PL248592B1 - Rozbieralny łańcuch pociągowy, zwłaszcza dla maszyn górniczych - Google Patents

Description

Przedmiotem rozwiązania jest rozbieralny łańcuch pociągowy, zwłaszcza dla maszyn górniczych, których działanie jest związane z dużymi siłami wzdłużnymi, jak to ma miejsce w cięgnach pociągowych maszyn górniczych, zwłaszcza o większych zainstalowanych mocach.

Powszechnie stosowane cięgna robocze maszyn zwłaszcza górniczych i dźwigowych składają się z łańcuchów ogniwowych, których ogniwa zaginane są z okrągłych prętów, a następnie zgrzewane tworząc jedną nierozbieralną całość. Łańcuchy ogniwowe, zwłaszcza dla maszyn górniczych są znormalizowane w skali międzynarodowej tak co do wymiarów geometrycznych, własności mechanicznych oraz metod badań wytrzymałościowych i trwałości zmęczeniowej. Do łączenia odcinków łańcuchó w ogniwowych w dłuższe cięgna niezbędne jest stosowanie specjalnych ogniw złącznych, nimi też zastępowane są ogniwa zerwane w czasie eksploatacji. Ze wzrostem przekrojów poprzecznych łańcuchów wzrasta ich ciężar jednostkowy, co pociąga za sobą silny wzrost oporów własnych ruchu. Wzrost przekrojów poprzecznych powoduje, że ze względów technologicznych i transportowych zmniejszane muszą być długości odcinków łańcuchów składających się na stale wzrastające długości cięgien roboczych. Powoduje to, że rośnie udział ogniw złącznych, które ze swej natury mają niższe własności wytrzymałościowe, zwłaszcza zmęczeniowe. Istotne znaczenie ma również znaczny koszt ogniw złącznych i kłopotliwy ich montaż w warunkach eksploatacyjnych.

Łącznie powoduje to, że ze wzrostem rozmiarów łańcuchów silnie pogarsza się stopień wykorzystania materiałów na łańcuchy, którymi są wysokojakościowe stale wielostopowe. Zdeterminowana normami postać konstrukcyjna ogniw łańcuchów górniczych nie umożliwia pełnej optymalizacji formy geometrycznej ogniw z punktu widzenia pełniejszego wykorzystania materiałów i uzyskiwania możliwie wysokich własności mechanicznych. Istnieje potrzeba poszukiwań korzystniejszych rozwiązań w tym zakresie. W rozwiązaniu według wynalazku cel ten został osiągnięty przez zastosowanie prasowania matrycowego dla kształtowania elementów cięgna, z których następnie łatwo montowane może być cięgno łańcuchowe o dowolnej długości bez używania ogniw złącznych.

Znaną postać konstrukcyjną łańcuchów ogniwowych dla górnictwa opisuje norma PN-G-46701-1997 Łańcuchy ogniwowe górnicze. Wytyczne stosowania łańcuchów ogniwowych o znanej formie w urządzeniach górniczych sformułowane są przykładowo w poradniku wydanym przez krajowego producenta łańcuchów górniczych firmę FASING z Katowic. Warunki pracy i formy zniszczeń opisuje praca Remiorz E., Mikuła S.: Podstawowe formy degradacji własności użytkowych łańcuchów ogniwowych górniczych. Maszyny Górnicze, 2017, nr 3.

Znane są również łańcuchy ogniwowe ze specjalnymi wewnętrznymi poprzeczkami w ogniwach, stosowane głównie jako łańcuchy kotwiczne statków morskich. Dzięki poprzeczkom uzyskana jest wyższa wytrzymałość na statyczne zrywanie oraz eliminacja możliwości zapętlenia się łańcuchów składanych w stertę w przedziale kotwicznym statku. Opisuje to praca Babeu T.: Contributions to the endurance analysis of round steel chains. Revue Roumaine des sciences techniques. Serie de Metallurgie, tom 18, Bucarest 1973. Łańcuchy z wewnętrznymi poprzeczkami w ogniwach pionowych przeznaczone do przenośników zgrzebłowych ścianowych znajdują się w ofercie czołowych producentów takich jak Fasing czy Thiele. Znane jest również z chińskiego opisu patentowego CN 202251675 ogniwo łańcucha z wymienną poprzeczką umieszczoną wewnątrz ogniwa.

Znane są również z europejskiego opisu patentowego EP 4046944 A2 oraz z opisu AU 2018231173 łańcuchy rozbieralne przeznaczone do krótkich przenośników zgrzebłowych zamontowanych na przykład w kombajnie chodnikowym czy kombajnie typu continuous miner.

Istotą wynalazku jest rozbieralny łańcuch pociągowy, złożony z ogniw zewnętrznych i wewnętrznych, wyposażony w element zabezpieczający oraz łącznik charakteryzujący się tym, że między ogniwami zewnętrznymi osadzony jest sworzeń profilowy, łączący ogniwa zewnętrzne z ogniwem wewnętrznym, przy czym sworzeń profilowy z kołnierzem posiada co najmniej jedno siodłowe wybranie skierowane do łuku ogniwa wewnętrznego oraz nacięcia i ścięcia osadcze, a element zabezpieczający stanowi wygięta blaszka, mająca punkty podparcia o ogniwo zewnętrzne oraz o sworzeń. Element zabezpieczający stanowi blaszka wygięta na kształt obły.

Sworzeń profilowy posiada korzystnie dwa siodłowe wybrania. Sworzeń profilowy posiada ścięcia.

Całokształt opisanych cech geometrycznych elementów składowych rozbieralnego łańcucha służy zdecydowanemu polepszeniu własności użytkowych, w szczególności trwałości eksploatacyjnej oraz odporności na niszczenie zmęczeniowe i ścierno-erozyjne. Duża powierzchnia boczna ogniw ze wnętrznych służy polepszeniu odporności łańcucha na zmęczenie tarciowo-termiczne przy intensywnym kontakcie ogniw z prowadnicami cięgna łańcuchowego. Ma to szczególne znaczenie w przypadku cięgna łańcuchowego nowoczesnych strugów węglowych. Sworzeń jest belką o równej wytrzymałości na zginanie przy minimalnych wymiarach i masie własnej sworznia.

Wszystkie elementy składowe łańcucha rozbieralnego są tak ukształtowane, że ułatwione jest ich wytwarzanie metodą prasowania matrycowego z pominięciem obróbki skrawaniem. Ograniczonym zabiegom obróbki przez ewentualne szlifowanie mogą być poddane jedynie niektóre strefy sworzni profilowych. Z prasowaniem matrycowym elementów łańcucha korzystnie połączony może być w jednym cyklu technologicznym zabieg obróbki cieplno-mechanicznej. Pozwala to na duże oszczędności energii, gdyż wyeliminowane jest wtedy osobne zagrzewanie elementów do hartowania. Hartowanie wykonane w jednym cyklu z prasowaniem matrycowym umożliwia uzyskanie szczególnie korzystnego układu własności mechanicznych elementów. Rozdrobniona struktura stali stopowej w trakcie prasowania matrycowego zostaje wówczas w dużym stopniu zachowana, co służy wzrostowi wytrzymałości i odporności na zużycie ścierne przy zachowaniu dobrej plastyczności materiału elementów. Służy to znacznemu zwiększeniu korzystnych cech użytkowych łańcucha złożonego z elementów obrabianych w ten sposób. Należy zaznaczyć, że przy wytwarzaniu łańcuchów ogniwowych znanymi metodami nie ma możliwości zastosowania obróbki cieplno-mechanicznej. Odpuszczanie po hartowaniu elementów łańcucha rozbieralnego może być wykonywane w znany sposób, stosowany dla łańcuchów ogniwowych.

Oprócz opisanych bardzo korzystnych cech użytkowych łańcuch według wynalazku cechuje się całkowitym brakiem awaryjnych ogniw złącznych. Jego montaż nie wymaga specjalnych narzędzi. Również demontaż łańcucha odbywa się w bardzo dogodny sposób wykonując opisane czynności montażowe w odwrotnej kolejności. Rozbieralność cięgna łańcuchowego złożonego z łańcuchów według wynalazku umożliwia łatwą wymianę elementów nadmiernie zużytych lub odkształconych w toku intensywnej eksploatacji oraz szczególną łatwość realizacji pożądanego skracania/wydłużania cięgien w toku eksploatacji górniczej.

Wytwarzanie elementów rozbieralnego łańcucha pociągowego metodą prasowania matrycowego zapewnia wysoką dokładność i powtarzalność wymiarową. Dzięki temu bardzo zmniejszone są odchyłki podziałki łańcucha. Jest to bardzo korzystne z punktu widzenia ograniczenia drgań w układach napędowych maszyn. Bardzo ułatwione jest tak zwane parowanie cięgien polegające na doborze odcinków łańcuchów o jednakowej długości, co jest szczególnie pożądane w układach cięgnowych dwułańcuchowych przenośników zgrzebłowych wykorzystywanych do transportu urobku w wyrobiskach ścianowych.

Łańcuch według wynalazku cechuje się dużą swobodą przeginania w płaszczyźnie pionowej i pewną zdolnością do przeginania w płaszczyźnie poziomej w ramach luzów w połączeniach ogniw. Zastosowanie dwustronnych sworzni profilowych umożliwia kompensację wydłużenia podziałki w wyniku zużycia w przegubach. Pozwala to na zdecydowane wydłużenie czasu użytkowania łańcuchów pociągowych według wynalazku i pełniejsze wykorzystanie wysokojakościowych stali stopowych, zwłaszcza w połączeniu z możliwością łatwej wymiany elementów nadmiernie zużytych lub odkształconych w wyniku przeciążeń eksploatacyjnych.

Rozbieralny łańcuch pociągowy według wynalazku w przykładzie wykonania ilustruje rysunek, gdzie fig. 1 to przekrój wzdłużny w płaszczyźnie A-A segmentu łańcucha, fig. 2 to widok segmentu z boku, fig. 3 to szczegół osadzenia sworznia profilowego w ogniwach zewnętrznych segmentu łańcucha, fig. 4 to szczegół kontaktu ogniwa wewnętrznego z siodłowym wybraniem sworznia profilowego. Fig. 5 ilustruje ukształtowanie sworznia profilowego, a fig. 6 to alternatywna postać dwustronneg o sworznia profilowego. Z kolei fig. 7 przedstawia przekrój przez elementy zewnętrzne ogniwa.

Segment łańcucha stanowią dwa jednakowe ogniwa zewnętrzne 1 i jedno ogniwo wewnętrzne 2 połączone sworzniem profilowym 3 osadzonym w ogniwach zewnętrznych 1.

Montaż segmentu łańcucha odbywa się w ten sposób, że między dwa zewnętrzne ogniwa 1 złożone do siebie pocienieniami 1b wsuwane jest ogniwo wewnętrzne 2 obrócone w stosunku do osi cięgna o 90 stopni. Następnie wkładany jest sworzeń profilowy 3 i obracany wokół osi tak, aby nacięcia 3f znalazły się wzdłuż osi ogniw zewnętrznych 1, a siodłowe wybranie 3e skierowane było do łuku ogniwa wewnętrznego 2. Kołnierze 3b osadzone zostaną wtedy w wybraniach 1d, a sworzeń profilowy 3 osadzony zostanie ścięciami 3d w skośnych gniazdach 1 c ogniw zewnętrznych 1. Wówczas ogniwo wewnętrzne 2 można obrócić do położenia wzdłużnego. W analogiczny sposób przebiega montaż kolejnych segmentów, aż do utworzenia łańcucha o wymaganej długości. Uformowane strefy połączenia elementów powodują, że nie istnieje niebezpieczeństwo samoczynnego rozłączenia się elementów łańcucha. W praktyce, gdy istnieje stałe napięcie łańcucha w maszynie roboczej dodatkowo uniemożliwia to samoczynne rozłączenie się elementów w toku eksploatacji. Elementy łańcucha zostały tak ukształtowane, aby uzyskać najkorzystniejsze własności mechaniczne gotowego łańcucha. Ogniwa zewnętrzne 1 posiadają poprzeczki wewnętrzne 1a znacznie zwiększające wytrzymałość i trwałość zmęczeniową ogniw. Ogniwa wewnętrzne 2 wyposażone są również w wewnętrzne poprzeczki 2a, które wydatnie zmniejszają wpływ momentu zginającego w strefie łuku ogniwa, dzięki czemu uzyskuje się znacznie korzystniejszy rozkład naprężeń w strefie łuków ogniw wewnętrznych pochodzących od zewnętrznego obciążenia eksploatacyjnego siłą wzdłużną. Dzięki temu wzrasta wydatnie wytrzymałość na statyczne zrywanie, a zwłaszcza zwiększa się trwałość zmęczeniowa ogniw wewnętrznych wyposażonych w poprzeczki 2a.

Sworznie profilowe 3 posiadają ukształtowanie odpowiadające belce o równej wytrzymałości, co zapewnia im szczególnie dużą wytrzymałość na zginanie. W strefie środkowej w miejscu współpracy z łukami ogniw wewnętrznych 2 sworznie posiadają płytkie wybranie 3e o siodłowym kształcie. Łagodzi to koncentrację nacisków stykowych między sworzniami i łukami ogniw wewnętrznych 2. Zmniejsza też tempo zużycia ściernego w tym węźle w trakcie przeginania łańcucha na kołach napędowych. Alternatywne ukształtowanie sworznia z podwojonym wybraniem siodłowym przedstawione jest na fig. 6. Takie rozwiązanie umożliwia częściową kompensacją ubytków zużyciowych w strefie kontaktu. W toku eksploatacji po wystąpieniu skrajnego zużycia wspomnianego węzła istnieje możliwość obrócenia sworzni o 180 stopni względem ich osi. Zmiana położenia sworzni profilowych służy też zwiększeniu ich odporności zmęczeniowej na złamanie, gdyż zmienia się wtedy znak naprężeń od zginania w krytycznym przekroju poprzecznym sworzni profilowych.

Wykonywanie elementów rozbieralnego łańcucha poprzez prasowanie matrycowe umożliwia dogodne optymalne ukształtowanie wszystkich przekrojów nośnych elementów, gdyż nie są one zdeterminowane stałą średnicą okrągłych prętów jak to ma miejsce w przypadku obecnie stosowanej technologii wytwarzania łańcuchów górniczych z okrągłych prętów. Ułatwione wyjmowanie odkuwek z matryc umożliwiają zastosowane pochylenia kuźnicze, jak ilustrują fig. 1 i fig. 7. Kolejne ułatwienie prasowania matrycowego elementów może polegać na wstępnym wykonywaniu odkuwek ogniw zewnętrznych i wewnętrznych bez poprzeczek. Poprzeczki następnie mogą być opcjonalnie wprasowywane na gorąco bezpośrednio po prasowaniu ogniwa (fig. 2). Na poprzeczki mogą być wykorzystane na przykład odcinki okrągłych prętów stali zwykłej jakości. Pozwala to na uzyskanie dużych oszczędności wysokojakościowych stali stopowych stosowanych na ogniwa łańcucha. Rozwiązanie takie umożliwia ponadto korzystniejsze formowanie ew. przedkuwki ogniw.

Zmniejszenie niebezpieczeństwa rozłączenia się ogniw w warunkach eksploatacyjnych zapewniają specjalne elementy zabezpieczające. Przykładowe rozwiązanie ilustruje fig. 1 element zabezpieczający 4 wykonany ze sprężystej blachy opiera się o poprzeczki ogniw zewnętrznych 1, a drugą częścią dociska mocno sworzeń profilowy 3 do skośnego gniazda 1c. Element 4 skutecznie zabezpiecza przed przemieszczeniem się sworznia profilowego, jego obrotem wokół osi i wysunięciem z segmentu cięgna. Montaż elementu zabezpieczającego polega na włożeniu jednym końcem do oparcia o poprzeczkę i przez uderzenie młotkiem wprowadzenie drugiego końca na właściwe miejsce.

Zastosowanie łańcuchów rozbieralnych w maszynach roboczych, zwłaszcza górniczych pozwala na uzyskanie dużych efektów technicznych i ekonomicznych przy wydatnie zwiększonym poziomie bezpieczeństwa użytkowania.

Claims (4)

1. Rozbieralny łańcuch pociągowy, złożony z ogniw zewnętrznych i wewnętrznych, wyposażony w element zabezpieczający oraz łącznik, znamienny tym, że między ogniwami zewnętrznymi (1) osadzony jest sworzeń profilowy (3), łączący ogniwa zewnętrzne (1) z ogniwem wewnętrznym (2), przy czym sworzeń profilowy (3) z kołnierzem (3b) posiada co najmniej jedno siodłowe wybranie (3e) skierowane do łuku ogniwa wewnętrznego (2) oraz nacięcia (3f) i ścięcia osadcze (3d), a element zabezpieczający (4) stanowi wygięta blaszka, mająca punkty podparcia (4a, 4d) o ogniwo zewnętrzne (1) oraz (4b, 4c) o sworzeń (3).

2. Rozbieralny łańcuch pociągowy, według zastrz. 1, znamienny tym, że element zabezpieczający (4) stanowi blaszka wygięta na kształt obły.

PL 248592 Β1

3. Rozbieralny łańcuch pociągowy, według zastrz. 1, znamienny tym, że sworzeń profilowy (3) posiada korzystnie dwa siodłowe wybrania (3e).

4. Rozbieralny łańcuch pociągowy, według zastrz. 1, znamienny tym, że sworzeń profilowy (3) posiada ścięcia (3c).