Корея Ever-Power · Ръководство за приложно инженерство
Червяк и червячно колело за автоматични задвижвания на порти — Ръководство за работа на открито
Задвижването за плъзгаща се врата стои на открито – изложено на дъжд, слънце, скреж, солен въздух и прах – в продължение на 10 до 15 години. То се отваря и затваря от 10 до 200 пъти на ден, спира срещу препятствия за спазване на изискванията за безопасност и държи стоманена врата с тегло 1200 кг в затворено положение срещу пориви на вятъра през цялата нощ. Всяко едно от тези изисквания се пада на червячната предавка вътре в корпуса на задвижването.
Задвижванията за порти използват червячни зъбни колела по три причини: самозаключването задържа позицията на портата, когато моторът спре (не е необходим отделен заключващ механизъм), 90-градусовата конфигурация на мотора към изхода се побира в компактни корпуси на стълбове на порти, а високото предавателно число в един етап задвижва тежки порти с ниска скорост от малки мотори. Доминиращото предизвикателство пред спецификациите е излагането на външна среда - температурни цикли от минус 20 до плюс 55 градуса по Целзий, проникване на дъжд, UV разрушаване на уплътненията и корозия от солен въздух или промишлена атмосфера. Матрицата за излагане на външна среда класифицира инсталациите на порти в 4 категории на околната среда и съпоставя всяка с необходимия IP рейтинг, обработка против корозия, тип уплътнение и спецификация за грес. Задвижванията за порти за жилищна употреба (10 до 20 цикъла на ден) се целят в 10-годишен експлоатационен живот при приблизително 50 000 до 75 000 общо цикъла. Индустриалните оператори (100 до 200 цикъла на ден) се целят в 5-годишен експлоатационен живот при общо 150 000 до 350 000 цикъла. EN 12453 (безопасност на електрически задвижвани врати) изисква ограничаване на въртящия момент при спиране, за да се предотврати нараняване от заклещване — червячната зъбна предавка трябва да издържи на повтарящи се случаи на спиране без повреда на зъбите.
Защо операторите на порти използват червячни зъбни колела
Автоматичните задвижвания за порти – плъзгащи, люлеещи се и ролетни – споделят общо механично изискване: двигателят задвижва портата до желаната позиция, след което спира и портата трябва да остане там. Вятърното натоварване, гравитацията върху наклонени релси и опитът за насилствено проникване оказват натиск върху портата, когато двигателят е изключен. Червячната предавка държи портата на място чрез геометрично самозаключване, без отделен заключващ, резещ или спирачен механизъм.
Самозаключващата се червячна зъбна предавка държи вратата във всяка позиция - напълно отворена, напълно затворена или частично отворена. Не е необходим ключ, електромагнитна блокировка, не е необходима пружинна възвратна връзка. Опростява механизма на задвижването до мотор, червячна зъбна предавка и изходно зъбно колело или рамо.
Двигателят се монтира перпендикулярно на релсата на портата вътре в корпус на колона или пиедестал. Типичен корпус за жилищен оператор: 250 × 180 × 380 мм. 90-градусовата червячна конфигурация се вписва в този обхват; редовият планетарен двигател би удължил дълбочината на корпуса отвъд ширината на колоната.
Плъзгаща се врата с тегло 1500 кг изисква приблизително 150 до 250 N·m въртящ момент на зъбното колело на рейката. Червячна зъбна предавка с предавателно число 30:1 осигурява това от 250 W мотор, произвеждащ 8 N·m — мотор, достатъчно малък, за да работи с еднофазно жилищно захранване от 220 V.
Матрица на експозицията на външната среда — от мястото на монтаж до спецификацията на материалите
Най-голямата променлива в спецификацията за червячните зъбни колела на задвижващите механизми на врати е външната среда. Жилищна порта в град с умерен климат е изложена на умерено въздействие. Индустриална порта в крайбрежен химически завод е изложена на екстремно въздействие. Разликата между тези две крайности се изразява в 3 до 5 пъти разлика в цената на материала на червячната зъбна колела и спецификацията на уплътнението.
Матрицата на експозицията по-долу класифицира инсталациите в четири категории и съпоставя всяка с изискванията за IP, корозия, температура и грес за червячната зъбна двойка.
Преходът от E1 към E4 приблизително утроява цената на червячната зъбна двойка. Битова зъбна двойка E1 на цена от 35 щатски долара се превръща в индустриална зъбна двойка E4 на цена от 95 до 120 щатски долара. Разликата в цената се дължи главно на обработката на повърхността на червяка (черен оксид на цена от 2 щатски долара спрямо неръждаема стомана 316L на цена от над 40 щатски долара) и спецификацията на уплътнението (стандартна гумена устна на цена от 3 щатски долара спрямо PTFE с лабиринт на цена от 12 щатски долара). Задвижванията на порти, инсталирани на обекти E3 или E4 с червячни зъбни двойки клас E1, развиват предизвикана от корозия точкова корозия в рамките на 12 до 24 месеца - най-често срещаният режим на преждевременна повреда в крайбрежните и индустриалните порти.
Прогноза за жизнения цикъл за периодично захранване на гейта
Задвижванията на порти работят с прекъсвания — двигателят работи от 15 до 45 секунди на цикъл (време за движение на портата), след което стои на покой от минути до часове. Това е коренно различно от непрекъснатата работа на ескалаторите или работата с много цикли на сортировъчните линии. Животът на червячната зъбна двойка се измерва в общ брой цикли, а не в работни часове.
Жилищна порта (10-20 цикъла/ден). Целеви 10-годишен живот = общо 36 500 до 73 000 цикъла. При 30 секунди на цикъл, общото време на работа за 10 години: 300 до 600 часа. Това е тривиално кратко време на работа — червячната зъбна предавка никога няма да се износи само от работните часове. Ограничаващият живота фактор е влошаването на околната среда: изсъхване на мазнини от температурни цикли, стареене на уплътненията от UV лъчи и корозия от атмосферна влага. Правилно уплътнената и смазана червячна зъбна предавка в задвижване за жилищна порта ще издържи значително по-дълго на двигателя, платката за управление и релсата на портата.
Индустриална порта (100-200 цикъла/ден). Целеви 5-годишен живот = от 182 500 до 365 000 общо цикъла. При 30 секунди на цикъл, общото време на работа: от 1500 до 3000 часа. Все още скромно по стандартите на червячните предавки, но пиковете на въртящия момент при стартиране и спиране при всеки цикъл започват да натрупват измерима умора. Червячната предавка трябва да бъде с номинален коефициент на полезно действие минимум 1,5 за множителя на въртящия момент при стартиране (обикновено от 1,8 до 2,2 пъти работния въртящ момент за тежка плъзгаща се врата, преодоляваща статичното триене върху релсата). При 200 цикъла на ден, греста също така е подложена на по-високо натоварване на срязване — за по-дълъг живот на греста при термични и механични цикли, посочете синтетичен литиев комплекс, а не стандартен литиев.
Корейски индустриален парк инсталира 14 задвижвания за плъзгащи се врати на периметърна ограда. Спецификацията беше клас E2 (отворени във вътрешността на страната — правилно за местоположението на обекта на 80 км от брега). Тегло на вратата: 1200 кг всяка. Двигател: 550 W еднофазен. Червячна предавка: еднократна, модул 2.5, междуосово разстояние 50 мм, съотношение 30:1, поцинкован червяк, колело от фосфорен бронз. Запечатан корпус IP55. Честота на циклите: 60 до 80 цикъла на ден (влизане на превозни средства на служителите на 3 смени). Инсталацията работеше добре в продължение на 3 години. През четвъртата година беше построено ново съоръжение за съхранение на химикали на 200 метра срещу вятъра от линията на вратата. Съоръжението обработваше солна киселина и следи от атмосферен HCl в концентрация от 0,3 до 0,8 ppm достигнаха до задвижванията на вратите по време на преобладаващите ветрови условия. В рамките на 8 месеца 6 от 14-те задвижвания показаха повишен ток на двигателя — червячните предавки развиха киселинна корозия по резбите на червяците, увеличавайки триенето и луфта. Цинковото покритие (предназначено за атмосферна корозия C3, а не за химическо излагане) се е разтворило в киселинната атмосфера. Спецификация за подмяна на 6-те засегнати устройства: клас E4 — червяк от неръждаема стомана 316L, уплътнения от PTFE, синтетична грес. Цената на чифт се е увеличила от 45 щатски долара на 110 щатски долара, но алтернативата е била подмяна на чифтове на всеки 8 до 12 месеца при спецификация E2. Поука: класът на излагане трябва да се преоцени всеки път, когато околната среда се промени. Обект E2 може да се превърне в обект E4 за една нощ, ако химическа операция се премести наблизо.
Поведение на греста при студен старт и съответствие с EN 12453 с въртящия момент при спиране
Скок на въртящия момент при студен старт. Стандартната литиева грес (NLGI 2) се сгъстява значително под 0 градуса по Целзий. При минус 15 градуса по Целзий (типична корейска зимна сутрин), видимият вискозитет на минералната литиева грес се увеличава с коефициент от 5 до 8 в сравнение с 20 градуса по Целзий. Студената грес се съпротивлява на въртенето на червяка и двигателят трябва да преодолее както триенето в релсите на затвора, така и съпротивлението на греста при стартиране. Ако двигателят спре срещу студената грес, затворът не се отваря - повреда в надеждността, въпреки че никой компонент не е повреден. Решението е да се посочи синтетична грес (на база PAG или PAO) за всяка инсталация, където зимните температури падат под минус 10 градуса по Целзий. Синтетичната грес поддържа изпомпваемост до минус 30 градуса по Целзий или по-ниско, осигурявайки надеждност при студен старт.
Съответствие с EN 12453 за въртящ момент при спиране. EN 12453 (безопасност на електрически задвижвани врати) изисква от операторите на врати да ограничат силата на затваряне, за да предотвратят нараняване от заклещване — обикновено максимум 400 N на водещия ръб за жилищни врати. Когато вратата срещне препятствие (човек, превозно средство, предмет), двигателят спира и червячната зъбна предавка предава пълния въртящ момент от спирането. Въртящият момент от спирането обикновено е от 2,5 до 3,5 пъти по-голям от работния въртящ момент. Червячната зъбна предавка трябва да издържи на повтарящи се случаи на спиране (до 5 на ден е обичайно при натоварени индустриални врати, където превозните средства задействат сензора за безопасност) без увреждане на повърхността на зъбите. Това изискване за оцеляване при спиране определя минимална контактна площ на зъбите и твърдост на материала — двойката трябва да е оценена за въртящия момент от спирането, а не само за работния въртящ момент, умножен по коефициент на повторение на спирането от 1,3 до 1,5.
Спецификации на двойки червячни зъбни колела с три задвижващи механизма на вратата
Случай 1 — Корейски индустриален парк: плъзгаща се врата 1200 кг, клас E2, 80 цикъла/ден
Корейска компания за управление на индустриален парк е определила червячни зъбни колела за 14 периметърни плъзгащи врати с тегло на вратата 1200 кг всяка. Дължина на релсата: 6 метра. Скорост на движение: 0,15 м/с (40 секунди от отваряне до затваряне). Двигател: 550 W еднофазен 220 V. Диаметър на зъбното колело: 60 мм. Необходим изходен въртящ момент на зъбното колело: 180 N·m (включително триене на релсите, натоварване от вятъра и тегло на вратата върху наклонен участък от релсата). Червячна зъбна колела: едноходова, модул 2,5, междуосово разстояние 50 мм, съотношение 30:1, ъгъл на водещост 3,8 градуса. Ефективност при работа: 52 процента. Въртящ момент при блокиране на ротора на двигателя: 3,0 пъти при работа = 540 N·m — в рамките на номиналния въртящ момент на двойката от 620 N·m. Материал: поцинкован, закален червяк, колело от фосфорен бронз. Уплътнение: двойна устна, IP55. Грес: синтетичен литиев комплекс (минимална корейска зима минус 18 градуса по Целзий на този обект). Цена за чифт: 45 USD. Целевият експлоатационен живот: 5 години при 80 цикъла/ден = 146 000 цикъла. Постигнато: 3,5 години преди промяната в околната среда (излагане на киселина) да изисква надграждане до E4 — вижте бележката на инженерното бюро по-горе.
Случай 2 — Японски крайбрежен курорт: 800 кг люлееща се порта, E3 marine, 15 цикъла/ден
Японски курортен хотел на брега на Окинава е определил червячни зъбни колела за две декоративни ковани железни люлеещи се врати на главния вход. Тегло на вратата: 800 кг (двукрилна, 400 кг на крило). Въртящо се рамо: 600 мм. Необходим изходен въртящ момент: 120 N·m на крило, включително натоварване от вятър (проектен вятър за района на тайфуните: 50 m/s изисква сила на заключване на вратата, еквивалентна на 3000 N на върха на рамото). Двигател: 370 W еднофазен на крило. Предаващо число: 40:1. Червячна зъбна колела: едноходова, модул 2, междуосово разстояние 40 мм, горещо поцинкован червяк (съгласно ISO 1461 за крайбрежен C4-H), колело от алуминиев бронз CuAl10Fe5Ni5. Уплътнение: маншетно уплътнение Viton + лабиринтно, IP55. Грес: синтетична PAG, подходяща за морски цели. Въртящ момент при спиране при ограничение по EN 12453: 400 N при рамо 600 mm = 240 N·m — в рамките на номиналния въртящ момент на двойката от 320 N·m с резерв. Честота на циклите: 15 на ден (превозни средства за гости на хотела). Целевият живот на цикъла: 10 години = 55 000 цикъла. Цена на двойка: 82 USD (морска премия E3). Тестът със солена мъгла (ASTM B117) е преминал успешно при 720 часа без видима корозия — надвишавайки изискването E3 за 500 часа. Разгледайте червячен редуктор за порта опции с антикорозионна защита морско качество за крайбрежни шлюзове.
Случай 3 — Виетнамска фабрична ролетна щора: 600 кг, E2, 200 цикъла/ден, високочестотна
Виетнамска фабрика за облекло е определила червячни зъбни колела за 4 ролетни щори за товарен док с тегло на щората 600 кг всеки. Честота на циклите: 200 на ден (товарене на камиони на всеки 2 до 3 минути по време на пиковите часове). Това е било приложението на вратата с най-висок брой цикли в портфолиото от спецификации — общо 365 000 цикъла за 5-годишен целеви живот. Двигател: 750 W трифазен. Предаващо число: 25:1. Червячна зъбна колела: еднократна, модул 3, междуосово разстояние 63 мм (с един размер рамка по-голямо от необходимото за въртящия момент — увеличено за живот на циклите). Работен въртящ момент: 95 N·m. Пусков въртящ момент със студен капак сутрин: 2,2 пъти = 209 N·m. Номинален въртящ момент на двойката: 480 N·m — осигуряващ коефициент на замърсяване 2,3 срещу стартиране (голям запас за високоциклична умора). Материал: поцинкован червяк, колело от фосфорен бронз. Уплътнение: двоен ръб, IP44 (товарният док е защитен). Грес: литиев комплекс NLGI 2 с 12-месечен интервал за повторно смазване (достъпна гресьорка на корпуса). Цена за чифт: 58 USD. След 4,2 години (приблизително 306 000 цикъла), годишното измерване на луфта показа 1,4 пъти стойността на доставката — приближавайки се до прага от 1,5 пъти за подмяна. Подмяната на колелото е планирана за 5-та година на поддръжка на цена от 28 USD на колело.
Често задавани въпроси
В: Може ли червячна зъбна предавка на задвижването на портата да бъде ръчно превключена по време на прекъсване на захранването?
Самозаключващите се червячни зъбни колела не могат да се задвижват обратно чрез ръчно натискане на вратата. Поради това задвижванията на вратите включват механизъм за ръчно освобождаване - обикновено съединител, задвижван с ключ, който освобождава червяка от изходния вал, позволявайки на вратата да се натиска свободно. Съединителят трябва автоматично да се включи отново при следващото задействане на двигателя. Кодовете за пожарна безопасност в Корея и Япония изискват това ръчно освобождаване на всички електрически задвижвани врати, обслужващи аварийни изходи. Спецификацията на червячната зъбна колела не се влияе от съединителя - съединителят е функция на ниво корпус, външна за самата зъбна двойка.
В: Как натоварването от вятър влияе на спецификацията на червячната зъбна двойка?
Натоварването от вятър действа върху панела на портата като разпределено налягане, което се превръща във въртящ момент на изходния вал на червячната предавка. За 6-метрова плъзгаща се порта на височина 1,5 метра в зона с вятър 30 m/s, силата на вятъра е приблизително 2400 N (на базата на 0,6 × 1,2 × 1/2 × 1,225 × 30² × 6 × 1,5 опростено). Тази сила трябва да бъде поета от самозаключващата се червячна предавка, когато двигателят е изключен. Границата на самозаключващата се предавка трябва да надвишава въртящия момент на вятъра на изходния вал при най-лоши условия. За райони с тайфун (скорост на вятъра от 50 до 60 m/s), силата на вятъра се увеличава с квадрата на скоростта - приблизително от 2,8 до 4 пъти стойността от 30 m/s - и може да изисква по-голям размер на рамката на червячната предавка или допълнителна механична ключалка на портата.
В: Каква грес трябва да посоча за задвижване на порта в климат с горещо лято и студена зима?
Синтетичната литиева комплексна грес с PAO или PAG базово масло покрива най-широкия температурен диапазон: работен диапазон от минус 30 до плюс 130 градуса по Целзий, като изпомпваемостта при студен старт се поддържа до минус 40 градуса по Целзий. Стандартната литиева грес на минерална основа (с номинална мощност от минус 10 до плюс 120 градуса по Целзий) е подходяща за умерен климат, но не преминава тестовете за студен старт под минус 10 градуса по Целзий. За корейски инсталации, където зимните минимуми достигат минус 15 до минус 20 градуса по Целзий, синтетичната грес е минималната препоръчителна стойност. Допълнителната цена за синтетична грес (приблизително от 3 до 5 щатски долара на зареждане на задвижване на порта) е незначителна в сравнение с цената на сервизно повикване за порта, която не се отваря в студена сутрин.
В: Колко често трябва да се поддържа червячна зъбна предавка на задвижването на порта?
Жилищни порти (10-20 цикъла/ден): годишна визуална проверка на уплътненията, годишна проверка на състоянието на греста, повторно гресиране, ако е суха или обезцветена. Не е необходимо измерване на луфта, освен ако не се появят симптоми (отклонение на гредата, повишен шум). Индустриални порти (100+ цикъла/ден): 6-месечна проверка и доливане на греста, годишно измерване на луфта, годишна проверка на уплътненията. Сменяйте уплътненията на всеки 5 години, независимо от състоянието им (UV лъчите и температурните цикли разрушават гумените уплътнения, дори когато изглеждат непокътнати). Крайбрежни E3 инсталации: добавете 6-месечна проверка за корозия на откритите крепежни елементи и външната част на корпуса — първият признак на корозия върху външните части показва, че класът на атмосферна корозия може да е по-висок от посочения.
В: Мога ли да използвам двуходова червячна предавка в задвижващ механизъм за порта за по-лесно ръчно управление?
Двустъпалната двойка при типични стойности на q има ъгъл на водеща стъпка над ъгъла на триене и не е заключваща се — портата ще се движи или плъзга в отворено/затворено положение под натоварване от вятър, когато двигателят е изключен. Това обезсмисля основната цел на използването на червячна зъбна предавка в задвижването на портата. Ако целта е по-лесно ръчно управление, правилното решение е съединител за ръчно освобождаване на едностъпалната самозаключваща се двойка — което осигурява самозаключване по време на нормална работа и свободно движение по време на ръчно управление. Някои производители на порти използват двустъпални двойки с електромагнитна спирачка за задържане на позицията, но това добавя разходи, сложност и режим на повреда (ако спирачката се повреди или загуби захранване, портата е незакрепена). Едностъпалната със съединител остава стандартният подход в индустрията.
Автоматичните задвижващи механизми за порти поставят червячната зъбна двойка на най-екологично неблагоприятното място от всяко стандартно промишлено приложение - на открито, изложени на атмосферни влияния, температурни екстремуми и атмосферна корозия в продължение на десетилетие или повече. Матрицата за външна експозиция класифицира инсталациите в четири категории на околната среда и съпоставя всяка с изискванията за IP, защита от корозия и грес, които определят както разходите, така и експлоатационния живот. Цикличният живот при работа на портата се измерва в общ брой цикли на отваряне-затваряне, а не в работни часове, като жилищните порти са насочени към 50 000 до 75 000 цикъла за 10 години, а индустриалните порти - към 150 000 до 365 000 цикъла за 5 години. Поведението на греста при студен старт под минус 10 градуса по Целзий и оцеляването на въртящия момент при спиране по EN 12453 са двете спецификации за работни условия, които стандартните информационни листове за червячни зъбни двойки с непрекъснат режим на работа не покриват - конструкторите на задвижващи механизми за порти трябва да проверят и двете независимо.
За производителите на задвижвания за порти и екипите за управление на съоръжения, нашият инженерен екип извършва класификация на експозицията и изчисляване на жизнения цикъл на вашата инсталация. Стандартен каталог компактни червячни зъбни колела покриват размери на задвижванията за порти от 40 до 80 мм междуосово разстояние за всичките четири класа на околната среда със съответстващи пакети уплътнения и грес. Изпратете Спецификация на задвижването на оператора на портата с теглото на портата, честотата на циклите и условията на обекта.
Определяне на двойки червячни зъбни колела за задвижване на порта?
Изпратете типа на портата (плъзгаща се, крила, с щора), теглото на портата, честотата на циклите, местоположението на обекта и всяко специално въздействие на околната среда (крайбрежна, химическа, екстремни студове). Ще класифицираме въздействието, ще препоръчаме правилния материал и пакет уплътнения и ще ви дадем оферта за вашия годишен обем.
Редактор: Cxm
