры цепи, многократно ускоряют изнашивание валиков и втулок, что приводит к удлинению цепи и нарушению зацепления со звёздочками.

7.1. Механизм износа шарниров

Износ шарниров происходит при взаимном повороте валика и втулки под нагрузкой. Абразивные частицы, попавшие в зазор между контактирующими поверхностями, действуют как шлифовальный материал, удаляя микрослои металла. Скорость износа зависит от давления в шарнире, частоты поворотов (определяемой числом зубьев звёздочки и скоростью цепи), качества смазки и концентрации абразива.

При износе шарниров происходит увеличение шага цепи. Предельное удлинение цепи не должно превышать 3% от номинального шага. При большем удлинении нарушается правильность зацепления, цепь стремится подняться по профилю зубьев звёздочки и может соскочить.

7.2. Износ зубьев звёздочек

Износ зубьев звёздочек происходит вследствие относительного скольжения ролика цепи по профилю зуба при входе в зацепление. При работе с изношенной цепью, имеющей увеличенный шаг, износ зубьев ускоряется из-за смещения точки контакта ролика с профилем зуба.

Характерным признаком износа зубьев является изменение формы профиля - зуб приобретает заострённую форму, происходит уменьшение толщины зуба по делительной окружности. Критерием предельного износа является проседание цепи на звёздочке, когда ролики располагаются ниже нормального положения на делительной окружности.

8. Смазка цепных передач в запылённых условиях

Выбор способа и типа смазки для цепных передач кирпичного оборудования определяется условиями запылённости. Традиционные жидкие и пластичные смазки в условиях высокой концентрации глиняной пыли быстро загрязняются и превращаются в абразивную пасту, ускоряющую износ.

8.1. Проблема смазки в запылённых условиях

При работе цепной передачи в пыльной среде абразивные частицы оседают на смазанных поверхностях, налипая на масляную плёнку. Загрязнённая смазка теряет защитные свойства и сама становится источником абразивного износа. Пыль, попавшая в шарниры, затрудняет вращение звеньев и увеличивает сопротивление движению.

В связи с этим для сильнозапылённых условий кирпичного производства рекомендуется применение специальных сухих смазок (антифрикционных покрытий) или периодическая ручная смазка с предварительной очисткой цепи.

8.2. Типы смазочных материалов

Антифрикционные покрытия (сухие смазки) - оптимальное решение для запылённых условий. Они содержат твёрдые смазочные компоненты (дисульфид молибдена, графит), распределённые в связующем веществе. После нанесения растворитель испаряется, образуя тонкую сухую плёнку. Такое покрытие не притягивает пыль, работает при температурах от -180 до +450 C и выдерживает высокие контактные давления.

Традиционные смазочные масла применяются при возможности регулярной очистки цепи. Минеральные масла вязкостью 20-50 сСт при 50 C обеспечивают хорошее проникновение в шарниры. Для открытых передач используются масла с повышенной адгезией.

Пластичные смазки (литиевые, кальциевые) рекомендуются только для закрытых передач или при возможности защиты от пыли. В открытых передачах в пыльной среде применение пластичных смазок нецелесообразно.

8.3. Рекомендации по смазке

9. Техническое обслуживание и контроль износа

Регулярное техническое обслуживание цепных передач обеспечивает их надёжную работу и предотвращает аварийные отказы. Основными операциями обслуживания являются контроль натяжения, проверка износа и своевременная смазка.

9.1. Контроль натяжения цепи

Правильное натяжение цепи обеспечивает нормальное зацепление со звёздочками и минимальные динамические нагрузки. Натяжение контролируется по величине стрелы провисания ведомой ветви. Рекомендуемая стрела провисания составляет 1-2% от межосевого расстояния для горизонтальных передач и 0,5-1% для вертикальных.

Натяжные устройства должны компенсировать удлинение цепи в пределах двух звеньев. При большем удлинении необходимо удалить два звена цепи и восстановить натяжение. Это свидетельствует о приближении цепи к предельному износу.

9.2. Методы контроля износа цепи

Износ цепи контролируется измерением удлинения относительно номинального шага. Для измерения используется участок цепи из нескольких звеньев (обычно 10-20 звеньев) в натянутом состоянии.

9.3. Периодичность обслуживания

10. Часто задаваемые вопросы