Alternatywa dla przekładni ślimakowej

Firma prezentuje
Mariusz Snowacki
Alternatywa dla przekładni ślimakowej
W budowie maszyn często są stosowane przekładnie ślimakowe. Tak dużą popularność zyskały nie tylko
dzięki swoim cechom technicznym, ale także dzięki prostej budowie oraz korzystnemu stosunkowi ceny do
przenoszonej mocy z wału czynnego na bierny. Słabą stroną przekładni ślimakowej w porównaniu do innych
przekładni jest mniejsza sprawność, która maleje wraz ze wzrostem przełożenia.
W
obecnych czasach, kiedy
zwraca się uwagę na poprawę efektywności użytkowania energii elektrycznej, nie tylko ze względu na ekonomię, ale także na uwarunkowania prawne w tym zakresie (dyrektywy Unii Europejskiej z tzw. ekoprojektu), konieczne jest zastępowanie przekładni ślimakowej o niższej sprawności droższymi przekładniami walcowymi lub walcowo-stożkowymi.
Od 2010 roku pracowaliśmy nad projektem przekładni, która swoimi cechami
technicznymi byłaby zbliżona do przekładni ślimakowej przy jednoczesnej poprawie sprawności. Naszym naturalnym
wyborem były przekładnie należące do
grupy przekładni o osiach nierównoległych, do której należą przekładnie:
1. stożkowe, przesunięcie a = 0
2. hipoidalne, przesunięcie a ≤ 0,5R
3. spiroidalne, przesunięcie a > 0,5R
4. śrubowe (ślimakowe), przesunięcie a = R
(gdzie R – średnia długość tworząca stożka podziałowego koła).
Jest to podział przekładni w zależności od przesunięcia osi zębnika do osi
koła talerzowego (zdjęcie 1). Przesunięcie to nazywane jest przesunięciem hipoidalnym.
Szukając kompromisu pomiędzy funkcjonalnością i wysoką sprawnością przekładni stożkowej a prostą budową oraz
korzystnemu stosunkowi ceny do przenoszonej mocy z wału czynnego na bierny, pod uwagę braliśmy dwie konstrukcje – przekładnie spiroidalne i przekładnie hipoidalne. Nasz wybór to przekładnie hipoidalne, nie tylko ze względu na
uzyskany kompromis funkcjonalności,
sprawności, prostej budowy i ceny, ale
Po niemal dwóch latach pracy udało się to
nam uzyskać, teraz użytkownik przekładni ślimakowej bez zmian konstrukcyjnych
może łatwo wymienić przekładnię ślimakową na naszą przekładnię hipoidalną.
Dlaczego warto wymienić
przekładnię ślimakową na naszą
przekładnię hipoidalną THF?
 Zdjęcie 1.
także ze względu na dostępne technologie produkcji (amerykańska technologia
Gleasona i niemiecka Klingelnberga). Te
dwie technologie są z powodzeniem wykorzystywane w przemyśle samochodowym, gdzie przekładnie hipoidalne są
obecnie szeroko stosowane w przekładni
różnicowej (dyferencjał) (zdjęcie 2).
Największym problemem, nad którym
najdłużej pracowaliśmy, było pogodzenie
cech technicznych z funkcjonalnością, rozumiana jako łatwość zamiany przekładni ślimakowej na naszą przekładnię hipoidalną, bez przeróbek mechanicznych.
 Zdjęcie 2.
32 • Styczeń 2013 • www.utrzymanieruchu.pl
Odpowiedź na to pytanie można podzielić na trzy kategorie:
ƒƒ Cechy techniczne przekładni hipoidalnych THF
ƒƒ Cechy funkcjonalne przekładni hipoidalnych THF
ƒƒ Znacząca poprawa efektywności energetycznej układu napędowego
Najważniejsze cechy techniczne przekładni hipoidalnych THF:
ƒƒ Większa obciążalność niż przekładni stożkowej o takich samych wymiarach, dzięki wydłużeniu czynnej długości zęba (przesunięcie hipoidalne).
ƒƒ Większy moment wyjściowy niż
w przekładniach ślimakowych o takich
samych wymiarach gabarytowych.
ƒƒ Wysoka cichobieżność w porównaniu do innych przekładni o tych samych przełożeniach (dzięki zębom łukowo-skośnym).
ƒƒ Równomierność przekazywania
momentu obrotowego (wydłużenie
czynnej długości zębów).
ƒƒ Wysoka sprawność w stosunku do
innych przekładni o tych samych przełożeniach (sprawność 94% dla przekładni dwustopniowych i 92% dla
przekładni trójstopniowych).
ƒƒ Szeroki zakres dostępnych przełożeń dla jednej wielkości mechanicznej
przekładni (od i=7,5 do i=300).
Firma prezentuje
ƒƒ Korzystne warunki smarowania
łożysk, zębnika, dzięki przesunięciu
hipoidalnemu.
ƒƒ Moment wyjściowy do 500 Nm.
ƒƒ Korzystny stosunek gabarytów
przekładni do przenoszonej mocy.
Materiały zastosowane w budowie przekładni hipoidalnych THF:
ƒƒ Koła zębate wykonane są ze stali konstrukcyjnej stopowej chromowo-manganowej z dodatkiem tytanu – 20CrMnTiH1. Stal ta sprawdza
się w częściach maszyn silnie obciążonych i narażonych na siły udarowe.
W cyklu produkcyjnym koła zębate zostały poddane precyzyjnemu szlifowaniu, aby uzyskać nie tylko idealną powierzchnię styku zębów, ale także, aby
zachować równomierną warstwę nawęgloną o grubości od 0,3 mm do 0,5
mm. Dzięki temu zwiększono odporność na ścieranie kół zębatych oraz
uzyskano twardość w zakresie od 56
do 62 HRC (twardość Rockwella).
ƒƒ Obudowy przekładni wykonano z wysokiej jakości odlewu aluminiowego, dodatkowo pokryto je powłoką lakierniczą
w kolorze RAL9022 (jasnoszara perła).
ƒƒ Łożyska renomowanych firm cechujące się bardzo dużą nośnością w stosunku do innych łożysk o podobnych
wymiarach wpływają znacząco na żywotność i poprawną pracę przekładni.
ƒƒ Uszczelnienia wykonane z materiałów wysokiej jakości, takich jak NBR
(kauczuk butadienowo-akrylowy) charakteryzujący się wysoką odpornością
termiczną, odpornością na działanie
olejów oraz wysoką wytrzymałością
na zerwanie.
Cechy funkcjonalne przekładni hipoidalnej THF:
ƒƒ Identyczne wymiary montażowe
z przekładniami ślimakowymi dostępnymi na rynku.
ƒƒ Pasują takie same akcesoria montażowe (wałki zdawcze, kołnierze wyjściowe, ramiona reakcyjne), jak dla
przekładni ślimakowych dostępnych
na rynku.
ƒƒ Mają wyższą sprawność niż przekładnia ślimakowa o takim samym
przełożeniu.
ƒƒ Uzyskuje się większy moment wyjściowy na wale biernym, niż w przekładni ślimakowej o takim samym
przełożeniu.
ƒƒ Dużo większa żywotność kół zębatych zastosowanych w przekładni hipoidalnej, niż ślimak i ślimacznica zastosowana w przekładni ślimakowej.
ƒƒ Wyższa cichobieżność przekładni hipoidalnej niż przekładni ślimakowej.
ƒƒ Wyższe przełożenie (i>100, max.
i=300) bez konieczności łączenia
dwóch przekładni lub stosowania dodatkowego stopnia walcowego, tak jak
ma to miejsce w przekładni ślimakowej.
ƒƒ Przekładnia hipoidalna podczas pracy nie grzeje się w takim stopniu co
przekładnia ślimakowa o takim samym przełożeniu dzięki korzystnym
warunkom smarowania.
Znacząca poprawa efektywności
energetycznej układu napędowego
Na wykresie przedstawiono porównanie
sprawności dynamicznych przekładni ślimakowych, walcowo-ślimakowych i przekładni z podwójnym ślimakiem do przekładni hipoidalnych THF.
Sprawność dynamiczna wpływa na
roczne koszty eksploatacji układu napędowego. Roczne koszty eksploatacji można w łatwy sposób oszacować już na poziomie podejmowania decyzji o rodzaju
zastosowanej przekładni, stosując poniższy wzór.
K [PLN]  Mw [kW]  tp [h/rok]
Koszt = e
ƞp  ƞs  ƞm  Po
gdzie
Ke – koszt energii elektrycznej [PLN]
Mw – moc wejściowa [kW]
tp – czas pracy napędu [h/rok]
ηp – sprawność dynamiczna przekładni
ηs – sprawność silnika elektrycznego
ηm – sprawność ze względu na sposób
przekazania mocy na maszynę (do wyliczeń można przyjąć: dla sprzęgła 98%,
montaż bezpośrednio na wale 99%)
Po – procentowa obciążalność napędu
(zwykle jest to wartość 80%).
Korzystając z powyższej zależności,
porównajmy motoreduktor ślimakowy
z motoreduktorem hipoidalnym THF.
Na jednym motoreduktorze w ciągu
roku eksploatacji (stosując już silnik o wyższej sprawności) zaoszczędzono 389,53 zł.
Motoreduktor Motoreduktor
ślimakowy
hipoidalny THF
Koszt energii
Moc wejściowa
Czas pracy
0,55 zł
0,55 zł
1,50 kW
1,50 kW
3000 h/rok
3000 h/rok
Sprawność dynamiczna
przekładni
67,00%
91,00%
Sprawność silnika
elektrycznego (IE2)
82,80%
82,80%
Sposób przekazania
mocy – montaż na wale
99,00%
99,00 %
Obciążalność napędu
80,00%
80,00%
1387,56 zł
998,03 zł
Roczny koszt eksploatacji
motoreduktora
Różnica w rocznych
kosztach eksploatacji
389,53 zł
Oczywiście wartość ta będzie dużo wyższa,
gdy pomnożymy ją przez liczbę stosowanych w zakładzie takich motoreduktorów.
Dodatkowo należy także pamiętać
o rocznych kosztach związanych z tzw.
obsługą serwisową związaną z wymianą
oleju, uszczelniaczy itp. Stosowane materiały konstrukcyjne i środki smarujące w przekładni hipoidalnej THF znacząco także i te koszty obniżają, zostawiając
daleko za sobą przekładnie ślimakowe.
Na naszej stronie internetowej można
pobrać kalkulator do wyliczeń kosztów
eksploatacji motoreduktora ślimakowego w porównaniu do motoreduktora hipoidalnego.
Podsumowanie
Zamieniając już teraz swoje nieefektywne przekładnie ślimakowe na nasze przekładnie hipoidalne THF, otrzymuje się
poprawę efektywności energetycznej, lepsze parametry techniczne, co ma wpływ
na obniżenie rocznych kosztów eksploatacji i to bez dodatkowej pracy związanej z przeróbkami mechanicznymi.
Optymalizacja procesów przemysłowych na wielu jego płaszczyznach znacząco wpływa na poprawę efektywności wykorzystania energii elektrycznej, a tym samym w perspektywie czasu na poprawę wyników ekonomicznych przedsiębiorstwa.
HF Inverter Polska Sp.C.
Ul. Polna 129, 87-100 Toruń
Tel. +48 56 / 653-99-16
Tel. +48 56 / 623-73-16
Fax +48 56 / 623-73-17
www.utrzymanieruchu.pl • Styczeń 2013 • 33