Diseño de transportadores de cadena: tracción de la cadena, selección de ruedas dentadas y dificultades del mundo real

En una planta de embalaje que visitamos el año pasado, un nuevo transportador de cadena comenzó a saltar dientes en la rueda dentada durante su primer mes de funcionamiento. El equipo de mantenimiento culpó a la cadena. El verdadero problema era el diseño: la cadena había sido seleccionada para una carga en estado estacionario en lugar de un par de arranque máximo, y el conjunto tensor tenía muy poca carrera para absorber el impulso. La solución no fue una cadena mejor. Fue un nuevo cálculo del tirón de la cadena, una extensión más larga y un paso adelante en la clase de cadena. Para los ingenieros que trabajan en el diseño de transportadores de cadena, la conclusión es simple: Tratar la cadena como un componente estructural y dinámico, no como una parte de un producto. . Esta guía explica las decisiones de diseño que determinan si un transportador funciona durante años o falla en semanas.

Lo que realmente cubre el diseño del transportador de cadena

El diseño del transportador de cadena combina la cadena, las ruedas dentadas, los rieles guía, la unidad de transmisión y el conjunto de recogida en una máquina que mueve el producto de manera confiable a un rendimiento específico. A diferencia de una cinta transportadora, un transportador de cadena transmite la carga mediante un acoplamiento positivo. Eso le otorga mayor capacidad de carga, mejor tolerancia a la abrasión y la capacidad de indexar o acumular producto con precisión. El mismo compromiso positivo también crea pulsaciones, restricciones de alineación y mecanismos de desgaste que deben abordarse desde el inicio del diseño.

Componentes que definen cómo se comporta el transportador

Cinco componentes dominan el comportamiento de cualquier transportador de cadena. La cadena transporta la carga y transmite la fuerza motriz. Las ruedas dentadas, la transmisión y la rueda guía proporcionan un acoplamiento positivo y establecen la relación de velocidad. Los rieles guía soportan los hilos cargados y de retorno y controlan el seguimiento. La unidad de accionamiento, normalmente un motor, una caja de cambios y un acoplamiento de eje, proporciona par. El conjunto tensor mantiene la tensión y absorbe el alargamiento de la cadena durante la vida útil de la línea. Entendiendo el características estructurales de la cadena transportadora une todo esto: la geometría del eslabón, la holgura entre el pasador y el buje y la forma del accesorio controlan la rigidez, el comportamiento de desgaste y cómo la cadena se asienta en los dientes de la rueda dentada.

Cálculos básicos en el diseño de transportadores de cadena

La tracción de la cadena impulsa cada decisión sobre los componentes

La tracción total de la cadena es el punto de partida. Una aproximación práctica de ingeniería es que la tracción total es igual a la fricción de la carga más la fricción de la cadena más un componente de gravedad en una pendiente más un factor dinámico para el arranque y el impacto. En un transportador horizontal domina la fricción. A medida que aumenta el ángulo de inclinación, el peso de la cadena y la carga, multiplicado por el seno del ángulo, se suma directamente a la tracción. Una vez estimada la tracción en funcionamiento, aplique un factor de servicio de 1,2 a 1,5 para los niveles de impacto, luego verifique la cadena con su carga de trabajo permitida usando un factor de seguridad de 6 a 8 , que es una práctica común en los transportadores. El error más frecuente en el diseño de transportadores de cadena es dimensionar para condiciones de funcionamiento promedio e ignorar el par de arranque máximo. Un transportador que se reinicia con carga completa, o que encuentra un producto atascado en un punto de transferencia, puede experimentar dos o tres veces la tensión de funcionamiento durante varios segundos. Ese clavo es lo que rompe la cadena y corta las llaves de las ruedas dentadas.

Un ejemplo rápido muestra cómo funciona el método. Un transportador horizontal transporta 900 kg de producto sobre 30 m de cadena y pesa unos 4 kg por metro. La tracción de la cadena en marcha, utilizando coeficientes de fricción de aproximadamente 0,12 para el hilo cargado y 0,1 para el retorno, es de aproximadamente 1,3 kN. Multiplique por un factor de servicio de 1,3 y un margen de seguridad de 6 a 1, y la carga de rotura mínima requerida llega a aproximadamente 10,5 kN. Una cadena estándar 08B, con una carga de rotura de alrededor de 18 kN, proporciona un margen cómodo. Una clase 06B más pequeña, de aproximadamente 9 kN, se quedaría corta en el momento en que se agregue un pico de arranque. El cálculo es simple, pero es exactamente el paso que se omite cuando se copia un transportador de una línea existente sin verificar la carga.

La velocidad, el paso y los dientes de la rueda dentada están vinculados

La velocidad de la cadena está limitada por el tipo de cadena, el paso y el método de lubricación. Como regla general, un paso más pequeño y más dientes de rueda dentada proporcionan un funcionamiento más suave a mayor velocidad. Para el manejo de unidades es común una cadena transportadora de doble paso de 30 a 45 metros por minuto. Las cadenas de precisión de paso corto pueden funcionar más rápido, pero necesitan una lubricación controlada y una alineación más ajustada. El número de dientes de las ruedas dentadas merece una atención especial. Por debajo de seis dientes, la acción cordal crea una variación visible de la velocidad y aumenta el ángulo de articulación, lo que aumenta la presión sobre el casquillo. De ocho a doce dientes son la zona práctica para la mayoría de las líneas de transporte. Un mayor número de dientes funciona con mayor suavidad y prolonga considerablemente la vida útil de la cadena, y el diámetro adicional de la rueda dentada generalmente vale la pena por el espacio que ocupa.

Seleccionar el tipo de cadena que se adapta a la aplicación

Paso doble o paso corto

La primera decisión de selección es la clase de paso de cadena. Las cadenas transportadoras de doble paso utilizan la misma altura de eslabón y diámetro de rodillo que la cadena de rodillos estándar, pero con aproximadamente el doble de paso. Son más livianos, menos costosos y adecuados para líneas transportadoras de centro largo con velocidad moderada, razón por la cual la mayoría de los transportadores de manipulación de unidades, de arrastre y de chatarra funcionan con cadenas transportadoras de doble paso . Las cadenas de rodillos de precisión de paso corto son la mejor opción cuando el transportador debe indexarse ​​a una posición, acumular producto o funcionar a mayor velocidad con pulsaciones mínimas. Si la línea corre por debajo de aproximadamente 45 metros por minuto en centros largos con carga moderada, el paso doble generalmente gana en costo total una vez que se incluyen las ruedas dentadas y el recorrido de recogida.

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Los accesorios convierten la cadena en un transportador

La mayoría de las cadenas transportadoras transportan el producto a través de accesorios en lugar de a través de los rodillos de la cadena desnudos. Los accesorios curvados tipo K en uno o ambos lados son los más comunes, pero los pasadores extendidos y las placas con orificios centrales se usan ampliamente para montar rodillos, garras, paletas y empujadores. Cuando el diseño necesita una ruta de producto amplia o un espacio de vuelo personalizado, cadenas transportadoras de doble paso with attachments brinde libertad de diseño para que coincida con el tamaño del producto sin tener que recurrir a una costosa solución de enlace personalizado. Aquí importan dos controles. Primero, verifique la tensión de flexión en la conexión del accesorio a la placa en el peor caso de impacto del producto. En segundo lugar, verifique el momento permitido en un pasador extendido cuando se aplica una carga lateral. Un tramo que parece rígido en CAD puede doblar un pasador lo suficiente como para romper la placa de enlace después de unos meses de carga cíclica. Mantenga el punto de aplicación de la carga lo más cerca posible de la línea central de la cadena y elija pasadores endurecidos o enchapados cuando las cargas laterales sean altas.

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El medio ambiente decide el material y el sellado

Cadenas transportadoras trabaje en entornos polvorientos, lavados, químicos y temperaturas extremas. el Ventajas del acero aleado en aplicaciones de transportadores industriales. incluyen mayor resistencia a la tracción y mejor resistencia al desgaste, pero el acero aleado aún necesita protección en servicio húmedo o corrosivo. Para líneas alimentarias, farmacéuticas y exteriores, cadenas transportadoras de acero inoxidable de doble paso previene las manchas de óxido y mantiene las juntas libres en el servicio de lavado. En condiciones de mucho polvo o arena, la alternativa es una cadena sellada: los sellos con junta tórica o con junta en X mantienen el lubricante dentro de la junta y los abrasivos fuera. El resultado práctico es una vida útil de la unión de cinco a diez veces mayor en comparación con la cadena no sellada en el mismo entorno.

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Errores de diseño que aparecen en el campo

La mayoría de las fallas de los transportadores siguen patrones predecibles. La siguiente lista muestra los que aparecen repetidamente en los análisis de causa raíz y en las órdenes de reemplazo de emergencia.

• Dimensionar la cadena solo para tracción en estado estable, no para arranques máximos ni cargas de impacto.
• Usar ruedas dentadas con muy pocos dientes, lo que crea pulsaciones de velocidad y acelera el desgaste de pasadores y bujes.
• Omitir suficiente carrera de recogida para absorber el alargamiento normal de la cadena entre intervalos de mantenimiento.
• Permitir la desalineación de la rueda dentada, lo que concentra la carga en un lado de las placas de enlace.
• Soldar los accesorios de manera que se creen elevadores de tensión en el borde de la placa de enlace.
• Suponiendo que una cadena transportadora no necesita lubricación porque se mueve lentamente.

Cada error deja una firma reconocible. Muy pocos dientes de la rueda dentada producen vibraciones visibles en el hilo cargado. Un recorrido corto de recogida deja que la cadena se afloje a medida que se alarga, por lo que el hilo de retorno azota y golpea el marco. Las ruedas dentadas desalineadas pulen un lado de los pasadores y crean un desgaste asimétrico de la placa de enlace. Estos son los Causas comunes de fallas en la cadena transportadora. eso se remonta a una decisión de diseño semanas antes de la avería real.

Trabajar con un fabricante de cadenas

Cada diseño de transportador de cadena llega eventualmente al límite del catálogo. El espaciado de accesorios no estándar, los pasos inusuales, los aceros especiales, las placas de alta resistencia y los acabados resistentes a la corrosión quedan fuera de las tablas publicadas. Es entonces cuando un fabricante que fabrica cadenas y piñones añade valor real, porque puede validar el par cadena-piñón como un sistema en lugar de dos piezas de origen independiente. La misma lógica se aplica cuando un transportador debe coincidir con una línea existente: la cadena y la rueda dentada de una sola fuente eliminan la discrepancia en el perfil de los dientes y el ancho que aceleran el desgaste.

Cuando se acerque a un fabricante de cadenas, comparta los mismos datos utilizados en su cálculo. Características del producto, rendimiento, longitud del transportador, inclinación, velocidad, disposición de la transmisión, arranques por hora y condiciones de lavado o polvo. Un buen proveedor de ingeniería comprueba la tracción de la cadena, recomienda la clase de paso y la forma de fijación y le informa si los datos justifican los pasadores endurecidos, el acero inoxidable o las juntas. Ese paso de verificación es económico en comparación con el costo de un transportador que detiene la producción a plena carga.

El diseño del transportador de cadena premia una visión a nivel de sistema. Calcule honestamente la tracción de la cadena incluyendo las cargas máximas, elija la clase de paso y los accesorios para el producto y el entorno, y preste al tensado y la lubricación la atención que necesitan para las condiciones reales. Las horas dedicadas a estas decisiones son triviales comparadas con el costo de una falla en el campo, y son la diferencia entre un transportador que funciona durante años y uno que nunca sale del registro de mantenimiento.