Jak długo powinien wytrzymać łańcuch rolkowy? Czynniki wpływające na żywotność

Smarowanie jest bez wątpienia najważniejszym czynnikiem, jaki inżynierowie stosują w przypadku łańcuchów rolkowych w całym okresie ich eksploatacji. Gdy na styku sworznia i tulei utrzymywana jest odpowiednia warstwa oleju, sworznie poruszają się swobodnie na hydrodynamicznym klinie smaru, a kontakt metaliczny jest niemal całkowicie wyeliminowany. Usunięcie tej warstwy — poprzez zanieczyszczenie, parowanie, niewystarczającą częstotliwość aplikacji lub po prostu niewłaściwą klasę oleju do danej temperatury roboczej — może spowodować dziesięciokrotne lub większe przyspieszenie zużycia w porównaniu z prawidłowo nasmarowanym łańcuchem. W przypadku większości łańcuchów przemysłowych pracujących z umiarkowanymi prędkościami wystarczający jest olej ISO VG 68 do ISO VG 100 nakładany w odpowiednich odstępach czasu (zwykle co 8 do 80 godzin, w zależności od metody). Smarowanie kąpielowe, podawanie kroplowe, strumieniowe smarowanie i smary z dożywotnim uszczelnieniem — każde z nich nadaje się do różnych zastosowań, a właściwy wybór smaru do napędu jest równie ważny, jak sama klasa oleju. W halach produkcyjnych w Sheffield, gdzie panują duże wahania temperatury otoczenia, często pomijanym problemem jest upewnienie się, że smar nie stanie się zbyt lepki i nie przedostanie się do wnętrza tulei sworzniowej w chłodne poranki.

Każdy łańcuch rolkowy ma maksymalne dopuszczalne obciążenie robocze, a co ważniejsze, granicę zmęczenia – obciążenie cykliczne, poniżej którego pęknięcie zmęczeniowe jest teoretycznie odroczone na czas nieokreślony. Celem jest ciągła praca poniżej granicy zmęczenia; wbijanie łańcucha w strefę zmęczenia, nawet okresowo, powoduje akumulację uszkodzeń, które są nieodwracalne. Inżynierowie muszą uwzględniać nie tylko nominalne przenoszone obciążenie, ale także obciążenia udarowe i dynamiczne – przenośniki, które startują przy pełnym obciążeniu, napędy podlegające regularnym zmianom kierunku obrotów lub systemy sprzężone z maszynami tłokowymi, takimi jak sprężarki tłokowe, będą doświadczać obciążeń szczytowych, które mogą być dwu- lub trzykrotnie wyższe niż w stanie ustalonym. Metodologia współczynnika przeciążenia ISO 10823 istnieje właśnie po to, aby ilościowo określić tę dynamikę i przełożyć ją na odpowiedni dobór łańcucha. Przeciążone łańcuchy rolkowe w przemyśle przetwórstwa kruszyw w okolicach Barnsley, na przykład, często ulegają uszkodzeniu po upływie mniej niż jednej czwartej ich potencjalnej żywotności, ponieważ początkowy rozmiar został oparty na mocy znamionowej silnika bez zastosowania realistycznego współczynnika udaru.

Prędkość łańcucha wpływa na zużycie poprzez dwa mechanizmy. Przy dużych prędkościach prędkość uderzenia każdej rolki w ząb koła łańcuchowego wzrasta, zwiększając chwilowe naprężenie stykowe i przyspieszając zużycie rolki i tulei. Przy bardzo dużych prędkościach w niedostatecznie smarowanych systemach, odśrodkowy wyrzut smaru z łańcucha pogłębia problem. Liczba zębów koła łańcuchowego ma ogromne znaczenie: małe koło łańcuchowe z mniejszą liczbą zębów powoduje efekt ostrego wielokąta – cykliczną zmianę prędkości i kierunku łańcucha, znaną jako efekt cięciwy – który generuje drgania i dodatkowe naprężenia dynamiczne przy każdym zazębieniu zęba. Ogólna zasada zalecana przez większość producentów łańcuchów to minimum 17 zębów na mniejszym kole łańcuchowym w przypadku napędów pracujących w trybie ciągłym, a optymalnie 21 lub więcej dla płynnej pracy przy niskich wibracjach. Praca koła napędowego z 9 zębami na przenośniku o dużej prędkości, co jest sporadycznie spotykane w starszych zautomatyzowanych magazynach w okolicach Milton Keynes, przewidywalnie skraca żywotność łańcucha do ułamka tego, co osiągnąłby napęd o prawidłowej specyfikacji.

Środowisko pracy działa jak stały mnożnik tła dla wszystkich innych mechanizmów zużycia. Ścierny pył mineralny — obecny w produkcji cementu w okolicach Rugby lub w kamieniołomach w Peak District — osadza się w warstwie smaru i przekształca go w pastę polerską, ścierając powierzchnie sworzni i tulei z bezlitosną skutecznością. Wilgoć sprzyja utlenianiu powierzchni, a nawet cienkie warstwy tlenków w szczelinie sworzni-tulei działają jak cząstki ścierne po ich oderwaniu. Ekstremalne temperatury negatywnie wpływają na lepkość smaru: zbyt wysoka temperatura powoduje, że olej rozrzedza się poniżej minimalnej grubości warstwy dla separacji hydrodynamicznej; zbyt niska temperatura powoduje, że nie przenika przez ciasne szczeliny, zanim maszyna się nagrzeje. Rozpryskiwanie się kwaśnych lub zasadowych substancji chemicznych, powszechne w zakładach uzdatniania wody i zakładach przetwórstwa środków chemicznych do rolnictwa w Lincolnshire, może zniszczyć ochronne powłoki powierzchniowe w ciągu kilku tygodni. Obudowa, uszczelnienia i specyfikacja materiałów dostosowana do środowiska to główne rozwiązania projektowe w przypadku zanieczyszczonego środowiska.

Łańcuch z prawidłowym napięciem początkowym, precyzyjnie ustawionymi zębatkami i prawidłowym rozstawem osi zawsze wytrzyma dłużej niż ten sam łańcuch zamontowany w pośpiechu. Napięcie początkowe łańcucha jest często źle rozumiane: łańcuch rolkowy nie powinien być montowany ciasno jak pasek. Prawidłowy luz dla napędu poziomego wynosi około 2% rozstawu osi — ciaśniej powoduje dodatkowe obciążenie łańcucha i łożysk, nie przynosząc żadnych korzyści. Ustawienie kół zębatych jest krytyczne, ponieważ boczne odchylenie od osi zmusza rolki do poruszania się po bokach zębów koła zębatego, zamiast centrowania ich w szczelinie międzyzębowej, co powoduje nierównomierne obciążenie na całej szerokości płytek ogniw i przedwczesne zużycie boczne zarówno łańcucha, jak i koła zębatego. Nawet odchylenie od osi wynoszące od 1° do 2° może skrócić żywotność łańcucha o 30% do 50% w przypadku mocno obciążonego napędu. Poświęcenie czasu na prawidłowe ustawienie łańcucha podczas montażu — za pomocą liniału lub laserowego narzędzia do ustawiania — zwraca się wielokrotnie w całym okresie eksploatacji łańcucha.

Nawet w idealnych warunkach łańcuchy rolkowe ulegają zużyciu. Pytanie brzmi, czy zużycie to zostanie wykryte i opanowane, zanim przekroczy progi krytyczne. Regularny pomiar wydłużenia łańcucha – za pomocą skalibrowanego wskaźnika zużycia łańcucha lub prostej stalowej linijki w odniesieniu do znanej liczby ogniw – pozwala zespołom konserwacyjnym śledzić tempo zużycia i przewidywać potrzebę wymiany przed awarią. Większość producentów zaleca wymianę, gdy wydłużenie osiągnie od 1,5% do 2% nominalnej długości podziałki dla standardowych napędów, a bardziej rygorystyczne progi – czasami nawet od 0,5% do 1% – dla precyzyjnych zastosowań indeksujących lub napędów sprzężonych z drogimi przekładniami, gdzie przeskok łańcucha może spowodować uszkodzenia w dalszej części łańcucha o wartości dziesiątek tysięcy funtów. Oprócz pomiaru łańcucha, kontrola zużycia zębów zębatych powinna być przeprowadzana przy każdej wymianie łańcucha; zużyte koło zębate przyspieszy zużycie nowego łańcucha do tego stopnia, że ​​jego żywotność stanie się ułamkiem normalnej. Łańcuch i koła zębate należy wymieniać razem, gdy widoczne jest zużycie koła zębatego.