От хидравличен мотор до зъбно колело — как планетарна скоростна кутия с верижно задвижване задвижва багер
Силовият път във всеки хидравличен багер следва една и съща последователност: дизеловият двигател завърта хидравлична помпа с променлив работен обем, помпата подава поток през разпределителен клапан, клапанът насочва маслото към ходов двигател, монтиран на рамата на ходовата част, а ходовият двигател се върти с 2000 до 3500 оборота в минута с въртящ момент от 200 до 800 Nm. Този въртящ момент на двигателя е далеч от достатъчен, за да премести многотонна машина през кал. планетарна скоростна кутия с верижно задвижване запълва празнината.
Монтирана вътре в главината на зъбното колело – кухина, обикновено с диаметър от 400 до 600 мм – планетарната зъбна предавка намалява скоростта на двигателя с коефициент от 40:1 до 120:1, като същевременно умножава въртящия момент със същото съотношение. Мощност на двигателя от 500 Nm при 3000 об/мин се превръща в 40 000 Nm при 37 об/мин чрез двустепенна планетарна редукция 80:1. Тези 40 000 Nm завъртат задвижващото зъбно колело, което се зацепва с верижната верига, а верижната верига се притиска към земята, за да придвижи цялата машина напред.
Защо планетарни зъбни колела вместо цилиндрични или червячни? Простор. Задвижването на веригата трябва да се побира вътре в главината на зъбното колело. Планетарната конструкция разпределя натоварването между три или четири планетарни зъбни колела, които се зацепват едновременно, осигурявайки най-високата плътност на въртящия момент — нютон-метра на килограм — от всички зъбни конструкции. Цилиндър с цилиндрични зъбни колела при 80:1 би изисквал четири степени и би заемал 3 до 4 пъти повече обем. Червячна предавка при 80:1 би загубила 40% от входната мощност като топлина. Планетарната конструкция осигурява предавателното число на две или три степени с ефективност от 94 до 97%, вътре в корпус, който се закрепва директно към рамката на ходовата част.
Типично задвижване на верижната верига на багера: хидравличният мотор се закрепва с болтове отгоре; степените на планетарния редуктор са разположени вътре в корпуса; изходният носач задвижва главината на зъбното колело.
Противоротен режим — случай на натоварване, който определя инженерството на задвижването на верижни багери
Всяка верижна машина – булдозери, верижни кранове, компактни товарачи – използва верижни задвижвания. Но само багерите рутинно изискват и двете задвижвания да работят с пълен въртящ момент едновременно в противоположни посоки. Тази маневра с обратно въртене завърта машината на място: операторът командва лявата верига напред, а дясната назад, а багерът се завърта в рамките на собствената си следа от вериги.
Механично, обратното въртене налага най-тежкото натоварване, което може да изпита всяка планетарна скоростна кутия с верижно задвижване:
Машината е неподвижна по време на завъртането — няма импулс, който да подпомага въртенето. Всеки ходов двигател достига максималното си налягане (въртящ момент при спиране), а планетарната скоростна кутия предава това пиково натоварване на зъбното колело непрекъснато по време на завъртането.
Всеки зъб на планетарно зъбно колело е натоварен от едната страна при движение напред и от противоположната страна при движение назад. В рамките на 15 години живот на машината при 300 завъртания на смяна и 300 смени годишно, зъбите издържат 1,35 милиона пълни двупосочни обръщания на натоварването.
Лагерите на планетарните болтове изпитват пълната посока на радиалното натоварване, обръщайки я при всяко завъртане. Ролките на лагера трябва да възстановят контактната си зона от противоположната страна на търкалящата се пътека – състояние на умора, с което иглените лагери в еднопосочните задвижвания никога не се сблъскват.
Рязкото обръщане на въртящия момент оказва натиск върху вътрешния обем на маслото срещу едната уплътнителна устна, след което обръща налягането към другата страна в рамките на милисекунди. Уплътнение, проектирано за еднопосочно въртене, ще „изтече“ масло в рамките на месеци експлоатация на багера.
Инженерни последици: Верижно задвижване, номинално за 40 000 Nm при еднопосочен непрекъснат режим на работа — подходящо за конвейер, лебедка или задвижване на колела — ще се повреди преждевременно при експлоатация на багер, ако анализът на огъване на планетарната му предавка не е валидиран за двупосочна умора при същия въртящ момент. Случаят с обратно въртене на багера налага натоварване, което никое друго приложение на верижна машина не изисква при тази честота.
Избор на верижно задвижване според тегловния клас на багера — въртящ момент, скорост, предавателно число и способност за покоряване на наклони
Спецификацията на верижното задвижване на багер се определя главно от работното тегло на машината, което определя както въртящия момент, необходим за изкачване на наклон, така и въртящия момент, генериран по време на обратно въртене. Таблицата по-долу съпоставя петте стандартни класа тегло на багерите със съответните параметри на верижното задвижване.
| Теглов клас | Машина (т) | Изходен въртящ момент (Nm) | Скорост на движение | Диапазон на съотношението | Етапи | Преодоляване на наклона |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Мини | 1,5 – 8 | 5 000 – 15 000 | 2,5 – 4,5 км/ч | 40 – 65:1 | 2 | 30 – 35% |
| Малък | 8 – 15 | 15 000 – 28 000 | 3,0 – 5,0 км/ч | 55 – 80:1 | 2 – 3 | 30 – 35% |
| Среден | 15 – 30 | 28 000 – 50 000 | 3,5 – 5,5 км/ч | 65 – 90:1 | 2 – 3 | 30 – 35% |
| Голям | 30 – 50 | 50 000 – 80 000 | 3,5 – 5,5 км/ч | 75 – 100:1 | 3 | 25 – 30% |
| Минно дело | 50 – 90 | 80 000 – 140 000 | 3,0 – 4,5 км/ч | 90 – 120:1 | 3 | 20 – 25% |
Преодоляването на наклона е максималният наклон, който багерът може да изкачи при работно тегло без приплъзване на веригите. Действителната преодолима способност е ограничена от по-ниското от двете ограничения: наличният въртящ момент на скоростната кутия или коефициентът на триене между веригите и земята (обикновено 0,5 – 0,7 върху глина, 0,8 – 1,0 върху натрошен камък).
Изчисляване на способността за преодоляване на наклон — Оразмеряване на задвижването на веригите за 35-тонен багер
Примерът по-долу демонстрира пълния процес на определяне на размера на въртящия момент за багер от среден клас. Това е изчислението, което всеки инженер-конструктор на OEM и мениджър на автопарк трябва да провери, преди да определи резервно задвижване на верижната верига — и това е изчислението, което най-често се пропуска в полза на простото съвпадение с номера на частта на OEM.
Без множителя SF = 2.0, инженерът определя скоростна кутия с номинален въртящ момент от 17 365 Nm - единица в клас 20 000 Nm. По време на първата смяна на работа в противоположно въртене, действителният въртящ момент се увеличава до 35 000 Nm (пълен въртящ момент на двигателя в двете посоки). Скоростната кутия работи при 175% от номиналния си капацитет на всяко завъртане. След няколко хиляди такива събития, умората на повърхността на планетарната предавка започва и на двата зъбни края, хлабината се увеличава и машината започва да дърпа на едната страна по време на праволинейно движение. Този модел на повреда обикновено се проявява между 3000 и 5000 часа - далеч под целевия живот от 10 000 часа.
Двускоростно движение — Защо повечето багери над 8 тона имат висока/ниска предавка в задвижването на веригите
Едноскоростното задвижване на верижния мост е изправено пред фундаментален компромис: високото предавателно число осигурява максимален въртящ момент за изкачване и обратно въртене, но ограничава максималната скорост на движение, докато ниското предавателно число осигурява по-бързо движение, но не може да генерира въртящия момент, необходим за работа по наклон. Повечето багери над 8 тона решават това с двускоростен механизъм, вграден директно в корпуса на планетарната скоростна кутия.
Предавателно число 80 – 120:1. Максимален изходен въртящ момент. Използва се за изкачване на наклони, завъртания в противоположни посоки и работа върху мека или рохкава земя. Скорост на движение обикновено 2,5 – 3,5 км/ч. Това е предавката, която багерът използва по време на копаене — кратки, нискоскоростни движения за преместване между циклите на кофата.
Предавателно число 40 – 60:1. Намален въртящ момент, но по-висока скорост на зъбното колело. Използва се за движение по равен терен между работни позиции — движение по пътища от единия край на строителна площадка до другия. Скорост на движение обикновено 4,5 – 5,5 км/ч. Автоматичен клапан за превключване надолу се връща към ниска предавка, когато налягането в двигателя на движение надвиши праг, предпазвайки скоростната кутия от претоварване на въртящия момент.
Двускоростният механизъм работи чрез хидравлично бутало вътре в корпуса на планетарния механизъм, което превключва слънчево зъбно колело – задействайки или зъбната предавка с високо, или с ниско предавателно число. Тази интегрирана възможност за промяна на скоростта е уникална за задвижванията на веригите. За разлика от... планетарни скоростни кутии за въртене За въртене на горната част на багера, които работят с едно фиксирано съотношение, тъй като изискването за скорост на завъртане не се променя с терена, задвижването на веригите трябва да се адаптира към два фундаментално различни режима на работа в рамките на една и съща смяна.
Уплътнени за ходовата част — Защо уплътненията на верижното задвижване на багера са по-важни от всяко друго приложение на скоростната кутия
Верижното задвижване на багера работи в най-суровите условия от всички планетарни скоростни кутии. Главината на зъбното колело е разположена на нивото на земята, частично или напълно потопена в кал, вода, пясък и абразивна суспензия през целия експлоатационен живот на машината. Никое друго приложение на скоростна кутия не се сблъсква с тази комбинация от непрекъснато потапяне и двупосочно въртене с висок въртящ момент.
Уникално за задвижващите колела метално уплътнение за лицева част. Два закалени стоманени пръстена, прилепнали до оптична плоскост (0,3 – 0,9 светлинни ленти), притиснати заедно от еластомерни О-пръстени. Уплътнението се върти заедно със зъбното колело, като същевременно поддържа контактно налягане върху неподвижната лицева страна на корпуса. Тази конструкция се справя с пълно потапяне в абразивна суспензия - нещо, което никое еластомерно уплътнение за устни не може да издържи повече от няколкостотин часа.
За разлика от прецизните скоростни кутии със запечатана грес, задвижванията на веригите на багерите използват смазване в маслена баня — обикновено от 1,5 до 4,0 литра трансмисионно масло 75W-90 или 80W-90 GL-5. Маслото осигурява както смазване, така и охлаждане. Интервал за смяна на маслото: от 1000 до 2000 часа или годишно. При всяка смяна на маслото проверявайте източеното масло за замърсяване с вода (млечен вид) и метални частици (индикатор за износване на лагери или зъбни колела).
Термичните цикли — от студен старт при зазоряване до 80 – 100 градуса по Целзий по време на тежка работа — причиняват промени във вътрешното налягане. Вентилът за обезвъздушаване или компенсационният клапан за налягане предотвратява издухване на уплътнението по време на загряване и проникване на замърсявания, причинени от вакуум, по време на охлаждане. Позиционирайте вентилатора над максималното ниво на маслото във всяка монтажна ориентация, за да предотвратите просмукване на масло.
Три режима на повреда, които обясняват 80% подмяна на задвижването на веригите на багера
Износени или повредени уплътнителни повърхности, неправилно опъване при монтаж или удар от скали и отломки позволяват на подпочвени води и кал да навлязат в маслената баня. Водата емулгира трансмисионното масло (млечен вид на пробката за източване), разрушава смазочния филм и предизвиква корозия по повърхностите на лагерите. Отлепването на лагерите се наблюдава в рамките на 500 – 1500 часа след проникване на вода.
Малкоразмерните задвижващи механизми на веригите — специфицирани без коефициента на обслужване за двупосочно натоварване — изпитват ускорена умора на иглените лагери на планетарните болтове. Лагерите изпитват пълно обръщане на радиалното натоварване при всяко завъртане в противоположна посока. Симптомите включват нарастващ шум при движение, метални частици в маслени проби и нарастващ луфт на главината на зъбното колело.
Уплътнената кал между накрайниците на веригите увеличава ефективното опъване на веригите с 20 – 40% над проектната стойност. Зъбното колело трябва да дърпа по-силно, за да зацепи всяка накрайник, което води до пулсиращо претоварване на зъбите на зъбния венец с честота на зацепване на зъбния венец. В продължение на месеци работа в глинести условия, по страничните страни на зъбите на зъбния венец се образува видима точкова кора.
Продуктови линии планетарни скоростни кутии Ever-Power от Корея за приложения в багери
Планетна скоростна кутия с верижно задвижване за багери — Често задавани въпроси
Korea Ever-Power предлага планетарни скоростни кутии за багери с верижно задвижване от 5000 до 140 000 Nm — от мини багери до машини от минния клас. Предоставете модела на вашата машина, работното тегло и актуалния OEM номер на частта, за да получите безплатна препоръка за кръстосана справка.
Редактор: Cxm
