Пужни редуктор је један од најстаријих и најраспрострањенијих механичких погона у индустријским преносним системима. Геометрија је усавршавана од раног индустријског доба, али је инжењерски принцип - челични пужни навој који клизи по бронзаном пужном точку како би се постигла велика редукција у једној мрежи - остао је у суштини константан. Овај чланак говори о томе шта је пужни редуктор, како преноси снагу, пет уобичајених породица наведених у корејској и азијској индустрији и секторима примене где овај тип погона побеђује на основу инжењерских разлога, а не само по цени.

Мрежа црва и точка — Како се снага преноси са челика на бронзу

Пужни редуктор преноси обртни момент кроз инхерентно асиметричан пар компоненти. Улазна страна пужног редуктора је вратило пужа од каљеног челика са дубоким континуираним навојем дуж своје дужине; излазна страна је бронзани пужни точак - диск са ободним зубима обликованим да захвате тај навој док се пуж окреће. Како се пуж окреће за један пун обрт, његов навој се креће дуж зубаца точка и помера точак за број зубаца једнак броју почетака навоја пужа (обично један, два или четири). Стога је однос редукције једнак броју зубаца точка подељеном са бројем почетака навоја пужа: точак са 30 зубаца покретан једноходним пужем даје редукцију од i=30.

Контакт између пужа и точка је клизајући, а не котрљајући. Ово је инжењерска разлика која дефинише пужни редуктор у односу на спиралне, цилиндричне или конусне зупчанике, где се зуби котрљају један о други. Клизни контакт има две дубоке последице. Прво, генерише више трења и самим тим више топлоте него котрљајући контакт — што ограничава практичну ефикасност мреже на 70-85% код једностепених геометрија пужа, што је знатно испод 95-98% које пружају спирални погони. Друго, клизни контакт под правом геометријом производи самоблокирање: пуж се не може покретати уназад обртним моментом примењеним на точак, јер трење на контактној линији отпорно делује на обрнуту ротацију. Ово друго својство је разлог зашто су лифтови, платформе за подизање и дизалице у грађевинском и индустријском сектору претежно покретане пужним погоном.

Бронзани точак је компонента која се хаба. Након десетина хиљада радних сати, његове бочне стране зубаца еродирају тамо где је челични пуж клизао. Само очврснуто вратило пужног редуктора остаје у суштини нехабано током истог периода — разлика у тврдоћи од отприлике два реда величине осигурава да мека бронза преузима хабање. То је замишљено по дизајну: замена истрошеног бронзаног точка помоћу комплета за рестаурацију кошта око једне трећине комплетне замене јединице, док кућиште, лежајеви и вратило пужа остају употребљиви током структурног века трајања кућишта од преко 100.000 сати.

За тимове за одржавање који управљају флотом инсталација, проналажење одговарајућих извора пуж и парови пужних точкова Време за поновно назубљивање је кључни део стратегије резервних делова. Бронзани точкови и челична пужна вратила су на лагеру димензионално усклађени са NMRV, WP, RV и Fenner-овим оквирима, тако да се комплет за поновно назубљивање може одредити према величини оквира и преносном односу без потребе да остатак пужног редуктора буде ван употребе дуже време.

Геометрија излаза под правим углом — зашто је важна код уских распореда машина

Пужни редуктор природно производи промену правца вратила од 90 степени. Пужно вратило се налази дуж једне осе; пужни точак је управно на њу на излазној оси. Ова геометрија под правим углом је оно што чини пужни редуктор подразумеваним избором погона у уским распоредима машина где мотор мора бити причвршћен вијцима на једну страну рама, а терет мора да се окреће на управној оси. Окретање од 90 степени је суштинско за геометрију, а не за спољни додатак спојнице.

Упоредите ово са спиралним или цилиндричним мењачем, где се улазна и излазна вратила иду паралелно – корисно за линијску погонску опрему, али бескорисно када је оса оптерећења нормална. Или са конусним мењачем, где се две осе секу, али захтевају додатне производне кораке и веће толеранције монтаже. Пужни мењачи пружају најчистији окрет од 90 степени у најмањем могућем оквиру. За ременице главе транспортера које покрећу мотори монтирани поред рама транспортера, за погоне мешалица где се мотор налази хоризонтално, а оса импелера вертикално, за погоне ротационих столова где се оса индексирања мора поравнати са центром стола – сваки од њих има користи од инхерентне архитектуре правоугаоног пужног редуктора.

Објашњење степена редукције — од i=5 до i=100 у једној фази

Преносни однос пужног редуктора једнак је броју зубаца пужног точка подељеном са бројем почетака навоја вратила пужа. Точак са 30 зубаца, покретан једноходним пужем, производи i=30. Исти точак, покретан двоходним пужем, производи i=15. Четвороходни пуж, производи i=7,5. Каталошки преносни односи са i=5, 7,5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 80 и i=100 покривају стандардни опсег пужног мењача, иако не свака величина рама нуди сваки преносни однос.

Геометрије једностепених пужних редуктора практично се крећу од i=5 до i=100. Испод i=5, навој пужа постаје готово спирални и више се не блокира сам под оптерећењем; изнад i=100, ефикасност мреже опада испод 60% и мењач постаје више генератор топлоте него преносник обртног момента. За примене које захтевају већу редукцију - мешалице са малом брзином, пречишћивачи отпадних вода, погони за праћење соларне енергије - двостепена спирално-пужна геометрија комбинује спирални примарни степен са секундарним пужем, проширујући практични опсег преносног односа на 3.631:1 и више уз прихватљиву ефикасност. Нордова серија UNICASE SK 13xxx је канонски пример; еквивалент корејског Ever-Power-а се испоручује у корејска и азијска постројења за прераду отпадних вода и процесних постројења у великим количинама.

Унутар кућишта — пуж, точак, лежајеви и заптивке

Пужни редуктор је изграђен око шест основних елемената унутар свог кућишта. Пужна осовина је од легираног челика са цементираним угљеником — обично 20CrMnTi у азијским и европским каталозима — са површинском тврдоћом од 56-62 HRC на контактној површини након брушења до фине завршне обраде од 0,4 µм Ra. Пужни точак је од центрифугално ливене бронзе, са калајном бронзом CuSn12 (≈ ZQSn12-2 према кинеском GB/T 1176) као подразумеваном индустријском опцијом и алуминијумском бронзом CuAl10Fe3 као надоградњом за високе циклусе за примене које раде више од 1.500 циклуса подизања годишње.

Лежајеви су следећи критични елемент пужног редуктора. Парови са угаоним контактом налазе се на вратилу пужа како би апсорбовали значајан аксијални потисак који генерише навој пужа под оптерећењем; парови конусних ваљака налазе се на излазном вратилу како би поднели велика пречна оптерећења типична за ременице главе транспортера и ланчане погоне за одвод. Заптивке вратила на сваком продору су витон заптивке са уснама — отпорне на топлоту, отпорне на уље, индустријски стандард који је заменио раније нитрилне гумене материјале пре неколико деценија. Мазиво је минерално CLP 220 у стандардним пуњењима осетљивим на цену или синтетичко PAG ISO VG 220 у инсталацијама које континуирано раде на температури уљне купке изнад 80 °C.

Само кућиште дефинише еколошку оцену јединице. Кућишта од ливеног алуминијума (типична за NMRV-образац оквира RV025 до RV090) су лагана, брзо одводе топлоту и одговарају OEM интеграцији у машине. Кућишта од ливеног гвожђа (типична за WP-образац оквира и веће RV110 до RV150) имају три пута већу термичку масу и отприлике двоструко већу структурну чврстоћу од алуминијумског кућишта еквивалентне снаге, што је погодно за тешке континуиране радне услове у окружењима са великом количином прашине. Кућишта од нерђајућег челика (ређа опција, обично RV110 и више) подносе поморске и прехрамбене примене где слана атмосфера или свакодневно прање искључују фарбано гвожђе.

Пет уобичајених породица редуктора са пужним зупчаницима

Индустријски каталози широм Кореје и Азије организују породице пужних редуктора у пет образаца, сваки са суптилним, али важним геометријским и материјалним разликама. Избор праве породице за примену је први корак у спецификацији пре величине оквира и преносног односа.

NMRV / EP-NMRV — Стандард алуминијумског кућишта италијанског узорка. Геометрија једностепеног пужа; међуосно растојање од 25 мм (NMRV025) до 150 мм (NMRV150); преносни односи од i=7,5 до i=100 у једанаест каталошких корака; точак од калајне бронзе са челичном главчином; IEC стандард прирубнице мотора. Најспецификованија породица пужних редуктора међу азијским произвођачима оригиналне опреме, укључујући и корејски Ever-Power. Пужни редуктор MRV050 и шира варијанта EP-NMRV..F излазне прирубнице.

ВП породица (ВПА / ВПС / ВПО / ВПДА / ВПДС / ВПВА / ВПВО / ВПВДКС) — Кинески индустријски модел. Кућиште од ливеног гвожђа; теже од NMRV; више подтипова се разликује у конфигурацијама улазног и излазног вратила. Слова у коду идентификују улазну страну (S = пуно улазно вратило, A = адаптер за одвојени мотор, K = комбиновани улазни адаптер) и излазну страну (O = излазна прирубница, DA = склоп са два вратила, DKS = пуни излаз са два вратила). Кућиште од ливеног гвожђа чини јединице WP-модела подразумеваним за цементну индустрију, рударство и индустријске примене са континуираним радом.

Камп/ЕП-Камп — Варијанта мотора са пужним зупчаником под правим углом, често коришћена за погоне са вијчаним дизалицама у конструкцијама са скоковима и механизмима за подизање позорница, где геометрија под правим углом директно делује на оптерећење вертикалног вратила. Исти RV оквири служе за општу индустријску употребу где примена има користи од чврсто интегрисаног адаптера мотора.

Спирални црв — Двостепени хибрид који комбинује спирални примарни степен са пужним секундарним степеном, проширујући опсег преносног односа на 3.631:1 и више, уз одржавање комбиноване ефикасности изнад 80% у већем делу опсега. Nord-ова UNICASE SK 13xxx серија и SEW-Eurodrive еквиваленти дефинишу ову категорију у европским каталозима; Korea Ever-Power и други азијски произвођачи производе димензионално заменљиве замене.

Универзални / Комбиновани — Јединице за специјалне намене које комбинују једностепени пужни редуктор са планетарним или спиралним улазним степеном за веома високе односе редукције (5.000:1 и више), користе се у погонима ваљака у металургији, системима ротације пећи и другим нишним применама где захтевни однос превазилази оно што двостепени спирални пуж може да постигне.

Самозакључавајуће понашање — безбедносно својство које ништа друго нема

Самоблокирање је својство које разликује пужни редуктор од спиралних, планетарних и конусних погона у применама дизања терета. Код пужног редуктора, када је угао вођења пужног навоја довољно мали — што поуздано одговара односима при i ≥ 30 и делимично од i = 15 до 25 — трење на клизном контакту опире се сваком обртном моменту од оптерећења. Ако се мотор заустави, терет остаје на месту. Мењач се не креће без повлачења нити враћа уназад. Испод i = 10 геометрија више није самоблокирајућа и спољна кочница постаје обавезна за сваку примену дизања.

Ово механичко својство је разлог зашто су лифтови, вијчане дизалице, маказе за дизање, грађевинске платформе са скочним оплатама и механизми за подизање позорница претежно покретани пужним погоном. Спирални и планетарни погони се лако покрећу уназад под статичким оптерећењем — потребна им је активна кочница да би држали положај. Пужни редуктор држи положај пасивно кроз геометрију трења, уклањајући један критични начин безбедносног квара (квар кочнице) из анализе опасности примене дизања.

Треба напоменути да корејски прописи о безбедности у грађевинарству (Закон о безбедности и здрављу у индустрији) и еквиваленти на већини азијских тржишта и даље захтевају активну кочницу на платформама за подизање особља. Самоблокирање је секундарни слој безбедности иза моторне кочнице, а не примарни слој безбедности. Али редундантност је стварна и значајно побољшава укупну поузданост система лифта – управо зато спецификације написане за платформе са скоковима и погоне лифтова доследно захтевају геометрију пужа уместо спиралних или планетарних алтернатива.

Где црвни погони побеђују спиралне, косне и планетарне алтернативе

Три карактеристике примене потичу инжењерски избор ка пужном редуктору у односу на алтернативне геометрије погона. Прво, велика редукција у једној мрежи — геометрија пужа обезбеђује i=100 у једном степену, док су спиралним и конусним погонима потребна 2-3 степена са одговарајућим трошковима и смањењем простора. Друго, распоред излаза под правим углом је уграђен у геометрију пужа, а не постигнут спољашњим спајањем. Треће, самоблокирајући обртни момент је јединствен за пужне погоне; ништа друго не држи положај пасивно.

Где алтернативе побеђују у поређењу: ефикасност (спирални погон на 95-98% у односу на пужни погон на 70-85%), зазор (планетарни испод 5 лучних минута у односу на пужни погон типично на 30+ лучних минута) и континуирани рад великом брзином (спирални погон подноси улаз од 3.000+ о/мин, где су термичка ограничења пужа обично ограничена на 1.500 о/мин). За серво погонске индексирајуће ротационе механизме, прецизне погоне са завртњима за довод или примене са високим бројем обртаја, планетарни или спирални погони су прави избор. За све остало где је важан преносни однос, распоред под правим углом или самоблокирајуће држање — примене које најбоље опслужује пужни редуктор — што покрива већину индустријских примена механичких погона — геометрија пужа остаје инжењерски подразумевана вредност.

Индустрије које раде на пужним погонима — кратка мапа сектора

Широм корејске и азијске индустрије, примене пужних редуктора груписане су у осам главних сектора. Сваки сектор има типичне конвенције о величини рама, преносном односу, снази мотора и материјалу кућишта развијене током деценија искуства на терену.

Индустријски транспортни системи — Погони главе и ременице за средње и тешке каишне и ланчане транспортере су највећа појединачна примена пужних редуктора у свим секторима. Типични оквири се крећу од NMRV063 (лаки транспортери за паковање) до FU1000 или WPDA-180 (тешки терет). Кућиште од ливеног гвожђа доминира изнад 2,2 kW.

Машине за паковање и храну — Картонске машине, пунилице, индексатори и транспортери за прање раде на пужном редуктору. Алуминијумска кућишта се овде истичу због свог компактног излаза под правим углом и својих глатких спољашњих површина које се могу прати водом.

Опрема за дизање грађевина — Платформе са скоковима, маказе за подизање и вијчане дизалице користе самоблокирајући пужни редуктор, где је самоблокирање одлучујући критеријум за избор. Синхрони мотор на платформама са више дизалица осигурава да се низ пење савршено равно циклус по циклус.

Мешалице и мешалице за процесна постројења — Погони за мешање са малом брзином где се висок преносни однос пужног редуктора сусреће са ниском излазном брзином (типично 3-15 о/мин). Кућиште од ливеног гвожђа апсорбује радијални момент од оптерећења тежином импелера.

Обновљива енергија — Погони соларног трагача при i=100 до i=400 користе пужни редуктор за спору прецизну ротацију праћења сунца. Самоблокирање држи низ од оптерећења ветром без активне кочнице.

Цемент, рударство и минерали — Помоћни погони за јаку прашину где кућиште од ливеног гвожђа опстаје, док лакше алтернативе отказују у року од неколико месеци. Сертификација за прашину ATEX Зона 22 је све чешћа код ових спецификација.

Отпадне воде и ефлуент — Спори погони стругача, бистреча и аератора брзинама мањим од 1 о/мин могу се постићи само помоћу двостепене геометрије спиралног пужа. Уобичајене су варијанте од фарбаног гвожђа и нерђајућег челика.

Морски и приобални — Погони отвора, погони витла, подизне оплате за пилоне, где кућишта од нерђајућег челика подносе слану атмосферу током вишедеценијског рада.

Често постављана питања

Уредник: Cxm