Budownictwo i transport materiałów · Przewodnik techniczny
Dokument techniczny dla inżynierów dźwigów, producentów sprzętu budowlanego i zespołów ds. konserwacji na placu budowy, określający specyfikacje przekładni ślimakowych jednobiegowych do mechanizmów napędowych pierścieni obrotowych żurawi wieżowych w projektach budowy wysokościowców w Zjednoczonych Emiratach Arabskich, Australii, Niemczech, Kanadzie, Wielkiej Brytanii i Singapurze.
Pierścień obrotowy żurawia wieżowego to zespół łożysk i przekładni, który umożliwia obrót górnej części żurawia – wysięgnika, przeciwwysięgnika, wózka wciągnika i ładunku – wokół masztu. Mechanizm napędowy, który napędza ten obrót, jest jednym z najbardziej wymagających mechanicznie zastosowań, jakie oferuje żuraw. reduktor jednobiegowy jest proszony o pracę w sektorze sprzętu budowlanego. Musi płynnie uruchamiać się i zatrzymywać pod obciążeniem, zmieniać kierunek jazdy setki razy na zmianę, być odporny na momenty wywracające generowane przez obciążonego wysięgnika na wietrze oraz pracować nieprzerwanie przez wiele miesięcy na placu budowy wieżowców bez konieczności wyłączania układu napędowego. Określenie nieprawidłowego reduktor ślimakowy w przypadku napędu obrotowego następuje albo przedwczesna awaria — co jest niedopuszczalne, biorąc pod uwagę wysokość i kwestie bezpieczeństwa — albo nadmierna konserwatywność, która niepotrzebnie zwiększa wagę i koszty konstrukcji dźwigu, gdy oba te czynniki są ograniczone przez ograniczenia konstrukcyjne i transportowe.
W artykule omówiono wymagania mechaniczne stawiane napędowi pierścienia obrotowego żurawia wieżowego, strukturę produkcyjną i kryteria doboru materiałów. reduktor prędkości jednostopniowy odpowiednie do tego zastosowania, smarowanie i względy środowiskowe specyficzne dla instalacji na podwyższonych placach budowy oraz produkty serii EP-WPKA i EP-WPKS jako projekty referencyjne dla małych i średnich oraz średnich i dużych segmentów rynku napędów obrotowych żurawi wieżowych.
Charakterystyka obciążenia napędu obrotowego żurawia wieżowego
Napęd obrotowy żurawia wieżowego nakłada profil obciążenia, który łączy jednocześnie trzy odrębne składowe siły. Pierwszą z nich jest moment obrotowy obrotu: siła potrzebna do przyspieszenia lub zwolnienia masy obracającej się konstrukcji nośnej (która może osiągnąć 15 000–80 000 kg, wliczając wysięgnik, przeciwwysięgnik, mechanizmy wciągnikowe i ładunek zawieszony) w całym zakresie kątowym. W przypadku typowego żurawia wieżowego z płaskim wierzchołkiem i promieniem wysięgnika 50 m, przenoszącego ładunek o masie 3 ton, moment obrotowy silnika obrotowego podczas obrotu ze stałą prędkością kątową jest stosunkowo niewielki — około 10–20% znamionowego momentu obrotowego silnika. Wymagającym warunkiem jest hamowanie: płynne hamowanie obracającej się konstrukcji nośnej wbrew jej momentowi pędu, bez wywoływania oscylacji ładunku zawieszonego, wymaga precyzyjnej kontroli momentu obrotowego poprzez reduktor podczas przejścia z pracy silnika do hamowania.
Drugim składnikiem jest obciążenie wiatrem: obciążony wysięgnik wystawiony na działanie wiatru o prędkości 10 m/s generuje siłę boczną, która tworzy moment styczny na pierścieniu obrotowym, przeciwdziałając lub wspomagając obrót w zależności od kierunku wiatru względem wysięgnika. Podczas podmuchu wiatru moment ten może gwałtownie się odwrócić, co wymaga… reduktor jednobiegowy Przenieść zmianę momentu obrotowego bez szarpnięcia wywołanego luzem – ten sam problem z zazębieniem tylnej powierzchni zęba, który dotyczy głowic obrotowych wiertnic, ale w tym przypadku z dodatkowym ograniczeniem, że szarpnięcie zawieszonego ładunku stanowi zagrożenie dla bezpieczeństwa personelu na placu budowy. Trzecim składnikiem jest moment wywracający grawitacyjnie: w asymetrycznej konfiguracji żurawia, gdzie promień obciążenia po stronie wysięgnika przekracza zasięg przeciwwagi na wysięgniku, pierścień obrotowy jest poddawany ciągłemu momentowi przechylającemu, który dodaje składową osiową do obciążenia zęba przekładni napędowej w całym cyklu obrotu. Prawidłowo określony reduktor prędkości przekładni ślimakowej musi przenosić wszystkie trzy komponenty jednocześnie.
Konstrukcja produkcyjna do serwisu obrotu żurawi wieżowych
A reduktor ślimakowy jednobiegowy Napęd obrotowy żurawia wieżowego ma kilka wymagań konstrukcyjnych, które różnią się od standardowych zastosowań przemysłowych. Obudowa musi być stabilna wymiarowo pod wpływem wewnętrznych sił zazębienia i zewnętrznych obciążeń montażowych pochodzących od koła zębatego wieńca obrotowego żurawia – co może powodować powstawanie momentów zginających na wał wyjściowy reduktora, które mogłyby odkształcić obudowę o małej średnicy i przesunąć otwór koła ślimakowego z jego osi konstrukcyjnej. Z tego powodu reduktory obrotowe żurawi wieżowych są zazwyczaj montowane w cięższych rozmiarach ram serii WP, z obudowami z żeliwa sferoidalnego ożebrowanymi, co zapewnia wyższy moduł przekroju niż standardowe jednostki katalogowe w tej samej klasie mocy.
Konfiguracja wału wyjściowego napędu obrotowego ma kluczowe znaczenie. Wał wyjściowy reduktora napędza koło zębate obrotowe, które zazębia się z wieńcem zębatym – kołem zębatym o dużej średnicy i drobnym skoku, przykręconym do masztu lub obrotnicy dźwigu. Koło zębate jest zazwyczaj elementem wciskanym lub zaciskanym na wale wyjściowym reduktora, a jakość zazębienia między kołem zębatym a wieńcem zębatym zależy od utrzymania położenia osi wału z tolerancją 0,1 mm przy wszystkich kombinacjach obciążeń roboczych. Wymaga to zarówno sztywnego wału wyjściowego (minimalny stosunek L/D w rozstawie łożysk, odpowiednia średnica wału dla zapewnienia sztywności zginania), jak i obudowy, która nie ugina się pod obciążeniem promieniowym wywieranym przez siłę zazębienia koła zębatego. Serie wałów drążonych EP-WPKA i EP-WPKS, dzięki zintegrowanym ramionom reakcyjnym i opcjom podłączenia wyjścia za pomocą tarczy zaciskowej, spełniają oba te wymagania w jednym kompaktowym zespole, który upraszcza układ stanowiska napędowego dźwigu.
System materiałowy do obsługi placów budowy na wysokości
Stal stopowa chromowo-manganowo-tytanowa, nawęglana do głębokości warstwy 1,0–1,5 mm i hartowana do twardości HRC 58–62, z precyzyjnie szlifowanymi bokami napędowymi i bokami roboczymi do Ra 0,4–0,6 µm. Oba boki muszą być wykończone na tym poziomie, ponieważ napęd obrotowy ciągle zmienia kierunek obrotów — jakość boków roboczych jest tak samo istotna, jak jakość boków napędowych, aby zapewnić płynną i bezszarpniętą zmianę obciążenia, która utrzymuje stabilność zawieszonego ładunku podczas hamowania.
Pierścień zębaty z brązu fosforowego o wysokiej zawartości cyny, odlewany odśrodkowo w celu uzyskania gęstości mikrostrukturalnej, a następnie obrobiony na gotowo jako zespół kompozytowy z piastą z żeliwa sferoidalnego. Zawartość cyny zapewnia odpowiednią wytrzymałość na ściskanie dla obciążeń występujących w cyklu obrotowym, a zawartość fosforu utwardza osnowę stopu, zapobiegając kontaktom o małej chropowatości, które występują podczas krótkiego przejścia z prędkości zerowej przy każdej zmianie kierunku – dokładnie w punkcie pracy, w którym grubość filmu olejowego jest najmniejsza, a ryzyko kontaktu przy mieszanym smarowaniu jest najwyższe.
Żeliwo sferoidalne (minimalna wytrzymałość na rozciąganie 500 MPa, wydłużenie 7%) zapewnia zarówno odporność na pękanie niezbędną do przetrwania powtarzających się zmian momentu obrotowego podczas pracy w ruchu obrotowym, jak i moduł sprężystości, który pozwala na utrzymanie współosiowości otworu ślimacznicy pod obciążeniami zginającymi wywieranymi przez zębnik obrotowy. Wzór żeber obudowy został zaprojektowany tak, aby przeciwdziałać ugięciu skrętnemu spowodowanemu siłą reakcji zazębienia zębnika, działającą prostopadle do osi wału wyjściowego i na promieniu zazębienia zębnika od osi wału.
Siła zazębienia zębatki obrotowej ma zarówno składową promieniową, jak i osiową, którą musi przenosić łożysko wyjściowe. Pary łożysk stożkowych w układzie miseczkowo-stożkowym przenoszą dwukierunkowy nacisk osiowy – niezbędny w napędzie obrotowym, w którym kierunek nacisku zmienia się wraz z asymetrią obciążenia, gdy wysięgnik przechodzi przez różne położenia kątowe względem wiatru lub mimośrodowo zawieszonego ładunku. Wstępne napięcie łożyska jest regulowane podczas montażu, aby wyeliminować luz osiowy bez nadmiernego momentu tarcia, który uniemożliwiałby płynne ruchy wahadłowe przy niskiej prędkości podczas pozycjonowania ładunku.
Żurawie wieżowe pracują na zewnątrz przez cały rok w deszczu, przy kondensacji oraz w warunkach nadmorskich i pustynnych – w słonej mgiełce w Dubaju, wysokiej wilgotności w Singapurze i zamarzaniu i rozmarzaniu na kanadyjskich i niemieckich placach budowy. Podwójny układ uszczelnień (pierścień uszczelniający w kształcie litery V i promieniowa uszczelka wargowa z powierzchnią PTFE) zapewnia ochronę przed wodą i cząstkami stałymi na placu budowy, bez nadmiernego tarcia charakterystycznego dla uszczelnienia labiryntowego, które mogłoby wpływać na precyzję sterowania położeniem napędu obrotowego przy niskiej prędkości.
Reduktory żurawi wieżowych są montowane na wysokości – od 30 do 150 m nad ziemią – i nie można ich łatwo zdemontować w celu ponownego pomalowania. W związku z tym system powłok zewnętrznych wymaga 5–10 lat eksploatacji bez konieczności konserwacji. Podkład epoksydowy o grubości 80 µm DFT (bogaty w cynk, zapewniający ochronę katodową, jeśli to możliwe), a następnie alifatyczna poliuretanowa powłoka nawierzchniowa o grubości 60 µm z pigmentem odpornym na promieniowanie UV, zapewniają taką żywotność w warunkach bezpośredniego promieniowania UV, deszczu i zasolonego powietrza na placach budowy wieżowców w Zatoce Perskiej oraz na obszarach nadbrzeżnych Azji i Pacyfiku.
Referencja wyboru — reduktory jednobiegowe do napędów obrotowych żurawi wieżowych
Poniższa tabela zawiera wskazówki dotyczące wyboru w zakresie rozmiarów żurawi wieżowych, w których zastosowano serię WP. reduktor jednobiegowy jest odpowiednim elementem napędowym mechanizmu obrotowego. Klasyfikacja żurawi jest zgodna z oznaczeniami grupowymi FEM (Federation Europeenne de la Manutention), które stanowią standardowe odniesienie do pracy napędów żurawi wieżowych w europejskich, bliskowschodnich i australijskich specyfikacjach sprzętu budowlanego. Pełna gama produktów jest dostępna na stronie reduktor jednobiegowy strona produktu.
| Klasa dźwigów | Promień wysięgnika | Silnik obrotowy (kW) | Współczynnik redukcji | Polecana seria |
|---|---|---|---|---|
| Mały górnoobrotowy (FEM 1Am) | 20 – 30 metrów | 1,5 – 3,0 | 20:1 – 40:1 | EP-WPKA (5–260 kg) |
| Średni obrót górny (FEM 2m) | 30 – 50 metrów | 3,0 – 7,5 | 25:1 – 45:1 | EP-WPKA / EP-WPKS (4–365 kg) |
| Duży płaski szczyt (FEM 3m) | 50 – 70 metrów | 7,5 – 15 | 30:1 – 50:1 | EP-WPKS (4–365 kg) |
| Duży wysięgnik (FEM 3m–4m) | 40 – 65 metrów | 11 – 22 | Dwustopniowy lub planetarny | EP-WPDKA + EP-WPKS w serii |
Zalecane produkty do zastosowań w napędach obrotowych żurawi wieżowych
Smarowanie na wysokości — specjalne uwagi dotyczące obsługi żurawia wieżowego
Najistotniejszą różnicą operacyjną między reduktorem przemysłowym montowanym na poziomie gruntu a reduktorem obrotu żurawia wieżowego jest trudność w utrzymaniu smarowania na wysokości. W żurawiu wieżowym o wysokości 60 m napęd obrotu znajduje się na szczycie masztu – 60 m nad poziomem gruntu, dostępny jedynie za pomocą drabiny lub windy serwisowej, bez dogodnego dostępu do rutynowej kontroli oleju lub pobierania próbek. W konsekwencji wymiana oleju jest rzadka (zwykle podczas głównych przeglądów co 2000–4000 godzin lub podczas corocznego przeglądu żurawia wymaganego przepisami budowlanymi w Niemczech, Zjednoczonych Emiratach Arabskich i Australii), a środek smarny musi zachować swoje właściwości ochronne przez cały ten okres, bez degradacji do poziomu niewystarczającej grubości filmu smarowego.
Właściwa specyfikacja środka smarnego do obrotu żurawia wieżowego reduktor jednobiegowy to w pełni syntetyczny olej przekładniowy PAO ISO VG 460 z dodatkami EP i potwierdzoną kompatybilnością z brązem cynowym. Baza PAO zapewnia wskaźnik lepkości powyżej 150 — utrzymując odpowiednią grubość filmu olejowego w zakresie temperatur od mroźnego zimowego poranka w Dubaju (10°C na podniesionym napędzie) do letniego popołudnia w Zatoce Perskiej (ponad 50°C w odsłoniętej obudowie napędu, narażonej na bezpośrednie działanie promieni słonecznych). Syntetyczna baza olejowa jest również bardziej odporna na degradację oksydacyjną niż olej mineralny w okresie między wymianami oleju wynoszącym 2000–4000 godzin, wymaganym ze względu na ograniczenia dostępu do instalacji podniesionych. W przypadku instalacji dźwigowych w lokalizacjach nadmorskich — Singapurze, Dubaju, Sydney — należy stosować olej z dodatkowym pakietem inhibitorów korozji, potwierdzonych zgodnością z wymaganiami normy DIN 51524 część 3 dotyczącymi eksploatacji w środowisku zanieczyszczonym wodą, ponieważ kondensacja w obudowie napędu jest nieunikniona w środowiskach morskich o wysokiej wilgotności.
Zastosowanie współczynnika serwisowego — klasyfikacja MES dla obrotu żurawia wieżowego
Napędy obrotowe żurawi wieżowych są klasyfikowane według grup oznaczeń FEM (Federation Europeenne de la Manutention), które łączą klasę użytkowania (łączną liczbę godzin pracy w całym okresie eksploatacji żurawia) i klasę spektrum obciążenia (rozkład obciążeń względem obciążenia maksymalnego). Standardowy żuraw wieżowy budowlany zazwyczaj należy do grupy FEM 2 m lub 3 m — umiarkowanie lub intensywnie użytkowany z szerokim spektrum obciążenia. Współczynnik użytkowania zastosowany do znamionowej mocy silnika obrotowego przed doborem reduktora powinien odzwierciedlać zarówno grupę FEM, jak i konkretne warunki instalacji. Dla FEM 2 m obowiązuje podstawowy współczynnik użytkowania 1,5; dla FEM 3 m lub instalacji w miejscach o silnym wietrze (place budowlane w nadmorskich stanach Zatoki Perskiej, odsłonięte nabrzeża portowe w Sydney lub Hamburgu) bardziej odpowiedni jest współczynnik 1,75–2,0.
Dodatkowym czynnikiem, specyficznym dla napędów obrotowych żurawi wieżowych, jest energia kinetyczna obracającej się konstrukcji nośnej. Gdy żuraw gwałtownie zwalnia — na przykład w odpowiedzi na zatrzymanie awaryjne wyzwolone przez ogranicznik przeciążenia lub utratę mocy — energia kinetyczna obracającej się masy musi zostać pochłonięta przez układ napędowy (w przypadku hamowania odzyskowego za pomocą silnika) lub przez hamulec mechaniczny. W przypadku zastosowania hamulca mechanicznego moment hamowania jest przenoszony z powrotem przez reduktor do zazębienia zębatki obrotowej. Ten moment hamowania może przekroczyć znamionowy moment obrotowy silnika o współczynnik 2–3, w zależności od konstrukcji hamulca i szybkości hamowania, a także reduktor jednobiegowy Musi być konstrukcyjnie odpowiedni do jego przenoszenia. W przypadku dźwigów, w których tempo hamowania jest kontrolowane przez układ napędowy, a nie przez hamulec mechaniczny, o specyfikacji reduktora decyduje maksymalny moment hamowania silnika (zwykle 150–200% znamionowy).
Instalacja, uruchomienie i weryfikacja zazębienia zębatki
Kluczowym etapem uruchomienia reduktora obrotu żurawia wieżowego jest weryfikacja jakości zazębienia zębatki z wieńcem zębatym po montażu żurawia i zainstalowaniu napędu obrotowego. Jakość zazębienia jest definiowana przez trzy parametry: luz (luz styczny między zębami zazębiającymi, mierzony na okręgu podziałowym wieńca obrotowego), wzór styku zębów (stosunek długości i wysokości powierzchni zęba do obciążenia) oraz mimośrodowość zębnika (bicie osi zębnika względem osi wieńca obrotowego, powodujące cykliczne zmiany luzu i sztywności zazębienia podczas pełnego obrotu).
Luz podczas uruchomienia powinien mieścić się w zakresie tolerancji określonym w instrukcji montażu producenta żurawia – zazwyczaj 0,5–1,5 mm na okręgu podziałowym pierścienia obrotowego w przypadku żurawi wieżowych średniej wielkości. Niewystarczający luz powoduje zakleszczanie i przegrzewanie przy niskich prędkościach obrotowych; nadmierny luz umożliwia uderzanie zębami przekładni przy każdym odwróceniu kierunku, co powoduje obciążenia udarowe. reduktor jednobiegowy które kumulują uszkodzenia zmęczeniowe zębów. Wzór styku weryfikuje się poprzez nałożenie pasty znakującej (niebieskiej) na trzy lub cztery zęby koła koronowego w równych odstępach wokół pierścienia, obrót żurawia o jeden pełny obrót i sprawdzenie śladu styku pozostawionego na każdym zębie. Celem jest pas styku wyśrodkowany na wysokości zęba i rozciągający się na co najmniej 65% długości powierzchni czołowej zęba — wąski, wysoki lub niski wzór styku wskazuje na błąd geometryczny w ustawieniu zębatki, który należy skorygować poprzez podłożenie podkładek pod mocowanie reduktora przed dopuszczeniem żurawia do eksploatacji produkcyjnej.
Możliwości produkcyjne
Nasz zakład produkcyjny posiada ponad dziesięcioletnie doświadczenie inżynieryjne w dziedzinie mechanicznego przenoszenia mocy, dostarczając reduktory ślimakowe, przekładnie planetarne, przekładnie rolnicze, wały odbioru mocy, cylindry hydrauliczne, przekładnie precyzyjne, łańcuchy rolkowe i silniki elektryczne na rynek sprzętu przemysłowego i budowlanego na całym świecie – wszystkie objęte certyfikatem systemu zarządzania jakością ISO 9001:2015. Obudowy konstrukcyjne i elementy przekładni są produkowane z żeliwa sferoidalnego, żeliwa szarego, staliwa, precyzyjnego odlewu precyzyjnego oraz stopu aluminium, aby dopasować je do obciążeń, temperatur pracy i ograniczeń wagowych każdego zastosowania. Zęby kół zębatych, wałki ślimakowe, koła łańcuchowe, koła pasowe i wały są obrabiane na wieloosiowych centrach obróbkowych CNC, szlifierskich i tokarskich, zgodnie z normami wymiarowymi DIN i ISO. Klienci potrzebujący kompletnego układu napędowego obrotu żurawia wieżowego — reduktora, silnika, przekładni zębatej i elementów montażowych — mogą pozyskać wszystkie elementy od jednego partnera produkcyjnego, który ma pełną odpowiedzialność techniczną. Dzięki temu zmniejsza się nakład pracy związany z koordynacją inżynieryjną niezbędną przy zakupie sprzętu budowlanego OEM w Zjednoczonych Emiratach Arabskich, Australii, Niemczech, Kanadzie, Singapurze i Wielkiej Brytanii.
Warsztat
Kompatybilne komponenty napędowe
Kompletny układ napędowy obrotu żurawia wieżowego wymaga dopasowanego silnika, a w przypadku większych żurawi – kompatybilnych wtórnych stopni redukcyjnych. Poniższe linie produktów są dostępne u tego samego producenta, co umożliwia zespołom zaopatrzeniowym określenie w pełni udokumentowanego, zweryfikowanego pod kątem interfejsu zespołu napędowego.
Często zadawane pytania
Redaktor: PXY