Корея Ever-Power · Ръководство за приложно инженерство
Червяк и червячно колело за паркинг бариери, колчета и турникети
Бариера на паркинга на болница, която е оживена, се отваря и затваря 1500 пъти на ден - веднъж на всеки 40 секунди в продължение на 16 часа. Турникет на метростанция се завърта 4000 пъти на ден. Издигащ се охранителен колче трябва да издържи на удар от 7,5-тонно превозно средство при 80 км/ч и все пак да се прибере по команда 30 секунди по-късно. Това са най-бързо движещите се и най-устойчиви на злоупотреби приложения на червячни зъбни колела във всяка сградна инфраструктура.
Паркинг бариерите, повдигащите се колчета и турникетите се завъртат и завъртат от 5 до 100 пъти по-бързо от автоматичните порти (от 500 до 4000 операции на ден в сравнение с 10 до 200 за портите). Този бърз цикъл на работа натрупва повреди от умора със скорост, която прави червячната зъбна предавка първия износващ се компонент - не уплътнения, не грес, не корозия. Картата на бързите цикли на умора класифицира инсталациите в четири нива по дневен брой цикли и съпоставя всяко ниво с коефициента на обслужване, интервала на проверка и очаквания график за подмяна на колелата. При 1500 цикъла на ден, червячната зъбна предавка натрупва приблизително 550 000 цикъла годишно - достигайки прага на умора от 2 милиона цикъла за по-малко от 4 години. Повдигащите се колчета добавят изискване за устойчивост на удар, с което никое друго приложение на червячна предавка не се сблъсква: двойката трябва да абсорбира енергията от сблъсък на превозно средство без счупване на зъбите и да остане работеща след удара. Турникетите изискват непрекъснато въртене с нисък въртящ момент при скорост на ходене на пешеходци с почти нулев луфт за плавно усещане при преминаване.
Защо бариерите, болардите и турникетите използват червячни зъбни колела
Тези три продуктови семейства – паркинг бариери, повдигащи се колчета и пешеходни турникети – изглеждат различно, но споделят общо изискване за задвижване: компактен механизъм, който се върти на кратко ъглово разстояние (90 градуса за бариери, 180 градуса за турникети, линеен ход за колчета чрез манивела), задържа позицията си, когато моторът спре, и се побира в тесен стълб или корпус.
Завъртане на рамото на 90°, цикъл от 1-3 секунди, 500-2000 операции/ден. Самозаключващото се устройство държи рамото хоризонтално в затворено положение срещу вятър.
Линеен ход 500-800 мм чрез манивела или винт, цикъл 3-8 секунди, 50-500 операции/ден. Самозаключващият се болард държи в повдигнато положение срещу натискане от превозно средство.
Завъртане на 120° или 180° на преминаване, непрекъснат поток, 2000-4000 операции/ден. Нисък хлабинен ход за плавно усещане при преминаване.
Червячната зъбна предавка обслужва и трите приложения с едни и същи основни свойства: самозаключващо се задържане на позиция (не е необходимо отделно заключване), 90-градусова ориентация на двигателя (побира се вътре в стълб) и високо предавателно число от малък двигател (100 W двигател чрез червячна зъбна предавка 30:1 повдига 4-метрово бариерно рамо за 1,5 секунди). Разликата между трите приложения се състои в честотата на циклите и допустимата злоупотреба - и тези два параметъра определят спецификацията на червячната зъбна предавка повече от всяко изискване за размери или въртящ момент.
Карта на бързоцикличната умора — от дневния брой цикли до коефициента на експлоатация и графика за подмяна
Определящата характеристика на червячните предавки на бариерите, колчетата и турникетите е броят на циклите. Паркинг бариерата в оживена болница или търговски център се отваря и затваря от 1000 до 2000 пъти на ден. За една година това са от 365 000 до 730 000 цикъла. При типичен 5-годишен договор за обслужване, двойката натрупва от 1,8 до 3,6 милиона цикъла. За сравнение, жилищна порта (статия A09) натрупва от 50 000 до 75 000 цикъла за 10 години - приблизително 25 до 50 пъти по-малко цикли.
Картата на умората по-долу класифицира инсталациите в четири нива по брой дневни цикли и съпоставя всяко от тях със спецификациите и параметрите за поддръжка.
Преминаването от T1 към T4 удвоява коефициента на обслужване (от 1,5 до 3,0), компресира интервала на проверка от годишен на месечен и съкращава живота на колелата за подмяна от 5 години на под 1 година. При режим на работа T4, червячната зъбна предавка е консуматив за поддръжка - планираната подмяна на всеки 8 до 14 месеца е нормална и бюджетирана, а не повреда. Определянето на зъбна предавка от клас T1 за инсталация T3 е най-често срещаната грешка при обществените поръчки при проекти за бариери и турникети: зъбната предавка е механично адекватна за въртящия момент, но е с недостатъчен размер за броя цикли на умора, като се поврежда на 12 до 18 месеца, когато спецификацията предвиждаше 4 до 6 години.
Устойчивост на удар — оценки за сблъсък с превозни средства за повдигащи се червячни зъбни колела
Повдигащите се охранителни колчета са единственото приложение на червячна предавка, при което двойката трябва да оцелее при удар на превозно средство и да остане функционална. IWA 14-1 и PAS 68 са международните стандарти за краш тестове, които оценяват колчетата по маса и скорост на превозното средство: типичен търговски охранителен колче трябва да спре превозно средство с тегло 7500 кг при скорост от 48 до 80 км/ч. Енергията на удара варира от 133 kJ (7,5 т при 48 км/ч) до 370 kJ (7,5 т при 80 км/ч).
Как ударните натоварвания достигат до червячната зъбна двойка. Тръбата на боларда абсорбира първичната енергия на удара чрез пластична деформация на тръбата и основата. Значителна част от силата на удара (обикновено от 15 до 30 процента от пика) обаче се предава през носещата конструкция на боларда към задвижващия механизъм. За болард, задвижван с червячна предавка, това означава преходно ударно натоварване от 5000 до 15 000 N·m на изходния вал — с продължителност от 50 до 200 милисекунди. Червячната предавка трябва да абсорбира този удар без счупване на зъба (крехко разрушаване) или постоянна деформация на зъба (пластично огъване) и да остане работеща за следващата команда за прибиране.
Спецификация на материала за ударно натоварване. Стандартните закалени червяци (16MnCr5, повърхност HRC 58-62) са крехки при импулсно натоварване - твърдата обвивка може да се разпадне при един силен удар. Напълно закалените червяци (42CrMo4, равномерна твърдост HRC 28-34) абсорбират енергията на удара без крехко счупване, тъй като равномерната твърдост разпределя напрежението върху по-голяма пластична зона. Бронзовото колело трябва да бъде центробежно лято (по-плътна микроструктура, с 15 до 25 процента по-висока ударна жилавост от гравитачно лято) и да е с един размер на рамката над изискването за въртящ момент в стационарно състояние - допълнителното напречно сечение на зъба осигурява капацитета за абсорбиране на енергията на удара, който самият номинален въртящ момент не гарантира.
Корейски жилищен комплекс с 2400 домакинства инсталира 6 паркинг бариери на входните и изходните ленти. Компанията за управление на имоти посочи червячни зъбни колела, предназначени за „работа при индустриални порти“ - същата спецификация като периметърните плъзгащи порти. Честота на циклите на бариерата: 1200 операции на ден на единица (едно превозно средство на всеки 48 секунди през сутрешния и вечерния пик, по-ниска честота извън пиковите часове). През първата година 4 от 6-те бариери изискваха подмяна на червячни зъбни колела на 8, 9, 10 и 11 месец - много преди 5-годишния живот, предвиден в спецификацията за клас на портата. Основна причина: спецификацията на портата приемаше 80 цикъла на ден (ниво на умора T1, SF 1.5), докато действителното работно време на бариерата беше 1200 цикъла на ден (ниво на умора T3, изискващо SF 2.5). Двойките бяха оценени на адекватен въртящ момент, но с недостатъчен размер за кумулативната пикова умора при стартиране при честота на циклите T3. Спецификацията за замяна е преместила един размер рамка нагоре (разстояние между центровете 50 мм на 63 мм) и е приложила SF 2.5 — увеличавайки цената на чифт от 42 USD на 75 USD. По-големите чифтове вече са завършили 26 месеца при същата честота от 1200 цикъла/ден, като луфтът все още е в рамките на 1,2 пъти стойността на доставка. Очакван живот на колелата при новата спецификация: от 2,5 до 3 години — в съответствие с диапазона T2-T3 в картата на умора. Урок: червячните зъбни колела за бариери и турникети не могат да бъдат посочени от каталозите на операторите на порти. Множителът на честотата на циклите е най-важната разлика в спецификацията между задвижване на порта (10-200 цикъла/ден) и задвижване на бариера (500-2000 цикъла/ден).
Вандалозащита и уплътнение срещу атмосферни влияния за работа на открито без надзор
Паркинг бариерите, колчетата и турникетите работят на открито без надзор за продължителни периоди от време — 24 часа на ден, 365 дни в годината. Корпусът на червячната зъбна предавка е изложен на умишлен вандализъм (удар, повдигане, поставяне на чужди предмети), случаен контакт с превозни средства, дъждовна вода и температурни екстремуми. Спецификацията на уплътнението и корпуса трябва да отчита както екологичните, така и човешките заплахи.
Минимум IP55 за всички корпуси на червячни зъбни колела за бариери и боларди. Повдигащите се боларди, монтирани на нивото на земята (на едно ниво с пътната настилка), трябва да са с IP67 или IP68, тъй като тръбата на боларда се пълни с дъждовна вода, а задвижващият механизъм е разположен на дъното. Уплътненията, съвместими с потопяеми системи, и дренажните системи са от съществено значение за болардите за вграден монтаж.
Корпусите на бариерите, изложени на обществен достъп, трябва да използват защитени от несанкциониран достъп крепежни елементи (Torx щифт, трикрилен щифт или собствени защитни глави). Корпусът на червячната предавка трябва да бъде затворен в стойката на бариерата без видими точки за достъп. Всеки сервизен панел трябва да изисква специализиран инструмент за отваряне - стандартните шестостенни или кръстати глави предлагат достъп от вандали.
Външните корпуси са подложени на ежедневни температурни цикли, които водят до кондензация вътре в корпуса. Натрупаната кондензация емулгира мазнините и корозира незащитените стоманени повърхности в рамките на месеци. Инсталирайте обезвъздушителен клапан със синтерован филтърен елемент, за да изравните налягането, като същевременно блокирате водата и праха. За инсталации в шахти с колчета, добавете малък нагревателен патрон (5 до 10 W), който предотвратява условия под точката на оросяване.
Корпуси с три червячни зъбни колела за бариери, боларди и турникети
Случай 1 — Корейски жилищен комплекс: паркинг бариера, 1200 цикъла/ден, режим T3
Корейски управител на жилищен комплекс е определил червячни зъбни колела за 6 входно/изходни бариери, обслужващи 2400 домакинства. Рамо на бариерата: 4 метра, алуминий, 12 кг, включително противотежест. Време за отваряне-затваряне: 1,5 секунди. Двигател: 180 W, еднофазен, 220 V. Необходим изходен въртящ момент: 35 N·m (инерция на рамото + съпротивление на вятъра). Честота на циклите: 1200 на ден (пик 6:30-8:30 ч. сутринта навън, 5:30-8:00 ч. вечерта входящ, умерен трафик през цялото време). Ниво на умора: T3 (много високо). Спецификация на червячната зъбна колела след първоначална неправилна спецификация и корекция (вижте бележката на инженерното бюро): едноходова, модул 2, междуосово разстояние 63 мм, съотношение 30:1, ъгъл на водещост 3,0 градуса. Номинален въртящ момент на двойката: 180 N·m (SF = 180/35 = 5,1 спрямо работен въртящ момент — този необичайно висок SF е необходим за умора T3, а не за статична товароносимост). Материал: закалена стомана 16MnCr5, отлята чрез центробежно лят CuSn12Ni. Грес: синтетичен литиев комплекс. Уплътнение: двуръбно IP55. Цена за чифт: 75 щатски долара. Живот на колелата при режим на работа T3: приблизително от 2,5 до 3 години (от 900 000 до 1 100 000 натрупани цикъла). Цена на подмяна на колело: 22 щатски долара. Годишен бюджет за подмяна на колела за 6 бариери: 6 × 22 / 2,75 години средно = 48 щатски долара годишно — незначителни разходи за поддръжка на инфраструктура, обслужваща 2400 домакинства.
Случай 2 — Турникет на японска метростанция: 3500 преминавания/ден, ултраплавно въртене
Японски метрооператор е определил червячни зъбни колела за 24 турникета с половин височина на централна гара в Токио. Пътникопоток: 3500 преминавания на турникет на ден (сутрешни и вечерни пикове с приблизително 400 преминавания на час). Въртене на турникета: 120 градуса на преминаване, контролирано освобождаване с моторно спирачно забавяне в края на движението. Двигател: 90 W BLDC с обратна връзка от енкодер. Необходим изходен въртящ момент: 8 N·m (нисък — натоварването е инерцията на 6 kg рамо на турникет от неръждаема стомана). Предизвикателството на спецификацията не беше въртящият момент, а плавността: пътниците усещат хлабина като „щракване“ или „прорез“ по време на преминаване, което влошава възприятието за качество на обслужване. Червячна зъбна колела: едноходова, модул 1.5, междуосово разстояние 35 mm, съотношение 20:1, шлифовъчен Ra 0.4 µm, дуплексна конфигурация за почти нулев хлабина. Ниво на умора: T4 (екстремно — 3500 цикъла на ден = 1.28 милиона годишно). При работа T4, бронзовото колело достигна границата на хлабина на 11 месеца (приблизително 1,15 милиона цикъла). Цена на подмяна: 14 щатски долара на колело, 15 минути на бройка. Годишен бюджет за колело за 24 турникета: 24 × 14 × 1,1 = 370 щатски долара — пренебрежимо малко спрямо годишния бюджет за поддръжка на станцията. Разгледайте компактен червячен механизъм опции за приложения с висок цикъл на работа на турникети и бариери.
Случай 3 — Пункт за събиране на пътни такси на виетнамски магистрали: бариера, 800 цикъла/ден, тропическа външна среда
Виетнамски оператор на скоростна магистрала е определил червячни зъбни колела за 12 бариери на пунктове за събиране на пътни такси на пътен възел. Рамо на бариерата: 5 метра (с голям обхват, с опорно въже за отклонение от вятъра). Тегло на рамото с противотежест: 18 кг. Време за отваряне-затваряне: 2 секунди. Двигател: 250 W еднофазен. Честота на циклите: 800 на ден (умерен трафик с пътни такси, 16 часа на ден). Ниво на умора: T2 (високо). Тропическа среда: околна температура от 28 до 42 градуса по Целзий целогодишно, мусонни дъждове 4 месеца в годината, високо UV лъчение. Червячна зъбна колела: едноходова, модул 2,5, междуосово разстояние 50 мм, предавателно число 25:1. Материал: поцинкован червяк (тропическа защита от корозия), колело от фосфорен бронз. Уплътнение: IP55 с двоен ръб с обезвъздушителен клапан. Грес: синтетичен PAG, разработен до 130 градуса по Целзий (тропическа температура на корпуса при 42 градуса по Целзий околна температура плюс вътрешна топлина достига 65 до 78 градуса по Целзий в стационарно състояние по време на сезона на мусоните, когато въздушният поток е ограничен от дъждобран). Цена за чифт: 52 щатски долара. Живот на колелата при тропическо натоварване T2: 2,5 години (приблизително 730 000 цикъла). Цена на подмяната на колелото: 16 щатски долара. Общ 5-годишен бюджет за поддръжка на червячна предавка за 12 бариери: 12 × 16 × 2 (две подмени) = 384 щатски долара — което представлява по-малко от 0,1 процента от годишните оперативни разходи на пункта за събиране на пътни такси.
Често задавани въпроси
В: Може ли една и съща спецификация на червячна зъбна предавка да се използва както за порти, така и за бариери?
Само ако броят на циклите съвпада. Портал с 80 цикъла на ден и бариера с 800 цикъла на ден може да имат сходни изисквания за въртящ момент, но бариерата натрупва 10 пъти по-големи повреди от умора годишно. Използването на двойка порта-спецификация в бариера води до преждевременна повреда след 12 до 18 месеца, вместо очакваните 4 до 6 години. Правилният подход е първо да се определи дневният брой цикли, да се класифицира нивото на умора, като се използва таблицата по-горе, и след това да се приложи съответният за нивото коефициент на експлоатация. Ако полученият необходим номинален въртящ момент попада в същия размер на рамката като спецификацията на портата, може да се използва същата двойка, но графикът за инспекция и подмяна трябва да следва нивото на бариерата, а не нивото на портата.
В: Как издигаща се червячна зъбна двойка на боларда оцелява при удар на превозно средство?
Системата за колче е проектирана така, че първичната енергия на удара да се абсорбира от тръбата на колчето и нейния фундаментен анкер (обикновено стоманена втулка, вградена в бетон), а не от червячната зъбна двойка. Зъбната двойка получава вторичен удар - обикновено от 15 до 30 процента от пиковата сила на удара - предаван през задвижващата връзка. За да издържи на този удар, червячната зъбна двойка трябва да бъде с червяк от закалена стомана (без крехка обвивка, която може да се отчупи), центробежно лято бронзово колело (по-висока ударна жилавост) и размер на рамката с една стъпка по-голям от необходимия за въртящия момент в стационарно състояние (осигуряващ допълнително напречно сечение на зъбите за абсорбиране на енергия). Инспекцията след удара трябва да провери за видима деформация на зъбите, увеличен хлабинен ход и плавно ръчно въртене, преди колчето да се върне в експлоатация.
В: Какво причинява отскачането на рамото на бариерата в края на движението?
Отскачането в края на хода се причинява от хлабина в червячната зъбна предавка, комбинирана с кинетичната енергия на рамото на бариерата при забавяне. Когато двигателят спира, рамото забавя, но хлабината позволява на рамото да продължи да се върти през дъгата на хлабината, преди зъбите на зъбното колело да се зацепят отново на противоположния ръб, произвеждайки видимо отскачане или вибрация. Намаляването на хлабината (чрез по-строг производствен толеранс или дуплексна спецификация) намалява отскачането. Добавянето на гумен амортисьор в крайния ограничител омекотява всеки оставащ удар. При първокласните марки бариери, дуплексните червячни зъбни предавки с почти нулев хлабина елиминират изцяло отскачането, осигурявайки чисто, професионално спиране, което подобрява възприятието на марката при инсталации с висока видимост.
В: Как да определя нивото на умора за конкретна инсталация?
Пребройте или определете дневните операции. За бариери: умножете броя на обслужваните превозни средства на ден по 2 (едно отваряне + едно затваряне на превозно средство). За турникети: пребройте дневните преминавания на пътници. За колчета: пребройте дневните събития на повдигане и спускане. Ако инсталацията е нова и няма данни за трафика, използвайте заетостта на сградата като показател — паркинг гараж с 500 места при 1,2 завъртания на ден на място генерира приблизително 1200 операции на бариерата. Класифицирайте, като използвате картата на умора: под 500 е T1, 500-1500 е T2, 1500-3000 е T3, над 3000 е T4. При съмнение класифицирайте едно ниво по-високо от прогнозното — цената на прекомерното специфициране (малко по-голяма рамка) е далеч по-малка от цената на недостатъчното специфициране (преждевременна повреда и аварийна подмяна).
В: Различават ли се червячните зъбни колела на турникетите от червячните зъбни колела на бариерите?
Да, по три начина. Първо, турникетите обикновено се въртят непрекъснато в една посока (или редуващи се 120-градусови сегменти) с почти постоянна скорост, докато бариерите изпълняват дискретни движения за отваряне и затваряне на 90 градуса със старт-стоп във всеки край. Това означава, че двойките турникети имат по-малък пик при стартиране, но по-продължително износване при плъзгане. Второ, въртящият момент на турникета е много по-нисък (от 5 до 15 N·m спрямо 20 до 80 N·m за бариерите), защото рамото на турникета е по-леко. Трето, операторите на турникети изискват много нисък луфт за плавно усещане от пътниците — пътниците възприемат луфта като „хлабав“ или „евтин“ механизъм. Поради това червячните зъбни колела на турникетите се определят с по-малък модул и разстояние между центровете (модул 1 до 2, разстояние между центровете 25 до 40 мм) с по-строг контрол на луфта (дуплексен или селективен монтаж).
Паркинг бариерите, повдигащите се колчета и пешеходните турникети споделят червячната зъбна двойка като основен задвижващ механизъм, но работят с честота на циклите от 5 до 100 пъти по-висока от автоматичните порти. Картата на бързоцикличната умора – от дневния брой цикли до коефициента на обслужване, интервала на проверка и графика за подмяна на колелата – е инструментът за спецификация, който разделя правилното оразмеряване за бариерата от подценяването за портата, което причинява по-голямата част от преждевременните повреди на задвижването на бариерите. Повдигащите се колчета добавят уникално изискване за устойчивост на удар: закален червяк с центробежно лят бронз, с един размер рамка над стационарния въртящ момент, способен да абсорбира удара от сблъсък на превозно средство и да остане работещ. Турникетите изискват плавно въртене с нисък луфт при скорост на пешеходците – дуплексни или селективно сглобени двойки при малки междуосови разстояния. И за трите продуктови семейства червячната зъбна двойка е планиран елемент за поддръжка при висока честота на циклите, а не компонент от типа „монтирай и забрави“ – и бюджетирането за планирана подмяна на колелата в интервала на картата на умора е ключът към надеждната услуга.
За производителите на бариери, колчета и турникети, нашият инженерен екип класифицира нивото на умора и препоръчва правилния размер на рамката и експлоатационен фактор. Стандартен каталог компактни червячни зъбни колела размери на бариери и турникети с разстояние между центровете от 25 до 80 мм със стандартни и дуплексни опции. Изпратете Спецификация на бариерното задвижване с честота на цикъла и инсталационна среда.
Определяне на двойки червячни зъбни колела за бариери, колчета или турникети?
Изпратете вида на продукта, дневния брой цикли, теглото на рамото или боларда, класа на излагане на околната среда и дали се изисква устойчивост на удар. Ще класифицираме нивото на умора, ще препоръчаме правилния размер на рамката и коефициент на експлоатация и ще направим оферта за вашия годишен обем на производство.
Редактор: Cxm
