Korea Ever-Power · Sprievodca aplikačným inžinierstvom
Šnek a závitovkové koleso pre automatické pohony brán – Sprievodca pre vonkajšie použitie
Pohon posuvnej brány stojí vonku – vystavený dažďu, slnku, mrazu, slanému vzduchu a prachu – 10 až 15 rokov. Otvára a zatvára sa 10 až 200-krát denne, zastavuje sa pri náraze na prekážky kvôli bezpečnosti a celú noc drží oceľovú bránu s hmotnosťou 1 200 kg v zatvorenej polohe proti nárazom vetra. Všetky tieto požiadavky kladie závitovkový prevodový pár vo vnútri krytu pohonu.
Pohony brán používajú páry závitovkových prevodov z troch dôvodov: samosvorné udržiava bránu v polohe, keď sa motor zastaví (nie je potrebný samostatný blokovací mechanizmus), 90-stupňové usporiadanie motora k výstupu sa zmestí do kompaktných krytov stĺpikov brány a vysoký prevodový pomer v jednom stupni poháňa ťažké brány nízkou rýchlosťou z malých motorov. Dominantnou výzvou v oblasti špecifikácií je vystavenie vonkajšiemu prostrediu – teplotné cykly od mínus 20 do plus 55 stupňov Celzia, vniknutie dažďa, UV degradácia tesnení a korózia zo slaného vzduchu alebo priemyselnej atmosféry. Matica vystavenia vonkajšiemu prostrediu klasifikuje inštalácie brán do 4 kategórií prostredia a každú z nich mapuje na požadované krytie IP, úpravu proti korózii, typ tesnenia a špecifikáciu maziva. Pohony brán pre rezidenčné použitie (10 až 20 cyklov za deň) majú cieľovú 10-ročnú životnosť pri celkovom počte približne 50 000 až 75 000 cyklov. Priemyselné pohony (100 až 200 cyklov za deň) majú cieľovú 5-ročnú životnosť pri celkovom počte 150 000 až 350 000 cyklov. Norma EN 12453 (bezpečnosť brán ovládaných motorom) nariaďuje obmedzenie krútiaceho momentu pri zastavení, aby sa predišlo zraneniu spôsobenému zachytením – závitovkový prevod musí prežiť opakované zastavenie bez poškodenia zubov.
Prečo pohony brán používajú páry závitovkových prevodov
Automatické pohony brán – posuvné, výklopné a roletové – majú spoločnú mechanickú požiadavku: motor poháňa bránu do požadovanej polohy, potom sa motor zastaví a brána musí v nej zostať. Zaťaženie vetrom, gravitácia na naklonených koľajniciach a pokus o násilné vniknutie tlačia na bránu, keď je motor vypnutý. Závitovkový prevod drží bránu v polohe geometrickým samosvorným mechanizmom bez samostatného zámku, západky alebo brzdového mechanizmu.
Samosvorný závitovkový prevod drží bránu v akejkoľvek polohe – úplne otvorenú, úplne zatvorenú alebo čiastočne otvorenú. Nie je potrebná žiadna západka, elektromagnetický zámok ani vratná pružina. Zjednodušuje mechanizmus pohonu na motor, závitovkový prevod a výstupný pastorok alebo rameno.
Motor sa montuje kolmo na koľajnicu brány vo vnútri krytu stĺpika alebo podstavca. Typický kryt pohonu pre rezidenčné budovy: 250 × 180 × 380 mm. 90-stupňové rozloženie závitovky zodpovedá tomuto rozmeru; radový planétový motor by predĺžil hĺbku krytu za šírku stĺpika.
Posuvná brána s hmotnosťou 1 500 kg vyžaduje krútiaci moment na ozubenom hrebeni približne 150 až 250 N·m. Závitovkový prevod s prevodovým pomerom 30:1 to zabezpečuje 250 W motor s krútiacim momentom 8 N·m – motor dostatočne malý na to, aby mohol pracovať s jednofázovým napätím 220 V v domácnostiach.
Matica expozície vonkajšieho prostredia – od miesta inštalácie až po špecifikáciu materiálu
Najväčšou premennou špecifikácie pre páry závitovkových prevodov pohonov brán je vonkajšie prostredie. Obytná brána v miernom vnútrozemskom meste je vystavená miernemu pôsobeniu. Priemyselná brána v pobrežnom chemickom závode je vystavená extrémnemu pôsobeniu. Rozdiel medzi týmito dvoma extrémami sa premieta do 3 až 5-násobného rozdielu v nákladoch na materiál páru závitovkových prevodov a špecifikáciu tesnenia.
Nižšie uvedená matica expozície klasifikuje inštalácie do štyroch kategórií a každú z nich mapuje podľa požiadaviek na IP, koróziu, teplotu a mazivo pre pár závitovkových prevodov.
Prechod z triedy E1 na E4 zhruba strojnásobí cenu závitovkového prevodu. Z rezidenčného prevodu E1 za 35 USD sa stane priemyselný prevod E4 za 95 až 120 USD. Rozdiel v nákladoch je spôsobený predovšetkým povrchovou úpravou závitovky (čierny oxid za 2 USD oproti nehrdzavejúcej oceli 316L za viac ako 40 USD) a špecifikáciou tesnenia (štandardná gumená manžeta za 3 USD oproti PTFE s labyrintom za 12 USD). Pohony brán inštalované v lokalitách E3 alebo E4 s pármi závitovkových prevodov triedy E1 vykazujú koróziu spôsobenú jamkovou koróziou v priebehu 12 až 24 mesiacov – najčastejší spôsob predčasného zlyhania v pobrežných a priemyselných inštaláciách brán.
Predikcia životnosti pre prerušovanú prevádzku brány
Pohony brán pracujú v prerušovanej prevádzke – motor beží 15 až 45 sekúnd na cyklus (čas pohybu brány) a potom je v nečinnosti niekoľko minút až hodín. To sa zásadne líši od nepretržitej prevádzky eskalátorov alebo vysokocyklovej prevádzky triediacich liniek. Životnosť závitovkového prevodového páru sa meria v celkových cykloch, a nie v prevádzkových hodinách.
Rezidenčná brána (10 – 20 cyklov/deň). Cieľová 10-ročná životnosť = 36 500 až 73 000 cyklov celkovo. Pri 30 sekundách na cyklus je celkový prevádzkový čas za 10 rokov: 300 až 600 hodín. Toto je triviálne nízky prevádzkový čas – závitovkový prevod sa nikdy neopotrebuje len po prevádzkových hodinách. Obmedzujúcim faktorom životnosti je zhoršovanie životného prostredia: vysychanie maziva v dôsledku teplotných cyklov, starnutie tesnenia v dôsledku vystavenia UV žiareniu a korózia v dôsledku atmosférickej vlhkosti. Správne utesnený a namazaný závitovkový prevod v pohone brány pre domácnosti vydrží výrazne dlhšie ako motor, riadiaca doska a koľajnica brány.
Priemyselná brána (100 – 200 cyklov/deň). Cieľová 5-ročná životnosť = 182 500 až 365 000 cyklov celkovo. Pri 30 sekundách na cyklus je celkový prevádzkový čas: 1 500 až 3 000 hodín. Stále mierne podľa štandardov závitovkových prevodov, ale špičky krútiaceho momentu pri štarte a zastavení pri každom cykle začínajú viesť k merateľnej únave. Závitovkový prevodový pár musí mať minimálny stupeň SF 1,5 pre multiplikátor krútiaceho momentu pri štarte (zvyčajne 1,8 až 2,2-násobok prevádzkového krútiaceho momentu pre ťažkú posuvnú bránu prekonávajúcu statické trenie na koľajnici). Pri 200 cykloch za deň je mazivo vystavené aj vyššiemu šmykovému zaťaženiu – pre dlhšiu životnosť maziva pri tepelnom a mechanickom cyklovaní uprednostnite syntetický lítiový komplex namiesto štandardného lítia.
Kórejský priemyselný park nainštaloval na obvodový plot 14 pohonov posuvných brán. Špecifikácia bola triedy E2 (otvorené vo vnútrozemí – správne pre umiestnenie lokality 80 km od pobrežia). Hmotnosť brány: 1 200 kg každá. Motor: 550 W jednofázový. Dvojica závitovkových prevodov: jednochodová, modul 2,5, rozostup 50 mm, prevodový pomer 30:1, pozinkovaná závitovka, koleso z fosforového bronzu. Krytie krytia IP55. Frekvencia cyklov: 60 až 80 cyklov za deň (vstup vozidla zamestnancov počas 3 zmien). Inštalácia fungovala dobre 3 roky. V 4. roku bol 200 metrov proti vetru od línie brány postavený nový sklad chemikálií. Zariadenie manipulovalo s kyselinou chlorovodíkovou a stopy atmosférického HCl v koncentrácii 0,3 až 0,8 ppm sa počas prevládajúcich veterných podmienok dostali k pohonom brány stopy atmosférického HCl v koncentrácii 0,3 až 0,8 ppm. Do 8 mesiacov vykazovalo 6 zo 14 pohonov zvýšený prúd motora – na pároch závitovkových prevodov sa vyvinula jamková korózia kyslými kyselinami na závitoch závitovky, čo zvýšilo trenie a vôľu. Zinkový povlak (určený pre atmosférickú koróziu C3, nie pre chemickú koróziu) sa v kyslej atmosfére rozpustil. Špecifikácia výmeny pre 6 postihnutých jednotiek: trieda E4 – nerezový závitovkový závitovník 316L, tesnenia z PTFE, syntetické mazivo. Cena za pár sa zvýšila zo 45 USD na 110 USD – alternatívou však bola výmena párov každých 8 až 12 mesiacov pri špecifikácii E2. Ponaučenie: trieda expozície sa musí prehodnotiť vždy, keď sa zmení okolité prostredie. Prevádzka E2 sa môže cez noc stať prevádzkou E4, ak sa do jej blízkosti presunie chemická prevádzka.
Správanie sa maziva pri studenom štarte a zhoda s krútiacim momentom pri zastavení podľa normy EN 12453
Špičkový krútiaci moment pri studenom štarte. Štandardné lítiové mazivo (NLGI 2) výrazne hustne pod 0 stupňov Celzia. Pri teplote mínus 15 stupňov Celzia (typické kórejské zimné ráno) sa zdanlivá viskozita minerálneho lítiového maziva zvyšuje 5 až 8-krát v porovnaní s 20 stupňami Celzia. Studené mazivo odoláva otáčaniu závitovky a motor musí pri štartovaní prekonať trenie v koľajniciach brány aj odpor maziva. Ak sa motor zastaví pri studenom mazive, brána sa neotvorí – čo predstavuje zlyhanie spoľahlivosti, aj keď nie je poškodený žiadny komponent. Riešením je špecifikácia syntetického maziva (na báze PAG alebo PAO) pre akúkoľvek inštaláciu, kde zimné teploty klesajú pod mínus 10 stupňov Celzia. Syntetické mazivo udržiava čerpateľnosť do mínus 30 stupňov Celzia alebo nižšie, čím zaisťuje spoľahlivosť pri studenom štarte.
Súlad s krútiacim momentom pri zastavení podľa normy EN 12453. Norma EN 12453 (bezpečnosť brán s motorovým pohonom) vyžaduje, aby pohony brán obmedzili zatváraciu silu, aby sa predišlo zraneniu v dôsledku zachytenia – v prípade rezidenčných brán je to zvyčajne maximálne 400 N na prednej hrane. Keď brána narazí na prekážku (osoba, vozidlo, predmet), motor sa zastaví a závitovkový prevodový pár prenáša plný krútiaci moment pri zastavení. Krútiaci moment pri zastavení je zvyčajne 2,5 až 3,5-násobok prevádzkového krútiaceho momentu. Závitovkový prevodový pár musí prežiť opakované zastavenia (bežne až 5 za deň na rušných priemyselných bránach, kde vozidlá spúšťajú bezpečnostný senzor) bez poškodenia povrchu zubov. Táto požiadavka na prežitie zastavenia stanovuje minimálnu kontaktnú plochu zubov a tvrdosť materiálu – pár musí byť dimenzovaný na krútiaci moment pri zastavení, nielen na prevádzkový krútiaci moment, vynásobený prevádzkovým faktorom opakovania zastavenia 1,3 až 1,5.
Špecifikácie párov závitovkových prevodov pre pohon troch brán
Prípad 1 – Kórejský priemyselný park: posuvná brána s hmotnosťou 1 200 kg, trieda E2, 80 cyklov/deň
Kórejská spoločnosť spravujúca priemyselný park špecifikovala páry závitovkových prevodov pre 14 posuvných brán po obvode s hmotnosťou brány 1 200 kg každá. Dĺžka koľaje: 6 metrov. Rýchlosť jazdy: 0,15 m/s (40 sekúnd od otvorenia po zatvorenie). Motor: 550 W jednofázový 220 V. Priemer ozubeného kolesa: 60 mm. Požadovaný výstupný krútiaci moment na pastorku: 180 N·m (vrátane trenia koľaje, zaťaženia vetrom a hmotnosti brány na šikmej časti koľaje). Pár závitovkových prevodov: jednochodý, modul 2,5, rozostup 50 mm, prevodový pomer 30:1, uhol nábehu 3,8 stupňa. Účinnosť chodu: 52 percent. Zastavovací moment pri zablokovanom rotore motora: 3,0-krát chod = 540 N·m – v rámci menovitého krútiaceho momentu páru 620 N·m. Materiál: pozinkovaný kalený závitovkový prevod, koleso z fosforového bronzu. Tesnenie: dvojitý okraj, IP55. Mazivo: syntetický lítiový komplex (kórejské zimné minimum mínus 18 stupňov Celzia na tomto mieste). Cena za pár: 45 USD. Cieľová životnosť: 5 rokov pri 80 cykloch/deň = 146 000 cyklov. Dosiahnuté: 3,5 roka predtým, ako zmena prostredia (vystavenie kyselinám) vyžadovala upgrade na E4 – pozri vyššie uvedenú poznámku Engineering Desk.
Prípad 2 – Japonské pobrežné letovisko: výklopná brána s hmotnosťou 800 kg, E3 marine, 15 cyklov/deň
Japonský rezortný hotel na pobreží Okinawy si vyžiadal páry závitovkových prevodov pre dve dekoratívne kované železné krídlové brány pri hlavnom vchode. Hmotnosť brány: 800 kg (dvojkrídlová, 400 kg na krídlo). Otočné rameno: 600 mm. Požadovaný výstupný krútiaci moment: 120 N·m na krídlo vrátane zaťaženia vetrom (vietor určený pre oblasť s tajfúnom: 50 m/s vyžaduje zaisťovaciu silu brány ekvivalentnú 3 000 N na konci ramena). Motor: jednofázový s výkonom 370 W na krídlo. Prevodový pomer: 40:1. Pár závitovkových prevodov: jednochodý, modul 2, rozostup 40 mm, žiarovo pozinkovaný závitovkový prevod (podľa ISO 1461 pre pobrežnú oblasť C4-H), koleso z hliníkového bronzu CuAl10Fe5Ni5. Tesnenie: Vitonové tesnenie na pero + labyrint, IP55. Mazivo: syntetický PAG pre námorné použitie. Krútiaci moment pri limite EN 12453: 400 N pri ramene 600 mm = 240 N·m – v rámci páru menovitý krútiaci moment 320 N·m s rezervou. Frekvencia cyklov: 15 za deň (vozidlá pre hotelových hostí). Cieľová životnosť: 10 rokov = 55 000 cyklov. Cena za pár: 82 USD (prémia E3 pre námorné vozidlá). Skúška soľnou hmlou (ASTM B117) prešla po 720 hodinách bez viditeľnej korózie – prekročila požiadavku E3 na 500 hodín. Prehliadať závitovkový redukčný prevod pre bránu možnosti s ochranou proti korózii morskej triedy pre inštalácie pobrežných brán.
Prípad 3 – vietnamská továrenská rolovacia brána: 600 kg, E2, 200 cyklov/deň, vysoká frekvencia
Vietnamská odevná továreň špecifikovala páry závitovkových prevodov pre 4 rolety nakladacej rampy s hmotnosťou 600 kg každá. Počet cyklov: 200 za deň (nakládka nákladného auta každé 2 až 3 minúty počas špičky). Toto bola aplikácia brány s najvyšším počtom cyklov v portfóliu špecifikácií – celkovo 365 000 cyklov počas 5-ročnej cieľovej životnosti. Motor: 750 W trojfázový. Prevodový pomer: 25:1. Pár závitovkových prevodov: jednorozchodový, modul 3, rozostup osí 63 mm (o jednu veľkosť rámu väčšia, ako by vyžadoval samotný krútiaci moment – zväčšený pre životnosť cyklu). Prevádzkový krútiaci moment: 95 N·m. Spúšťací krútiaci moment so studenou uzáverou ráno: 2,2-krát = 209 N·m. Menovitý krútiaci moment páru: 480 N·m – čo dáva SF 2,3 proti spusteniu (veľkorysá rezerva pre vysokocyklovú únavu). Materiál: pozinkovaný závitovkový prevod, koleso z fosforového bronzu. Tesnenie: dvojitý okraj, IP44 (nakladacia rampa je krytá). Mazacie mazivo: lítiový komplex NLGI 2 s 12-mesačným intervalom mazania (prístupná mazacia súprava na kryte). Cena za pár: 58 USD. Po 4,2 rokoch (približne 306 000 cykloch) ročné meranie vôle ukázalo 1,4-násobok dodacej hodnoty – blíži sa k 1,5-násobku prahu výmeny. Výmena kolesa je plánovaná na 5. rok údržby za 28 USD za koleso.
Často kladené otázky
Otázka: Dá sa závitovkový prevod pohonu brány manuálne prestaviť počas výpadku napájania?
Samosvorné páry závitovkových prevodov nie je možné poháňať spätne manuálnym zatlačením brány. Pohony brán preto obsahujú mechanizmus manuálneho uvoľnenia – zvyčajne spojku ovládanú kľúčom, ktorá odpojí závitovku od výstupného hriadeľa, čo umožňuje voľný pohyb brány. Spojka sa musí automaticky znova zapnúť pri ďalšom spustení motora. Predpisy o požiarnej bezpečnosti v Kórei a Japonsku vyžadujú toto manuálne uvoľnenie na všetkých bránach s elektrickým pohonom slúžiacich na núdzových východových trasách. Špecifikácia páru závitovkových prevodov nie je ovplyvnená spojkou – spojka je prvok na úrovni krytu, ktorý je externý voči samotnému páru prevodov.
Otázka: Ako zaťaženie vetrom ovplyvňuje špecifikáciu páru závitovkových prevodov?
Zaťaženie vetrom pôsobí na panel brány ako rozložený tlak, ktorý sa premieta do krútiaceho momentu na výstupnom hriadeli závitovkového prevodu. Pre 6-metrovú posuvnú bránu s výškou 1,5 metra v zóne s vetrom 30 m/s je sila vetra približne 2 400 N (zjednodušene na základe 0,6 × 1,2 × 1/2 × 1,225 × 30² × 6 × 1,5). Tejto sile musí odolávať samosvorný mechanizmus závitovkového prevodu, keď je motor vypnutý. Rozpätie samosvorného mechanizmu musí v najhorších podmienkach presiahnuť krútiaci moment vetra na výstupnom hriadeli. V oblastiach s tajfúnom (rýchlosť vetra 50 až 60 m/s) sa sila vetra mení s druhou mocninou rýchlosti – približne 2,8 až 4-násobok hodnoty 30 m/s – a môže vyžadovať väčšiu veľkosť rámu závitovkového prevodu alebo doplnkový mechanický zámok brány.
Otázka: Aké mazivo by som mal špecifikovať pre pohon brány v podnebí s horúcimi letami a chladnými zimami?
Syntetické lítiové komplexné mazivo so základovým olejom PAO alebo PAG pokrýva najširší teplotný rozsah: prevádzkový rozsah od mínus 30 do plus 130 stupňov Celzia, pričom čerpateľnosť pri studenom štarte sa udržiava do mínus 40 stupňov Celzia. Štandardné lítiové mazivo na minerálnej báze (s teplotou od mínus 10 do plus 120 stupňov Celzia) je postačujúce pre mierne podnebie, ale neprejde testami studeného štartu pod mínus 10 stupňov Celzia. Pre kórejské inštalácie, kde zimné minimá dosahujú mínus 15 až mínus 20 stupňov Celzia, sa odporúča minimálne syntetické mazivo. Príplatok za syntetické mazivo (približne 3 až 5 USD na jedno naplnenie pohonu brány) je zanedbateľný v porovnaní s nákladmi na servisný výjazd pre bránu, ktorá sa neotvorí v chladné ráno.
Otázka: Ako často by sa mala vykonávať údržba závitovkového prevodového páru pohonu brány?
Rezidenčné brány (10 – 20 cyklov/deň): ročná vizuálna kontrola tesnení, ročná kontrola stavu maziva, opätovné namažte, ak je suché alebo zafarbené. Meranie vôle nie je potrebné, pokiaľ sa neobjavia príznaky (posunutie brány, zvýšený hluk). Priemyselné brány (100 a viac cyklov/deň): 6-mesačná kontrola a doplnenie maziva, ročné meranie vôle, ročná kontrola tesnenia. Vymieňajte tesnenia každých 5 rokov bez ohľadu na stav (UV žiarenie a teplotné cykly degradujú gumené tesnenia, aj keď sa zdajú byť neporušené). Pobrežné inštalácie E3: pridajte 6-mesačnú kontrolu korózie exponovaných spojovacích prvkov a vonkajšieho krytu – prvé známky korózie na vonkajších častiach naznačujú, že trieda atmosférickej korózie môže byť vyššia, ako je uvedené.
Otázka: Môžem v pohone brány použiť dvojstupňový závitovkový prevod pre jednoduchšie manuálne ovládanie?
Dvojchodový pár pri typických hodnotách q má uhol predstihu vyšší ako uhol trenia a nie je blokovací – brána sa bude pri vypnutom motore pri zaťažení vetrom posúvať alebo otvárať/zatvárať. To marí primárny účel použitia závitovkového prevodového páru v pohone brány. Ak je cieľom jednoduchšie manuálne ovládanie, správnym riešením je manuálna uvoľňovacia spojka na jednochodovom samosvornom páre – ktorá zabezpečuje samosvorenie počas normálnej prevádzky a voľný pohyb počas manuálneho ovládania. Niektorí výrobcovia brán používajú dvojchodové páry s elektromagnetickou brzdou na držanie polohy, ale to zvyšuje náklady, zložitosť a poruchový režim (ak brzda zlyhá alebo stratí napájanie, brána nie je zabezpečená). Jednochodový prevod so spojkou zostáva štandardným prístupom v tomto odvetví.
Automatické pohony brán umiestňujú pár závitovkových prevodov na miesto s najvyššou ekologickou nehostinnosťou spomedzi všetkých štandardných priemyselných aplikácií – vonku, vystavené poveternostným vplyvom, teplotným extrémom a atmosférickej korózii po dobu desiatich alebo viacerých rokov. Matica vonkajšieho vystavenia klasifikuje inštalácie do štyroch kategórií prostredia a každú z nich mapuje podľa požiadaviek na krytie IP, ochranu proti korózii a mazivo, ktoré určujú náklady aj životnosť. Životnosť brány v prevádzke sa meria v celkovom počte cyklov otvorenia a zatvorenia, a nie v prevádzkových hodinách, pričom rezidenčné brány sa zameriavajú na 50 000 až 75 000 cyklov počas 10 rokov a priemyselné brány na 150 000 až 365 000 cyklov počas 5 rokov. Správanie sa maziva pri studenom štarte pod -10 stupňov Celzia a pretrvávajúci krútiaci moment podľa EN 12453 sú dve špecifikácie prevádzkových podmienok, ktoré štandardné technické listy pre pár závitovkových prevodov s nepretržitou prevádzkou nepokrývajú – konštruktéri pohonov brán musia obe overiť nezávisle.
Pre výrobcov pohonov brán a tímy správy budov vykoná naše technické oddelenie klasifikáciu expozície a výpočet životnosti vašej inštalácie. Štandardný katalóg kompaktné závitovkové prevodovky pokrývajú pohony brán s rozostupom osí od 40 do 80 mm vo všetkých štyroch triedach prostredia so zodpovedajúcimi tesneniami a mazivami. Odošlite špecifikácia pohonu brány s hmotnosťou brány, frekvenciou cyklov a prostredím na mieste.
Špecifikácia párov závitovkových prevodov pre pohon brány?
Pošlite nám typ brány (posuvná, výklopná, roletová), hmotnosť brány, frekvenciu cyklov, umiestnenie stavby a akékoľvek špeciálne environmentálne zaťaženie (pobrežné, chemické, extrémny chlad). Klasifikujeme zaťaženie, odporučíme správny materiál a tesniaci balík a ponúkneme cenovú ponuku podľa vášho ročného objemu.
Redaktor: Cxm
