Puž i pužni kotač za pogone mostnih dizalica i dizalica

Zašto se dizalice oslanjaju na samoblokirajući pužni prijenosnik

Svaka nadzemna dizalica, portalna dizalica, konzolna dizalica i prenosiva dizalica koja podiže teret iznad nivoa tla dijeli jedan neizostavan sigurnosni zahtjev: teret ne smije pasti ako se izgubi pogonska snaga. Ovaj zahtjev je određivao izbor pogona dizalice više od jednog stoljeća, a par pužnih zupčanika ostaje dominantno rješenje jer pruža mehaničko samoblokiranje kao inherentno geometrijsko svojstvo, a ne kao dodatnu komponentu.

Fizika je direktna: ovješeni teret primjenjuje konstantan gravitacijski moment na osovinu bubnja dizalice. Ako par zupčanika između motora i bubnja dozvoljava obrnutu rotaciju (pogon unazad), teret ubrzava prema dolje. Jednohodni pužni zupčanik s uglom vođenja ispod ugla trenja fizički se ne može okretati unazad - trenje na kontaktu zuba premašuje pogonsku komponentu gravitacijske sile i sistem se blokira.

Ova geometrijska brava je nezavisna od električne energije, statusa kontrolnog sistema ili stanja kočnice. Funkcioniše čak i kada svi ostali sigurnosni sistemi zakažu - zbog čega standardi za dizalice (EN 13001, ISO 4301, FEM pravila) tretiraju je kao primarni mehanizam za držanje i zahtijevaju zasebnu mehaničku kočnicu samo kao redundanciju.

Parovi spiralnih zupčanika nude efikasnost preko 95 posto, ali se ne mogu sami blokirati - svaka dizalica sa spiralnim zupčanikom u potpunosti zavisi od električno otpuštajuće kočnice kao jedinog mehanizma za držanje. Planetarni setovi su slično neblokirajući. Par pužnih zupčanika sa efikasnošću od 40-55 posto je najmanje efikasna opcija, ali je jedina gdje sama geometrija sprječava pad tereta. Za primjene s dizalicama, ovo sigurnosno svojstvo nadmašuje kaznu za efikasnost jer posljedica kvara (pad tereta, potencijalni smrtni slučaj) zasjenjuje sve troškove energije.

Grupa zadataka FEM-a — mapiranje upotrebe dizalice prema specifikaciji para pužnih zupčanika

Sistem klasifikacije Evropske federacije za održavanje (FEM), usvojen u ISO 4301, dijeli dizalice u radne grupe na osnovu dva faktora: ukupnog broja radnih ciklusa tokom projektnog vijeka dizalice i spektra opterećenja (koji dio dizalica je na ili blizu sigurnog radnog opterećenja u odnosu na laka opterećenja). Radna grupa direktno određuje faktor upotrebe, vrstu materijala i raspored inspekcije za par pužnih zupčanika dizalice.

Donja tabela mapira FEM grupe poslova sa parametrima specifikacije para pužnih zupčanika. Ovo je alat za odabir koji povezuje primjenu dizalice sa redoslijedom para zupčanika.

Prelazak sa grupe 1Bm na 5m udvostručuje faktor upotrebe (1,5 na 3,0), nadograđuje se sa gravitacijskog livenja na centrifugalno livenu bronzu, prebacuje puž sa kaljenog na kaljeni čelik i skraćuje interval inspekcije sa godišnjeg na mjesečni. Svaki korak odražava stvarno povećanje kumulativnog zamornog opterećenja: dizalica za otpad od 5 m ima više ciklusa opterećenja u jednom mjesecu nego radionička dizalica od 1Bm ima u godini. Par pužnih zupčanika za svaki mora biti proporcionalno rigorozan.

Najčešća greška u specifikaciji pri nabavci dizalica je primjena faktora rada za lake uvjete rada na dizalicu umjerenog ili teškog uvjeta rada. Fabrička dizalica koja radi dvije smjene dnevno s čestim podizanjima blizu SWL-a nije dizalica od 1 m - ona je najmanje 2 m, moguće 3 m. Podcjenjivanje radne grupe za jedan ili dva koraka znači da je par pužnih zupčanika dimenzioniran 25 do 50 posto ispod stvarnog zahtjeva za zamor. Par lako prolazi testove puštanja u rad (novi parovi uvijek imaju marginu), ali razvija ubrzano trošenje nakon 18 do 36 mjeseci jer kumulativna oštećenja od zamora sustižu premale specifikacije.

Šok pri naglom zaustavljanju - prolazni proces koji često određuje veličinu

Stacionarni moment podizanja nije najgori slučaj za pužni zupčanik dizalice. Najgori slučaj je zaustavljanje u nuždi: dizalica spušta teret punom brzinom, operater pritisne dugme za zaustavljanje u nuždi, kočnica motora se aktivira, a rotirajuća masa bubnja dizalice, spojnice i pužnog vratila usporava od pune brzine do nule za 0,5 do 1,5 sekundi.

Vrhunac momenta tokom ovog usporavanja izračunava se iz rotacijske inercije i brzine usporavanja: T_shock = J_total × (ω / t_stop) + T_gravity, gdje je J_total moment inercije svih rotirajućih dijelova, ω je ugaona brzina u trenutku kočenja, t_stop je vrijeme kočenja, a T_gravity je konstantni gravitacijski moment od ovješenog tereta. Za tipične pogone nadzemnih dizalica, faktor udara pri hitnom zaustavljanju je 2,5 do 3,0 puta veći od momenta podizanja u ustaljenom stanju.

Urađeni primjer. Mostna dizalica od 10 tona, prečnik bubnja 400 mm, prenosni odnos pužnog prenosa 50:1, efikasnost 45 posto. T_podizanje = (10.000 × 9,81 × 0,4) / (2 × 50 × 0,45) = 871 N·m. Faktor zaustavljanja u nuždi K_e = 2,5. T_udar = 871 × 2,5 = 2.178 N·m. FEM grupa 3m, SF = 2,25. T_potrebna = 2.178 × 2,25 = 4.900 N·m. Par pužnih prenosnika mora biti nazivne snage iznad 4.900 N·m - otprilike 5,6 puta veći obrtni moment podizanja u ustaljenom stanju od 871 N·m. Određivanje samo na osnovu momenta u ustaljenom stanju (odabir para nazivnog momenta, recimo, 1.200 N·m) dovelo bi par do 408 posto njegovog nazivnog kapaciteta tokom svakog događaja hitnog zaustavljanja. Par bi preživio prvih nekoliko događaja, ali bi razvio pukotine u korijenu zuba u roku od 2 do 4 godine teške upotrebe.

Materijal i termička obrada za parove pužnih zupčanika za dizalice

Rad dizalice razlikuje se od rada transportera ili pakiranja u jednom ključnom aspektu: udar pri hitnom zaustavljanju opterećuje korijen zuba pri savijanju impulsnom veličinom koja akumulira oštećenja od zamora 5 do 10 puta brže od stalnog kontinuiranog opterećenja istog prosječnog obrtnog momenta. Odabir materijala mora dati prioritet otpornosti na udar i izdržljivosti na zamor u odnosu na statičku nosivost.

Specifikacije para pužnih zupčanika za tri dizalice

Tri dolje navedena slučaja obuhvataju raspon FEM poslova, od umjerenih fabričkih dizalica do ekstremnih lučkih portala. Svaki slučaj pokazuje kako klasifikacija FEM grupe poslova utiče na svaki parametar specifikacije - od faktora servisa i materijala do intervala inspekcije i planiranja zamjene.

Specifikacije su stvarne, brojke su reprezentativne za stvarnu nabavku, a lekcije se primjenjuju na korejsko, japansko i jugoistočnoazijsko tržište proizvodnje i održavanja dizalica.

Slučaj 1 — Korejska automobilska fabrika: Mosna dizalica od 8 tona, FEM 3m

Korejska tvornica za štancanje automobilskih dijelova specificirala je parove pužnih zupčanika za četiri dvogredni mostne dizalice od 8 tona koje se koriste za izmjenu alata. Radni ciklus: 15 do 20 podizanja po smjeni, dvije smjene dnevno, 300 radnih dana godišnje. Većina podizanja je na 60 do 80 posto SWL-a (kalupi za štancanje teže od 5 do 6,5 tona). FEM klasifikacija: 3 m (teško) na osnovu godišnjih radnih sati od približno 2.500 i spektra opterećenja koncentriranog iznad 60 posto SWL-a. Prečnik bubnja dizalice 350 mm, omjer 50:1, efikasnost para pužnih zupčanika 44 posto. T_podizanje = (8.000 × 9,81 × 0,35) / (2 × 50 × 0,44) = 624 N·m. Faktor zaustavljanja u nuždi K_e = 2,5. T_udar = 1.560 N·m. SF (FEM 3m) = 2,25. T_potreban = 3.510 N·m. Specifikacija: jednostruki prolaz, modul 6, razmak između osovina 160 mm, nazivni 3.800 N·m. Materijal: cementirano kaljeni pužni mehanizam 16MnCr5, brušeni Ra 0,4 µm, centrifugalno liveni CuSn12Ni točak. Odvojena elektromagnetna kočnica s oprugom na ulaznom vratilu velike brzine. Inspekcija: mjerenje zazora i provjera kontaktnog uzorka svakih 6 mjeseci. Postignuti vijek trajanja: prosječni vijek trajanja točka 6,5 ​​godina pri radu u 2 smjene, što premašuje 5-godišnji budžet. Pužni mehanizam preživljava dvije zamjene točka.

Slučaj 2 - Japanski lučki manipulator kontejnerima: portalna konstrukcija od 40 tona, FEM 4m, korozija u morskim uvjetima

Japanska lučka uprava specificirala je parove pužnih zupčanika za dvije portalne dizalice za kontejnere od 40 tona, koje rade s broda na obalu i direktno su izložene slanoj magli. FEM klasifikacija: 4 m (vrlo teška) - rad 18 sati dnevno, 350 dana godišnje, gotovo sva dizanja na 80 do 100 posto SWL-a (natovareni kontejneri od 20 stopa teže 24 do 30 tona). Prečnik bubnja dizalice 600 mm, omjer 60:1, efikasnost para pužnih zupčanika 42 posto. T_podizanje = (40.000 × 9,81 × 0,6) / (2 × 60 × 0,42) = 4.672 N·m. K_e = 3,0 (jako dinamičko kočenje pri slaganju kontejnera). T_udar = 14.016 N·m. SF (FEM 4m) = 2,5. T_potrebna snaga = 35.040 N·m. Ovo daleko premašuje mogućnosti jednog para zupčanika - riješeno je dvostrukim parom pužnih zupčanika (dva para dijele opterećenje putem zajedničkog izlaznog zupčanika, pri čemu svaki par nosi polovinu obrtnog momenta od 17.520 N·m). Svaki par: modul 10, međuosno rastojanje 250 mm, nazivno 18.000 N·m. Materijal: pocinkovani, kaljeni puž (zaštita od slane prskalice prema ISO 12944 C4), točak od aluminijumske bronze CuAl10Fe5Ni5 (nulti rizik od dezinfekcije). Svi pričvršćivači su od nehrđajućeg čelika A4. Inspekcija: kvartalno mjerenje zazora, mjesečna vizuelna provjera zaptivki, godišnja provjera kontaktnog uzorka. Pregledajte teški pužni reduktor opcije koje uključuju zaštitu od korozije morskog kvaliteta za primjenu u lukama i obalnim dizalicama.

Slučaj 3 — Vijetnamsko gradilište: toranjski kran od 6 tona, FEM 2m, optimiziran s obzirom na troškove

Vijetnamski proizvođač građevinske opreme specificirao je parove pužnih zupčanika za flotu od 30 toranjskih dizalica nazivne nosivosti od 6 tona za izgradnju stambenih zgrada. FEM klasifikacija: 2m (umjereno) — 8 do 10 podizanja na sat tokom aktivne gradnje, ali samo 200 do 250 radnih dana godišnje, a većina podizanja znatno ispod SWL-a (betonske kašike od 2 do 3 tone, snopovi armature od 1 do 2 tone, rijetka podizanja s punim SWL-om). T_dizanja pri SWL-u: (6.000 × 9,81 × 0,30) / (2 × 40 × 0,46) = 480 N·m. K_e = 2,5. T_udar = 1.200 N·m. SF (FEM 2m) = 2,0. T_potrebna = 2.400 N·m. Specifikacija: jednostruki start, modul 5, međuosno rastojanje 125 mm, nazivno 2.600 N·m. Materijal: standardni kaljeni puž 16MnCr5, gravitacijsko lijevani točak CuSn12Ni (optimizirano s obzirom na troškove — centrifugalno lijevanje nije potrebno pri radnoj dužini od 2 m). Cijena po paru: 380 USD. Za flotu od 30 dizalica, ušteda u odnosu na specifikaciju centrifugalnog lijevanja (procijenjenih 580 USD po paru) iznosila je 6.000 USD — što je značajno za građevinsko tržište osjetljivo na cijene. Inspekcija: godišnja, usklađena s godišnjom certifikacijom dizalice. Ciljani vijek trajanja: 4 godine po točku (što odgovara tipičnom 4-godišnjem ciklusu najma dizalice). Postignuto: prosjek od 4,2 godine u floti, što ispunjava cilj s malom marginom.

Često postavljana pitanja

Pužni zupčanici dizalica i vitla rade pod najrigoroznijim sigurnosnim okvirom od svih industrijskih primjena zupčanika. Klasifikacija FEM grupe rada povezuje stvarni radni vijek dizalice - njene radne sate, spektar opterećenja i broj ciklusa - sa faktorom upotrebe, vrstom materijala i intervalom inspekcije pužnog para zupčanika. Faktor udara pri hitnom zaustavljanju (2,5 do 3,0 puta obrtni moment u stacionarnom stanju) često je obavezujuće ograničenje koje određuje minimalnu veličinu okvira - a određivanje samo na osnovu obrtnog momenta podizanja u stacionarnom stanju podcjenjuje par za faktor 4 do 6. Izbor materijala prati grupu rada: livena bronza za lake uslove rada, centrifugalno livena za teške uslove rada, aluminijumska bronza za morska okruženja. Učestalost inspekcija se smanjuje sa godišnje na mjesečnu kako se grupa rada povećava. Jedino univerzalno pravilo za sve grupe rada je da pužni zupčanici dizalica moraju biti jednokratni, snažno samoblokirajući i podržani zasebnom mehaničkom kočnicom - samo geometrijsko samoblokiranje je neophodno, kočnica pruža redundanciju koju zahtijevaju sigurnosni propisi.

Za proizvođače dizalica i timove za održavanje koji specificiraju parove pužnih zupčanika za dizalice, naš inženjerski odjel provjerava klasifikaciju radne grupe prema FEM-u i izvršava proračun udara pri hitnom zaustavljanju u odnosu na parametre vaše dizalice. Standardni katalog Pužni zupčanici od fosforne bronze Pokrivaju međuosne udaljenosti od 80 do 250 mm u konfiguracijama s jednim prolazom uz potpunu dokumentaciju o inspekciji prema DIN 3974. Prilagođeni parovi materijala (aluminijska bronca, nehrđajući čelik, kaljeni čelik) i nestandardni zamjenski parovi dostupni su s rokovima isporuke od 4 do 6 sedmica - pošaljite zahtjev specifikacija pogona dizalice sa vašim SWL-om, prečnikom bubnja i FEM grupnom klasifikacijom.

uredio cxm