يواجه المشترون الكوريون والآسيويون الذين يحددون مُخفِّض سرعة تروس دودة بنسبة i أعلى من 60 نفس السؤال المتعلق بالتكوين: هل يكتفون بمُخفِّض سرعة دودة أحادي المرحلة ويقبلون بانخفاض الكفاءة، أم ينتقلون إلى مُخفِّض سرعة هجين ثنائي المرحلة حلزوني-دودة ويتحملون تكلفة أعلى وحجمًا أكبر مقابل كفاءة أعلى (η)؟ يعتمد الجواب على دورة التشغيل، ونسبة التخفيض المستهدفة، وتعرفة الطاقة، وقيود الحجم - وتُحسم الأرقام الهندسية الخيار بوضوح بمجرد تحديدها. تشرح المقالة أدناه المفاضلات بين التكوينات، وسيناريوهات التطبيق التي يتفوق فيها كل تكوين، ومرشح قرار من ثلاثة أسئلة لمهندس المشتريات. للاطلاع على منحنيات الكفاءة الأساسية التي تُفسر سبب تحقيق التكوين ثنائي المرحلة كفاءة أعلى (η) عند نسبة تخفيض إجمالية عالية، راجع مقالتنا المصاحبة. تحليل منحنيات الكفاءة.

الدودة الحلزونية ذات المرحلتين في صورة واحدة

مُخفِّض السرعة الحلزوني ثنائي المراحل هو كما يوحي اسمه تمامًا - زوج من التروس الحلزونية يعمل كمرحلة تخفيض أولية، يُغذي زوجًا من التروس الدودية والعجلة يعمل كمرحلة تخفيض ثانوية، وكلا المرحلتين مُغلفتان في غلاف واحد. يُدير المحرك الترس الحلزوني الصغير بأقصى سرعة للمحرك؛ ثم تُنقل العجلة الحلزونية الحركة إلى عمود التروس الدودية بسرعة مُخفَّضة؛ وتُدير التروس الدودية العجلة البرونزية بسرعة الخرج النهائية. ومن الأمثلة على ذلك سلسلة Nord SK 13، وسلسلة SEW S، وسلسلة Bonfiglioli VF-EP، وعائلة Sumitomo Cyclo-HE.

تكمن الميزة المعمارية في تقسيم العمل. يتولى الزوج الحلزوني الجزء عالي السرعة من عملية التخفيض بكفاءة تتراوح بين 96 و97%. بينما يتولى الزوج الدودي الجزء عالي النسبة بكفاءة تتراوح بين 80 و85%، بنسبة أقل من تلك التي يوفرها مخفض تروس دودي أحادي المرحلة مماثل. تبلغ الكفاءة الإجمالية حوالي 85-92%، وهي أعلى بكثير من كفاءة مخفض تروس دودي أحادي المرحلة بنفس النسبة الإجمالية.

يُوسّع هذا التصميم نفسه نطاق نسب التخفيض إلى ما هو أبعد بكثير مما يُمكن أن يُقدّمه مُخفّض السرعة ذو التروس الدودية أحادي المرحلة. يصل مُخفّض السرعة ذو التروس الدودية أحادي المرحلة إلى حد أقصى عند i = 100 قبل أن تنخفض كفاءته بشكل كبير؛ بينما يعمل التصميم الهجين الحلزوني الدودي بسلاسة حتى i = 3631 في أكبر الإطارات المتوفرة. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب سرعات خرج منخفضة مع عزم دوران عالٍ، فإن الخيار التصميمي ثنائي بشكل أساسي: تصميم حلزوني دودي ثنائي المرحلة، أو تصميم حلزوني ثلاثي المراحل (وهو أغلى ثمناً ويفتقر إلى ميزة الخرج بزاوية قائمة وميزة القفل الذاتي التي تُوفّرها هندسة التروس الدودية).

لماذا إضافة مرحلة أولية حلزونية من الأساس؟

هناك أربعة دوافع هندسية تدفع المصممين من استخدام مخفض سرعة ذي مرحلة واحدة إلى استخدام مخفض سرعة هجين ذي مرحلتين. ولكل دافع فائدة ملموسة، ومعظم المواصفات العملية التي تدفع إلى الترقية تتضمن تشغيل اثنين أو ثلاثة من هذه الدوافع الأربعة معًا.

• أنسبة إجمالية أعلى — تجاوز سقف المرحلة الواحدة i = 100 دون اللجوء إلى تكوين حلزوني نقي من 3 مراحل يفقد مزايا الدودة.
• بكفاءة أفضل عند نسبة عالية — η المجمعة من 85-92% مقابل المرحلة الواحدة 60-70% عند i > 60. فجوة تكلفة الطاقة في محركات الخدمة المستمرة تعوض علاوة تكلفة الوحدة بسرعة.
• جقبول سرعة إدخال أعلى — يتحمل المحرك الحلزوني الأساسي مدخلات محرك تزيد عن 3000 دورة في الدقيقة، بينما يعاني مخفض التروس الدودي أحادي المرحلة فوق 1500 دورة في الدقيقة بسبب الحرارة الناتجة عن سرعة الانزلاق.
• دإطار صغير الحجم بنسبة عالية — يتطلب نظام التخفيض أحادي المرحلة عند i = 100 عجلة برونزية كبيرة؛ أما نظام التخفيض ثنائي المرحلة عند نفس i = 100 فيقسم نسبة التخفيض بحيث تبقى العجلة الدودية صغيرة. غلاف مخفض تروس دودية صغير الحجم لنفس النسبة الإجمالية.

مدى الوصول: غطاء أحادي المرحلة وامتداد ثنائي المرحلة

يُحدد نطاق النسبة الذي يغطيه كل تكوين أيًّا منهما يُعد خيارًا مناسبًا لتطبيق معين. يوضح الرسم البياني أدناه النطاق العملي الذي يوفره كل تكوين، مع منطقة التداخل التي يكون فيها أيٌّ من التكوينين قابلاً للتطبيق، ويعتمد اختيار المهندس على عوامل الكفاءة أو التكلفة.

عند قيمة i أقل من 9، يكون مخفض السرعة ذو التروس الدودية أحادي المرحلة هو الخيار الأمثل، إذ لا يمكن للترس الحلزوني الأساسي أن يخفض السرعة بأقل من الحد الأدنى لنسبته. أما عند قيمة i أعلى من 100، فإن مخفض السرعة ذو التروس الدودية الحلزونية ثنائي المرحلة هو الخيار الوحيد الذي يحقق كفاءة مقبولة. وتُعد منطقة i المتوسطة (من 30 إلى 100) هي المنطقة التي تُصبح فيها حسابات التكلفة مقابل الكفاءة ذات أهمية بالغة، وهي محور بقية هذا المقال.

تم قياس تحسن الكفاءة

تزداد ميزة كفاءة التكوين ثنائي المراحل مع ارتفاع النسبة الإجمالية. يوضح الجدول المقارن أدناه قيم η النموذجية عند ثلاث نسب مرجعية، باستخدام زيت PAG ISO VG 220 الاصطناعي عند درجة حرارة زيت 70 درجة مئوية.

النمط واضح: بالنسبة لـ مخفض تروس دوديكلما ارتفعت النسبة الإجمالية، زادت ميزة الكفاءة للمحرك ثنائي المراحل. عند i = 30، يبلغ الفارق 13 نقطة؛ وعند i = 100، يبلغ الفارق 26 نقطة. بالنسبة للمحركات التي تعمل باستمرار بنسبة عالية، يوفر تصميم المحرك ثنائي المراحل وفورات ملحوظة في الطاقة على مدى عمره الافتراضي - عادةً ما بين 20,000 و40,000 دولار أمريكي على مدى 10 سنوات لمحرك بقدرة 7.5 كيلوواط يعمل باستمرار وفقًا للتعريفات الصناعية الكورية.

المفاضلة بين التكلفة والمساحة

يُوفر تصميم مُخفِّض السرعة ذو المرحلتين باستخدام التروس الدودية كفاءةً أعلى ونطاقًا أوسع لنسبة التروس، وذلك على حساب زيادة في تكلفة الوحدة تتراوح بين 30 و50%، وزيادة في حجم الهيكل تتراوح بين 25 و35%. وتُعدّ هاتان الإضافتان أقل مما تبدو عليه عند مقارنتهما بالبديل المُتمثل في محرك حلزوني نقي ثلاثي المراحل (والذي يُكلِّف ما بين 1.8 و2.2 ضعف مُخفِّض السرعة ذي المرحلة الواحدة باستخدام التروس الدودية، ويُضيف وصلة مخروطية خارجية لإخراج بزاوية قائمة).

اختيار التطبيق - خمسة سيناريوهات لكل تكوين

عشر فئات شائعة لتطبيقات مخفضات التروس الدودية الكورية والآسيوية، مع توضيح التكوين النموذجي لكل فئة. يوضح الجدول أدناه الحالات التي يظل فيها مخفض التروس الدودية أحادي المرحلة هو الخيار الهندسي الافتراضي، والحالات التي يصبح فيها المخفض الهجين ثنائي المرحلة هو الخيار الأفضل. بالنسبة لتطبيقات القيادة الزراعية حيث يُفضل التحميل الصدمي التكوين ثنائي المرحلة، يُرجى مراجعة ملاحظات تحديد الحجم ذات الصلة. تحديد حجم علبة التروس الزراعية.

مرشح القرار - ثلاثة أسئلة

بالنسبة لمهندسي المشتريات الذين يتخذون القرار بسرعة، تُساعد الأسئلة الثلاثة التالية في تحديد خيار التكوين في غضون 60 ثانية. أجب عنها بالترتيب؛ فالإجابة الأولى الحاسمة تُحسم الاختيار، بينما تُساعد الإجابات الأخرى في تحسين المواصفات.

الأسئلة الشائعة حول الدودة الحلزونية أحادية المرحلة مقابل ثنائية المرحلة

المحرر: Cxm