Червячни редуктори за лебедки и кабелни барабани

Приложението за повдигане и подемни механизми се отнася предимно до вертикално окачване на товари — самоблокировката на червячния редуктор предотвратява опасно падане, когато двигателят е без захранване. Приложенията за лебедки и кабелни барабани имат различно основно изискване: устойчиво хоризонтално или ъглово положение. сцепление, двупосочен кабелен контрол и устойчивост на външни условия за дълги периоди от време.

Многослойно натрупване на кабел: Тъй като кабелът се навива върху барабана на множество слоеве, ефективният радиус на барабана се увеличава непрекъснато. Въртящият момент, необходим за червячния редуктор, се увеличава пропорционално. Изборът трябва да се основава на състоянието на пълен барабан (максимален радиус), а не на състоянието на празен барабан.

Двупосочна работа: Повечето лебедки опъват и разгъват кабела. Червячният редуктор трябва да предава номинален въртящ момент и в двете посоки. Самоблокиращото поведение се прилага само при неподвижно състояние — по време на задвижвано разгъване, двигателят контролира скоростта и в двете посоки.

Излагане на открито и морска среда: Лебедките се монтират в тежки условия — палуби на кораби, строителни площадки, подземни кабелни тунели, крайбрежни съоръжения. IP65 е минималната спецификация. За морски приложения се изискват IP66 и антикорозионни покрития.

Последователност на изчисленията

Стъпка 1: Определете максималното опънно усилие на въжето F (N) при пълно натоварване. Включете коефициента на експлоатация: F_design = F_actual × SF (използвайте SF 1,75–2,5 за работа с лебедка).

Стъпка 2: Изчислете максималния радиус на барабана r_max: r_max = радиус_на_ядрото + (диаметър_на_телта × брой_слоеве). Винаги използвайте r_max, а не радиус_на_ядрото.

Стъпка 3: Необходим изходен въртящ момент T = F_design × r_max (m).

Стъпка 4: Обороти на барабана при пълно натоварване: n_барабан = (v × 1000) / (2π × r_max_mm). Използвайте v = скорост на кабела при пълен барабан.

Стъпка 5: Необходимо съотношение i = n_двигател / n_барабан.

Стъпка 6: Потвърдете T_catalog ≥ T_required и проверете топлинната мощност за непрекъсната работа.

Работен пример: Лебедка за морско проучване

Приложение: Лебедка за хидрофонни кабели. Сила на опъване на въжето 2500 N, скорост на въжето 8 м/мин, сърцевина на барабана ø120 мм, тел ø8 мм, 4 слоя. SF = 2.0.

r_max = 60 + (8 × 4) = 92 мм
F_дизайн = 2500 × 2,0 = 5000 N
T_изход = 5000 × 0,092 = 460 Н·м
n_барабан = 8 000 / (2π × 92) = 13,8 об/мин
Съотношение = 1,450 / 13,8 = 105 → изберете 100:1

Избрано: WP135 при 100:1, T_catalog 520 N·m > 460 N·m. ✓
IP66, морско епоксидно покритие, уплътнения VITON, синтетично масло PAO.

Голямо предавателно число, едностепенно

Едностепенният червячен редуктор е най-компактният и рентабилен начин за постигане на големите предавателни числа, необходими за приложения с лебедка. Скоростите на въжетата на лебедката (5–30 м/мин) изискват големи предавателни числа (60:1–100:1) от стандартен двигател с 1450 об/мин. Едностепенният червячен редуктор постига това в компактен корпус. Спиралните задвижвания изискват две или три степени на редукция, за да достигнат еквивалентни предавателни числа.

Самозаключващо се задържане на позицията

При съотношения над 40:1, червячният редуктор се самоблокира, когато двигателят е спрян — опъването на кабела не може да завърти барабана назад. Това елиминира необходимостта от отделна механична спирачка в много приложения на лебедки, намалявайки разходите и сложността.

90° десен ъгъл на задвижване

Барабаните на лебедките почти винаги се задвижват под ъгъл от 90° спрямо оста на двигателя. Присъщата правоъгълна геометрия на червячния редуктор елиминира отделна степен на конусна предавка, намалявайки броя на компонентите на задвижващия механизъм и броя на потенциалните точки на повреда.

Нисък работен шум

Механизмът с червячна предавка с плъзгащ контакт работи по-тихо от задвижванията с цилиндрични или спирални зъбни колела при еквивалентен въртящ момент и съотношение — което е от значение за лебедки на палубата на корабите, където нивата на шум са регулирани, както и за подземни или сградни инсталации, където вибрациите, предавани от конструкцията, са проблем.

Докато кабелът се навива върху барабана на множество слоеве, едновременно се случват две неща, които увеличават натоварването на червячния редуктор, докато барабанът се пълни:

Въртящият момент се увеличава: Въртящият момент, който червячният редуктор трябва да осигури, е равен на линейното опън × ефективния радиус. С всеки кабелен слой, който се добавя към диаметъра на барабана, рамото на момента се увеличава и необходимият въртящ момент се увеличава пропорционално. Барабан, чийто радиус на сърцевината нараства от 60 мм до 92 мм, изисква с 53% повече изходен въртящ момент от червячния редуктор за същото линейно опънаване - разлика, която не може да бъде пренебрегната на етапа на избор.

Промени в скоростта: При една и съща линейна скорост на кабела, оборотите на барабана намаляват с пълненето му, защото обиколката му се увеличава. При постоянна скорост на двигателя и фиксирано предавателно число, скоростта на кабела всъщност се увеличава с пълненето на барабана - обратното на очакванията на повечето оператори. В приложения, изискващи контролирана скорост на кабела, това изисква или двигател с променлива скорост, или приемане на промяната в скоростта.

Правило за проектиране: Винаги оразмерявайте червячния редуктор за състояние на пълен барабан. Ако е правилно оразмерен за пълен барабан, той ще бъде удобно в рамките на допустимите граници при всички междинни условия на натоварване.

Случай 1: Кораб за морско геофизично проучване

Изискване: Разгръщане и изваждане на хидрофонна стримерна система. Сила на опъване на кабела 2500 N, 8 м/мин, сърцевина на барабана ø150 мм, 6 слоя кабел, тел ø12 мм.

r_max = 75 + (12×6) = 147 мм; T = 3000 × 2,0 × 0,147 = 882 N·m

Избран червячен редуктор: WP135 при 100:1, IP66, морско епоксидно покритие, крепежни елементи от неръждаема стомана, уплътнения VITON, синтетично PAO масло. Преминал е тест за солена мъгла NSS 500h.

Случай 2: Подземен кабелен барабан — машина за пробиване на тунели

Изискване: Барабан за навиване на захранващи и комуникационни кабели, захранващ TBM (Техноложки за рязане на кабели), докато той се движи напред. Скорост на кабела 1,5 м/мин, опъване 800 N, непрекъсната работа. IP65.

Избран червячен редуктор: WP80 при 80:1, IP65, EP масло. Самозаключването при 80:1 държи кабела, когато TBM е неподвижен без отделна спирачка.

Експлоатационен живот: 22 000+ часа в рамките на 3-годишен договор за TBM, нулеви повреди на уплътненията.

Случай 3: Временна лебедка на строителна площадка

Изискване: Лебедка за теглене на материали за монтаж на фасади на високи сгради, проект за 6 месеца, периодична работа. Максимално натоварване 4500 N, скорост на въжето 6 м/мин.

Избран червячен редуктор: WP100 при 60:1, SF 2.0, чугун IP54. Стандартното минерално масло е сменено в края на проекта.

Бележка за разходите: За временни 6-месечни инсталации, закупуването на нов стандартен червячен редуктор за проекта е по-рентабилно от наемане на единица с по-високи спецификации. Общата цена на червячния редуктор е малка част от стойността на договора за монтаж на фасада.