Técnica de la cadena – Manutención

► Recopilar la mayor cantidad posible de datos y, más concretamente:

• El modo de trabajo de la cadena tiene que estar perfectamente definido, haciendo referencia a las posibilidades anteriormente expuestas.
• Masas (incluida la de la cadena, que se estimará en primer lugar), rozamientos de la cadena y de la carga transportada, longitudes, ángulos, elementos de posibles curvaturas, etc.

► Calcular las fuerzas que se ejercen sobre la cadena:

• Las fuerzas de tracción por la masa y por el rozamiento (y por una posible curvatura) restringen la tracción de las placas, producen un cizallamiento en los ejes y ejercen una presión de contacto entre los ejes y los casquillos.
• Las fuerzas normales (debidas a la masa y a una posible curvatura), que ejercen una presión de contacto entre los rodillos pequeños (o grandes) y los casquillos por un lado, y la superficie de apoyo por el otro.

► Elegir la cadena en función de su modo de trabajo y del resultado de los cálculos según uno o varios de los siguientes criterios:

• Resistencia a la tracción de la cadena
• Resistencia al desgaste de sus articulaciones y sus rodillos grandes.

► Repetir los cálculos poniendo la masa de la cadena seleccionada si es muy diferente de la estimada al comenzar los cálculos.
► Definir los detalles técnicos de ejecución de la instalación consultando las recomendaciones y comprobando si las condiciones de trabajo previstas en un principio no han variado de manera que menoscaben la validez de los cálculos.

FÓRMULAS GENERALES
► Fuerza máxima de tracción en Newton (en la entrada de la rueda motriz):

► Fuerza normal máxima en Newton (apoyo sobre la superficie de guía):

Donde:

•  P_t et P_m : son los pesos totales (en N) soportados respectivamente por el ramal cargado y el no cargado
•  f et f‘ : coeficientes de rozamiento en el ramal cargado y en el no cargado
•  α : ángulo de la dirección media de la cadena (en grados) con la horizontal (valor positivo para el ascenso)
• P_g : peso máximo (en N) que se ejerce sobre la rueda grande
• F_p : fuerza catenaria (en N) sobre el ramal no cargado si no está sostenido, dado por la relación de más abajo (para una distancia entre ejes E y una flecha h):

Se trata de una verificación porque en las instalaciones de manutención sólo se producirá una ruptura antes del desgaste en casos excepcionales de cadenas sometidas a importantes fuerzas continuas o discontinuas.

Se calcula la fuerza máxima Ft sobre la cadena con las relaciones especificadas en el capítulo anterior. Esta fuerza se tiene que corregir para tener en cuenta las condiciones de funcionamiento. Para el coeficiente k tenemos los siguientes valores:

• golpes moderados ………………….. k = 1,2
• golpes violentos ……………………. k = 1,4
• dragado……………………………….. k = 1,4

A continuación se comprueba si la resistencia a la tracción Rr es superior a 5 veces la fuerza corregida Ftc. Llamamos Kg al coeficiente de seguridad(aquí es como mínimo igual a 5).

En la vida útil que se suele buscar para las aplicaciones industriales (50.000 horas) y cuando el entorno es agresivo (polvo abrasivo, por ejemplo), la cadena puede fallar debido al desgaste de las piezas por rozamiento, sobre todo de los ejes sobre los casquillos.

Para evitar el desgaste de las articulaciones (con elongación anormal de la cadena que altera su funcionamiento) y que se agarroten, con el consiguiente aumento de la potencia necesaria, hay que limitar la presión de contacto en las articulaciones.

► Presión en las articulaciones:

► Superficie de articulación (con un eje de diámetro da y un casquillo de longitud Id):     S_a = d_a.I_d    mm2

► Presión admisible en condiciones normales de vida útil (longitud de la cadena y su velocidad) y de mantenimiento (lubricación):

P_a   <   35 MPa

Se elige una cadena con una superficie de articulación como mínimo igual al valor dado por la relación:

Consúltenos en caso de condiciones de funcionamiento más severas.

Cuando las cargas soportadas por los rodillos grandes de la cadena (directamente o no) son importantes, su desgaste es el que puede llegar a limitar la vida útil de la cadena.

Los rodillos grandes soportan la componente normal F_n (ver fórmula de cálculo de más arriba) corregida eventualmente por los efectos de una curvatura.

Para determinar el valor medio de P_g se utiliza el cálculo del peso indicado más abajo, en la sección «Pesos que aparecen en las fórmulas», relacionando ese peso con el paso p de la cadena.

n_c = número de cadenas en paralelo del transportador. Sin embargo, Pg puede ser puntualmente bastante superior al valor medio.

Al peso de la cadena y de los accesorios hay que añadir el eso de la carga útil P.

► Carga útil aplicada directamente en la articulación (eje hueco o saliente como la figura de debajo) o en las placas (con orificios o aletas):

► Carga útil P de longitud L en cadena de paso p:

► Presión de contacto entre casquillos y rodillos grandes:

► Superficie de contacto en mm2 de un casquillo de diámetro exterior dd y de un rodillo grande de longitud Ig:   S_g  = d_d . I_g  mm²

Presión admisible para las condiciones normales de funcionamiento (longitud de la cinta y su velocidad) y de mantenimiento (lubricación):

– Para un rodillo grande de acero no tratado:      Pg < 2 MPa
– Para rodillo de plástico (POM):        Pg < 2,2 MPa
– Para un rodillo grande de acero tratado:    Pg < 2,5 MPa
– Para un rodillo grande de acero cementado:     Pg < 3 MPa

► Peso P_c de la cadena (en N), que se deduce de su masa lineal Mc (en kg/m), especificada en el catálogo, de la aceleración de la gravedad (9,81m/s)y de la longitud del ramal que podemos considerar igual a la distancia entre ejes E (en mm) de las ruedas.

P_c = M_c . g . E

► Peso P_ac de los accesorios (en N) no incluidos en el de la cadena, que se deduce de su peso unitario P_ac (en N), de su distancia I_ac (en m) y de la longitud E del ramal.

► Peso Pu de la carga transportada. Se pueden dar varias posibilidades:

Si hay n_c cadenas trabajando en paralelo.

En caso de transporte a granel hay que poner el rozamiento del producto transportado en el cangilón, el de la cadena suele ser irrelevante. La tabla 2 ofrece la densidad y el coeficiente de rozamiento de algunos materiales que se transportan a granel.

Tabla 1

Tabla 2

►  Número de dientes de las ruedas:
Como las cadenas de manutención suelen tener un paso lo suficientemente grande como para que las placas lleven accesorios, al diseñador le interesa reducir el número de dientes de las ruedas para limitar su tamaño. Sin embargo, el efecto poligonal ya es importante por debajo de 12 dientes, e incluso por encima cuando la velocidad de rotación es alta.
Por otra parte, cuando la rueda no tiene muchos dientes y un paso elevado, recomendamos ceñirse a las indicaciones del catálogo para el diámetro máximo del casquillo con objeto de evitar que interfiera con las placas.

Atención: en principio, la cadena funciona sin tensión en el ramal sin carga porque la tracción de las ruedas es positiva. Sin embargo, en ciertos casos concretos se necesita una tensión. El valor de la fuerza de tensión no puede superar el 10% de la fuerza útil en la cadena o el 1% de la resistencia a la tracción.

► Apoyo y guía de los ramales

• El ramal con carga se apoya deslizándose o rodando sobre una superficie de guía.
No olvide utilizar rodillos grandes con pestaña cuando la distancia entre ejes sea grande y en caso de fuerza transversal.

• El ramal sin carga puede estar apoyado mediante deslizamiento porque soporta menos carga, pero también se puede usar el rodamiento sobre rodillos grandes (si existen) o un apoyo mediante una serie de ruedas locas. La ausencia de apoyo sólo se usa cuando la distancia entre ejes es pequeña porque la fuerza catenaria se vuelve excesiva cuando la distancia es grande. Sea como fuere, la flecha no debe superar el 0,4 % de la distancia entre ejes. Esta condición puede requerir una fuerza de tensión demasiado elevada si el ramal no tienen apoyo.

En ambos ramales hay que colocar la cadena con cuidado sobre las ruedas: la guía tiene que estar perfectamente alineada con el dentado. Redondee el extremo de la guía para facilitar la entrada de la cadena.

► Defecto de alineación de las ruedas:

► Defecto de paralelismo de los planos del dentado: las ruedas tienen que ser paralelas (< 40′)

► Tolerancia en la longitud de las cadenas de manutención:  Entre 0 y + 0,25 %
Esta tolerancia se tiene que reducir si hay dos cadenas trabajando en paralelo que se unen mediante traviesas u otros accesorios (precisarlo en el pedido)