Łańcuchy rolkowe O-Ring i X-Ring: Wyjaśnienie technologii łańcuchów uszczelnionych

Sercem każdego łańcucha rolkowego jest styk sworznia z tuleją. Podczas każdego połączenia przegubowego – gdy łańcuch zazębia się i rozłącza z kołem zębatym – te dwa elementy obracają się względem siebie pod obciążeniem. W łańcuchu nieuszczelnionym smar nałożony podczas montażu z czasem migruje poza tę krytyczną strefę. W łańcuchu uszczelnionym pierścień elastomerowy osadza się w rowku wyfrezowanym w płytce zewnętrznej, dociskając do utwardzonej powierzchni styku płytki wewnętrznej. Tworzy to zamkniętą wnękę wokół połączenia sworznia z tuleją, która utrzymuje smar na miejscu przez cały okres eksploatacji łańcucha.

Pierścień uszczelniający typu O to torus – prosty pierścień o okrągłym przekroju – osadzony w prostokątnym lub półkolistym rowku. Podczas montażu łańcucha, zewnętrzna płytka ogniwa ściska pierścień uszczelniający typu O, wytwarzając siłę uszczelniającą na całym jego obwodzie. Ta siła ściskająca jest starannie zaprojektowana: zbyt mała powoduje nieszczelność uszczelnienia; zbyt duża – straty tarcia stają się niedopuszczalne. Łańcuchy z pierścieniem uszczelniającym typu O są od kilkudziesięciu lat standardem branżowym w zastosowaniach łańcuchów uszczelnionych, a ich prosta geometria oznacza, że ​​tolerancje produkcyjne są dobrze znane i możliwe do osiągnięcia na dużą skalę.

Pierścień uszczelniający X – czasami nazywany pierścieniem czteropierścieniowym lub uszczelnieniem czterowargowym – ma przekrój poprzeczny w kształcie litery X. Taka geometria tworzy cztery wargi stykowe zamiast dwóch, co daje dwie ważne korzyści inżynieryjne. Po pierwsze, powierzchnia styku uszczelnienia jest zmniejszona na jednostkę siły ściskającej, co zmniejsza tarcie i pasożytnicze straty mocy. Po drugie, pierścień uszczelniający X tworzy dwie oddzielne wargi uszczelniające na każdej powierzchni, więc nawet jeśli jedna z nich ulegnie niewielkiemu zużyciu lub napotka niewielką cząstkę zanieczyszczenia, druga warga utrzymuje uszczelnienie. W rezultacie łańcuch pracuje znacznie chłodniej, z mniejszymi stratami tarcia i żywotnością, która konsekwentnie przewyższa równoważne konstrukcje pierścieni uszczelniających typu O-ring w testach porównawczych.

Niezawodny materiał uszczelniający do środowisk ze środkami smarnymi na bazie ropy naftowej. Doskonała odporność na oleje mineralne, benzynę i płyny hydrauliczne. Zakres temperatur pracy: od -40°C do +120°C. Nadaje się do większości ogólnych zastosowań przemysłowych łańcuchów rolkowych.

Przeznaczony do środowisk agresywnych chemicznie lub w wysokich temperaturach. Odporny na węglowodory aromatyczne, silne kwasy i większość rozpuszczalników. Górna granica temperatury ciągłej: +200°C. Preferowany do obróbki chemicznej i zastosowań w wysokich temperaturach w pobliżu żywności.

Doskonała odporność na ozon, promieniowanie UV i warunki atmosferyczne. Preferowany do stosowania na zewnątrz i w warunkach mycia. Słaba odporność na produkty ropopochodne, dlatego wymaga stosowania kompatybilnego smaru syntetycznego w uszczelnionej komorze. Powszechnie stosowany w rolnictwie i leśnictwie na wolnym powietrzu.

Szeroki zakres temperatur (od -60°C do +230°C) sprawia, że ​​uszczelki silikonowe są atrakcyjne w ekstremalnych warunkach, ale niższa wytrzymałość mechaniczna wymaga starannego projektowania. Niszowe zastosowanie w przemyśle lotniczym, przetwórstwie żywności i niektórych systemach transportu farmaceutycznego, gdzie wahania temperatury są zjawiskiem powszechnym.

Łańcuch 120HSP-00 został zaprojektowany z myślą o wymagających cyklach pracy spotykanych w podwoziach i układach napędowych Caterpillar. Wyposażony w precyzyjnie szlifowane sworznie i tuleje, zoptymalizowany rowek mocujący uszczelkę X-ring oraz stalową płytę, która zapewnia wysokie obciążenie zrywające przy wyjątkowej odporności na zmęczenie, ten łańcuch został skonstruowany tak, aby przetrwać tam, gdzie standardowy łańcuch rolkowy uległby awarii w ułamku okresu międzyserwisowego. Zgodność wymiarowa ze specyfikacjami OEM Caterpillar gwarantuje idealne dopasowanie bez konieczności modyfikacji układu napędowego.

Tam, gdzie geometria 120-stopniowa spełnia wymagania serii C, łańcuch C100HSP-00 wypełnia krytyczną lukę w specyfikacji w ofercie łańcuchów kompatybilnych z Caterpillar. Łańcuch ten łączy w sobie koncepcję uszczelnionego łożyska ze wzmocnioną konstrukcją płytkową, która wytrzymuje duże obciążenia udarowe i wysokie prędkości kątowe nowoczesnych maszyn Caterpillar pracujących w kamieniołomach, budownictwie i transporcie materiałów sypkich. Materiał uszczelniający został dobrany pod kątem odporności na środki smarne na bazie mineralnej i syntetycznej, powszechnie stosowane we flotach wynajmowanych maszyn w Wielkiej Brytanii.

Łańcuchy uszczelnione standardowo osiągają 3–6 razy dłuższą żywotność niż łańcuchy standardowe w środowiskach ściernych, mokrych lub zanieczyszczonych, co znacznie zmniejsza częstotliwość wymiany i koszt godziny pracy łańcucha napędowego.

Smarowanie w szczelnym opakowaniu eliminuje konieczność częstych przestojów w celu dosmarowania. Zespoły konserwacyjne mogą przeznaczyć czas wcześniej poświęcany na smarowanie łańcucha na bardziej wartościowe działania konserwacyjne o charakterze predykcyjnym.

Stałe smarowanie na styku sworznia i tulei tłumi główny mechanizm zużycia odpowiedzialny za wydłużanie się łańcucha. Napędy z uszczelnionym łańcuchem utrzymują prawidłową podziałkę i zazębienie zębatki znacznie dłużej, chroniąc profile zębów zębatki i poprawiając ogólną wydajność napędu.

Ciągła warstwa smaru utrzymywana przez uszczelkę i tłumiąca uderzenia metalu o metal w każdym punkcie połączenia zapewnia mierzalnie niższy poziom hałasu — jest to ważny czynnik mający znaczenie dla zgodności z przepisami dotyczącymi hałasu w zakładach przemysłowych w Wielkiej Brytanii.

Uszczelnienie elastomerowe działa jak dwukierunkowa bariera, utrzymując środek smarny wewnątrz uszczelnionej komory i zapobiegając przedostawaniu się ściernego pyłu, piasku, wody i zanieczyszczeń chemicznych do strefy styku sworznia i tulei, która jest podatna na zużycie.

Konstrukcje z pierścieniami X charakteryzują się w szczególności mniejszym oporem tarcia w porównaniu z łańcuchami z pierścieniami O-ring, co przekłada się na nieznacznie niższą temperaturę pracy, mniejsze zużycie energii i większą wydajność napędu w całym zakresie prędkości.

Firma Hartley Brothers Engineering Ltd, specjalizująca się w obsłudze i transporcie materiałów sypkich, prowadząca zakład przetwórczy na obrzeżach Rotherham w South Yorkshire, zgłosiła się do Ever Power pod koniec 2023 roku z problemem operacyjnym. Trzy napędy przenośników kubełkowych i dwa przenośniki łańcuchowe zużywały standardowe łańcuchy rolkowe w tempie, które kierownik ds. utrzymania ruchu określił jako „całkowicie nie do utrzymania”. Przy średnim odstępie między wymianami napędów przenośników kubełkowych wynoszącym zaledwie sześć do siedmiu tygodni, spowodowanym obecnością w zakładzie ściernych drobin tlenku żelaza, zespół poświęcał ponad 40 godzin konserwacyjnych na kwartał na samą wymianę łańcucha – czasu, którego nie dało się odzyskać z godzin produkcyjnych.

Zespół techniczny Ever Power przeanalizował dane dotyczące zastosowania dostarczone przez Hartley Brothers – odległości między osiami wałów, prędkości robocze, obciążenia, warunki otoczenia oraz skład chemiczny drobnych tlenków żelaza – i wybrał niestandardowy łańcuch rolkowy z uszczelnieniem typu X-ring o podziałce ANSI 100, ze stali płytkowej 42CrMo4, z uszczelnieniami FKM (dobranymi ze względu na kompatybilność z lekko kwaśnym odczynem chemicznym drobnych tlenków żelaza) oraz syntetycznym smarem wzbogaconym dwusiarczkiem molibdenu. Rolki wykonano ze spiekanego żelaza, aby poprawić wydajność zazębiania przy niskich prędkościach, a łańcuch dostarczono z dopasowanymi zębatkami zamiennymi o hartowanych profilach zębów, co dodatkowo wydłuża jego żywotność.

Podczas dwunastomiesięcznego przeglądu konserwacyjnego, wszystkie pięć układów napędowych łańcuchów mieściło się w dopuszczalnym limicie wydłużenia 0,5% – żaden nie wymagał wymiany. Zespół konserwacyjny odzyskał równowartość 38 godzin pracy, które wcześniej pochłaniała wymiana łańcuchów, co pozwoliło na ponowne wykorzystanie tych zasobów na planowe kontrole łożysk i analizę oleju przekładniowego. Całkowity koszt instalacji uszczelnionego łańcucha Ever Power – wliczając w to premię za specyfikację niestandardową – został zrekompensowany oszczędnościami na robociźnie konserwacyjnej i pozwolił uniknąć konieczności magazynowania zapasowego łańcucha w ciągu pierwszych siedmiu miesięcy eksploatacji, co przełożyło się na roczną oszczędność kosztów przekraczającą 14 000 funtów w porównaniu z poprzednim programem wymiany łańcuchów tocznych z wykorzystaniem standardowego łańcucha.

„Łańcuchy X-ring, które Ever Power dostarczył do naszych przenośników kubełkowych, działają już od roku bez ani jednej wymiany. Nie sądziliśmy, że to możliwe, biorąc pod uwagę, jak bardzo to środowisko niszczy standardowe łańcuchy. Specyfikacja uszczelnienia FKM była idealna do naszych warunków. Wsparcie techniczne przed złożeniem zamówienia było naprawdę imponujące — od razu zrozumieli zastosowanie”.

„Przetestowaliśmy uszczelnione łańcuchy Ever Power na naszych przenośnikach transferowych, pracujących wzdłuż sit klasyfikujących pył kamienny. Po pierwszym kwartale bez wymiany łańcucha, rozszerzyliśmy test na wszystkie napędy w hali przesiewającej. Odczyty wydłużenia w dziewiątym miesiącu były zgodne ze specyfikacją. Dostarczony przez nich niestandardowy skok pasował do naszych istniejących kół zębatych bez modyfikacji — co miało dla nas ogromne znaczenie w warunkach rzeczywistej produkcji”.

Nasz zespół ds. zaopatrzenia przez lata opierał się wyższym kosztom za metr łańcucha uszczelnionego. Po wdrożeniu specyfikacji Ever Power X-ring na naszej linii przenośników wibracyjnych w Birmingham i porównaniu wyników ze standardowym kosztem łańcucha za godzinę, liczby same się przekonały. Koszt eksploatacji jednego napędu łańcuchowego spadł o nieco ponad 60%. Od tego czasu wymieniliśmy wszystkie napędy o wysokim stopniu zanieczyszczenia w zakładzie.