Źródło: Klüber Lubrication

Łańcuchy napędowe są częścią układu transportowego, którego zadaniem jest przenoszenie napędu. Składają się z połączonych ogniw, jednak ich budowa może być różna, w zależności od przeznaczenia.

W przemyśle możemy mieć do czynienia z łańcuchami napędowymi płytkowymi, drabinkowymi i pierścieniowymi. Kształty, jakie przyjmują, różnią się w poszczególnych aplikacjach. Dla prawidłowego działania urządzeń transportowych istotne jest, aby przekładnie łańcuchowe podlegały odpowiedniej diagnostyce i czynnościom konserwacyjnym.

Na rynku dostępny jest szeroki wybór łańcuchów, a ich dobór zależy głównie od warunków pracy urządzenia. Największą zaletą przekładni łańcuchowych jest stosunkowo duża sprawność w porównaniu do przekładni pasowych oraz brak poślizgu, gwarantujący stałe przełożenie. Co istotne, w przypadku zastosowania łańcucha nie jest konieczne mocne napięcie wstępne, co powoduje, że wały i łożyska przekładni są mniej obciążone. Minusem jest jednak generowanie większego hałasu i konieczność smarowania, którego celem jest zapobieganie zużywania się przegubów.

Rodzaje i charakterystyka łańcuchów napędowych

W maszynach przemysłowych najczęściej stosowane są łańcuchy pierścieniowe (ogniwowe), drabinkowe (tzw. łańcuchy Galla) oraz płytkowe.

Łańcuchy pierścieniowe mają najprostszą konstrukcję, która złożona jest z bezpośrednio połączonych ze sobą ogniw. W praktyce przekładnie z tego typu łańcuchem nie są zbyt często stosowane, ze względu na to, że wytwarzają wysoki poziom hałasu i pracują nierównomiernie. Mają jednak zalety, do których należy przede wszystkim ich dobra wytrzymałość na rozciąganie. W przemyśle można je spotkać m.in. w różnego rodzaju dźwigach oraz innych mechanizmach wolnobieżnych o dużym obciążeniu.

Łańcuchy drabinkowe są znacznie częściej stosowane w układach napędowych. Dzieli się je na tulejkowe, sworzniowe, rolkowe i zębate. Mogą być łączone pojedynczo, podwójnie lub wielokrotnie. W przypadku gdy sworznie łączą jeden rząd równoległych rolek, płytek i tulejek, mówimy o łańcuchu jednorzędowym. Jeśli sworzeń łańcucha zostanie przedłużony i łączy dwa lub więcej rzędów równoległych (rolek, płytek i tulejek) wtedy mamy do czynienia z łańcuchem dwu- lub wielorzędowym.

Łańcuchy drabinkowe mogą być wyposażone w dodatkowe ogniwo, które nazywa się spinką. Służy ono do rozpinania i zapinania łańcucha.

Łańcuchy płytkowe zbudowane są ze specyficznie połączonych płytek, nie posiadają tulejek czy rolek, a jedynie sworznie i płytki. Płytki są osadzone bardzo ciasno względem siebie na sworzniu, dzięki czemu łańcuch jest sztywny. Łańcuchy płytkowe to elementy napędu w urządzeniach dźwigowych. Najbardziej rozpowszechnione są jako element napędu do podnoszenia w wózkach widłowych.

Łańcuchy drabinkowe do napędów

Łańcuchy drabinkowe (tulejkowe, rolkowe i zębate) to najczęściej spotykany rodzaj łańcucha używany w przekładniach łańcuchowych stosowanych w napędach.

Łańcuchy tulejkowe spotykane są głównie w maszynach wolnobieżnych lub napędach pomocniczych. Nie nadają się do silnie obciążonych napędów głównych, nie mają bowiem rolek, których zadaniem jest zabezpieczenie przed zużyciem tulejek i zębów na kołach oraz polepszenie sprawności przekładni.

Łańcuchy rolkowe mają podobną budowę, jednak oprócz płytek zewnętrznych i wewnętrznych, tulejek oraz sworzni mają dodatkowo rolki mocowane na tulejkach, co zwiększa odporność łańcucha na zużycie oraz sprawność przekładni.

Łańcuchy zębate różnią się z kształtem płytek, które przypominają trapez. Dopasowują się one do uzębień kół zębatych w taki sposób, który zabezpiecza je przed zsunięciem. Pracują cicho i stabilnie, a także charakteryzują się dużą sprawnością. Ich wadą jest wysoki koszt, przez co stosowane są przede wszystkim w aplikacjach funkcjonujących w trudnych warunkach oraz do przenoszenia napędu o dużych prędkościach.

Obciążalność oraz poślizg łańcucha

W przemyśle bardzo ważny jest odpowiedni dobór łańcucha, uwzględniający jego wytrzymałość w stosunku do obciążeń, jakie będzie przenosił.

Obciążalność łańcucha zależy od nacisków jednostkowych na przegubach oraz od naprężeń rozciągających, które wpływają na elementy łańcucha, powodując jego zmęczenie. Trwałość ta jest tym większa, im mniejsze są naciski, i zwykle, obliczana dla jednostki czasu wynosi od 2000 h do 15 000 h. Przy czym specjaliści radzą, by zwracać uwagę nie na statyczną wytrzymałość na zerwanie, a właśnie na wytrzymałość zmęczeniową łańcuchów.

Zużycie połączeń łańcucha powoduje jego wydłużenie, które może wynosić do 3% jego długości (w przekładniach zwykłych), 2% (w przekładniach wysokowydajnych) i 1% (w przekładniach specjalnych). W sytuacji, w której łańcuch wydłuży się poza tę wartość, współpraca z kołem zębatym będzie nieprawidłowa. W praktyce rozróżnia się kilka kryteriów zużycia, zależnych od wielkości kół oraz rodzaju łańcucha. Przykładowo, w łańcuchach z wydłużoną podziałką wartość graniczna będzie wynosić tylko 1,5%. Oznacza to, że należy uwzględniać zawsze wyższe obciążenia użytkowe, tak aby łańcuch nie został przeciążony lub nie uległ wydłużeniu.

Trwałość łańcucha można poprawić napinając łańcuch (czyli kontrolując jego doprężenie). Oczywiście, nie może ono być ani zbyt duże ani zbyt małe. Łańcuchy równoległe należy napinać razem, używając do tego celu wspólnego wału. W przypadku braku urządzeń do automatycznego napinania, można napiąć je ręcznie, kontrolując odstęp osi. Z kolei gdy zużycie nie jest duże, a do tego jest równomierne, łańcuch można skrócić, usuwając pojedyncze ogniwa. Należy przy tym pamiętać, aby łącząc łańcuch ponownie, zastosować do tego celu odpowiednie narzędzia.

Na zużycie łańcucha wpływ ma także poślizg współpracujących powierzchni. W przypadku przekładni łańcuchowych nie jest on jednak duży. Problem stanowią natomiast naciski jednostkowe na przegubach, w wyniku których dochodzi do ścierania się powierzchni ślizgowych. Widoczne jest to zwłaszcza na sworzniach oraz wewnętrznych powierzchniach tulejek. Zużycie przegubów powoduje wzrost podziałki łańcucha.

Obsługa łańcuchów napędowych

Współcześnie możliwe jest zamówienie łańcuchów przygotowanych zgodnie z rysunkiem klienta, nawet, jeśli specyfikacja obejmuje nietypowe sworznie i zbieraki. Istotne jest, aby określić odpowiedniej jakości materiał w stosunku do konkretnej aplikacji, a także zadbać o należyte wykonanie łańcucha. Łańcuchy mogą być wykonane z różnych materiałów, a każdy z nich może być poddawany innym procesom obróbki, której efekty dostosowane są do pracy w określonych warunkach.

Jak rozpoznać łańcuch o zwiększonej wytrzymałości zmęczeniowej? Zapewne będzie on miał pełne, wyciskane na zimno tulejki bądź rolki, a także poszerzane blaszki. Do pracy w wyższych temperaturach nadawać się będzie łańcuch pokryty powłoką galwaniczną. Z kolei łańcuch wykonany ze stali nierdzewnej może mieć mniejszą wytrzymałość.

Największą popularnością w przemyśle cieszą się łańcuchy napędowe rolkowe typu A i B. Warto postawić na wersje wzmocnione i samosterujące. Wysoka jakość produktu przekłada się bowiem na niższe koszty eksploatacji.

Niezwykle istotny jest także środek smarny, jaki zostanie zastosowany. Przede wszystkim musi być przeznaczony do pracy w warunkach przemysłowych. Specjalne wymagania należy uwzględnić także dla łańcuchów napędowych pracujących w przemyśle spożywczym. Może to być lepki olej o odpowiednich parametrach lub suchy smar na bazie PTFE (teflonu). Znajduje on zastosowanie głównie w tych miejscach, w których konieczne jest zapobieganie przywieraniu kurzu i innych zanieczyszczeń.

Kontrola naprężeń i smarowania

Jak w każdej diagnostyce – podstawowym i najprostszym narzędziem do kontroli są oczy operatora, a także jego doświadczenie i spostrzegawczość. Powinien on zwrócić szczególną uwagę na wszelkiego rodzaju wydłużenia i naprężenia łańcucha, a także stan jego smarowania. Istotne jest także jego zużycie, wynikające z nieprawidłowego śladu.

Długość łańcucha mierzy się określając podział i ilość ogniw. To jedna z łatwiejszych do stwierdzenia nieprawidłowości.

Z kolei stan smarowania sprawdza się poprzedzając kontrolę oczyszczeniem łańcucha lub koła łańcuchowego, zwłaszcza z większych zanieczyszczeń. Łańcuch czyści się przy użyciu twardej szczotki i benzyny. Należy unikać zanurzania łańcuchów w substancjach czyszczących, bowiem może to skutkować gorszym przyleganiem smaru i większym zużyciem poszczególnych elementów.

Jeśli koła łańcucha są ustawione ukośnie lub się nie zbiegają, może dojść do dodatkowego zużycia mechanicznego. Dzieje się tak zwykle wtedy, kiedy na stare koła montowane są nowe łańcuchy.

Gdy brak jest właściwego smarowania, pomiędzy tulejkami a sworzniem oraz płytkami powstaje tarcie. Szczątki metalu i zanieczyszczenia z otoczenia stają się ścierniwem, które powoduje szybsze zużycie łańcucha. Aby ochronić łańcuch przed takim degradacyjnym działaniem, w wielu aplikacjach łańcuch zamyka się w szczelnych obudowach, a olej podawany jest na koła zębate w miejscu styku z łańcuchem.

Warto podkreślić, że regularne smarowanie ma szczególne znaczenie tam, gdzie przekładnie pracują w trudnych warunkach i mogą ulec zapiaszczeniu bądź zalaniu wodą.

Smarowanie może być wykonane ręcznie, kropelkowe, kąpielowe (zanurzeniowe), pierścieniem olejowym bądź ciśnieniowe.

Smarowanie ręczne stosuje się w przypadku małych przekładni, o niewielkich prędkościach, używanych sporadycznie, ze względu na to, że jest mało wydajne. Do tego celu używa się olejarki i pędzla. Najlepiej smarować łańcuch co 8 godzin jego pracy.

Smarowanie kropelkowe jest bardziej wydajne, bowiem stale naoleja łańcuch. W tego typu smarowaniu korzysta się z igły kroplówki, z której olej kapie bezpośrednio na łańcuch. Inną metodą jest użycie knota z materiału filcowego, który jest nasączony olejem.

Jednym z bardziej wydatnych sposobów oliwienia, jest smarowanie kąpielowe. Zapobiega ono zbyt wczesnemu zużyciu łańcucha, należy jednak pamiętać, aby nie było ani zbyt głębokie, ani zbyt płytkie – najlepiej do wysokości rolek bądź tulei. Przy zbyt płytkim zanurzeniu olej nie dotrze do każdego elementu łańcucha, a przy zbyt głębokim olej może się nagrzać od pracującego łańcucha i zbyt szybko utlenić.

Smarowanie pierścieniem (rozbryzgowe) polega na smarowaniu łańcucha ponad poziomem oleju. Używa się do tego celu specjalnej tarczy, która jest zanurzona w oleju na głębokość od 12,7 mm do 25,4 mm. Jest ona zamontowana na kole zębatym napędzającym, który nią obraca. Kręcąca się tarcza zarzuca kropelki oleju na osłonę łańcucha, skąd dochodzi do rozprowadzenia smarowidła na całej szerokości łańcucha.

W napędach pracujących z dużą prędkością sprawdza się ciśnieniowe smarowanie łańcucha. Służą do tego celu specjalne dysze, zlokalizowane w sąsiedztwie styku koła zębatego z łańcuchem i ustawione tak, aby olej był z nich rozpylany na całą szerokość łańcucha. Olej tłoczony jest do dysz za pomocą pomp wysokiego ciśnienia. Czasem stosowana jest w tej metodzie także chłodnica oleju.

Smarownice do łańcuchów

Przykładem smarownicy do łańcuchów jest smarownica grawitacyjna, która sprawdza się doskonale w układach centralnego smarowania, wyposażonych w aplikatory. Za pomocą smarownicy grawitacyjnej można nasmarować tulejki i rolki dużych maszyn podczas ich pracy. Głowica smarowa ustawiona jest centralnie naprzeciwko osi trzpienia.

Smarownica do smarowania punktowego przeznaczona jest do smarowanie wszystkich standardowych typów łańcuchów drabinkowych. Niewielkie ilości oleju aplikowane są bezpośrednio na miejsca, w których dochodzi do tarcia. Olej podawany jest za pomocą pojedynczej, nieruchomej dyszy umieszczonej nad łańcuchem. Dzięki temu urządzeniu zużywana jest niewielka ilość środka smarnego.

Zastosowanie znajduje także urządzenie do smarowania powierzchniowego olejem lub smarem. Smarowidło jest nakładane na powierzchnię łańcucha poprzez bloki lub szczotki smarujące.

Za pomocą pompy pneumatycznej jednocyklowej można dokonywać smarowania mieszaniną olejowo-powietrzną. Pompa jest podłączona przewodem ciśnieniowym z blokiem dozującym, który dozuje dawki oleju di dyszy mieszającej, do której jednocześnie wpompowywane jest powietrze. Taka mieszkanka jest natryskiwana bezpośrednio na ruchomy łańcuch.

Urządzenia stosowane do diagnostyki łańcuchów

Przykładem urządzenia do wykrywania i analizowania naprężeń łańcuchów jest Renold Smartlink. Zapewnia ono płynną pracę napędu łańcuchowego i pozwala zbadać obciążenia łańcucha. To niskoprofilowy rejestrator danych zasilany bateryjnie, który znajduje się z boku łańcucha i przemieszcza się wraz z nim wokół systemu napędu. Jego podstawową funkcją jest zbieranie danych o obciążeniu w celu przedstawienia jego profilu. SmartLink działa poprzez monitorowanie obciążenia łańcucha w czasie rzeczywistym i przesyłanie danych do smartfona z systemem Android lub Windows Dzięki niemu możliwe jest diagnozowanie problemów z wyrównaniem łańcucha a także wskazanie potencjalnych przyczyn skrócenia jego żywotności. Do diagnostyki urządzenie to używa czujników bezdotykowych. Odczyty widoczne są także na specjalnym monitorze.

Przydatne mogą być również urządzenia do rozkuwania i skuwania łańcuchów. Zastosowanie znajdują także ręczne przyrządy do pomiaru zużycia łańcucha (przymiary). Na rynku znaleźć można też urządzenia oparte na mierniku laserowym.

Podsumowanie

Powszechnie stosowanym środkiem przenoszenia napędu jest łańcuch napędowy. Stosuje się go niemal we wszystkich gałęziach przemysłu. W praktyce jest to cięgno złożone z szeregu ogniw, które tworzą całość o dużej zmienności kształtu.

Awaria urządzeń napędowych opartych na łańcuchu zazwyczaj wynika z zaniedbań niezwiązanych bezpośrednio z samym układem. Łańcuch wydłuża się na skutek zużycia jego sworzni, a szybkość tego procesu staje się większa, im więcej zaniedbań w jego prawidłowej obsłudze.

Aby zapewnić długą żywotność i niezawodność łańcucha konieczna jest jego właściwa eksploatacja (przede wszystkim smarowanie) oraz diagnostyka, oparta na obserwacjach oraz pomiarach przy użyciu prostych narzędzi pomiarowych lub bardziej zaawansowanych testerów.

Autor: Damian Żabicki

Pełny tekst w wersji PDF poniżej lub proszę kliknąć link do pobrania pliku PDF
GM_2022_2_50_53_Lancuchy