Matovaihdealennusvaihde on yksi vanhimmista ja laajimmin käytetyistä mekaanisista käyttölaitteista teollisissa voimansiirtojärjestelmissä. Geometriaa on kehitetty varhaisteollisesta aikakaudesta lähtien, mutta suunnitteluperiaate – teräksinen matokierre, joka liukuu pronssista valmistettua matopyörää vasten ja tuottaa suuren alennusvaihteen yhdessä silmukassa – on pysynyt olennaisesti samana. Tässä artikkelissa käydään läpi, mitä matovaihdealennusvaihde on, miten se siirtää tehoa, mitkä ovat viisi yleistä alennusperhettä Korean ja Aasian teollisuudessa sekä sovellusalueet, joilla tämä käyttölaitetyyppi voittaa tekniikan eikä pelkästään hinnan perusteella.

Madon ja pyörän verkko – miten voima siirtyy teräksestä pronssiin

Matovaihteen alennusvaihteisto välittää vääntömomentin luonnostaan ​​epäsymmetrisen komponenttiparin kautta. Matovaihteen alennusvaihteen tulopuoli on karkaistusta teräksestä valmistettu matoakseli, jossa on syvä jatkuva kierre koko pituudeltaan; lähtöpuoli on pronssinen matopyörä – kiekko, jonka kehämäiset hampaat on muotoiltu tarttumaan kierteeseen madon pyöriessä. Kun mato tekee yhden täyden kierroksen, sen kierteet liikkuvat hampaita pitkin ja edistävät pyörää madon kierteiden alkujen lukumäärän verran (tyypillisesti yksi, kaksi tai neljä). Alennussuhde on siis yhtä suuri kuin pyörän hammasluku jaettuna madon kierteiden alkujen lukumäärällä: 30-hampainen pyörä, jota käyttää yksialkuinen mato, antaa i = 30 alennussuhteen.

Madon ja pyörän välinen kosketus on liukuva eikä vierivä. Tämä on tekninen ero, joka määrittelee matovaihteen alennusvaihteen suhteessa kierre-, lieriö- tai kartiohammaspyöriin, joissa hampaat pyörivät toisiaan vasten. Liukukosketuksella on kaksi merkittävää seurausta. Ensinnäkin se tuottaa enemmän kitkaa ja siten enemmän lämpöä kuin vierintäkosketus, mikä rajoittaa käytännön kytkentätehokkuuden arvoon 70-85% yksivaiheisissa matogeometrioissa, mikä on selvästi alle kierrevaihteiden tarjoaman 95-98%:n. Toiseksi liukuva kosketus oikean geometrian alla tuottaa itselukittuvan: matoa ei voida pyörittää taaksepäin pyörään kohdistetulla vääntömomentilla, koska kosketuslinjan kitka vastustaa taaksepäin pyörimistä. Tämä toinen ominaisuus on syy siihen, miksi hissit, nostolavat ja ruuvitunkit rakennus- ja teollisuussektoreilla ovat pääasiassa matokäyttöisiä.

Pronssipyörä on kuluva komponentti. Kymmenien tuhansien käyttötuntien jälkeen sen hampaan reunat kuluvat kohdissa, joissa teräsmato on liukunut. Karkaistu matovaihteen alennusvaihteen matoakseli itsessään pysyy käytännössä kulumattomana saman ajan – noin kahden kertaluokan kovuusero varmistaa, että pehmeä pronssi kestää kulumisen. Tämä on suunniteltu: kuluneen pronssipyörän vaihtaminen hammastussarjalla maksaa noin kolmanneksen koko yksikön vaihdosta, kun taas kotelo, laakerit ja matoakseli pysyvät käyttökelpoisina kotelon rakenteellisen käyttöiän, joka on yli 100 000 tuntia.

Useita asennuspaikkoja hallinnoiville kunnossapitotiimeille hankinta täsmäytyi mato- ja matopyöräparit Hammastuksen vaihto on keskeinen osa varaosastrategiaa. Pronssipyörät ja teräksiset matoakselit on varastossa mitoiltaan NMRV-, WP-, RV- ja Fenner-kuvioitujen runkojen mukaan sovitettuja, joten hammastuksen vaihtosarja voidaan määrittää rungon koon ja välityssuhteen mukaan ilman, että matovaihteen muun osan tarvitsee olla pois käytöstä pitkäksi aikaa.

Suorakulmainen ulostulogeometria – miksi se on tärkeää ahtaissa koneasetteluissa

Matovaihteen alennusvaihteisto aiheuttaa luonnostaan ​​90 asteen suunnanmuutoksen akselin suunnassa. Matoakseli on yhden akselin suuntainen; matopyörä on kohtisuorassa siihen nähden lähtöakselilla. Tämä suorakulmainen geometria tekee matovaihteesta oletusarvoisen käyttövaihtoehdon ahtaissa koneasetelmissa, joissa moottorin on oltava pultattu rungon toiselle puolelle ja kuorman on pyörittävä kohtisuorassa akselissa. 90 asteen käännös on geometrian ominaisuus, ei ulkoinen kytkentälisäys.

Vertaa tätä kierukkavaihteistoon tai lieriövaihteistoon, jossa tulo- ja lähtöakselit kulkevat yhdensuuntaisesti – hyödyllinen rivivoimansiirrossa, mutta hyödytön, kun kuorma-akseli on kohtisuorassa. Tai kartiovaihteistoon, jossa kaksi akselia leikkaavat toisensa, mutta vaativat lisävalmistusvaiheita ja tiukempia kokoonpanotoleransseja. Matovaihteistot tarjoavat puhtaimman 90 asteen käännöksen pienimmässä mahdollisessa vaihteistossa. Kuljetinrungon viereen asennettujen moottoreiden käyttämissä kuljettimen pään hihnapyörissä, sekoittimissa, joissa moottori on vaakasuorassa ja juoksupyörän akseli on pystysuorassa, sekä pyöröpöytäkäytöissä, joissa indeksointiakselin on oltava linjassa pöydän keskipisteen kanssa – kaikki nämä hyötyvät matovaihteen alennusvaihteen luontaisesta suorakulmaisesta arkkitehtuurista.

Vähennyssuhteen selitys — i=5:stä i=100:aan yhdessä vaiheessa

Matovaihteen alennusvälityssuhde on matopyörän hammasluku jaettuna matoakselin kierteiden alkamisluvulla. 30-hampainen hammaspyörä, jota käyttää yksialkuinen mato, tuottaa välityksen i=30. Sama pyörä, jota käyttää kaksialkuinen mato, tuottaa välityksen i=15. Nelialkuinen mato tuottaa välityksen i=7,5. Luettelon välityssuhteet välityksillä i=5, 7,5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 80 ja i=100 kattavat matovaihteiston vakiovälityksen, vaikka kaikki runkokoot eivät tarjoa kaikkia välityssuhteita.

Yksivaiheisten matovaihteen alennusvaihteiden geometriat kattavat käytännössä välin i=5 - i=100. Alle i=5 matokierteestä tulee lähes kierteinen, joka ei enää lukkiudu itsestään kuormituksen alaisena; yli i=100:n verkkohyötysuhde romahtaa alle 60%:n ja vaihteistosta tulee enemmän lämmöntuottaja kuin vääntömomentin lähetin. Sovelluksissa, jotka vaativat suurempaa alennussuhdetta – hidasnopeuksisissa sekoittimissa, jäteveden kirkastimissa, aurinkoseurantalaitteissa – kaksivaiheinen kierukkavaihdegeometria yhdistää kierukkapäävaiheen ja matosekundäärisen vaiheen, mikä laajentaa käytännön välityssuhdealuetta arvoon 3 631:1 ja sen yli hyväksyttävällä hyötysuhteella. Nordin UNICASE SK 13xxx -sarja on kanoninen esimerkki; Korea Ever-Powerin vastinetta toimitetaan suuria määriä korealaisille ja aasialaisille jätevesi- ja prosessilaitoksille.

Kotelon sisällä — mato, pyörä, laakerit ja tiivisteet

Matopyörän alennusvaihteisto koostuu kuudesta ydinelementistä kotelonsa sisällä. Matoakseli on pintahiiletettyä seosterästä – tyypillisesti 20CrMnTi aasialaisissa ja eurooppalaisissa luetteloissa – jonka pinnan kovuus on 56–62 HRC kosketuspinnalla hiomisen jälkeen hienoksi 0,4 µm Ra-viimeistelyksi. Matopyörä on keskipakoisvalettua pronssia, jossa alan vakiomateriaalina on tinastpronssi CuSn12 (≈ ZQSn12-2 kiinalaisen GB/T 1176 -standardin mukaisesti) ja korkeasyklisenä päivityksenä alumiinipronssi CuAl10Fe3 sovelluksiin, joissa on yli 1 500 nostokertaa vuodessa.

Laakerit ovat seuraava kriittinen matovaihteen alennusvaihteen elementti. Matoakselilla on kulmakosketusparit, jotka vaimentavat kuormituksen alaisena matokierteen synnyttämää huomattavaa aksiaalista työntövoimaa; ulostuloakselilla on kartiorullaparit, jotka käsittelevät kuljettimen pään hihnapyörille ja ketjun ulosottokäytöille tyypillisiä raskaita ulkonevia kuormia. Jokaisen lävistyksen akselitiivisteet ovat Viton-huulitiivisteitä – lämmönkestäviä, öljynkestäviä, teollisuuden vakiotuotteita, jotka korvasivat aiemmat nitriilikumimateriaalit vuosikymmeniä sitten. Voiteluaine on mineraali CLP 220 kustannusherkissä vakiotäytteissä tai synteettinen PAG ISO VG 220 asennuksissa, jotka toimivat jatkuvasti yli 80 °C:n öljyhauteen lämpötilassa.

Kotelo itsessään määrittää laitteen ympäristöluokituksen. Alumiiniset painevaletut kotelot (tyypillisiä NMRV-kuvioisille kehyksille RV025–RV090) ovat kevyitä, haihduttavat lämpöä nopeasti ja sopivat OEM-laitevalmistajien koneiden integrointiin. Valurautaiset kotelot (tyypillisiä WP-kuvioisille kehyksille ja suuremmille RV110–RV150) ovat lämpömassaltaan kolme kertaa suurempia ja rakenteellisesti jäykkiä verrattuna vastaavan luokituksen alumiinirunkoon, joten ne sopivat jatkuvaan käyttöön pölyisissä ympäristöissä. Ruostumattomasta teräksestä valmistetut kotelot (harvinaisempi vaihtoehto, tyypillisesti RV110 ja uudemmat) soveltuvat meri- ja elintarvikekäyttöön, joissa suolainen ilmakehä tai päivittäinen pesu sulkee pois maalatun raudan käytön.

Viisi yleistä matovaihteiden vähennysmoottoriperhettä

Korean ja Aasian teollisuusluetteloissa matovaihteiden alennusvaihteiden tuoteperheet on jaettu viiteen malliin, joilla jokaisella on hienovaraisia ​​mutta tärkeitä geometrisia ja materiaalisia eroja. Oikean tuoteperheen valitseminen sovellukseen on ensimmäinen määrittelyvaihe ennen rungon koon ja välityssuhteen määrittämistä.

NMRV / EP-NMRV — Italialaistyylinen alumiinikotelostandardi. Yksivaiheinen matovaihteen geometria; keskiövälit 25 mm (NMRV025) - 150 mm (NMRV150); välityssuhteet i=7,5 - i=100 yhdessätoista luettelovaiheessa; tinapronssinen pyörä teräsnavalla; IEC-moottorilaippastandardi. Yleisimmin määritelty matovaihteiden alennusvaihteiden tuoteperhe Aasian OEM-konevalmistajille, mukaan lukien Korea Ever-Power MRV050 matovaihteen alennusvaihteisto ja laajempi EP-NMRV..F-lähtölaippaversio.

WP-perhe (WPA / WPS / WPO / WPDA / WPDS / WPWA / WPWO / WPWDKS) — Kiinalainen teollisuusmalli. Valurautainen kotelo; raskaampaan käyttöön tarkoitettu kuin NMRV; useita alatyyppejä eroaa tulo- ja lähtöakselien kokoonpanoissa. Koodin kirjaimet osoittavat tulopuolen (S = umpinainen tuloakseli, A = erillisen moottorin sovitin, K = yhdistetty tuloakselin sovitin) ja lähtöpuolen (O = lähtölaippa, DA = kaksoisakselinen kokoonpano, DKS = kaksoisakselinen umpinainen lähtö). Valurautainen kotelo tekee WP-mallin yksiköistä oletusarvoisen vaihtoehdon sementti-, kaivos- ja jatkuvakäyttöisiin teollisuussovelluksiin.

Asuntoauto / EP-asuntoauto — Suorakulmainen matovaihteinen moottoriversio, jota käytetään usein ruuvitunkkikäytöissä hyppyrakenteisissa rakenteissa ja lavanostomekanismeissa, joissa suorakulmainen geometria syöttää suoraan pystysuoran akselin kuormaan. Samat RV-rungot soveltuvat yleiseen teollisuuskäyttöön, jossa sovellus hyötyy tiiviisti integroidusta moottorisovittimesta.

Kierremato — Kaksivaiheinen hybridi, jossa on yhdistetty kierukkapääteaste ja matopohjainen toisioaste, laajentaa välityssuhdealueen arvoon 3 631:1 ja sen yli pitäen yhdistetyn hyötysuhteen yli 80%:ssä suurimmassa osassa toiminta-aluetta. Nordin UNICASE SK 13xxx -sarja ja SEW-Eurodriven vastineet määrittelevät tämän luokan eurooppalaisissa luetteloissa; Korea Ever-Power ja muut aasialaiset valmistajat valmistavat mittasuhteiltaan keskenään vaihdettavia korvaavia laitteita.

Yleiskäyttöinen / Yhdistelmä — Erikoiskäyttöön tarkoitetut yksiköt, joissa yhdistyvät yksivaiheinen matovaihteen alennusvaihteisto planeetta- tai kierukkavaihteeseen erittäin suuria alennussuhteita (5 000:1 ja enemmän) varten. Näitä käytetään metallurgisissa valssikäytöissä, uunin rotaatiojärjestelmissä ja muissa erityissovelluksissa, joissa välityssuhdevaatimus ylittää kaksivaiheisen kierukkavaihteen potentiaalin.

Itselukittuva käyttäytyminen – turvallisuusominaisuus, jota millään muulla ei ole

Itselukittuvuus on ominaisuus, joka erottaa matovaihteen kierre-, planeetta- ja kartiopyöräkäytöistä nostosovelluksissa. Matovaihteessa, kun matokierteen nousukulma on riittävän pieni – mikä vastaa luotettavasti välityssuhteita arvoilla i ≥ 30 ja osittain arvoilla i = 15–25 – liukukosketuksen kitka vastustaa kuorman aiheuttamaa vastakkaista vääntömomenttia. Jos moottori pysähtyy, kuorma pysyy paikallaan. Vaihteisto ei rullaa eikä ajaudu takaisin. Arvon i = 10 alapuolella geometria ei ole enää itselukittuva ja ulkoisesta jarrusta tulee pakollinen kaikissa nostosovelluksissa.

Tämä mekaaninen ominaisuus on syy siihen, miksi hissit, ruuvitunkit, saksinostimet, hyppymuottityöalustat ja lavanostimet ovat pääasiassa matokäyttöisiä. Kierre- ja planeettapyörästöt toimivat kaikki helposti takaisinvetoisina staattisessa kuormituksessa – ne tarvitsevat aktiivisen jarrun pitääkseen asennon. Matovaihteen alennusvaihde pitää asennon passiivisesti kitkageometrian avulla, poistaen yhden kriittisen turvallisuusvikatilan (jarrun toimintahäiriö) nostosovelluksen vaara-analyysistä.

Huomaa, että Korean rakennusturvallisuusmääräykset (Industrial Safety and Health Act) ja vastaavat määräykset useimmilla Aasian markkinoilla edellyttävät edelleen aktiivista jarrua henkilönostolaitteissa. Itselukittuva järjestelmä on toissijainen turvakerros sähköjarrun takana, ei ensisijainen turvakerros. Mutta redundanssi on aito ja parantaa merkittävästi nostojärjestelmän yleistä luotettavuutta – juuri siksi hyppymuovilavojen ja hissien käyttölaitteiden eritelmissä vaaditaan johdonmukaisesti matogeometriaa kierre- tai planeettajarrutusvaihtoehtojen sijaan.

Missä matokäyttö voittaa kierukka-, kartio- ja planeettakäyttöiset vaihtoehdot

Kolme sovellusominaisuutta ajavat matovaihteen alennusvaihteen valintaa vaihtoehtoisten käyttögeometrioiden sijaan. Ensinnäkin, suuri alennus yhdellä silmukalla – matogeometria mahdollistaa i=100:n yhdessä vaiheessa, kun taas kierre- ja kartiopyöräkäytöt tarvitsevat 2–3 vaihetta vastaavine kustannuksineen ja tilantarveineen. Toiseksi, suorakulmainen ulostuloasettelu on sisäänrakennettu matogeometriaan sen sijaan, että se saavutettaisiin ulkoisen kytkimen avulla. Kolmanneksi, itselukittuva pitomomentti on ainutlaatuinen matokäytöille; mikään muu ei pidä asentoa passiivisesti.

Missä vaihtoehdot voittavat vertailun: hyötysuhde (kierukkavaihteisto 95-98%:ssä verrattuna matovaihteistoon 70-85%:ssä), välys (planeettavaihteisto alle 5 kaariminuutin nopeudella verrattuna matovaihteistoon 30+ kaariminuutissa) ja jatkuva suurnopeuskäyttö (kierukkavaihteisto käsittelee yli 3 000 rpm:n syöttöä, kun madon lämpötilarajat ovat tyypillisesti 1 500 rpm). Servokäyttöisiin indeksointipyöriviin pyöriviin pyöriviin pyöriin, tarkkuussyöttöruuvikäyttöihin tai suurkierroslukusovelluksiin planeetta- tai kierukkavaihteistot ovat oikea valinta. Kaikessa muussa, missä välityssuhde, suorakulmainen asettelu tai itselukittuvat pito ovat tärkeitä – sovelluksissa, joihin matovaihteen alennusvaihteet sopivat parhaiten – jotka kattavat suurimman osan teollisista mekaanisista käyttösovelluksista – matogeometria on edelleen suunnittelun oletusarvo.

Matokäyttöisillä toimialoilla toimivat toimialat – nopea sektorikartta

Korean ja Aasian teollisuudessa matovaihteiden alennusvaihteiden sovellukset ryhmittyvät kahdeksaan pääsektoriin. Jokaisella sektorilla on tyypillinen runkokoko, välityssuhde, moottorin teho ja kotelomateriaalikäytännöt, jotka on kehitetty vuosikymmenten kenttäkokemuksen perusteella.

Teollisuuden kuljetinjärjestelmät — Keskikokoiset ja raskaat hihna- ja ketjukuljettimien pään ja hihnapyörän käyttölaitteet ovat volyymiltään suurin matovaihteiden alennusvaihteiden sovellus kaikilla sektoreilla. Tyypilliset runkokokoja ovat NMRV063 (kevyet pakkauskuljettimet) ja FU1000 tai WPDA-180 (raskaiden irtotavaroiden käsittely). Valurautakotelot ovat vallitsevia yli 2,2 kW:n tehoisilla kuljettimilla.

Pakkaus- ja elintarvikekoneet — Kartonkikoneet, täyttökoneet, indeksointilaitteet ja pesukuljettimet toimivat kaikki matovaihteella varustetulla alennusvaihteella. Alumiinikotelot erottuvat tässä edukseen kompaktin suorakulmaisen ulostulonsa ja pesuystävällisten sileiden ulkopintojensa ansiosta.

Rakennusnostolaitteet — Hyppylavat, saksinostimet ja ruuvitunkit käyttävät kaikki itselukittuvaa matovaihteen alennusvaihtetta, jossa itselukittuvuus on ratkaiseva valintakriteeri. Monitunkkisten alustojen synkronimoottoritulo varmistaa, että nostolaitejärjestelmä nousee täydellisesti vaakasuoraan sykli sykliltä.

Prosessilaitoksen sekoittimet ja sekoittimet — Hitaasti pyörivät sekoituskäytöt, joissa matovaihteen alennusvaihteen korkea alennussuhde kohtaa matalan lähtönopeuden (tyypillisesti 3–15 rpm). Valurautainen kotelo absorboi juoksupyörän painosta johtuvan säteismomentin.

Uusiutuva energia — Aurinkoseurantalaitteissa, joiden arvot ovat i=100–i=400, käytetään matovaihteen alennusvaihteita hitaan ja tarkan auringon myötäilykierron aikaansaamiseksi. Itselukittuva järjestelmä pitää paneelin tuulikuormitusta vastaan ​​ilman aktiivista jarrua.

Sementti, kaivostoiminta ja mineraalit — Runsaasti pölyä keräävät apukäytöt, joissa valurautakotelot kestävät hyvin, vaikka kevyemmät vaihtoehdot pettävät kuukausien kuluessa. ATEX-vyöhykkeen 22 pölyluokitus on yhä yleisempi näissä spesifikaatioissa.

Jätevesi ja jätevesi — Hidas kaapimen, selkeyttimen ja ilmastinlaitteen käyttö alle 1 rpm:n nopeuksilla on mahdollista vain 2-vaiheisella kierukkamaisella geometrialla. Sekä maalatusta raudasta että ruostumattomasta teräksestä valmistetut versiot ovat yleisiä.

Meri- ja offshore-käyttöön — Luukkujen toimilaitteet, vinssikoneet, pylväsmäiset kiipeävät muottihinturit, joissa ruostumattomasta teräksestä valmistetut kotelot kestävät suolapitoista ilmakehää useiden vuosikymmenten ajan.

Usein kysytyt kysymykset

Toimittaja: Cxm