Избор на мотор-редуктор

Механични системиСп. Инженеринг ревю - брой 9/2021 • 06.01.2022

  • Mотор-редукторът представлява агрегат, който съчетава електродвигател и редуктор без допълнителен съединител

  • По-високите обороти на мотора произвеждат по-нисък въртящ момент, т.е. те може да се комбинират с по-малък типоразмер редуктор

  • Един от най-важните критерии при избора на мотор-редуктор е коефициентът на запас на редуктора

 

Електрическите мотор-редуктори се използват в приложения, които изискват голям изходящ въртящ момент при понижаване на оборотите на силовия вал, особено когато е необходимо да се вземат предвид ограничения на пространството и наличните мощности. Това описва широк спектър от общи приложения в множество индустрии. Мотор-редукторите се използват от задвижвания за автомобилни чистачки до болнични легла и асансьори за пациенти, от роботиката до конвейерните системи, от автоматичните врати до миксери за хранително-вкусова промишленост. Мотор-редукторите имат огромно значение за цялостната производителност на оборудване, от което зависим всеки ден.

Най-просто казано, мотор-редукторът представлява агрегат, който съчетава електродвигател и редуктор, без да е наличен допълнителен съединителен механизъм. Мотор-редукторите работят или с променлив, или постоянен ток. В повечето случаи редукторът служи да увеличи изходния въртящ момент, без да увеличава разхода на мощност от силовия механизъм, като същевременно заема малко пространство. За сметка на по-големия въртящ момент пропорционално намаляват оборотите, както и общата ефективност.

Мотор-редукторите имат редица предимства пред другите типове конфигурации двигател/редуктор. Едно от тях е, че мотор-редукторите опростяват процеса на проектиране и изпълнение, като елиминират стъпката на отделно проектиране и интегриране на двигателите с предавателния блок, като по този начин намаляват разходите за инженеринг. Друго предимство на мотор-редуктора е, че наличието на добра съвместимост между двигателя и редуктора може да удължи живота и да позволи оптимално управление и използване на мощността.

Освен това, тъй като мотор-редукторите са интегрирани агрегати, те елиминират необходимостта от съединители, което от своя страна премахва всякакви потенциални проблеми с центровката. Такива проблеми са често срещани, когато отделен мотор и редуктор са свързани чрез съединител, като отстраняването им отнема време и води до повече разходи, а рискът от недобро съосяване, водещо до повреда на лагер, остава.

Чрез дефиниране на оптималното предавателно съотношение за специфичното приложение мотор-редукторът може да постигне оптималния профил на производителност и скорост, без да се прави компромис с добрата механична съвместимост със задвижваното приложение, като по този начин се спечели максимална добавена стойност от оборудването. Приложенията, които изискват по-скоро висока скорост на вала за сметка на относително нисък въртящ момент, нямат такава голяма полза от инсталирането на мотор-редуктор. В тези случаи скоростта на въртене на вала на двигателя е най-важният фактор.

 

Подход при избора на мотор-редуктор

Има няколко ключови параметри на конструкцията, които трябва да се имат предвид при избора на мотор-редуктор. В началото е важно да се съберат всички необходими технически и търговски изисквания. Тази първа стъпка често се пренебрегва, но тя е критичен компонент в процеса на проектиране, тъй като събраните технически данни ще бъдат използвани в процеса на избор и ще дефинират идеалния двигател за приложението. След това трябва да се помисли за типа двигател, който най-добре ще отговаря на предвиденото приложение, защото всяко приложение има свои особени характеристики. Важно е да се определи кои от параметрите (мощност, ефективност, експлоатационен живот, начален въртящ момент или ниво на шумозамърсяване) са най-важни за това конкретно приложение.

Съществуват някои закономерности, които може да се разглеждат като най-общи насоки при избора на оборудване. Трябва да се има предвид, че инсталираната мощност на мотора е в пряка зависимост с типоразмера на редуктора и желания изходящ въртящ момент. По-високите обороти на мотора произвеждат по-нисък въртящ момент, т.е. те може да се комбинират с по-малък типоразмер редуктор, т.е.от оборотите на мотора зависи предавателното отношение, а съответно и желаните изходящи обороти. По-ниските обороти (респективно по-голямото предавателно число) създават по-голям въртящ момент на силовия вал. Поради по-голямото предавателно число е възможно да се достигне до нисък фактор сигурност и вследствие на това и до нужда от по-голям типоразмер на редуктора.

Има редица видове двигатели и редуктори, които могат да се комбинират. Например червячни, планетарни и паралелни редуктори под прав ъгъл могат да се комбинират с постоянни магнити постояннотокови, променливотокови индукционни или безчеткови постояннотокови мотори. Въпреки че има огромен брой възможни комбинации на мотор и редуктор, не всяка такава ще свърши работа за машината, която трябва да се задвижи. Някои комбинации са по-ефективни и рентабилни от други. Познаването на приложението и наличието на точни оценки за мотора и редуктора е основата за успешното интегриране на мотор-редуктор в системата.

По същество има два метода за избор на мотор-редуктор. Първият метод се състои в избор на мотор и редуктор поотделно и комбинирането им след това. Вторият метод включва избор на предварително проектиран и оразмерен мотор-редуктор. Въпреки че и двата метода са ефективни при намирането на най-съвместимия мотор-редуктор, вторият метод намалява времето за проектиране и риска от несъвършенства в проекта. При избора на предварително проектирано решение производителят е поел голяма част от тази задача, за да гарантира, че комбинацията от мотор и редуктор ще работи правилно, тъй като изчисленията и тестовете на производителността са извършени от производителя. Това ще сведе до минимум повредите на мотор-редуктора, причинени от грешни изчисления или несъвместимост на компонентите.

Фокусирайки се върху втория метод, скоростта и въртящият момент, необходими за задвижване на оборудването, са от решаващо значение при избора на мотор-редуктор. Използвайки измерванията на скоростта и въртящия момент, можете да изберете кривите, описващи производителността, които отговарят на нуждите на приложението. Кривата на мотор-редуктора представя производителността му, като показва въртящия момент за определена скорост и ефективността. Ако е закупен готов окомплектован мотор-редуктор от производител, тази крива се предоставя от дистрибутора. След като бъдат избрани няколко криви на производителност, които отговарят на нуждите на приложението, следващата важна стъпка е да се обърне внимание на конструктивните ограничения.

 

Фактори за избор на мотор-редуктор

За правилния избор на мотор-редуктор е важно да се знае какви изходящи обороти са необходими и какъв въртящ момент трябва да бъде получен от силовия вал в Нютон-метри (Nm). Също така важни въпроси, на които трябва да се дадат отговори, са каква ще бъде монтажната позиция, типът монтаж на мотор-редуктора, какви са ограниченията за типоразмера. Трябва да се вземат предвид напречни и странични натоварвания, системата за смазване, фактор сигурност и редица други съображения.

Целта е мотор-редукторът да работи в продължение на десетилетия при излагане на тежки условия на средата с минимална поддръжка, тъй като може да не е лесно достъпен. Разликите при мотор-редукторите, използвани за екстремни температури и условия, се отнасят основно до смазването, работните цикли и охлаждане, като тези насоки могат да се използват и за надграждане на съществуващи системи.

Съществуват различни типове редукторни предавателни механизми, всеки от които си има специфични предимства и ограничения. В зависимост от вида на предавките на редуктора в практиката се използват червячни, цилиндрични, конусни и др.
Червячните предавки са сравнително евтини, постигат високо предавателно съотношение (до 100:1) и се предлагат в конфигурации за монтаж под прав ъгъл. Те също така работят с относително ниски нива на шум и понасят големи ударни натоварвания. Те обаче са по-малко ефективни от другите видове редукторни механизми.

За разлика от тях цилиндричните зъбни колела произвеждат повече шум, по-чувствителни са към удари в сравнение с червячните предавки и са малко по-скъпи. Положителната им страна е, че те са компактни, ефективни и се предлагат за успореден монтаж на вала. Тъй като много производители предлагат цилиндрични редуктори, те се намират много лесно. Предавателното съотношение на стъпката обикновено е 10:1.

Криволинейните предавки са подобни на цилиндричните, но имат спираловидно извити зъби. Тъй като те имат по-голяма контактна площ от цилиндричните зъбни колела, те могат да понасят по-тежки натоварвания, макар и не толкова ефективно. Те също са малко по-скъпи и в зависимост от конфигурацията могат да предизвикат усилие върху лагерите. Универсалността обаче е плюс, тъй като зъбите могат да се използват върху неуспоредни, дори перпендикулярни валове, като се постига съотношение 10:1.

Стандартният подход при проектирането на оборудването е да се избере предавателно отношение, което преобразува скоростта на двигателя в необходимите обороти в минута, с които машината ще се движи. Първо трябва да се дефинират параметрите на двигателя въз основа на фактори като налична мощност, диапазон на скоростта, начална честота, реверсивност, въртящ момент и т.н. Основните параметри, които трябва да се предвидят при избора на мотор-редуктор, са мощността Р, въртящият момент на изходящия вал и ъглова скорост, предавателното отношение, коефициентът на полезно действие и др. По отношение на характеристиките на геометрията важно е да се знаят междуосовото разстояние и ъгълът и др. Различни видове мотор-редуктори се сравняват по някои относителни показатели, като например маса спрямо момент на изходящия вал, маса спрямо мощност и т.н., като така те служат за критерии за оптимизация.

Един от най-важните критерии при избора на мотор-редуктор е коефициентът на запас на редуктора. Той определя натоварването на редуктора според ежедневните работни условия, разликите в натоварването и претоварванията. Коефициентът на запас се определя по някои от трите режима на работа: нормален, тежък, много тежък. Режимите на работа са свързани с ускорението на масите, свързани с отношението между задвижвания товар и инерцията на мотор-редуктора. Въпреки че процесът на избор на мотор-редуктор може да бъде труден, правилно подбраното оборудване може да работи години.

Също така трябва да се вземат предвид характеристиките, свързани с устойчивостта на оборудването на топлинни натоварвания и прегряване, въртящия момент на редуктора при пълно натоварване, скорост на силовия вал към редуктора, границата на провлачване на редуктора и устойчивост при периодично натоварване. След като е избран и монтиран мотор-редуктор, е важно да се извършат няколко пробни пуска, които в най-голяма степен да се приближават до типичните работни сценарии. Ако има екстремно прегряване на двигателя, неестествени шумове или очевидно напрежение на двигателя, трябва изборът да се преразгледа или да се потърси съвет от производителя. Важно е да се отдели нужното време и да се положат усилия за правилен избор на двигател, защото прибързаното решение и пренебрегването на изпитателните пускове могат да причинят множество проблеми с мотор-редуктора и дори да повредят задвижваното оборудване.

 

Влияние на условията на средата и мерки за поддръжка

Когато минералните масла достигнат своята граница на производителност при чести стартирания и спирания, високи натоварвания, системни удари, обслужване при ниска или висока температура, разширени изисквания за сервизно обслужване на маслото и намалено вътрешно триене, тогава се използват синтетични смазочни масла. Те работят при по-високи температури, без да губят вискозитет, да образуват утайки и т.н. Петролните продукти започват да се разграждат при или под +100°C, докато синтетичните въглеводородни смазочни материали работят добре до +125°C. Синтетичните масла предлагат и изключителни предимства при ниски температури. Те също така имат по-ниско налягане на парите от петролните продукти, важен фактор за гарантиране, че смазката не деградира. Химическата хомогенност на синтетичните смазочни материали води до по-голяма товароносимост, по-висок индекс на вискозитет, по-добро смазване, по-голяма ефективност и удължена експлоатационна годност в сравнение с техните аналози на петролна основа.

Ако мотор-редукторът работи при ниски температури за продължителни периоди от време, е необходимо уплътненията на вала на двигателя да се подменят с такива от NBR (еластомерен) материал или да се използва висококачествена грес за смазване на уплътнението на вала. Еластомерните материали са съставени от полимер, запълващ материал, добавки, подпомагащи процеса, защитни вещества и втвърдяващи агенти. Много често стандартните уплътнения са направени от нитрил или каучук и са предназначени за температури до +125°C. Ако температурата на околната среда или маслото се повиши над тази, ще трябва да се използват материали от по-висок клас.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top