Korea Ever-Power · คู่มือวิศวกรรมการใช้งาน
เฟืองตัวหนอนและล้อเฟืองตัวหนอนสำหรับเครนเหนือศีรษะและระบบขับเคลื่อนรอก
เฟืองตัวหนอนของเครนที่ชำรุดจะทำให้เครนปล่อยน้ำหนักบรรทุก ทุกคนที่ยืนอยู่ใต้คาน ขดลวด หรือแม่พิมพ์ที่แขวนอยู่ ต่างฝากชีวิตไว้กับกลไกการล็อกตัวเองของเฟืองคู่เดียว การจำแนกกลุ่มหน้าที่ของ FEM มีไว้เพื่อให้เฟืองคู่นั้นเหมาะสมกับความรุนแรงของการใช้งานของเครน และการเลือกกลุ่มที่ไม่ถูกต้องหมายถึงการใช้จ่ายเกินความจำเป็นหรือการป้องกันที่ไม่เพียงพอ
เฟืองตัวหนอนของเครนและรอกทุกชุดต้องเป็นแบบสตาร์ทเดี่ยวที่มีระบบล็อคตัวเองที่แข็งแรง (มุมนำ 2 ถึง 5 องศา) และมีเบรกเชิงกลแยกต่างหากเพื่อเป็นระบบยึดสำรอง ข้อกำหนดนี้ยึดตามการจำแนกกลุ่มงาน FEM (ISO 4301) ซึ่งกำหนดความเข้มข้นของการใช้งานเครนให้กับปัจจัยการบริการ เกรดวัสดุ ช่วงเวลาการตรวจสอบ และอายุการใช้งานที่ออกแบบไว้ กลุ่ม FEM 1Bm (เครนโรงงาน ใช้งาน 200 ชั่วโมงต่อปี) ต้องการ SF 1.5 และวัสดุมาตรฐาน กลุ่ม FEM 4m (เครนยกทัพพีเหล็ก ใช้งาน 4,000 ชั่วโมงต่อปี) ต้องการ SF 2.5 บรอนซ์หล่อแบบแรงเหวี่ยง และช่วงเวลาการตรวจสอบ 6 เดือน ปัจจัยการหยุดฉุกเฉินสำหรับไดรฟ์รอกเครนทั้งหมดคือ 2.5 ถึง 3.0 เท่าของแรงบิดที่กำหนด — เหตุการณ์ชั่วคราวเพียงครั้งเดียวนี้มักเป็นข้อจำกัดในการกำหนดขนาด ไม่ใช่แรงบิดในการยกที่สภาวะคงที่ เครนสำหรับงานทางทะเลและท่าเรือมีข้อกำหนดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการต้านทานการกัดกร่อน (ล้ออลูมิเนียมบรอนซ์ เฟืองตัวหนอนสแตนเลสหรือชุบสังกะสี) นอกเหนือจากข้อกำหนดทางกลทั่วไป
เหตุใดรอกเครนจึงต้องพึ่งพาเฟืองตัวหนอนแบบล็อคตัวเอง
เครนเหนือศีรษะ เครนโครงสร้าง เครนแขนยก และรอกเคลื่อนย้ายทุกชนิดที่ยกของขึ้นเหนือพื้นดิน ล้วนมีข้อกำหนดด้านความปลอดภัยที่ขาดไม่ได้ข้อหนึ่ง คือ ของที่ยกต้องไม่ตกลงมาหากไฟฟ้าดับ ข้อกำหนดนี้เป็นตัวกำหนดการเลือกใช้ระบบขับเคลื่อนของเครนและรอกมานานกว่าศตวรรษ และชุดเฟืองตัวหนอนยังคงเป็นทางเลือกที่ได้รับความนิยมมากที่สุด เนื่องจากมีคุณสมบัติการล็อกตัวเองทางกลไกโดยธรรมชาติ ไม่ใช่ส่วนประกอบเพิ่มเติม
หลักการทางฟิสิกส์นั้นชัดเจน: โหลดที่แขวนอยู่จะสร้างแรงบิดจากแรงโน้มถ่วงคงที่ต่อเพลาของดรัมยก หากชุดเฟืองระหว่างมอเตอร์และดรัมยอมให้หมุนย้อนกลับได้ (การขับย้อนกลับ) โหลดจะเร่งตัวลงด้านล่าง ชุดเฟืองตัวหนอนแบบฟันเดียวที่มีมุมนำต่ำกว่ามุมเสียดทานจะไม่สามารถหมุนย้อนกลับได้ เนื่องจากแรงเสียดทานที่จุดสัมผัสของฟันเกินกว่าส่วนประกอบการขับของแรงโน้มถ่วง และระบบจะล็อก
ระบบล็อกทางเรขาคณิตนี้ไม่ขึ้นอยู่กับพลังงานไฟฟ้า สถานะของระบบควบคุม หรือสภาพของเบรก มันยังคงทำงานได้แม้ว่าระบบความปลอดภัยอื่นๆ จะล้มเหลวทั้งหมด ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมมาตรฐานเครน (EN 13001, ISO 4301, กฎ FEM) จึงถือว่ามันเป็นกลไกการยึดหลักและกำหนดให้มีเบรกเชิงกลแยกต่างหากไว้เป็นระบบสำรองเท่านั้น
ชุดเฟืองเกลียวมีประสิทธิภาพมากกว่า 95 เปอร์เซ็นต์ แต่ไม่สามารถล็อกตัวเองได้ รอกยกที่ใช้เฟืองเกลียวทุกตัวจึงต้องพึ่งพาเบรกที่ปลดล็อกด้วยไฟฟ้าเป็นกลไกยึดเพียงอย่างเดียว ชุดเฟืองดาวเคราะห์ก็ไม่สามารถล็อกได้เช่นกัน ชุดเฟืองตัวหนอนมีประสิทธิภาพต่ำที่สุดที่ 40-55 เปอร์เซ็นต์ แต่เป็นตัวเลือกเดียวที่รูปทรงเรขาคณิตป้องกันไม่ให้ของที่ยกตก สำหรับการใช้งานเครน คุณสมบัติด้านความปลอดภัยนี้สำคัญกว่าข้อเสียด้านประสิทธิภาพ เพราะผลที่ตามมาจากการล้มเหลว (ของตก การเสียชีวิตที่อาจเกิดขึ้น) นั้นมากกว่าค่าใช้จ่ายด้านพลังงานใดๆ
กลุ่มงาน FEM — การจับคู่การใช้งานเครนกับข้อกำหนดของชุดเฟืองตัวหนอน
ระบบการจำแนกประเภทของสหพันธ์การจัดการแห่งยุโรป (FEM) ซึ่งนำมาใช้ในมาตรฐาน ISO 4301 แบ่งเครนออกเป็นกลุ่มการใช้งานตามปัจจัยสองประการ ได้แก่ จำนวนรอบการทำงานทั้งหมดตลอดอายุการใช้งานของเครน และสเปกตรัมของน้ำหนักบรรทุก (สัดส่วนของการยกที่อยู่ในระดับหรือใกล้เคียงกับน้ำหนักบรรทุกที่ปลอดภัย เทียบกับน้ำหนักเบา) กลุ่มการใช้งานนี้จะกำหนดปัจจัยการบริการ เกรดวัสดุ และตารางการตรวจสอบสำหรับชุดเฟืองตัวหนอนของระบบยกโดยตรง
ตารางด้านล่างแสดงความสัมพันธ์ระหว่างกลุ่มหน้าที่ของ FEM กับพารามิเตอร์เฉพาะของชุดเฟืองตัวหนอน นี่คือเครื่องมือในการเลือกที่เชื่อมโยงการใช้งานเครนกับการสั่งซื้อชุดเฟือง
การพัฒนาจากกลุ่ม 1Bm ไปเป็น 5m ทำให้ค่าปัจจัยการใช้งานเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า (จาก 1.5 เป็น 3.0) เปลี่ยนจากการหล่อแบบแรงโน้มถ่วงเป็นการหล่อแบบแรงเหวี่ยง เปลี่ยนเฟืองตัวหนอนจากเหล็กชุบแข็งผิวเป็นเหล็กชุบแข็งทั้งชิ้น และลดช่วงเวลาการตรวจสอบจากรายปีเป็นรายเดือน แต่ละขั้นตอนสะท้อนให้เห็นถึงการเพิ่มขึ้นอย่างแท้จริงของภาระความล้าสะสม: เครนสำหรับลานเศษเหล็กขนาด 5m รับภาระมากกว่าในหนึ่งเดือนเมื่อเทียบกับเครนสำหรับโรงงานขนาด 1Bm ในหนึ่งปี ดังนั้นคู่เฟืองตัวหนอนสำหรับแต่ละขนาดจึงต้องมีความเข้มงวดตามสัดส่วน
ข้อผิดพลาดในการกำหนดคุณสมบัติของเครนที่พบบ่อยที่สุดคือ การใช้ค่าปัจจัยการใช้งานเบา (light-duty service factor) กับเครนที่ใช้งานปานกลางหรือหนัก เครนในโรงงานที่ทำงานสองกะต่อวันและมีการยกของใกล้ระดับน้ำหนักสูงสุดที่รับได้ (SWL) บ่อยครั้ง ไม่ใช่เครนขนาด 1 ม. (1Am) – มันมีขนาดอย่างน้อย 2 ม. หรืออาจจะ 3 ม. การจัดกลุ่มการใช้งานต่ำกว่าความเป็นจริงหนึ่งหรือสองระดับ หมายความว่าขนาดของชุดเฟืองตัวหนอน (worm gear pair) จะต่ำกว่าความต้องการความทนทานต่อความล้าที่แท้จริงถึง 25 ถึง 50 เปอร์เซ็นต์ ชุดเฟืองดังกล่าวผ่านการทดสอบการใช้งานได้ง่าย (ชุดเฟืองใหม่มักจะมีระยะเผื่อเสมอ) แต่จะเกิดการสึกหรออย่างรวดเร็วหลังจาก 18 ถึง 36 เดือน เนื่องจากความเสียหายจากความล้าสะสมจะตามทันข้อกำหนดที่กำหนดขนาดเล็กเกินไป
แรงกระแทกจากการหยุดฉุกเฉิน — สภาวะชั่วขณะที่มักเป็นตัวกำหนดขนาด
แรงบิดยกคงที่นั้นไม่ใช่กรณีที่เลวร้ายที่สุดสำหรับชุดเฟืองตัวหนอนของเครน กรณีที่เลวร้ายที่สุดคือการหยุดฉุกเฉิน: เครนกำลังลดน้ำหนักลงด้วยความเร็วเต็มที่ ผู้ควบคุมกดปุ่มหยุดฉุกเฉิน เบรกมอเตอร์ทำงาน และมวลที่หมุนอยู่ของดรัมยก ข้อต่อ และเพลาตัวหนอนจะลดความเร็วจากความเร็วสูงสุดลงเหลือศูนย์ในเวลา 0.5 ถึง 1.5 วินาที
แรงบิดที่พุ่งสูงขึ้นระหว่างการลดความเร็วนี้คำนวณได้จากโมเมนต์ความเฉื่อยของการหมุนและอัตราการลดความเร็ว: T_shock = J_total × (ω / t_stop) + T_gravity โดยที่ J_total คือโมเมนต์ความเฉื่อยของชิ้นส่วนที่หมุนทั้งหมด ω คือความเร็วเชิงมุม ณ ขณะที่เบรก t_stop คือเวลาในการเบรก และ T_gravity คือแรงบิดคงที่จากแรงโน้มถ่วงของน้ำหนักที่แขวนอยู่ สำหรับระบบขับเคลื่อนรอกเครนเหนือศีรษะทั่วไป ปัจจัยแรงกระแทกจากการหยุดฉุกเฉินจะมีค่า 2.5 ถึง 3.0 เท่าของแรงบิดในการยกที่สภาวะคงที่
ตัวอย่างการใช้งาน เครนเหนือศีรษะขนาด 10 ตัน เส้นผ่านศูนย์กลางดรัม 400 มม. อัตราทดเกียร์หนอน 50:1 ประสิทธิภาพ 45 เปอร์เซ็นต์ T_lift = (10,000 × 9.81 × 0.4) / (2 × 50 × 0.45) = 871 N·m ปัจจัยหยุดฉุกเฉิน K_e = 2.5 T_shock = 871 × 2.5 = 2,178 N·m กลุ่ม FEM 3m, SF = 2.25 T_required = 2,178 × 2.25 = 4,900 N·m เกียร์หนอนต้องมีพิกัดรับน้ำหนักมากกว่า 4,900 N·m ซึ่งประมาณ 5.6 เท่าของแรงบิดยกในสภาวะคงที่ 871 N·m หากพิจารณาเฉพาะแรงบิดในสภาวะคงที่ (เช่น เลือกคู่ที่มีพิกัดแรงบิด 1,200 นิวตันเมตร) จะทำให้คู่ดังกล่าวรับภาระถึง 408 เปอร์เซ็นต์ของพิกัดความสามารถในการรับน้ำหนักในทุกกรณีของการหยุดฉุกเฉิน คู่ดังกล่าวอาจทนทานได้ในช่วงแรกๆ แต่จะเกิดรอยแตกที่โคนฟันภายใน 2 ถึง 4 ปีของการใช้งานหนัก
อู่ต่อเรือแห่งหนึ่งในเกาหลีใต้ได้เปลี่ยนชุดเฟืองตัวหนอนสำหรับเครนยกขนาด 15 ตัน ที่ใช้งานมา 20 ปีแล้ว ชุดเฟืองเดิมเป็นแบบที่ไม่ได้มาตรฐาน เป็นดีไซน์ดั้งเดิมจากญี่ปุ่น คือ โมดูล 6.5 ระยะห่างศูนย์กลาง 182 มม. โปรไฟล์ ZN แบบขึ้นซี่เดียว ไม่มีผู้จำหน่ายในแคตตาล็อกรายใดจำหน่ายขนาดนี้ อู่ต่อเรือจึงพยายามหาชิ้นส่วนทดแทนที่ "ใกล้เคียง" คือ โมดูล 6 ระยะห่างศูนย์กลาง 180 มม. โปรไฟล์ ZI การตรวจสอบขนาดพบว่าชิ้นส่วนทดแทนนั้นสามารถใช้งานร่วมกันได้ แต่การทดสอบรูปแบบการสัมผัสบนชุดประกอบทดลองพบว่ามีการสัมผัสเพียง 28 เปอร์เซ็นต์ กระจุกตัวอยู่ที่ปลายฟัน ความไม่ตรงกันของโปรไฟล์ ZN กับ ZI ทำให้เส้นสัมผัสเลื่อนออกจากจุดศูนย์กลางด้านข้าง อู่ต่อเรือจึงสั่งทำชุดเฟืองแบบพิเศษที่ตรงกับขนาดที่ไม่ได้มาตรฐานเดิม คือ โมดูล 6.5 ระยะห่างศูนย์กลาง 182 มม. โปรไฟล์ ZN ผ่านการเจียระไน ค่าใช้จ่าย: 4,200 ดอลลาร์สหรัฐสำหรับชุดเฟืองแบบสั่งทำ เทียบกับ 1,100 ดอลลาร์สหรัฐสำหรับชิ้นส่วนทดแทนในแคตตาล็อกที่ "ใกล้เคียง" ระยะเวลานำส่ง: 6 สัปดาห์ ชุดเฟืองตัวหนอนแบบสั่งทำพิเศษนี้ติดตั้งโดยมีรูปแบบการสัมผัสครอบคลุม 72 เปอร์เซ็นต์ บทเรียนนี้ใช้ได้กับการเปลี่ยนเฟืองตัวหนอนของเครนรุ่นเก่าทุกรุ่น: ความคล้ายคลึงกันของขนาดตามชื่อไม่ได้หมายความว่าจะสามารถใช้แทนกันได้ ตระกูลโปรไฟล์ (ZA, ZN, ZI, ZK) ต้องตรงกันอย่างแม่นยำ และต้องตรวจสอบรูปแบบการสัมผัสก่อนที่เครนจะกลับมาใช้งานโดยมีน้ำหนักบรรทุกอยู่เหนือคนงาน
วัสดุและการอบชุบความร้อนสำหรับชุดเฟืองตัวหนอนของรอกเครน
การใช้งานเครนยกแตกต่างจากการใช้งานสายพานลำเลียงหรือบรรจุภัณฑ์ในประเด็นสำคัญประการหนึ่ง คือ แรงกระแทกจากการหยุดฉุกเฉินจะทำให้โคนฟันเกิดการงอด้วยแรงกระตุ้นที่มีขนาดมาก ซึ่งทำให้เกิดความเสียหายจากความล้าได้เร็วกว่าการรับน้ำหนักอย่างต่อเนื่องในสภาวะคงที่ด้วยแรงบิดเฉลี่ยเท่ากันถึง 5-10 เท่า ดังนั้น การเลือกวัสดุจึงต้องให้ความสำคัญกับความต้านทานต่อแรงกระแทกและความทนทานต่อความล้ามากกว่าความสามารถในการรับน้ำหนักคงที่
หนอน: เหล็กกล้า 16MnCr5 ชุบแข็งผิว (ความแข็งผิว 58-62 HRC, ความแข็งแกนกลาง 30-35 HRC) ผิวแข็งช่วยต้านทานการเกิดสนิมที่ผิว ส่วนแกนกลางที่อ่อนกว่าช่วยดูดซับแรงกระแทกโดยไม่แตกหักง่าย
ล้อ: โลหะผสมทองแดงฟอสฟอรัสหล่อด้วยแรงโน้มถ่วง CuSn12Ni เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีจำนวนรอบต่ำถึงปานกลาง
เสร็จ: การเจียรด้วยหนอน: ค่า Ra 0.8 µm; การเจียรด้วยล้อเฟือง: ค่า Ra 1.6 µm
หนอน: เหล็กกล้า 16MnCr5 ชุบแข็งผิว (3m) หรือเหล็กกล้า 42CrMo4 ชุบแข็งทั้งชิ้น HRC 28-34 (4m) การชุบแข็งทั้งชิ้นทำให้ความแข็งสม่ำเสมอ ไม่มีรอยต่อระหว่างผิวและแกนที่อาจแตกเป็นชิ้นเล็กๆ ได้เมื่อถูกกระแทกซ้ำๆ
ล้อ: การหล่อแบบเหวี่ยงหนีศูนย์กลางของ CuSn12Ni การหล่อแบบเหวี่ยงหนีศูนย์กลางทำให้ได้วัสดุที่มีความหนาแน่นสูงกว่า ปราศจากรูพรุน และมีความแข็งแรงต่อความล้าสูงกว่าการหล่อแบบแรงโน้มถ่วง 15 ถึง 25 เปอร์เซ็นต์
เสร็จ: เจียรผิวด้วยเครื่องเจียรแบบหนอน (Worm ground) ค่า Ra 0.4 µm; ขึ้นรูปด้วยล้อเฟือง (wheel hobbing) แล้วทำการปรับสภาพผิว (run-in)
หนอน: เหล็กชุบสังกะสีชุบแข็ง (สำหรับท่าเรือในแผ่นดิน) หรือสแตนเลส AISI 316L (สำหรับท่าเรือชายฝั่ง/นอกชายฝั่ง)
ล้อ: อะลูมิเนียมบรอนซ์ CuAl10Fe5Ni5 — ไม่เกิดการผุกร่อนจากสังกะสีในการทดสอบด้วยละอองเกลือ มีความทนทานต่อการกัดกร่อนเหนือกว่าฟอสฟอร์บรอนซ์ อัตราการสึกหรอต่ำกว่า CuSn12Ni เล็กน้อย แต่มีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสูงกว่าเล็กน้อย
เสร็จ: ขัดผิวด้วยเครื่องเจียรแบบหนอน (Worm ground) ละเอียดระดับ Ra 0.4 µm; สกรูและน็อตทั้งหมดทำจากสแตนเลส A4
กรณีศึกษาข้อกำหนดของชุดเฟืองตัวหนอนยกเครนสามชุด
กรณีศึกษาทั้งสามด้านล่างนี้ครอบคลุมช่วงการใช้งานของระบบ FEM ตั้งแต่เครนโรงงานขนาดกลางไปจนถึงเครนยกของในท่าเรือขนาดใหญ่ แต่ละกรณีแสดงให้เห็นว่าการจำแนกกลุ่มการใช้งานของระบบ FEM มีผลต่อพารามิเตอร์ข้อกำหนดทุกประการอย่างไร ตั้งแต่ปัจจัยการใช้งานและวัสดุ ไปจนถึงช่วงเวลาการตรวจสอบและการวางแผนการเปลี่ยนชิ้นส่วน
ข้อกำหนดต่างๆ เป็นของจริง ตัวเลขสะท้อนถึงการจัดซื้อจัดจ้างจริง และบทเรียนเหล่านี้สามารถนำไปใช้ได้กับตลาดการผลิตและการบำรุงรักษาเครนในเกาหลี ญี่ปุ่น และเอเชียตะวันออกเฉียงใต้
กรณีที่ 1 — โรงงานผลิตรถยนต์เกาหลี: เครนเหนือศีรษะขนาด 8 ตัน, FEM 3 เมตร
โรงงานผลิตชิ้นส่วนรถยนต์แบบปั๊มขึ้นรูปแห่งหนึ่งในเกาหลีใต้ได้ระบุชุดเฟืองตัวหนอนสำหรับเครนเหนือศีรษะแบบคานคู่ขนาด 8 ตันจำนวน 4 ตัว ที่ใช้สำหรับการเปลี่ยนแม่พิมพ์ รอบการทำงาน: 15 ถึง 20 ครั้งต่อกะ ทำงาน 2 กะต่อวัน ปีละ 300 วัน การยกส่วนใหญ่อยู่ที่ 60 ถึง 80 เปอร์เซ็นต์ของน้ำหนักบรรทุกสูงสุด (แม่พิมพ์หนัก 5 ถึง 6.5 ตัน) การจำแนกประเภท FEM: 3m (หนัก) โดยพิจารณาจากชั่วโมงการทำงานต่อปีประมาณ 2,500 ชั่วโมง และช่วงการรับน้ำหนักกระจุกตัวอยู่เหนือ 60 เปอร์เซ็นต์ของน้ำหนักบรรทุกสูงสุด เส้นผ่านศูนย์กลางดรัมยก 350 มม. อัตราส่วน 50:1 ประสิทธิภาพของชุดเฟืองตัวหนอน 44 เปอร์เซ็นต์ T_lift = (8,000 × 9.81 × 0.35) / (2 × 50 × 0.44) = 624 N·m ปัจจัยหยุดฉุกเฉิน K_e = 2.5 T_shock = 1,560 N·m SF (FEM 3m) = 2.25. T_required = 3,510 N·m. ข้อมูลจำเพาะ: สตาร์ทเดี่ยว, โมดูล 6, ระยะห่างศูนย์กลาง 160 มม., พิกัด 3,800 N·m. วัสดุ: เฟืองตัวหนอนชุบแข็ง 16MnCr5 เจียรผิวเรียบ Ra 0.4 µm, ล้อหล่อแบบเหวี่ยง CuSn12Ni. เบรกแม่เหล็กไฟฟ้าแบบสปริงแยกต่างหากบนเพลาอินพุตความเร็วสูง การตรวจสอบ: การวัดระยะคลายตัวและการตรวจสอบรูปแบบการสัมผัสทุก 6 เดือน อายุการใช้งานที่ได้: อายุการใช้งานเฉลี่ยของล้อ 6.5 ปี ในการทำงานแบบ 2 กะ เกินกว่างบประมาณ 5 ปี เฟืองตัวหนอนทนทานต่อการเปลี่ยนล้อสองครั้ง
กรณีที่ 2 — เครื่องยกตู้คอนเทนเนอร์ในท่าเรือญี่ปุ่น: โครงเครนขนาด 40 ตัน, FEM 4 เมตร, การกัดกร่อนจากสภาพแวดล้อมทางทะเล
หน่วยงานท่าเรือของญี่ปุ่นระบุชุดเฟืองตัวหนอนสำหรับเครนยกตู้คอนเทนเนอร์แบบโครงสร้างเหล็กขนาด 40 ตัน 2 ตัว ที่ใช้งานในสภาพแวดล้อมชายฝั่งที่มีละอองน้ำเค็มโดยตรง การจำแนกประเภท FEM: 4 ม. (หนักมาก) — ใช้งาน 18 ชั่วโมงต่อวัน 350 วันต่อปี เกือบทุกการยกอยู่ที่ 80 ถึง 100 เปอร์เซ็นต์ของ SWL (ตู้คอนเทนเนอร์ขนาด 20 ฟุตที่บรรจุแล้วมีน้ำหนัก 24 ถึง 30 ตัน) เส้นผ่านศูนย์กลางดรัมยก 600 มม. อัตราส่วน 60:1 ประสิทธิภาพของชุดเฟืองตัวหนอน 42 เปอร์เซ็นต์ T_lift = (40,000 × 9.81 × 0.6) / (2 × 60 × 0.42) = 4,672 N·m K_e = 3.0 (การเบรกแบบไดนามิกอย่างหนักในการวางซ้อนตู้คอนเทนเนอร์) T_shock = 14,016 N·m SF (FEM 4 ม.) = 2.5 T_required = 35,040 N·m ซึ่งเกินขีดความสามารถของเฟืองตัวหนอนคู่เดียวมาก จึงแก้ปัญหานี้ด้วยการใช้เฟืองตัวหนอนคู่ (สองคู่แบ่งภาระผ่านชุดเฟืองเอาต์พุตทั่วไป โดยแต่ละคู่รับแรงบิดครึ่งหนึ่งที่ 17,520 N·m) แต่ละคู่: โมดูล 10, ระยะห่างศูนย์กลาง 250 มม., พิกัด 18,000 N·m วัสดุ: เฟืองตัวหนอนชุบสังกะสีชุบแข็ง (ป้องกันการกัดกร่อนจากละอองเกลือตามมาตรฐาน ISO 12944 C4), ล้ออลูมิเนียมบรอนซ์ CuAl10Fe5Ni5 (ไม่มีความเสี่ยงต่อการกัดกร่อนจากสังกะสี) ตัวยึดทั้งหมดทำจากสแตนเลส A4 การตรวจสอบ: วัดระยะคลายตัวทุกไตรมาส, ตรวจสอบซีลด้วยสายตาทุกเดือน, ตรวจสอบรูปแบบการสัมผัสทุกปี ดูรายละเอียดเพิ่มเติม เกียร์ทดรอบแบบหนอนสำหรับงานหนัก มีตัวเลือกต่างๆ ที่รวมถึงการป้องกันการกัดกร่อนระดับใช้งานในทะเล สำหรับเครนที่ใช้ในท่าเรือและชายฝั่ง
กรณีที่ 3 — สถานที่ก่อสร้างในเวียดนาม: เครนยกสูง 6 ตัน, FEM 2 เมตร, ปรับต้นทุนให้เหมาะสมที่สุด
ผู้ผลิตเครื่องจักรกลก่อสร้างชาวเวียดนามระบุชุดเฟืองตัวหนอนสำหรับเครนยกสูง 30 ตัว ที่รับน้ำหนักได้สูงสุด 6 ตัน สำหรับงานก่อสร้างอาคารที่พักอาศัย การจำแนกประเภท FEM: 2 เมตร (ปานกลาง) — ยกได้ 8 ถึง 10 ครั้งต่อชั่วโมงในระหว่างการก่อสร้าง แต่ใช้งานเพียง 200 ถึง 250 วันต่อปี และการยกส่วนใหญ่ต่ำกว่าน้ำหนักสูงสุด (ถังคอนกรีต 2 ถึง 3 ตัน มัดเหล็กเส้น 1 ถึง 2 ตัน การยกเต็มน้ำหนักสูงสุดเกิดขึ้นไม่บ่อย) แรงบิดยกที่น้ำหนักสูงสุด: (6,000 × 9.81 × 0.30) / (2 × 40 × 0.46) = 480 นิวตันเมตร ค่า K_e = 2.5 แรงบิดกระแทก = 1,200 นิวตันเมตร ค่า SF (FEM 2 เมตร) = 2.0 แรงบิดที่ต้องการ = 2,400 นิวตันเมตร ข้อมูลจำเพาะ: ระบบสตาร์ทเดี่ยว โมดูล 5 ระยะห่างศูนย์กลาง 125 มม. พิกัด 2,600 นิวตันเมตร วัสดุ: เฟืองตัวหนอน 16MnCr5 ชุบแข็งมาตรฐาน ล้อ CuSn12Ni หล่อด้วยแรงโน้มถ่วง (ปรับต้นทุนให้เหมาะสม – ไม่จำเป็นต้องใช้การหล่อแบบเหวี่ยงสำหรับงาน 2 เมตร) ราคาต่อคู่: 380 ดอลลาร์สหรัฐ สำหรับเครน 30 ตัว การประหยัดเมื่อเทียบกับข้อกำหนดการหล่อแบบเหวี่ยง (ประมาณ 580 ดอลลาร์สหรัฐต่อคู่) คือ 6,000 ดอลลาร์สหรัฐ ซึ่งมีความสำคัญในตลาดก่อสร้างที่อ่อนไหวต่อราคา การตรวจสอบ: ประจำปี สอดคล้องกับการรับรองเครนประจำปี เป้าหมายอายุการใช้งาน: 4 ปีต่อล้อ (ตรงกับวงจรการเช่าเครนทั่วไป 4 ปี) ผลลัพธ์ที่ได้: เฉลี่ย 4.2 ปีทั่วทั้งกลุ่มเครน บรรลุเป้าหมายด้วยส่วนต่างเล็กน้อย
คำถามที่พบบ่อย
ถาม: เฟืองตัวหนอนคู่ของรอกเครนสามารถใช้เฟืองตัวหนอนแบบ 2 ขั้นได้หรือไม่?
โดยทั่วไปแล้วกลไกยกจะไม่ใช้เฟืองตัวหนอนแบบ 2 จังหวะ ที่ค่า q ทั่วไป จะสร้างมุมนำที่ 10 ถึง 12 องศา ซึ่งสูงกว่ามุมเสียดทานมาก และดังนั้นจึงไม่สามารถล็อกได้ หากเบรกทำงานล้มเหลว โหลดจะตกลงมา ผู้ผลิตเครนบางรายใช้เฟืองตัวหนอนแบบ 2 จังหวะหรือ 3 จังหวะสำหรับระบบขับเคลื่อนการเคลื่อนที่ไปข้างหน้าและข้างหลังของเครน (การเคลื่อนที่ในแนวนอน) ในกรณีที่ไม่มีข้อกังวลด้านความปลอดภัยของโหลดที่แขวนอยู่ และประสิทธิภาพที่สูงขึ้นจะช่วยลดขนาดของมอเตอร์ แต่ระบบขับเคลื่อนการยก ซึ่งเป็นกลไกที่ยึดโหลดไว้กับแรงโน้มถ่วงนั้น โดยทั่วไปจะใช้เฟืองตัวหนอนแบบจังหวะเดียวที่มีการล็อกตัวเองที่แข็งแรง กฎนี้ไม่มีข้อยกเว้นในมาตรฐานเครนใดๆ ทั่วโลก
ถาม: ควรตรวจสอบชุดเฟืองตัวหนอนของรอกเครนบ่อยแค่ไหน?
ตารางกลุ่มหน้าที่ FEM ด้านบนระบุช่วงเวลาการตรวจสอบ: รายปีสำหรับ 1Bm และ 1Am, ทุก 6 เดือนสำหรับ 2m และ 3m, ทุกไตรมาสสำหรับ 4m และทุกเดือนสำหรับ 5m การตรวจสอบขั้นต่ำประกอบด้วยการวัดระยะห่างของฟันเฟือง (เปรียบเทียบกับใบส่งมอบ), การตรวจสอบซีลด้วยสายตาเพื่อดูการรั่วซึมของจาระบี และการเปรียบเทียบระดับเสียงพื้นฐาน สำหรับเครนที่มี FEM สูงกว่า 3m ให้เพิ่มการตรวจสอบรูปแบบการสัมผัสโดยใช้สารทำเครื่องหมายทุกๆ 6 เดือน การตรวจสอบรูปแบบการสัมผัสเป็นวิธีเดียวที่เชื่อถือได้ในการตรวจจับการสึกหรอของด้านข้างฟันเฟืองก่อนที่จะถึงขั้นที่ระยะห่างของฟันเฟืองเพิ่มขึ้นจนสามารถวัดได้ ซึ่งโดยทั่วไปจะให้สัญญาณเตือนล่วงหน้า 6 ถึง 12 เดือนก่อนที่จะต้องเปลี่ยนชิ้นส่วนอย่างเร่งด่วน
ถาม: ความสัมพันธ์ระหว่าง SWL กับแรงบิดที่กำหนดของชุดเฟืองตัวหนอนคืออะไร?
SWL (Safe Working Load) คือน้ำหนักบรรทุกสูงสุดที่เครนได้รับอนุญาตให้ยกได้ แรงบิดพิกัดของชุดเฟืองตัวหนอนต้องมากกว่าแรงบิดที่เกิดขึ้นที่ SWL หลังจากใช้ปัจจัยการหยุดฉุกเฉินและปัจจัยการใช้งาน FEM แล้ว ความสัมพันธ์ทั่วไปคือ T_rated (pair) = SWL × g × D_drum / (2 × i × η) × K_e × SF สำหรับเครนเหนือศีรษะส่วนใหญ่ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางดรัมและอัตราส่วนมาตรฐาน แรงบิดพิกัดของคู่เฟืองที่ต้องการจะอยู่ที่ประมาณ 4 ถึง 6 เท่าของแรงบิดยกที่สภาวะคงที่ที่ SWL อัตราส่วนนี้อธิบายว่าทำไมชุดเฟืองตัวหนอนของเครนจึงดู “ใหญ่เกินไป” เมื่อเทียบกับการใช้งานในสายพานลำเลียงหรือเครื่องผสมที่แรงบิดที่สภาวะคงที่เดียวกัน ความแตกต่างทั้งหมดเกิดจากปัจจัยการหยุดฉุกเฉินและปัจจัยความปลอดภัย FEM ที่การใช้งานเครนต้องการ
ถาม: ต้องใช้เบรกประเภทใดร่วมกับระบบล็อคตัวเองแบบเฟืองตัวหนอน?
ระบบขับเคลื่อนยกของเครนทุกระบบจำเป็นต้องมีเบรกแบบจานหรือดรัมที่ใช้สปริงและปลดด้วยไฟฟ้าติดตั้งอยู่บนเพลาของมอเตอร์ (ด้านความเร็วสูง) เบรกจะทำงานโดยอัตโนมัติเมื่อตัดกระแสไฟฟ้า และให้แรงบิดในการยึดจับโดยไม่ขึ้นอยู่กับการล็อกตัวเองของเฟืองตัวหนอน เบรกได้รับการออกแบบให้รับน้ำหนักบรรทุกสูงสุด (SWL) บวกกับระยะปลอดภัย (โดยทั่วไป 1.5 ถึง 2.0 เท่าของแรงบิดเนื่องจากแรงโน้มถ่วงขณะหยุดนิ่งที่เพลาของมอเตอร์) การล็อกตัวเองของเฟืองตัวหนอนและเบรกเชิงกลประกอบกันเป็นระบบยึดจับสองชั้น: หากชั้นใดชั้นหนึ่งล้มเหลว อีกชั้นหนึ่งก็ยังคงป้องกันไม่ให้ของตกได้ เครนที่มีความสำคัญสูงบางรุ่น (FEM 4 เมตรขึ้นไป) เพิ่มชั้นที่สาม คือ สลักล็อกแบบแรตเช็ตหรือคลัตช์แบบโอเวอร์รันนิ่งบนเพลาของดรัม ทำให้เกิดความซ้ำซ้อนสามเท่า วิธีการสามชั้นนี้เป็นเรื่องปกติในเครนยกทัพพีโลหะหลอมเหลว ซึ่งการตกของของบรรทุกอาจส่งผลร้ายแรงอย่างมาก
ถาม: ฉันจะกำหนดกลุ่มงาน FEM ที่ถูกต้องสำหรับเครนเฉพาะตัวได้อย่างไร?
จำเป็นต้องใช้ข้อมูลสองอย่าง: จำนวนรอบการยกทั้งหมดตลอดอายุการใช้งานของเครน (โดยทั่วไป 10 ถึง 25 ปี) และระดับสเปกตรัมของน้ำหนักบรรทุก (สัดส่วนของการยกที่ใกล้เคียงกับน้ำหนักบรรทุกสูงสุดที่รับได้ (SWL) เทียบกับน้ำหนักเบา) มาตรฐาน ISO 4301 และคู่มือ FEM เล่ม 2 มีตารางการจำแนกประเภท สำหรับวิธีการลัดในทางปฏิบัติ: เครนในโรงงานที่มีการยกน้อยกว่า 50 ครั้งต่อสัปดาห์คือ 1Bm; เครนในโรงงานที่มีการยก 50 ถึง 200 ครั้งต่อสัปดาห์คือ 1Am ถึง 2m; เครนสำหรับสายการผลิตที่มีการยก 200 ถึง 1,000 ครั้งต่อสัปดาห์คือ 3m; เครนสำหรับกระบวนการผลิตที่มีการทำงานต่อเนื่องหลายกะคือ 4m ถึง 5m หากเครนให้บริการสายการผลิตและทำงานทุกวันทำการ จะต้องมีขนาดอย่างน้อย 2m ไม่ว่าการยกแต่ละครั้งจะเบาเพียงใดก็ตาม โปรดตรวจสอบเอกสารของผู้ผลิตเครนสำหรับการจำแนกประเภท FEM อย่างเป็นทางการ ซึ่งควรระบุไว้บนแผ่นป้ายข้อมูลของเครน
ถาม: ฉันสามารถเปลี่ยนชุดเฟืองตัวหนอนของรอกเครนเป็นชุดเฟืองเกลียวเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพได้หรือไม่?
ในทางเทคนิคแล้วเป็นไปได้ แต่จะเปลี่ยนโครงสร้างความปลอดภัยพื้นฐานไปอย่างสิ้นเชิง เฟืองเกลียวคู่จะไม่ล็อกตัวเอง – เบรกจะกลายเป็นอุปกรณ์ยึดเพียงอย่างเดียว มาตรฐานเครนส่วนใหญ่ยอมรับสิ่งนี้ (เครนความเร็วสูงสมัยใหม่หลายตัวใช้เฟืองเกลียวคู่ที่มีเบรกประสิทธิภาพสูง) แต่ระบอบการบำรุงรักษาจะเปลี่ยนไป: ต้องตรวจสอบเบรกบ่อยขึ้นมาก สำหรับเครนที่มีอยู่ซึ่งออกแบบโดยใช้เฟืองตัวหนอนล็อกตัวเอง การเปลี่ยนไปใช้เฟืองเกลียวโดยไม่ตรวจสอบความปลอดภัยและอัพเกรดเบรกนั้นไม่แนะนำ
ชุดเฟืองตัวหนอนสำหรับเครนและรอกทำงานภายใต้กรอบความปลอดภัยที่เข้มงวดที่สุดเมื่อเทียบกับการใช้งานเกียร์อุตสาหกรรมอื่นๆ การจำแนกกลุ่มหน้าที่ FEM เชื่อมโยงอายุการใช้งานจริงของเครน — ชั่วโมงการทำงาน สเปกตรัมของโหลด และจำนวนรอบ — กับปัจจัยการบริการ เกรดวัสดุ และช่วงเวลาการตรวจสอบของชุดเฟืองตัวหนอน ปัจจัยแรงกระแทกจากการหยุดฉุกเฉิน (2.5 ถึง 3.0 เท่าของแรงบิดในสภาวะคงที่) มักเป็นข้อจำกัดที่กำหนดขนาดเฟรมขั้นต่ำ — และการระบุจากแรงบิดในการยกในสภาวะคงที่เพียงอย่างเดียวจะประเมินความสามารถของชุดเฟืองตัวหนอนต่ำกว่าความเป็นจริงถึง 4 ถึง 6 เท่า การเลือกวัสดุเป็นไปตามกลุ่มหน้าที่: บรอนซ์หล่อด้วยแรงโน้มถ่วงสำหรับงานเบา หล่อแบบเหวี่ยงสำหรับงานหนัก บรอนซ์อะลูมิเนียมสำหรับสภาพแวดล้อมทางทะเล ความถี่ในการตรวจสอบจะลดลงจากปีละครั้งเป็นรายเดือนเมื่อกลุ่มหน้าที่เพิ่มขึ้น กฎสากลข้อเดียวสำหรับทุกกลุ่มหน้าที่คือ ชุดเฟืองตัวหนอนสำหรับเครนและรอกต้องเป็นแบบเริ่มครั้งเดียว ล็อกตัวเองได้อย่างแข็งแรง และมีเบรกเชิงกลแยกต่างหากรองรับ — การล็อกตัวเองทางเรขาคณิตเพียงอย่างเดียวก็เพียงพอแล้ว เบรกจะให้ความซ้ำซ้อนตามที่กฎระเบียบด้านความปลอดภัยกำหนด
สำหรับผู้ผลิตเครนและทีมบำรุงรักษาที่ระบุชุดเฟืองตัวหนอนสำหรับรอกยก ฝ่ายวิศวกรรมของเราจะตรวจสอบการจำแนกกลุ่มหน้าที่ด้วยวิธี FEM และคำนวณแรงกระแทกจากการหยุดฉุกเฉินโดยเทียบกับพารามิเตอร์ของเครนของคุณ แคตตาล็อกมาตรฐาน ชุดเฟืองตัวหนอนทองแดงฟอสฟอรัส ครอบคลุมระยะห่างศูนย์กลางตั้งแต่ 80 ถึง 250 มม. ในการกำหนดค่าแบบเริ่มต้นเดี่ยว พร้อมเอกสารการตรวจสอบตามมาตรฐาน DIN 3974 อย่างครบถ้วน มีวัสดุที่กำหนดเอง (อลูมิเนียมบรอนซ์ สแตนเลส เหล็กชุบแข็ง) และชิ้นส่วนทดแทนรุ่นเก่าที่ไม่เป็นไปตามมาตรฐาน โดยใช้เวลานำส่ง 4 ถึง 6 สัปดาห์ — โปรดส่งคำขอ ข้อมูลจำเพาะของระบบขับเคลื่อนรอกเครน โดยระบุค่า SWL, เส้นผ่านศูนย์กลางของดรัม และการจำแนกกลุ่ม FEM ของคุณ
กำลังระบุชุดเฟืองตัวหนอนสำหรับงานเครนหรือรอกใช่หรือไม่?
โปรดส่งข้อมูล SWL ของเครน เส้นผ่านศูนย์กลางดรัมยก อัตราทดเกียร์ กลุ่มการใช้งาน FEM และสภาพแวดล้อม (ในร่ม กลางแจ้ง ชายฝั่ง ทะเล) มาให้เรา เราจะคำนวณแรงบิดกระแทกหยุดฉุกเฉิน แนะนำวัสดุเกรด FEM ที่เหมาะสม และเสนอราคาทั้งแบบมาตรฐานและแบบกำหนดเอง โดยปกติภายในหนึ่งวันทำการ
แก้ไขโดย cxm
