Šneková a závitovková prevodovka pre pohony mostových žeriavov a kladkostrojov

Prečo sú žeriavové kladkostroje závislé od samosvorného závitovkového prevodu

Každý mostový žeriav, portálový žeriav, otočný žeriav a prenosný kladkostroj, ktorý zdvíha bremeno nad úroveň zeme, má jednu spoločnú nespochybniteľnú bezpečnostnú požiadavku: bremeno nesmie spadnúť, ak dôjde k výpadku pohonu. Táto požiadavka riadi výber pohonu žeriavového kladkostroja už viac ako storočie a závitovkový prevod zostáva dominantným riešením, pretože poskytuje mechanické samosvorné uzamknutie ako inherentnú geometrickú vlastnosť, a nie ako doplnkový komponent.

Fyzika je priamočiara: zavesené bremeno pôsobí na hriadeľ bubna zdvíhacieho zariadenia konštantným gravitačným krútiacim momentom. Ak ozubené koleso medzi motorom a bubnom umožňuje spätné otáčanie (spätný pohon), bremeno zrýchľuje smerom nadol. Jednochodové závitovkové koleso s uhlom nábehu menším ako uhol trenia sa fyzicky nemôže otáčať spätne – trenie v mieste kontaktu zubov prevyšuje hnaciu zložku gravitačnej sily a systém sa zablokuje.

Tento geometrický zámok je nezávislý od elektrickej energie, stavu riadiaceho systému alebo stavu brzdy. Funguje aj v prípade zlyhania všetkých ostatných bezpečnostných systémov – a preto ho normy pre žeriavy (EN 13001, ISO 4301, pravidlá FEM) považujú za primárny udržiavací mechanizmus a vyžadujú samostatnú mechanickú brzdu iba ako redundanciu.

Špirálové ozubené kolesá ponúkajú účinnosť viac ako 95 percent, ale nemôžu sa samosvoriť – každý kladkostroj so špirálovým ozubeným kolesom je úplne závislý od elektricky uvoľňovanej brzdy ako jediného prídržného mechanizmu. Planétové súpravy sú podobne neblokovateľné. Závitovkový ozubený koleso s účinnosťou 40 – 55 percent je najmenej účinnou možnosťou, ale je to jediná možnosť, kde samotná geometria zabraňuje pádu bremena. Pri žeriavových aplikáciách táto bezpečnostná vlastnosť prevažuje nad stratou účinnosti, pretože následky poruchy (pád bremena, potenciálne smrteľné úrazy) prevyšujú akékoľvek náklady na energiu.

Pracovná skupina FEM – mapovanie použitia žeriavu na špecifikáciu páru závitovkových prevodov

Klasifikačný systém Federation Europeenne de la Manutention (FEM), prijatý v norme ISO 4301, rozdeľuje žeriavy do skupín zaťaženia na základe dvoch faktorov: celkového počtu prevádzkových cyklov počas projektovanej životnosti žeriavu a spektra zaťaženia (aký podiel zdvihov je na úrovni alebo blízko bezpečného pracovného zaťaženia v porovnaní s ľahkým zaťažením). Skupina zaťaženia priamo určuje prevádzkový faktor, druh materiálu a plán kontrol pre pár závitovkových prevodov kladkostroja.

V nasledujúcej tabuľke je uvedená mapa skupín úloh FEM s parametrami špecifikácie páru závitovkových ozubených kolies. Toto je nástroj na výber, ktorý spája aplikáciu žeriavu s poradím páru ozubených kolies.

Prechod zo skupiny 1Bm na 5m zdvojnásobuje prevádzkový faktor (1,5 na 3,0), prechádza z gravitačne liateho bronzu na odstredivo liaty, presúva závitovku z cementovanej na kalenú oceľ a skracuje interval kontroly z ročnej na mesačnú. Každý krok odráža skutočný nárast kumulatívneho únavového zaťaženia: 5-metrový žeriav na šrotovisku zažije za jeden mesiac viac cyklov zaťaženia ako 1-metrový dielenský žeriav za rok. Závitovkový prevod pre každý z nich musí byť proporcionálne prísny.

Najčastejšou chybou v špecifikácii pri obstarávaní žeriavov je použitie faktora prevádzky pre ľahký výkon na žeriav so strednou alebo vysokou nosnosťou. Továrenský žeriav, ktorý pracuje na dve zmeny denne s častými zdvihmi blízkymi SWL, nie je žeriav s dĺžkou 1 m – má minimálne 2 m, možno 3 m. Podhodnotenie pracovnej skupiny o jeden alebo dva stupne znamená, že pár závitovkových prevodov je dimenzovaný o 25 až 50 percent pod skutočnou požiadavkou na únavu. Dvojica ľahko prechádza skúškami uvádzania do prevádzky (nové páry majú vždy rezervu), ale po 18 až 36 mesiacoch sa u nej prejavuje zrýchlené opotrebovanie, pretože kumulatívne poškodenie únavou dobieha poddimenzovanú špecifikáciu.

Šok pri núdzovom zastavení – prechodný jav, ktorý často určuje veľkosť

Ustálený zdvíhací krútiaci moment nie je najhorším prípadom pre závitovkový prevodový pár žeriavového kladkostroja. Najhorším prípadom je núdzové zastavenie: žeriav spúšťa bremeno plnou rýchlosťou, obsluha stlačí tlačidlo núdzového zastavenia, aktivuje sa motorová brzda a rotujúca hmota bubna kladkostroja, spojky a závitovkového hriadeľa sa spomalí z plnej rýchlosti na nulu za 0,5 až 1,5 sekundy.

Špička krútiaceho momentu počas tohto spomalenia sa vypočíta z rotačnej zotrvačnosti a rýchlosti spomalenia: T_shock = J_total × (ω / t_stop) + T_gravity, kde J_total je moment zotrvačnosti všetkých rotujúcich častí, ω je uhlová rýchlosť v momente brzdenia, t_stop je čas brzdenia a T_gravity je konštantný gravitačný krútiaci moment zo zaveseného bremena. Pre typické pohony mostových žeriavov je faktor rázu pri núdzovom zastavení 2,5 až 3,0-násobok ustáleného zdvíhacieho krútiaceho momentu.

Pracovaný príklad. 10-tonový mostový žeriav, priemer bubna 400 mm, prevodový pomer závitovkového prevodu 50:1, účinnosť 45 percent. T_zdvih = (10 000 × 9,81 × 0,4) / (2 × 50 × 0,45) = 871 N·m. Faktor núdzového zastavenia K_e = 2,5. T_šok = 871 × 2,5 = 2 178 N·m. Skupina FEM 3m, SF = 2,25. T_požadovaná = 2 178 × 2,25 = 4 900 N·m. Závitovkový prevodový pár musí mať menovitý krútiaci moment nad 4 900 N·m – čo je približne 5,6-násobok ustáleného zdvíhacieho krútiaceho momentu 871 N·m. Ak by sa špecifikoval iba krútiaci moment v ustálenom stave (výber páru s menovitým krútiacim momentom napríklad 1 200 N·m), pár by mal počas každej udalosti núdzového zastavenia dosahovať 408 percent svojej menovitej kapacity. Pár by prežil prvých niekoľko udalostí, ale do 2 až 4 rokov prevádzky v náročných podmienkach by sa u neho vyvinuli praskliny v koreňoch zubov.

Materiál a tepelné spracovanie pre páry závitovkových prevodov žeriavových kladkostrojov

Práca s žeriavovým kladkostrojom sa líši od práce s dopravníkom alebo balením v jednom kritickom ohľade: ráz pri núdzovom zastavení zaťažuje koreň zuba v ohybe impulznou veľkosťou, ktorá akumuluje únavové poškodenie 5 až 10-krát rýchlejšie ako ustálené nepretržité zaťaženie rovnakým priemerným krútiacim momentom. Výber materiálu musí uprednostniť odolnosť voči nárazu a únavovú trvanlivosť pred statickou nosnosťou.

Špecifikácie párov závitovkových prevodov žeriavového kladkostroja

Tri nižšie uvedené prípady pokrývajú rozsah práce podľa metódy konečných prvkov (FEM) od mierneho továrenského žeriavu až po extrémny prístavný portál. Každý prípad demonštruje, ako klasifikácia skupiny práce podľa FEM ovplyvňuje každý parameter špecifikácie – od prevádzkového faktora a materiálu až po interval kontroly a plánovanie výmeny.

Špecifikácie sú reálne, čísla reprezentujú skutočné obstarávanie a ponaučenia platia pre celý kórejský, japonský a juhovýchodný ázijský trh s výrobou a údržbou žeriavov.

Prípad 1 – Kórejský automobilový závod: 8-tonový mostový žeriav, FEM 3 m

Kórejská lisovňa automobilov špecifikovala páry závitovkových prevodov pre štyri 8-tonové dvojnosníkové mostové žeriavy používané na výmenu nástrojov. Pracovný cyklus: 15 až 20 zdvihov za smenu, dve zmeny za deň, 300 pracovných dní za rok. Väčšina zdvihov pri 60 až 80 percentách SWL (lisovacie nástroje vážia 5 až 6,5 tony). Klasifikácia FEM: 3 m (ťažké) na základe ročných prevádzkových hodín približne 2 500 a spektra zaťaženia koncentrovaného nad 60 percentami SWL. Priemer bubna zdvíhacieho zariadenia 350 mm, prevodový pomer 50:1, účinnosť páru závitovkových prevodov 44 percent. T_zdvih = (8 000 × 9,81 × 0,35) / (2 × 50 × 0,44) = 624 N·m. Faktor núdzového zastavenia K_e = 2,5. T_shock = 1 560 N·m. SF (FEM 3m) = 2,25. T_required = 3 510 N·m. Špecifikácia: jednochodý, modul 6, rozostup osí 160 mm, menovitý krútiaci moment 3 800 N·m. Materiál: cementovaný závitovkový motor 16MnCr5 s brúseným Ra 0,4 µm, odstredivo liaty kotúč CuSn12Ni. Samostatná pružinová elektromagnetická brzda na vysokorýchlostnom vstupnom hriadeli. Kontrola: meranie vôle každých 6 mesiacov a kontrola kontaktného vzoru. Dosiahnutá životnosť: priemerná životnosť kolesa 6,5 ​​roka pri dvojzmennej prevádzke, čo prekračuje 5-ročný rozpočet. Závitovkový motor prežije dve výmeny kolesa.

Prípad 2 – Japonský prístavný kontajnerový manipulátor: 40-tonový portál, FEM 4m, morská korózia

Japonský prístavný úrad špecifikoval páry závitovkových prevodov pre dva 40-tonové kontajnerové portálové žeriavy na prepravu lodí medzi pobrežím, ktoré pracujú v pobrežnom prostredí s priamym vystavením soľnej hmle. Klasifikácia FEM: 4 m (veľmi ťažký) – prevádzka 18 hodín denne, 350 dní v roku, takmer všetky zdvihy pri 80 až 100 percentách SWL (naložené 20-stopové kontajnery vážia 24 až 30 ton). Priemer bubna zdvíhacieho zariadenia 600 mm, prevodový pomer 60:1, účinnosť páru závitovkových prevodov 42 percent. T_zdvih = (40 000 × 9,81 × 0,6) / (2 × 60 × 0,42) = 4 672 N·m. K_e = 3,0 (silné dynamické brzdenie pri stohovaní kontajnerov). T_shock = 14 016 N·m. SF (FEM 4m) = 2,5. T_required = 35 040 N·m. Toto ďaleko prevyšuje možnosti jedného páru ozubených kolies – rieši sa to usporiadaním s dvojitým párom závitovkových ozubených kolies (dva páry zdieľajúce zaťaženie prostredníctvom spoločného výstupného ozubeného kolesa, pričom každý pár nesie polovičný krútiaci moment 17 520 N·m). Každý pár: modul 10, rozostup osí 250 mm, menovitý krútiaci moment 18 000 N·m. Materiál: pozinkovaný cementovaný závitovkový prevod (ochrana proti soľnej hmle podľa ISO 12944 C4), koleso z hliníkového bronzu CuAl10Fe5Ni5 (nulové riziko odzinkovania). Všetky upevňovacie prvky sú z nehrdzavejúcej ocele A4. Kontrola: štvrťročné meranie vôle, mesačná vizuálna kontrola tesnenia, ročné overenie kontaktného vzoru. Prehliadať vysokovýkonný závitovkový redukčný prevod možnosti, ktoré zahŕňajú ochranu proti korózii námornej triedy pre aplikácie v prístavoch a pobrežných žeriavoch.

Prípad 3 – Vietnamské stavenisko: 6-tonový vežový žeriav, FEM 2 m, nákladovo optimalizovaný

Vietnamský výrobca stavebných zariadení špecifikoval páry závitovkových prevodov pre flotilu 30 vežových žeriavov s nosnosťou 6 ton pre výstavbu bytových budov. Klasifikácia FEM: 2 m (stredná) – 8 až 10 zdvihov za hodinu počas aktívnej výstavby, ale iba 200 až 250 pracovných dní v roku a väčšina zdvihov výrazne pod SWL (betónové vedrá s nosnosťou 2 až 3 tony, zväzky výstuže s nosnosťou 1 až 2 tony, zdvihy s plnou SWL zriedkavé). T_zdvih pri SWL: (6 000 × 9,81 × 0,30) / (2 × 40 × 0,46) = 480 N·m. K_e = 2,5. T_šok = 1 200 N·m. SF (FEM 2 m) = 2,0. T_požadovaná = 2 400 N·m. Špecifikácia: jednochodový, modul 5, rozostup osí 125 mm, menovitý 2 600 N·m. Materiál: štandardná cementovaná závitovka 16MnCr5, liate koleso CuSn12Ni (optimalizované z hľadiska nákladov – pri dojazde 2 m sa nevyžaduje odstredivé liatie). Cena za pár: 380 USD. Pre flotilu 30 žeriavov bola úspora oproti špecifikácii odstredivého liatia (odhadovaných 580 USD na pár) 6 000 USD – čo je zmysluplné pre stavebný trh citlivý na cenu. Kontrola: ročná, v súlade s ročnou certifikáciou žeriavu. Cieľová životnosť: 4 roky na koleso (čo zodpovedá typickému 4-ročnému cyklu prenájmu žeriavu). Dosiahnuté: Priemerne 4,2 roka v celom flotile, cieľ splnený s miernou rezervou.

Často kladené otázky

Závitovkové prevody žeriavov a kladkostrojov pracujú v najprísnejšom bezpečnostnom rámci zo všetkých priemyselných prevodových aplikácií. Klasifikácia skupiny prác podľa metódy konečných prvkov (FEM) spája skutočnú životnosť žeriavu – jeho prevádzkové hodiny, spektrum zaťaženia a počet cyklov – s prevádzkovým faktorom, druhom materiálu a intervalom kontroly závitovkového prevodu. Faktor rázov pri núdzovom zastavení (2,5 až 3,0-násobok ustáleného krútiaceho momentu) je často záväzným obmedzením, ktoré určuje minimálnu veľkosť rámu – a špecifikácia len na základe ustáleného zdvíhacieho momentu podhodnocuje prevod 4 až 6-krát. Výber materiálu sa riadi skupinou prác: gravitačne liaty bronz pre ľahké prevedenie, odstredivo liaty pre ťažké prevedenia, hliníkový bronz pre námorné prostredie. Frekvencia kontrol sa s rastúcou skupinou prác skracuje z ročnej na mesačnú. Jediným univerzálnym pravidlom pre všetky skupiny prác je, že závitovkové prevody žeriavov musia byť jednochodové, silne samosvorné a zabezpečené samostatnou mechanickou brzdou – samotná geometrická samosvornosť je potrebná, brzda poskytuje redundanciu, ktorú vyžadujú bezpečnostné predpisy.

Pre výrobcov žeriavov a údržbárske tímy, ktoré špecifikujú páry závitovkových prevodov zdvíhacích zariadení, naše technické oddelenie overí klasifikáciu pracovnej skupiny podľa metódy konečných prvkov (FEM) a vykoná výpočet nárazov pri núdzovom zastavení s ohľadom na parametre vášho žeriavu. Štandardný katalóg závitovkové prevody z fosforového bronzu pokrývajú rozostupy od 80 do 250 mm v konfiguráciách s jedným chodom s kompletnou dokumentáciou o kontrole podľa DIN 3974. K dispozícii sú aj zákazkové párovania materiálov (hliníkový bronz, nehrdzavejúca oceľ, kalené oceľové lamely) a neštandardné náhradné páry pre staršie výrobky s dodacou lehotou 4 až 6 týždňov – odošlite žiadosť špecifikácia pohonu žeriavového kladkostroja s vašou pracovnou silou (SWL), priemerom bubna a klasifikáciou skupiny FEM.

upraviť používateľom cxm