Mechaniczne przeniesienie napędu a efektywność energetyczna

Podejście firmy HF Inverter Polska do optymalnego doboru układu napędowego dotyczy zarówno prostych systemów – pełniących często funkcje pomocnicze procesu technologicznego (np. napędy przenośników różnego rodzaju), jak i zaawansowanych systemów napędowych, bardzo często stanowiących ważny element układu automatyki w procesie technologicznym realizowanym w przedsiębiorstwie.

Niejednokrotnie w przemyśle spotykamy się z praktyką instalowania silników elektrycznych o wyższych sprawnościach w połączeniu z mało efektywnymi układami przeniesienia napędu, np. przekładniami ślimakowymi, które nadal są szeroko stosowane w różnego rodzaju przenośnikach. Tak dużą popularność przekładnie te zyskały nie tylko dzięki swoim cechom technicznym, ale także dzięki prostej budowie oraz korzystnemu stosunkowi ceny do przenoszonej mocy z wału czynnego na bierny. W porównaniu z innymi rodzajami przekładni, przekładnie ślimakowe charakteryzują się możliwością uzyskania dużych przełożeń na jednym stopniu (od i_min. = 5 do i_max. = 100) oraz korzystnymi warunkami przenoszenia dużych obciążeń. Kinematyka pracy wszystkich przekładni ślimakowych charakteryzuje się wysokim udziałem poślizgów w zazębieniu, które w każdej parze elementów współpracujących ciernie tłumią drgania, co w rezultacie sprzyja cichobieżnej i płynnej pracy tych przekładni – oczywiście pod warunkiem optymalnego doboru do warunków pracy.

Należy przypomnieć, że przekładnia ślimakowa należy do rodziny tzw. przekładni śrubowych, czyli przekładni zębatych o wichrowatych osiach kół. Można stwierdzić, że stanowi jak gdyby dalszy etap rozwoju przekładni śrubowych. Słabą stroną przekładni ślimakowej w porównaniu do innych przekładni jest mniejsza sprawność, która maleje wraz ze wzrostem przełożenia.

W obecnych czasach, w których zwraca się uwagę na poprawę efektywności wykorzystania energii elektrycznej – nie tylko ze względu na ekonomię, ale także na uwarunkowania prawne w tym zakresie, konieczna jest zamiana przekładni ślimakowej o niższej sprawności na droższe przekładnie walcowe lub walcowo-stożkowe.

Czy istnieje przekładnia łącząca korzystne cechy techniczne przekładni ślimakowej z innymi cechami przekładni walcowych bez znaczącej różnicy w cenie?

Takie przekładnie są znane od lat, jednak dopiero współczesne metody wykonywania uzębienia pozwalają uzyskać korzystny stosunek ceny do przenoszonej mocy z wału czynnego na wał bierny – podobnie jak w przekładniach ślimakowych. W 2010 r. pracowaliśmy nad projektem przekładni, która swoimi cechami technicznymi byłaby zbliżona do przekładni ślimakowej przy jednoczesnej poprawie sprawności. Naszym naturalnym wyborem były przekładnie z grupy modeli o osiach nierównoległych, do której należą przekładnie:

1) stożkowe – przesunięcie a = 0;
2) hipoidalne – przesunięcie a ≤ 0,5 R;
3) spiroidalne – przesunięcie a > 0,5 R;
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 (rys. 1). Przesunięcie to nazywane jest przesunięciem hipoidalnym.

 

Rys. 1. Podział przekładni o osiach nierównoległych

 

Rys. 2. Przesunięcie hipoidalne w przekładniach hipoidalnych

Szukając kompromisu pomiędzy funkcjonalnością i wysoką sprawnością przekładni stożkowej a prostą budową i korzystnym stosunkiem ceny do przenoszonej mocy z wału czynnego na bierny, pod uwagę braliśmy dwie konstrukcje – przekładnie spiroidalne oraz hipoidalne. Nasz wybór padł na przekładnie hipoidalne, nie tylko ze względu na uzyskany kompromis funkcjonalności, sprawności, prostej budowy i ceny, ale także ze względu na dostępne technologie produkcji: amerykańską Gleasona i niemiecką Klingelnberga. Obie z powodzeniem wykorzystuje się w przemyśle samochodowym, gdzie przekładnie hipoidalne są obecnie szeroko stosowane w przekładni różnicowej (dyferencjał) (fot. 1).

 

Fot. 1. Dyferencjał (źródło: Wikipedia)

 

Fot. 2. Motoreduktor hipoidalny THF

Największym problemem, nad którym pracowaliśmy najdłużej, było pogodzenie cech technicznych z funkcjonalnością, rozumianą jako łatwość zamiany przekładni ślimakowej na naszą przekładnię hipoidalną THF (fot. 2), bez przeróbek mechanicznych. W 2012 r. wprowadziliśmy na rynek polski gotowy produkt – teraz użytkownik przekładni ślimakowej bez zmian konstrukcyjnych może łatwo wymienić przekładnię ślimakową na przekładnię hipoidalną THF.

Konstrukcja przekładni hipoidalnych THF

 

Fot. 3. Podwójny motoreduktor ślimakowy SHF

Przekładnie hipoidalne należą do przekładni zębatych o osiach wichrowatych i łukowym zarysie zęba, do rodziny przekładni stożkowych. Różnią się od przekładni stożkowej poprzecznym przesunięciem osi zębnika (przesunięcie hipoidalne) w stosunku do osi koła talerzowego. Dzięki przesunięciu hipoidalnemu uzyskuje się wydłużenie czynnej długości zębów (podobnie jak w parze kół ślimak–ślimacznica przekładni ślimakowej), co ma wpływ na wytrzymałość i obciążalność przekładni hipoidalnej. Sprawność przekładni hipoidalnej jest odwrotnie proporcjonalna do przesunięcia hipoidalnego i maleje wraz z jego zwiększeniem. Standardowo wynosi 94%.

Cechy techniczne przekładni hipoidalnych THF

Do najważniejszych cech technicznych przekładni hipoidalnych THF należą:

• większa obciążalność niż w przypadku przekładni stożkowej o takich samych wymiarach – dzięki wydłużeniu czynnej długości zęba (przesunięcie hipoidalne);
• większy moment wyjściowy niż w przekładniach ślimakowych o takich samych wymiarach gabarytowych;
• wysoka cichobieżność w porównaniu do innych przekładni o tych samych przełożeniach (dzięki zębom łukowo-skośnym);
• równomierność przekazywania momentu obrotowego (wydłużenie czynnej długości zębów);
• wysoka sprawność w stosunku do innych przekładni o tych samych przełożeniach (sprawność 94% dla przekładni dwustopniowych i 92% dla trójstopniowych);
• szeroki zakres dostępnych przełożeń dla jednej wielkości mechanicznej przekładni (od i = 7,5 do i = 300);
• korzystne warunki smarowania łożysk i zębnika – dzięki przesunięciu hipoidalnemu;
• moment wyjściowy do 500 Nm;
• korzystny stosunek gabarytów przekładni do przenoszonej mocy.

Dlaczego warto zamienić przekładnię ślimakową na hipoidalną THF?

Powodów jest wiele:

• THF zapewniają identyczne wymiary montażowe, jak dla przekładni ślimakowych dostępnych na rynku;
• pasują do nich takie same akcesoria montażowe (wałki zdawcze, kołnierze wyjściowe, ramiona reakcyjne);
• mają wyższą sprawność niż przekładnie ślimakowe o takim samym przełożeniu;
• uzyskuje się większy moment wyjściowy na wale biernym niż w przekładni ślimakowej o takim samym przełożeniu;
• gwarantują dużo większą żywotność kół zębatych zastosowanych w przekładni hipoidalnej niż ślimak i ślimacznica zastosowane w przekładni ślimakowej;
• zapewniają wyższą cichobieżność niż przekładnie ślimakowe;
• oferują wyższe przełożenie (i > 100, max. I = 300) bez konieczności łączenia dwóch przekładni lub stosowania dodatkowego stopnia walcowego, tak jak ma W takim przypadku możemy uzyskać zakres przełożeń od i = 100 do i = 5000, ale kosztem większych gabarytów napędu i niskiej sprawności. Na rynku dostępne są rozwiązania przekładni, które można z powodzeniem zastosować w miejsce podwójnych przekładni ślimakowych, np. podwójne przekładnie ślimakowe w jednej obudowie (tzw. monobloki) lub przekładnie walcowo-ślimakowe. Takie napędy mają jednak inną konstrukcję korpusu, który odbiega wymiarami gabarytowymi od wymiarów standardowych przekładni ślimakowych.

 

Fot. 4. Motoreduktor typu SWHF

Oferta produktowa HF Inverter Polska została też poszerzona o nowy model przekładni walcowo-ślimakowej typu SWHF (fot. 4). Oferowane są cztery wielkości mechaniczne, które odpowiadają wielkością pojedynczej przekładni ślimakowej 063, 075, 090 i 110. Dostępny zakres przełożeń wynosi od i = 80 do i = 4000, a ich sprawność sięga 82%.

Optymalizacja procesów przemysłowych na wielu płaszczyznach znacząco wpływa na poprawę efektywności wykorzystania energii elektrycznej, co w perspektywie oznacza poprawę wyników ekonomicznych przedsiębiorstwa.

Dzięki swojemu długoletniemu doświadczeniu specjaliści pracujący w firmie HF Inverter Polska są w stanie optymalnie dobrać układ napędowy, bezawaryjnie pracujący w warunkach procesu technologicznego w dowolnej branży.

Zapraszamy na stronę www.hfinverter.com

HF Inverter Polska
www.hfinverter.com