Cadenas en la industria de TV

Estos importantes componentes transmiten energía y transportan elementos, por lo que deben recibir un mantenimiento diligente.

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Descargo de responsabilidad estándar de Ken Smith: soy un corredor de escaleras mecánicas y andador móvil, por lo que mi conocimiento del uso de la cadena de ascensores es algo limitado.

Las cadenas se utilizan comúnmente en nuestra y muchas otras industrias para transmitir energía y transportar artículos. Como tengo experiencia previa en la gestión del departamento de ingeniería de productos para una gran empresa de cadenas de EE. UU. Y soy miembro del Comité de cadenas ASME B29, pensé que podría proporcionar información útil sobre las cadenas utilizadas en ascensores, escaleras mecánicas y pasillos rodantes. Aprendí mucho sobre las cadenas en el trabajo y de algunos mentores extremadamente inteligentes que comenzaron en la industria mucho antes que yo, a saber, Dick Virgo, Gail Worsley y John Wright. También hubo muchos otros en el camino. ¡Gracias chicos!

Que yo sepa, la industria del transporte vertical (VT) utiliza principalmente tres tipos de cadenas:

1) Cadena de rodillos de precisión: Las cadenas de rodillos de precisión de una o varias hebras se utilizan normalmente como cadenas de transmisión, ya sea que se encuentren entre el motor y la caja de cambios o las cadenas de transmisión de los pasamanos en escaleras mecánicas y pasillos rodantes. Es posible que algunos lectores hayan visto una vieja escalera mecánica de Peelle con una cadena de rodillos de precisión moldeada en el pasamanos para una conducción muy positiva, y cadenas de rodillos de precisión de pasador extendido utilizadas como cadenas de pasos. Los ascensores de residencias privadas también pueden usar este tipo de cadena en lugar de cables para sostener la cabina. Estas cadenas están estandarizadas en ASME B29.1 e ISO 606. 

2) Cadena de clase de ingeniería: Las escaleras mecánicas y los pasillos rodantes suelen utilizar cadenas de ingeniería para conectar los escalones o las tarimas. Estas cadenas están especialmente diseñadas para cada aplicación y, debido a sus muchas variaciones, nosotros, los del comité de cadenas B29, nunca hemos desarrollado un estándar para las cadenas de escaleras mecánicas o de paletas. El estándar más cercano es B29.15M Cadenas transportadoras de rodillos de acero, accesorios y dientes de rueda dentada. 

3) Cadena de enlace: Solo he visto cadenas de eslabones utilizadas en algunos ascensores y no planeo discutirlas en este artículo. 

La cadena de rodillos existe desde hace más de 140 años; fue patentado en 1880. El desarrollo de la cadena de rodillos comenzó en serio con la introducción de bicicletas, motocicletas, automóviles y aviones. A medida que aumentaban los requisitos para la cadena de rodillos, también lo hacía la automatización de su fabricación. Estas cadenas de rodillos de precisión fueron estandarizadas en 1930 por la Asociación Estadounidense de Estándares (ahora ANSI, el Instituto Nacional Estadounidense de Estándares) en ASA B29a. Este estándar más tarde se convirtió en ASME B29.1. Con el tiempo, se han agregado requisitos de piñones, tablas de potencia y, más recientemente, requisitos mínimos de resistencia a la tracción y dinámica máxima.

La cadena de rodillos de precisión, que se muestra en la foto de la izquierda, y la cadena de clase de ingeniería constan de componentes comúnmente denominados: placas o eslabones internos y externos, pasadores, bujes y rodillos. Los rodillos, los casquillos y los eslabones internos forman lo que la industria de las cadenas llama un eslabón de rodillo. El eslabón del rodillo se mantiene unido por los casquillos encajados a presión en los eslabones internos. Tenga en cuenta que algunas cadenas de ingeniería tienen partes planas en los extremos de los bujes para evitar que giren en el eslabón. Los pasadores también encajan a presión en los eslabones exteriores. Los extremos de los pasadores generalmente se colocan en los extremos como "seguro". Algunas cadenas tienen pasadores de chaveta o anillos elásticos que realizan una función similar.

La integridad de la cadena se debe al ajuste a presión de los componentes en los eslabones. Los agujeros en las placas de enlace casi siempre están perforados. Cuanto mejor sea la calidad de este orificio, en cuanto a diámetro y conicidad consistentes, tratamiento térmico del eslabón y diámetro constante de los pasadores o bujes, entre otras cosas, mejor será la calidad de la cadena. La cadena de menor calidad tiende a tener orificios de mala calidad, diámetros variables de piezas redondas y tratamiento térmico inconsistente. El viejo refrán atribuido a menudo a Benjamín Franklin, "La amargura de la mala calidad permanece mucho después de que se olvida la dulzura de los precios bajos", ciertamente se aplica aquí.

Sistema de numeración y dimensiones de cadenas de rodillos de precisión

En ASME B29.1 y en todos los catálogos de fabricantes de cadenas que he visto, hay una tabla sustancialmente similar a la de la página anterior (Tabla 1) que proporciona las dimensiones nominales de cada tamaño de cadena de rodillos de precisión. Estas cadenas están muy bien diseñadas con las dimensiones de los componentes principales de cada tamaño de cadena proporcionales al paso (distancia entre rodillos). El sistema de numeración de estas cadenas se basa en el paso en incrementos de 1/8 de pulgada, por ejemplo: la cadena 60 es de 6/8 o 3/4 de pulgada. terreno de juego. El número de la derecha suele ser "0", pero puede ser "1" para una cadena ligera (como 41) o "5" para una cadena sin rodillos (como 25 y 35). Nunca he visto cadenas livianas o sin rodillos utilizadas en nuestra industria; sin embargo, puede haber un operador de puerta o dos que no he visto. La norma B29.1 y los catálogos también contienen tablas que muestran la potencia permitida para cada tamaño de cadena según el tamaño de la rueda dentada y el tipo de lubricación. B29.1 también cubre el diseño de piñones para estas cadenas.

La Organización Internacional de Normalización (ISO) desarrolló cadenas de rodillos y ruedas de cadena de precisión de transmisión de paso corto ISO 606. ISO 606 es otro estándar que cubre cadenas de rodillos de precisión. Como B29.1, ISO 606 enumera las cadenas por paso. Sin embargo, están numerados en 1/16 pulg. incrementos. Por lo tanto, 60 cadenas serían 12 A, y la "A" denota cadenas ANSI. También hay cadenas de la serie "B" que tienen el mismo paso pero algunas dimensiones ligeramente diferentes, ya que la serie "B" representa las cadenas del British Standards Institute (BSI). 

Hice una comparación arriba (Tabla 2) para mostrar las diferencias dimensionales entre las cadenas ANSI B29.1 (serie ISO A) y BSI (serie ISO B):

Como puede ver, existen diferencias, aunque menores. Yo fabrico un rompecadenas y, para esta aplicación, es importante tener en cuenta los diámetros de los rodillos y pasadores y las diferencias de ancho interior con respecto a la cadena ANSI. Para la mayoría de las aplicaciones, se deben tener en cuenta diferentes ruedas dentadas y resistencias. No he visto muchas cadenas de la serie "B" en América del Norte, fuera de la maquinaria para la industria alimentaria y algunos equipos agrícolas, pero estoy seguro de que vendrán.

Una de las primeras cosas que me gustaría abordar es el uso común del término "estiramiento de la cadena". Para los tipos científicos, sabemos que, cuando se carga por debajo de sus componentes, el límite elástico, una cadena se alarga y luego vuelve aproximadamente a su longitud original (supongo que podría llamar a este estiramiento). Un ejemplo sería medir la longitud de la cadena, volver a medirla cuando alguien entra en la cabina de un ascensor de una residencia privada y volver a medirla cuando sale (asumiendo que la cadena sostiene la cabina). Si una cadena se carga más allá de su límite elástico, será más larga que su longitud original sin la carga. Si la carga es lo suficientemente grande, la cadena fallará o se romperá. 

Las cadenas de rodillos de precisión de buena calidad vienen precargadas en la fábrica durante el proceso de ensamblaje. El proceso varía, pero se aplica una carga significativa a la cadena durante la fabricación, lo que hace que la cadena se alargue ligeramente. La precarga minimiza o elimina el alargamiento inicial de una cadena no precargada y aumenta la resistencia a la fatiga de la cadena. Es necesaria una alta precarga en la cadena que se utiliza en aplicaciones con mucha carga.

La frase estiramiento de la cadena se usa comúnmente, e incorrectamente, para describir el desgaste. A medida que la cadena se articula bajo carga, se desgasta, no se estira. El desgaste se produce entre el pasador y el buje de la cadena y no es visible a menos que se desmonte la cadena o el eslabón del conector. La cadena se desgastará más rápido si no está adecuadamente lubricada, contaminada con material abrasivo (suciedad, arena, polvo de concreto, etc.) o si funciona con cargas superiores a las recomendadas. 

Las transmisiones por cadena aceptarán una pequeña cantidad de alargamiento de la cadena, generalmente 2-3%, antes de que sea necesario reemplazar la cadena. La cantidad de elongación aceptable depende de cosas como la orientación del variador. Por ejemplo, una escalera mecánica con balaustrada sólida de Montgomery suele tener una transmisión por cadena casi vertical. Aceptará aproximadamente un 2% de alargamiento antes de considerar el reemplazo. Una escalera mecánica con balaustrada de vidrio Montgomery tiene un accionamiento casi horizontal y debe aceptar aproximadamente un 3% de alargamiento antes de que la cadena requiera reemplazo. Estos números son algo conservadores pero son una buena regla general. Algunos fabricantes de cadenas pueden proporcionar medidores de desgaste de la cadena, o simplemente puede medir pasador a pasador lo más largo que pueda en un tramo recto y luego comparar esta longitud con el paso nominal (distancia de pasador a pasador). El porcentaje de elongación es [(longitud medida-longitud nominal) / longitud nominal]. El paso de la cadena de rodillos de precisión, las dimensiones y otra información útil se encuentran en B29.1 (le sugiero que compre una copia de ASME y ayude a respaldar el estándar).

La cadena de clase de ingeniería es un animal diferente, que corre a diferentes velocidades y cargas. Debido a que normalmente conecta escalones o paletas, la malla de escalones / tarimas (o la falta de) suele ser el criterio para el reemplazo. En todos los casos que yo conozco, la cadena del escalón / palet se reemplaza antes de que alcance incluso el 1% de alargamiento. 

Si una cadena se ha alargado demasiado antes de ser reemplazada, puede comenzar a saltar los dientes de la rueda dentada. Cuando esto ocurre, la cadena (y las ruedas dentadas) deben reemplazarse inmediatamente. 

Reemplazo de la rueda dentada: casi puedo escuchar a todos los mecánicos decir "¡AARGH!" mientras leen esto. A los ingenieros de cadenas les gusta que se reemplacen las ruedas dentadas cuando se reemplaza la cadena, a menos que la cadena se reemplace con un alargamiento muy pequeño. Al vendedor de cadenas le gusta la cadena nueva en los piñones viejos porque tendrá que reemplazar la cadena con más frecuencia. A medida que se desgasta una cadena, también lo hacen las ruedas dentadas. Esto cambia el perfil del diente de la rueda dentada y afecta la forma en que la cadena interactúa con las ruedas dentadas. Cuando se coloca una nueva cadena sobre ruedas dentadas gastadas, se alarga más rápido. Tenga en cuenta que es difícil, si no imposible, ver la cantidad de desgaste de la rueda dentada que afectará la vida útil de la cadena. Sin embargo, puede ver una rueda dentada excesivamente desgastada: por lo general, el diente está "enganchado" o parece estar doblado.

Para las cadenas de transmisión, recomiendo cambiar las ruedas dentadas cuando cambie la cadena. En el caso de las cadenas de escalón / palé, esto es poco probable a menos que se observe un desgaste visible en el diente. Allá por los años 80 en Montgomery, mecanizamos un calibre de bujía para comprobar el desgaste de los dientes en las ruedas dentadas. Poner una cadena nueva en piñones gastados es como cambiar el aceite de su coche pero no el filtro.

Lubricación

Para prolongar la vida útil de la cadena, el lubricante debe penetrar en el área del pasador / buje de la cadena (similar a un cojinete de muñón), como se muestra en la imagen a continuación. El lubricante aplicado al resto de la cadena ayudará a proteger los eslabones y los rodillos de la corrosión, pero no ayudará con el alargamiento de la cadena. En la práctica, puede resultar algo difícil introducir aceite en el pequeño espacio entre los eslabones interior y exterior.  

Todas las aplicaciones que he visto en nuestra industria, con la salvedad de que no las he visto todas, están bien con la lubricación manual o por goteo Tipo A, debido al tamaño de la rueda dentada y la velocidad (RPM) de la transmisión. Las tablas de caballos de fuerza para cadenas de rodillos de precisión que se encuentran en B29.1 o en los catálogos de los fabricantes brindan información sobre el tipo de lubricación requerido.    

La mayoría, si no todos, los fabricantes de equipos tienen recomendaciones para el aceite de cadena en particular o especificaciones para el tipo de lubricante que recomiendan para sus productos. Vale la pena seguir las recomendaciones del fabricante. Soy un loco de las motocicletas, por lo que un ejemplo de lubricación incorrecta que me viene a la mente fue cuando aparecieron las cadenas de juntas tóricas para motocicletas. Muchas de estas cadenas se arruinaron en poco tiempo debido a que las personas les aplicaron lubricantes para cadenas convencionales que destruyeron las juntas tóricas.

Castrol comercializa un nuevo producto para escaleras mecánicas y pasillos rodantes que utiliza un portador para introducir lubricante de película seca en el área del pasador / buje. Sus pruebas parecen bastante prometedoras.

Fallos típicos de la cadena en la industria de TV

El problema más común con la cadena que veo cuando estoy inspeccionando el equipo es una lubricación inadecuada. Algunos equipos dependen de la lubricación manual de la cadena y algunos tienen engrasadores automáticos. He visto muchas escaleras mecánicas y pasillos rodantes con cadenas que tienen una lubricación inadecuada. Muchas veces, se identifican fácilmente por la corrosión de contacto (óxido rojo) que se ve en los eslabones alrededor de las juntas del pasador / buje. Tenga en cuenta que la mejor foto que pude encontrar para el traste es en los eslabones de una cadena de hojas, no en una cadena de rodillos.

Una vez que se produce el desgaste, la vida útil de la cadena se ha reducido considerablemente. La mayoría de las cadenas de rodillos de precisión tienen pasadores y bujes carburizados o carbonitrurados. Tienen una capa fina pero muy dura en la superficie para minimizar el desgaste. Una vez que una cadena ha funcionado sin lubricación ni trastes, esta capa puede estar bastante gastada. Si se desgasta, la cadena se alarga con bastante rapidez. Tenga en cuenta que la falta de lubricación puede hacer que las ruedas dentadas se desgasten más rápido de lo habitual. 

La oxidación de la cadena por las condiciones ambientales también es un problema típico, especialmente para equipos que se encuentran al aire libre en ambientes húmedos y / o salados.

Otro problema que he visto se conoce como "juntas apretadas", como se muestra en la foto de abajo. Cuando una cadena tiene uniones apretadas, la cadena no se endereza cuando está bajo carga o es difícil de doblar con la mano. Por lo general, en nuestra industria, esto se debe a una lubricación inadecuada y / o corrosión en la junta del pasador / buje. Si la cadena tiene uniones apretadas, debe reemplazarse.

En todos mis años en la industria, solo he visto “alfileres torneados” una vez. El fenómeno se puede identificar por las estacas no alineadas o los cambios en el extremo de los pasadores. El ajuste a presión entre los pasadores y los eslabones se supera y los pasadores giran cuando se articulan sobre la rueda dentada. Esto generalmente se debe a una lubricación inadecuada y / o sobrecarga. Si una cadena tiene pasadores girados, debe reemplazarse.

Nunca he visto escaleras mecánicas o cadenas móviles con eslabones rotos a menos que se hayan roto debido a la corrosión por tensión. Sin embargo, la cadena puede fallar de esta manera. Por lo general, en el caso de la cadena de escalón / paleta, sería la placa de enlace interior la que fallaría debido a una sobrecarga porque normalmente tiene un área de sección transversal alrededor del buje que es más pequeña que la que tiene el enlace exterior alrededor del pasador. En una cadena de rodillos de precisión, podría ser el eslabón interior o exterior. Obviamente, si una cadena tiene eslabones rotos, debe ser reemplazada (después de sacarla del lugar más inaccesible posible).

Las cadenas también pueden fallar por fatiga. Si se aplica una cadena bien hecha según las recomendaciones del fabricante, la falla por fatiga es poco común. Por lo general, las cadenas fallan por el desgaste. Una cadena puede fallar por fatiga si se opera con una carga alta en un cierto número de ciclos de carga. Las placas de enlace se agrietan desde el orificio del pasador hasta el borde exterior, como se muestra en la foto de abajo. Esta instrucción se está volviendo repetitiva: la cadena debe reemplazarse.

Los pasadores rotos también pueden ocurrir por una sobrecarga de tracción. Durante un choque de escalones, las escaleras mecánicas o los escalones móviles / cadenas de paletas pueden experimentar fallas en los pasadores. Algunas cadenas tienen pasadores extendidos para asegurar los escalones / paletas o sus ejes. Estos pasadores extendidos a veces están diseñados para romperse, lo que evita que la unidad sufra daños más extensos. Nuevamente, la cadena debe reemplazarse. 

Finalmente, llegamos a la corrosión bajo tensión. El acero endurecido hasta cierto nivel, como algunos eslabones de la cadena, puede fallar debido a la corrosión bajo tensión. Por lo general, si la cadena está expuesta a la humedad o una sustancia química que hace que el eslabón de la cadena se corroa, esto, junto con la tensión del ajuste a presión, puede hacer que el eslabón se agriete (generalmente el pasador o el eslabón exterior). Este es un fenómeno relativamente raro, pero he examinado las cadenas de escaleras mecánicas y escalones móviles que han fallado de esta manera. Se debe reemplazar la cadena y, para evitar que el problema vuelva a ocurrir, se deben eliminar las causas ambientales.

Resumen

Si ha notado un denominador común de posibles problemas de cadena en nuestra industria, es que la mayoría se debe a la falta de lubricación. Rara vez la sobrecarga es un factor, ya que el equipo está diseñado utilizando los factores de seguridad del Código de seguridad ASME A17.1 para ascensores y escaleras mecánicas. Tenga en cuenta que también existen algunas cadenas sin lubricante. 

La lubricación es fundamental para lograr una esperanza de vida razonable y para proteger la cadena de la corrosión. Mi consejo: ¡sal con tu lata de aceite y lubrica esas cadenas!

Referencias

Si necesita más información sobre la cadena, me gustaría sugerir que revise los estándares de cadena ASME B29 para la cadena en particular en la que está interesado, o los estándares de cadena ISO. Además, la American Chain Association publicó un libro fantástico, el "Manual estándar de cadenas, segunda edición". Este libro está disponible en la Asociación de Fabricantes de Equipos Transportadores (CEMA) sitio web.