เฟืองตัวหนอนลดรอบสำหรับเครื่องกว้านและดรัมสายเคเบิล

การใช้งานรอกและยกส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการยกน้ำหนักในแนวดิ่ง — ระบบล็อคตัวเองของเกียร์ทดรอบแบบหนอนช่วยป้องกันการตกหล่นที่เป็นอันตรายเมื่อมอเตอร์หยุดทำงาน ส่วนการใช้งานวินช์และดรัมสายเคเบิลมีความต้องการหลักที่แตกต่างกัน คือ การยกน้ำหนักในแนวนอนหรือทำมุมอย่างต่อเนื่อง แรงดึงรวมถึงการควบคุมสายเคเบิลแบบสองทิศทาง และความทนทานต่อสภาพแวดล้อมภายนอกอาคารในระยะเวลานาน

โครงสร้างสายเคเบิลหลายชั้น: เมื่อสายเคเบิลถูกพันรอบดรัมเป็นชั้นๆ รัศมีของดรัมจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง แรงบิดที่ต้องการจากชุดเกียร์หนอนก็จะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วน การเลือกใช้จึงต้องพิจารณาจากสภาพดรัมที่เต็ม (รัศมีสูงสุด) ไม่ใช่สภาพดรัมที่ว่างเปล่า

การทำงานแบบสองทิศทาง: วินช์ส่วนใหญ่ใช้ดึงและปล่อยสายเคเบิล ชุดเกียร์ทดกำลังแบบหนอนต้องส่งแรงบิดตามพิกัดในทั้งสองทิศทาง พฤติกรรมการล็อกตัวเองจะเกิดขึ้นเฉพาะเมื่อหยุดนิ่งเท่านั้น ในระหว่างการปล่อยสายเคเบิลด้วยกำลังมอเตอร์ มอเตอร์จะควบคุมความเร็วในทั้งสองทิศทาง

การสัมผัสกับสภาพแวดล้อมภายนอกและทางทะเล: รอกถูกติดตั้งในสภาพแวดล้อมที่ต้องการความทนทานสูง เช่น ดาดเรือ สถานที่ก่อสร้าง อุโมงค์เคเบิลใต้ดิน และสิ่งอำนวยความสะดวกชายฝั่ง มาตรฐาน IP65 เป็นมาตรฐานขั้นต่ำ สำหรับการใช้งานในเรือเดินทะเล จำเป็นต้องมีมาตรฐาน IP66 และสารเคลือบป้องกันการกัดกร่อน

ลำดับการคำนวณ

ขั้นตอนที่ 1: กำหนดแรงดึงสูงสุด F (N) ที่โหลดเต็มที่ รวมค่าตัวประกอบการใช้งานด้วย: F_design = F_actual × SF (ใช้ SF 1.75–2.5 สำหรับงานวินช์)

ขั้นตอนที่ 2: คำนวณรัศมีดรัมสูงสุด r_max: r_max = รัศมีแกน + (เส้นผ่านศูนย์กลางลวด × จำนวนชั้น) ควรใช้ค่า r_max เสมอ ไม่ใช่รัศมีแกน

ขั้นตอนที่ 3: แรงบิดเอาต์พุตที่ต้องการ T = F_design × r_max (ม.)

ขั้นตอนที่ 4: ความเร็วรอบของดรัมเมื่อโหลดเต็มที่: n_drum = (v × 1000) / (2π × r_max_mm) ใช้ v = ความเร็วของสายเคเบิลเมื่อดรัมเต็ม

ขั้นตอนที่ 5: อัตราส่วนที่ต้องการ i = n_motor / n_drum

ขั้นตอนที่ 6: ยืนยันว่า T_catalog ≥ T_required และตรวจสอบกำลังความร้อนสำหรับการใช้งานต่อเนื่อง

ตัวอย่างการใช้งาน: เครื่องกว้านสำรวจทางทะเล

แอปพลิเคชัน: เครื่องกว้านสายเคเบิลไฮโดรโฟน แรงดึงสาย 2,500 นิวตัน ความเร็วสายเคเบิล 8 เมตร/นาที แกนดรัม ø120 มม. ลวด ø8 มม. 4 ชั้น SF = 2.0

r_max = 60 + (8 × 4) = 92 มม.
F_design = 2,500 × 2.0 = 5,000 นิวตัน
T_output = 5,000 × 0.092 = 460 นิวตันเมตร
n_drum = 8,000 / (2π × 92) = 13.8 รอบต่อนาที
อัตราส่วน = 1,450 / 13.8 = 105 → เลือก 100:1

เลือกแล้ว: WP135 ที่อัตราส่วน 100:1, T_catalog 520 N·m > 460 N·m ที่ต้องการ ✓
มาตรฐาน IP66, เคลือบอีพ็อกซี่สำหรับงานทางทะเล, ซีล VITON, น้ำมันสังเคราะห์ PAO

อัตราส่วนขนาดใหญ่ ขั้นตอนเดียว

ชุดเกียร์ทดกำลังแบบหนอนขั้นเดียวเป็นวิธีที่กะทัดรัดและคุ้มค่าที่สุดในการสร้างอัตราส่วนเกียร์สูงที่จำเป็นสำหรับการใช้งานกับเครื่องกว้าน ความเร็วของสายเคเบิลกว้าน (5–30 เมตร/นาที) ต้องการอัตราส่วนเกียร์สูง (60:1–100:1) จากมอเตอร์มาตรฐาน 1,450 รอบต่อนาที ชุดเกียร์ทดกำลังแบบหนอนขั้นเดียวสามารถทำได้ในแพ็คเกจที่กะทัดรัด ในขณะที่ชุดเกียร์แบบเกลียวต้องใช้เกียร์ทดกำลังสองหรือสามขั้นเพื่อให้ได้อัตราส่วนเกียร์ที่เทียบเท่ากัน

การล็อคตำแหน่งอัตโนมัติ

ที่อัตราส่วนสูงกว่า 40:1 ชุดเกียร์หนอนจะล็อกตัวเองเมื่อมอเตอร์หยุดทำงาน — แรงดึงของสายเคเบิลจะไม่สามารถดันดรัมย้อนกลับได้ ซึ่งช่วยลดความจำเป็นในการใช้เบรกเชิงกลแยกต่างหากในงานวินช์หลายประเภท ลดต้นทุนและความซับซ้อนลง

ไดรฟ์มุมฉาก 90°

โดยทั่วไปแล้ว ดรัมของวินช์จะถูกขับเคลื่อนในมุม 90° กับแกนของมอเตอร์ รูปทรงเรขาคณิตมุมฉากโดยธรรมชาติของตัวลดเกียร์แบบหนอนช่วยลดขั้นตอนเฟืองดอกจอกแยกต่างหาก ซึ่งช่วยลดจำนวนชิ้นส่วนในระบบส่งกำลังและจำนวนจุดที่อาจเกิดความเสียหายได้

เสียงรบกวนขณะทำงานต่ำ

กลไกเฟืองตัวหนอนแบบสัมผัสเลื่อนทำงานได้เงียบกว่าระบบขับเคลื่อนเฟืองตรงหรือเฟืองเกลียวที่แรงบิดและอัตราส่วนเท่ากัน ซึ่งมีความสำคัญสำหรับเครื่องกว้านบนดาดเรือที่ระดับเสียงถูกควบคุม และสำหรับการติดตั้งใต้ดินหรือในอาคารที่การสั่นสะเทือนที่ส่งผ่านโครงสร้างเป็นสิ่งที่ต้องกังวล

ขณะที่สายเคเบิลถูกม้วนลงบนดรัมเป็นชั้นๆ หลายชั้น จะเกิดเหตุการณ์สองอย่างขึ้นพร้อมกัน ซึ่งจะเพิ่มภาระให้กับชุดเกียร์ทดรอบแบบหนอนเมื่อดรัมเต็ม:

แรงบิดเพิ่มขึ้น: แรงบิดที่ตัวลดเกียร์หนอนต้องให้เท่ากับแรงดึงของสายเคเบิล × รัศมีประสิทธิผล เมื่อจำนวนชั้นสายเคเบิลเพิ่มขึ้นในเส้นผ่านศูนย์กลางของดรัม ระยะห่างของแรงกระทำก็จะเพิ่มขึ้น และแรงบิดที่ต้องการก็จะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วน ดรัมที่มีรัศมีแกนกลางเพิ่มขึ้นจาก 60 มม. เป็น 92 มม. จะต้องการแรงบิดเอาต์พุตจากตัวลดเกียร์หนอนเพิ่มขึ้น 53% สำหรับแรงดึงของสายเคเบิลเท่าเดิม ซึ่งเป็นความแตกต่างที่ไม่สามารถมองข้ามได้ในขั้นตอนการเลือก

การเปลี่ยนแปลงความเร็ว: สำหรับความเร็วเชิงเส้นของสายเคเบิลที่เท่ากัน ความเร็วรอบของดรัมจะลดลงเมื่อดรัมเต็ม เนื่องจากเส้นรอบวงเพิ่มขึ้น ที่ความเร็วของมอเตอร์คงที่และอัตราส่วนการลดรอบคงที่ ความเร็วของสายเคเบิลจะเพิ่มขึ้นเมื่อดรัมเต็ม ซึ่งตรงกันข้ามกับสิ่งที่ผู้ใช้งานส่วนใหญ่คาดหวัง ในการใช้งานที่ต้องการควบคุมความเร็วของสายเคเบิล จำเป็นต้องใช้มอเตอร์ปรับความเร็วได้ หรือยอมรับความแปรผันของความเร็ว

กฎการออกแบบ: ควรเลือกขนาดตัวลดเกียร์แบบหนอนให้เหมาะสมกับสภาวะที่ถังบรรจุเต็มเสมอ หากเลือกขนาดได้อย่างถูกต้องสำหรับสภาวะที่ถังบรรจุเต็มแล้ว ก็จะอยู่ในขอบเขตที่ยอมรับได้ในสภาวะการรับน้ำหนักระดับกลางทั้งหมด

กรณีที่ 1: เรือสำรวจทางธรณีฟิสิกส์ทางทะเล

ความต้องการ: ติดตั้งและดึงสายไฮโดรโฟนกลับ แรงดึงสายเคเบิล 2,500 นิวตัน ความเร็ว 8 เมตร/นาที แกนดรัมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 150 มม. สายเคเบิล 6 ชั้น ลวดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 12 มม.

r_max = 75 + (12×6) = 147 มม.; T = 3,000 × 2.0 × 0.147 = 882 นิวตันเมตร

ชุดเกียร์ทดรอบแบบหนอนที่เลือกใช้: WP135 อัตราส่วน 100:1, IP66, เคลือบอีพ็อกซี่สำหรับงานทางทะเล, สลักเกลียวสแตนเลส, ซีล VITON, น้ำมัน PAO สังเคราะห์ ผ่านการทดสอบการพ่นละอองเกลือ NSS 500 ชั่วโมง

กรณีที่ 2: ดรัมสายเคเบิลใต้ดิน — เครื่องเจาะอุโมงค์

ความต้องการ: ดรัมเก็บสายเคเบิลไฟฟ้าและสายสื่อสารสำหรับเครื่องเจาะอุโมงค์ (TBM) ขณะที่เครื่องเคลื่อนที่ไปข้างหน้า ความเร็วสายเคเบิล 1.5 เมตร/นาที แรงดึง 800 นิวตัน ใช้งานต่อเนื่องได้ มาตรฐาน IP65

ชุดเกียร์ทดรอบแบบหนอนที่เลือกใช้: WP80 อัตราส่วน 80:1, IP65, น้ำมัน EP ระบบล็อคอัตโนมัติที่อัตราส่วน 80:1 จะยึดสายเคเบิลไว้เมื่อเครื่องเจาะอุโมงค์หยุดนิ่งโดยไม่ต้องใช้เบรกแยกต่างหาก

อายุการใช้งาน: ใช้งานเครื่องเจาะอุโมงค์ (TBM) มากกว่า 22,000 ชั่วโมง ตลอดระยะเวลา 3 ปี โดยไม่พบปัญหาการรั่วซึมแม้แต่ครั้งเดียว

กรณีที่ 3: รอกชั่วคราวสำหรับสถานที่ก่อสร้าง

ความต้องการ: เครื่องกว้านดึงวัสดุสำหรับติดตั้งผนังอาคารสูง โครงการ 6 เดือน ใช้งานเป็นช่วงๆ รับน้ำหนักสูงสุด 4,500 นิวตัน ความเร็วสายเคเบิล 6 เมตร/นาที

ชุดเกียร์ทดรอบแบบหนอนที่เลือกใช้: WP100 ที่อัตราส่วน 60:1, SF 2.0, เหล็กหล่อ IP54 เปลี่ยนถ่ายน้ำมันแร่มาตรฐานเมื่อโครงการเสร็จสิ้น

หมายเหตุเกี่ยวกับค่าใช้จ่าย: สำหรับงานติดตั้งชั่วคราว 6 เดือน การซื้อตัวลดเกียร์หนอนมาตรฐานใหม่สำหรับโครงการนั้นคุ้มค่ากว่าการเช่าหน่วยที่มีสเปคสูงกว่า ต้นทุนรวมของตัวลดเกียร์หนอนคิดเป็นเพียงเศษเสี้ยวเล็กน้อยของมูลค่าสัญญาการติดตั้งส่วนหน้าอาคาร