Звеньевая цепь
Изобретение относится к звеньевым цепям. Звеньевая цепь состоит из отдельных, сцепленных друг за другом горизонтально расположенных звеньев и вертикально расположенных звеньев плоской цепи. Вертикально расположенное звено плоской цепи имеет закругления, связывающие друг с другом плечи звена. Каждое закругление включает в себя дугообразный участок, который имеет на своем протяжении округлую форму неизменного поперечного сечения при неизменном диаметре. Указанные плечи в поперечном сечении сконструированы по форме, приближенной к полукругу. Вертикальные звенья плоской цепи имеют отношение площади поперечного сечения в зоне плеч к площади поперечного сечения на дугообразных участках закруглений, большее, чем 0,55, и меньшее, чем 0,85. Отношение высоты вертикально расположенного звена плоской цепи к диаметру закруглений лежит в диапазоне между 2,4 и 2,1. Решение направлено на уменьшение высоты вертикально расположенных звеньев при сохранении высокой тяго-нагрузочной способности цепи. 11 з.п. ф-лы, 10 ил.
Изобретение касается звеньевой цепи с отдельными, нанизанными друг за другом звеньями цепи, из которых по меньшей мере каждое второе выполнено в виде плоского звена цепи, и при вертикальной ориентации имеет в области своих закруглений, связываемых плечами, меньший максимальный диаметр в вертикальном направлении, чем в горизонтальном направлении, при этом вертикальный диаметр плеча меньше диаметра такого звена цепи в области его закруглений.
Такого рода звеньевые цепи применяются для привода скребковых транспортеров при подземных разработках угля. Подобные транспортеры или же цепные приводы для них могут состоять из двух приводных цепей, вкруговую приводимых в движение мотором, и на них и между ними укреплен скребковый транспортер. Соответствующее применение могут также найти подобные приводные цепи в качестве срединных цепей, в особенности в качестве двойных приводных цепей при одном скребковом транспортере, ведомым цепным приводом. При работе транспортировочные цепи протягиваются через транспортировочный лоток, тем самым убирая и перемещая вскрышные породы, например уголь.
Первоначально приводные цепи подобных скребковых транспортеров изготавливались из единообразных круглых звеньев, сцепленных друг с другом. В ходе внедрения более производительных приводов возрастали также требования к нагрузочной способности звеньевых цепей, применяемых в качестве приводных. Для удовлетворения этих требований вначале применялись звенья большего диаметра и поэтому с большей площадью поперечного сечения. Однако применение звеньев из материала с большей площадью поперечного сечения приводит к увеличению внешней ширины звеньев цепи. И даже если это при горизонтально расположенных звеньях вначале не приводит к отрицательным последствиям, то при вертикальной ориентации звеньев увеличение диаметра материала ведет к увеличению высоты скребкового транспортера. Учитывая зачастую зауженность пространства при подземных угольных разработках, особенно в пластах небольшой мощности, стремятся по возможности уменьшить высоту скребкового транспортера. Исходя из этих соображений, разработаны приводные цепи, так называемые плоские, в которых применены вертикально ориентированные звенья, плечи которых, соединяющие закругления, в вертикальном направлении имеют больший диаметр по сравнению с осью поперечного сечения в области закруглений в горизонтальном направлении и меньший диаметр в вертикальном направлении. И, следовательно, плечи такого рода цепных звеньев имеют по сравнению с круглым поперечным сечением закруглений сплюснутую, уплощенную форму в поперечнике. Такие звеньевые цепи, служащие в качестве приводных, известны, например, из патентов DE 3234137 С2 или DE 19724586 С1. В основе концепции таких плоских цепей стоит стремление по возможности не уменьшать площадь поперечного сечения звена несмотря на его уплощение, при этом следует с необходимостью смириться с отклонением примерно в 5-8% вследствие изменения формы поперечного сечения плеч. И поэтому было стремление сохранить такую форму их поперечного сечения, при которой по сравнению с закруглениями она по возможности не изменялась бы или уменьшалась несущественно. И, наконец, чрезмерное уменьшение площади поперечного сечения плеч пришло бы в заметное противоречие с предпринятыми мерами для повышения нагрузочной способности такой цепи за счет увеличения диаметра материала.
И тем не менее, на фоне проблем в затронутой области остается потребность в приводных цепях, имеющих, несмотря на небольшую высоту их вертикально ориентированных звеньев, высокую тяго-нагрузочную способность, другими словами, в такой приводной цепи, высоту вертикально ориентированных звеньев которой при той же тяго-нагрузочной способности можно и далее уменьшать. При повышенной тяго-нагрузочной способности они могут транспортировать больший вес, с успехом можно также увеличить и путь транспортировки.
Итак, в основе изобретения лежит задача таким образом усовершенствовать названный вначале основной признак звеньевой цепи, особенно для применения в качестве приводной в подземных угольных выработках, чтобы удовлетворить названным выше требованиям.
В соответствии с изобретением эта задача решается посредством звеньевой цепи, у которой звенья плоской цепи имеют соотношение площадей поперечного сечения в области плеч и в центральных областях закруглений выше 0,55 и менее 0,85, а плоскость максимального горизонтального диаметра в области плеч расположена асимметрично и со смещением относительно внешних сторон каждого из плеч.
У этой звеньевой цепи, предназначенной в особенности для применения в качестве приводной для скребкового транспортера, площадь поперечного сечения плеч, сравнимая с таковой в области закруглений, по сравнению с традиционными звеньевыми цепями с плоскими звеньями с таким же поперечным сечением в области закруглений, уменьшена ненамного. Минимизация площади поперечного сечения в области плеч может быть непосредственно использована для уменьшения максимальной высоты такого звена цепи, которая соответственно уменьшается. Интересным и неожиданным оказалось то обстоятельство, что эти звенья плоской цепи с уменьшенной по сравнению с уже известными предшественниками площадью поперечного сечения в области плеч показывают, тем не менее, более высокую разрывную прочность. Этот результат был поразителен, т.к. при известном состоянии техники для повышения разрывной стойкости следовало непременно повышать диаметр материала и тем самым площадь поперечного сечения звена цепи в целом. Описанные свойства приобретают значение для звеньев с распорками и без распорок. С такими звеньями плоских цепей с распорками область уменьшенной площади поперечного сечения плеч располагается между распоркой и закруглениями.
У этих звеньев цепи не только увеличена тяго-нагрузочная способность по сравнению со звеньями цепи с таким же диаметром в области закруглений и, соответственно, с уменьшением плеч уменьшается высота этих вертикально ориентированных звеньев цепи, но также уменьшение площади поперечного сечения плеч по сравнению с закруглениями ведет далее к уменьшению веса этих звеньев цепи. Даже если бы показалось, что по сравнению с прототипом экономия в весе не слишком большая, следует иметь в виду, что с увеличением длины такой приводной цепи выигрыш в весе возрастает и в конечном счете может достичь внушительного значения. Это приведет к тому, что такая приводная цепь при сохранении длины транспортировки и возможностей привода может перемещать соответственно большую массу по сравнению с известными из практики плоскими цепями-прототипами с такими же размерами в области закруглений. Напротив, с учетом сохраняющейся высоты звеньев плоской цепи их тяго-нагрузочная способность благодаря этому повышается, так что увеличение толщины материала происходит исключительно в области закруглений плоских звеньев цепи.
Для предотвращения запутывания этой звеньевой цепи и повышения ее подвижности плечи ее плоских звеньев закругляются с внутренней стороны, при этом плоскость горизонтального максимального диаметра плеч расположена вне середины и смещена к внешней стороне звена или плеча. Таким образом, поперечное сечение такого плеча имеет форму, приближенную к полукругу, при этом закругление обращено внутрь звена.
Предпочтительно вышеупомянутое соотношение поперечных сечений у звеньев такой плоской цепи находится в пределах между 0,6 и 0,7 и особенно в интервале от 0,64 до 0,69.
В одном из предпочтенных исполнений предусмотрено, что закругления звеньев плоской цепи, связывающие плечи, имеют в диапазоне поворота, превышающем 75°-100° дуги и зеркально-симметрично центрально-продольной оси такого звена цепи, одинаковые форму и площадь поперечного сечения. В особо предпочитаемом варианте эта дуга поворота превышает 90°. Форма поперечного сечения этого дугообразного участка выполнена целесообразно круглой, однако может быть и эллиптической. Форма поперечного сечения может также переходить от круглой к эллиптической в направлении к плечам. При таком исполнении закруглений последующие нанизанные звенья цепи, которые, к примеру, могут быть выполнены в виде круглых звеньев либо также плоскими, при определенных условиях могут шарнировать, при этом шарнировании давление участков поверхностей передается через дуговые поверхности между прилегающими друг к другу звеньями цепи.
Дальнейшее повышение разрывной прочности при приложении тяговой нагрузки достигается благодаря утолщению, определяющему максимальный диаметр плеча, вплоть до области закруглений, и целесообразно лишь коротким дугообразным переходным участком примыкающему к дугообразному участку закруглений неизменной формы и площади поперечного сечения. Внутренний радиус закруглений такого звена цепи неизменный. В отличие от этого внешний радиус закругления не постоянен. В области дугообразного участка закруглений неизменной формы и площади поперечного сечения предпочтителен и неизменный внешний радиус. У примыкающего к нему переходного участка внешний радиус, напротив, явно меньше, при этом предусмотрены непрерывные переходы, с одной стороны, к дугообразному участку с неизменными формой и площадью поперечного сечения и, с другой стороны, к плечу с его утолщением.
В то время как прочность на разрыв плоской цепи 48' согласно одному из прототипов лежит в диапазоне от 2.900 до 3.200 кН, с плоской цепью согласно настоящему изобретению при той же высоте звеньев плоской цепи, что и у цепи 48' - прототипа, но с соответственно более сильной концепцией закруглений, имеющих диаметр 56 мм, прочность на разрыв превосходит 4.300 кН.
У описанной цепи прежде всего предусмотрено, что только каждое второе звено цепи выполнено плоским. Но можно изготовить такую звеньевую цепь, которая состоит исключительно из звеньев плоской цепи.
Предшествующее описание звена плоской цепи относится не только к неразъемному звену, но также и к оформлению замка, имеющего, следовательно, внешний и внутренний контуры, соответствующие контурам прочих звеньев плоской цепи. Такое исполнение замка для звеньевой цепи применяют, если все звенья выполнены как звенья плоской цепи. Целесообразно, если замком, выполненным в виде звена плоской цепи, является горизонтально расположенное звено цепи внутри этой цепи.
Ниже следует описание изобретения на примере одного из вариантов его исполнения с привлечением прилагаемых чертежей. На них показаны:
фиг.1 - вид сбоку фрагмента плоской цепи, применяемой в качестве приводной при подземных угольных разработках;
фиг.2 - перспективное изображение отдельного звена приводной цепи фиг.1;
фиг.3 - вид сбоку звена плоской цепи фиг.2;
фиг.4а, 4b - вид со стороны торца, а также вид сверху на звено цепи фиг.2;
фиг.5а, 5b - поперечное сечение звена цепи фиг.3 вдоль линий разреза А-А и В-В фиг.3;
фиг.6 - сравнительное представление звена цепи фиг.3 со звеном цепи согласно известному состоянию техники при одинаковом диаметре закругления;
фиг.7а, 7b - изображение другого варианта звена плоской цепи.
Выполненная в виде звеньевой цепи приводная цепь 1 для применения при подземных разработках угля как часть скребкового транспортера, изготовлена в виде плоской цепи и включает в себя горизонтально расположенные звенья 2 цепи, а также расположенные между каждыми двумя звеньями 2 вертикально ориентированные звенья 3 плоской цепи. При упоминании звеньев 2 цепи речь идет о звеньях из катанки, которые после нанизывания между двумя звеньями 3 плоской цепи сварены. Звенья 3 плоской цепи изготовлены в ходе процесса ковки. Звено плоской цепи 3 приводной цепи 1 приведено отдельно в перспективном изображении на фиг.2. Это звено 3 плоской цепи имеет закругления 4, 5, связывающие друг с другом оба плеча 6, 7. Каждое закругление 4, 5 включает в себя дугообразный участок 8, который в приведенном примере исполнения имеет на своем протяжении округлую форму неизменного поперечного сечения при неизменном диаметре. Итак, площадь поперечного сечения на дугообразном участке 8 закруглений 4, 5 постоянна. Дугообразный участок 8 простирается начинаясь от плоскости продольного сечения М (ср. фиг.3) до примыкающих через 45° плеч 6 или 7. Плечи 6, 7 в поперечном сечении сконструированы по форме, приближенной к полукругу (ср. фиг.5а), при этом ось максимального диаметра L в горизонтальном направлении расположена с асимметричным смещением к внешней стороне плеча 6 и лишь немного ниже внешнего завершения плеча 6. Максимальный диаметр L плеч 6, 7 в горизонтальном простирании в соответствии с фиг.5а больше максимального диаметра Н плеч 6, 7 в вертикальном направлении. Максимальный диаметр L плеч 6, 7 сравнительно с диаметром звена 3 плоской цепи в области дугообразного участка 8 закругления 4 или же 5 больше; максимальный вертикальный диаметр Н плеча 6, 7, напротив, меньше диаметра в области дугообразного участка 8 закругления 4, 5. Отношение высоты звена плоской цепи (3) к диаметру закруглений лежит в диапазоне между 2,4 и 2,1, в частности, между 2,3 и 2,25. Благодаря такому конфигурированию каждое из плеч 6, 7 обнаруживает в горизонтальном направлении напротив закруглений 4, 5 утолщение А, что особенно хорошо видно на изображениях фиг.4а и 4b. Стороны закруглений 4, 5 и плеч 6, 7, обращенные внутрь пространства звена, как это видно из фигур 5а и 5b, скруглены, чтобы обеспечить хорошее шарнирование и предотвратить запутывание.
Важным элементом звена 3 плоской цепи является то, что площадь поперечного сечения в области плеч 6, 7 по сравнению с площадью поперечного сечения в области дугообразных участков уменьшена, при этом в представленном примере исполнения площади поперечного сечения плеч 6, 7 по сравнению с площадями поперечного сечения в области дугообразных участков уменьшены с коэффициентом 0,68. Диаметр звена 3, представленного на чертежах, в области его дугообразных участков 8 составляет 57,2 мм. Следовательно, площадь поперечного сечения на этом участке составляет 2.570 мм2. А на участке плеч 6, 7 согласно приведенной геометрии и заданной конфигурации - только 1.770 мм2.
Утолщения А плеч 6, 7 простираются к дугообразным участкам 8 закруглений 4, 5 до переходных дугообразных участков 9. И только лишь через переходный участок 9, расположенный под углом 45°, утолщения А плеч 6, 7 переходят в дугообразный участок 8. При этом предпочтительно такое исполнение, при котором этот переход был бы по возможности коротким, чтобы утолщения А своим максимальным горизонтальным диаметром L как можно дальше проходили по переходному дугообразному участку 9.
Внутренний радиус Ri звена 3 плоской цепи на участке закруглений 4, 5 постоянен. Внешний радиус Ra звена 3 на дугообразном участке 8 принципиально постоянен, тогда как на переходном дугообразном участке он меньше для сопряжения последнего с внешней стороной плеч 6, 7. Несмотря на это, можно также предусмотреть на внешних областях дугообразного участка 8 уже уменьшенный внешний радиус.
Вследствие описанной и показанной на чертежах геометрии звена 3 плоской цепи приводная цепь 1 может при работе, особенно в паре с колесным приводом, зубцы которого сцепляются со звеньями 2 цепи, беспрепятственно шарнировать, не вызывая в звене 3 плоской цепи пиков напряжения. Из-за сравнительно небольшого расширения А в горизонтальном направлении запутывание при надлежащей эксплуатации приводной цепи 1 исключено.
По чертежам описана приводная цепь 1, у которой шаг звеньев 2, 3 одинаков. Само собой разумеется, что со звеньями 3 плоской цепи можно также изготовить звеньевую цепь, звенья которой имеют неодинаковый шаг. Например, плоские звенья могут иметь меньший шаг, чем горизонтальные звенья цепи.
Прочность приводной цепи на разрыв составляет примерно 4.300 кН, при этом высота звена 3 плоской цепи (диаметр в области дугообразных участков 8 закруглений 4, 5 равен 56 мм) соответствует высоте традиционных плоских звеньев плоской цепи 48'.
Фиг.6 показывает вид сбоку звена 3 плоской цепи в сравнении с звеном 10 плоской цепи согласно известному уровню техники при одинаковом диаметре в области закруглений 4, 5. Это сопоставление делает ясным, что высота звеньев 3 плоской цепи явно меньше высоты традиционных звеньев 10 из материала такого же диаметра.
Присущие звену 3 плоской цепи улучшенные свойства, описанные выше, сохраняются также, если в этом звене цепи имеется распорка, соединяющая оба плеча 6, 7.
Фиг.7а показывает в перспективном изображении еще один вариант плоского звена 11 для приводной цепи. Звено 11 сконструировано принципиально так же, как и вышеописанное плоское звено 3 приводной цепи 1. В отличие от него звено 11 имеет распорку 14, связывающую оба плеча 12, 13. Закругления 15, 16 звена 11 имеют такую же концепцию, как и плоское звено 3. Область плеч 12, 13 с площадью поперечного сечения, уменьшенной по сравнению с сечением закруглений 15, 16, в звене 11 находится между закруглениями 15, 16 и распоркой 14, как это видно из вида сбоку звена 11 плоской цепи на фиг.7.
Изобретение описано на примере приводной цепи 1, примененной для подземных разработок угля. Но описанные преимущества актуальны и для других транспортировочно-приводных цепей, независимо от того, каким целям применения они служат. Даже если в других областях высоте вертикально ориентированных звеньев отводится подчиненная роль, при других применениях звеньевых цепей равным образом можно получить выигрыш от более высокой нагрузочно-прочностной способности и уменьшенного веса. Именно в других случаях будут применять звеньевые цепи, у которых каждое звено цепи выполнено, как об этом говорилось выше, в виде звена плоской цепи.
1. Круглостальная звеньевая цепь с отдельными, сцепленными друг с другом звеньями (2, 3) цепи, из которых по меньшей мере каждое второе звено цепи выполнено как звено плоской цепи (3, 11) и при вертикальной ориентации имеет в зоне своих плеч (6, 7; 12, 13), соединяющих закругления (4, 5; 15, 16), диаметр (Н) в вертикальном направлении, меньший, чем диаметр (L) в горизонтальном направлении, причем вертикальный диаметр (Н) плеч (6, 7; 12, 13) меньше диаметра (D) такого звена плоской цепи (3, 11) в зоне его закруглений (4, 5; 15, 16), отличающаяся тем, что звенья плоской цепи (3, 11) имеют отношение площади поперечного сечения в зоне плеч (6, 7; 12, 13) к площади поперечного сечения на дугообразных участках (8) закруглений (4, 5; 15, 16), большее чем 0,55, и меньшее чем 0,85.
2. Круглостальная звеньевая цепь по п.1, отличающаяся тем, что соотношение (указанных) площадей составляет от 0,6 до 0,7.
3. Круглостальная звеньевая цепь по п.1 или 2, отличающаяся тем, что закругления (4, 5; 15, 16) звеньев плоской цепи (3, 11) имеют неизменные форму и площадь поперечного сечения на дугообразном участке (8), простирающемся на 80-100°.
4. Круглостальная звеньевая цепь по п.3, отличающаяся тем, что форма поперечного сечения дугообразных участков (8) с неизменными формой и площадью поперечного сечения является круглой.
5. Круглостальная звеньевая цепь по п.3, отличающаяся тем, что форма поперечного сечения на дугообразных участках (8) с неизменными формой и площадью поперечного сечения является эллиптической.
6. Круглостальная звеньевая цепь по п.3, отличающаяся тем, что круглая форма поперечного сечения дугообразных участков, имеющих неизменные форму и площадь поперечного сечения, переходит в эллиптическую в направлении к плечам.
7. Круглостальная звеньевая цепь по одному из пп.1-6, отличающаяся тем, что максимальный диаметр плеча в горизонтальном направлении (L) в зоне плеч (6, 7) смещен из среднего положения по протяженности вертикального диаметра плеча (Н) к внешней стороне плеча (6, 7).
8. Круглостальная звеньевая цепь по п.7, отличающаяся тем, что плечи (6, 7) имеют форму поперечного сечения, приближающуюся к полукругу.
9. Круглостальная звеньевая цепь по одному из пп.1-8, отличающаяся тем, что по ширине (В) плеч (6, 7) напротив закруглений (4, 5) имеется утолщение (А), простирающееся до переходного дугообразного участка (9), примыкающего к дугообразному участку (8) с неизменными формой и площадью поперечного сечения.
10. Круглостальная звеньевая цепь по одному из пп.4-9, отличающаяся тем, что внутренний радиус (Ri), определяемый закруглениями (4, 5) звеньев плоской цепи (3), остается неизмененным на всем протяжении дуги, описанной этими закруглениями (4, 5), в то время как внешний радиус (Ra) неизменен в области дугообразного участка (8) с неизменными формой и площадью его поперечного сечения, но внешний радиус явно меньше на переходных дугообразных участках (9), примыкающих к плечам (6, 7) и к вышеупомянутому дугообразному участку (8).
11. Круглостальная звеньевая цепь по одному из пп.1-10, отличающаяся тем, что отношение высоты звена плоской цепи (3) к диаметру закруглений лежит в диапазоне между 2,4 и 2,1, в частности между 2,3 и 2,25.
12. Круглостальная звеньевая цепь по одному из пп.1-11, отличающаяся тем, что круглостальная звеньевая цепь является приводной цепью (1) скребкового конвейера.
