Motorlu Döndürme ve Serbest Döndürme — Başka Hiçbir Vinçte Gerektirmeyen İki Çalışma Modu
Diğer tüm döner tahrik uygulamalarından farklı olarak — burada tahrik mekanizması ya yapıyı döndürür ya da sabit tutar — bir kule vinci döner tahrik planet dişli kutusu Üçüncü bir modu da desteklemelidir: serbest dönüş (rüzgar gülü gibi dönme olarak da adlandırılır). Vinç hizmet dışı olduğunda, dönüş freni serbest bırakılır ve bom rüzgar basıncı altında serbestçe döner; kule üzerindeki rüzgar yükünü en aza indirmek için kendisini rüzgar yönüne doğru bir rüzgar gülü gibi hizalar.
Motor, pinyonu döner dişli çarkına karşı hareket ettirerek bomu döndürür. Hız: 0 ila 0,7 rpm. Tork: Pinyon çıkışında 15.000 ila 80.000 Nm. Operatör, kabin kumanda kolu aracılığıyla hızı orantılı olarak kontrol eder. Motorun enerjisi kesildiğinde, döner fren, bomu mevcut konumunda, bom yüksekliğinde 30.000 ila 80.000 N'luk rüzgar yüklerine karşı sabit tutar.
Dönme freni serbest bırakılır ve bom rüzgar etkisi altında serbestçe döner. Pinyon, halka dişliyle temas halinde kalır ancak tahrik edilmez; bomun dönüşüyle ters yönde tahrik edilir ve motor serbest döner. Dönme tahrik sisteminin, bomun 15 ila 20 km/sa kadar hafif rüzgarlarda bile serbestçe dönebilmesi için ters yönde yeterince düşük sürtünmeye sahip olması gerekir; bu minimum sürtünme gereksinimi, tahrikli modun yüksek tutma torku gereksinimine karşıttır.
Serbest dönüş, bir kolaylık özelliği değil, yapısal bir hayatta kalma gerekliliğidir. 200 metre yükseklikteki bir kule vincinin kolu, saatte 100 km hızla esen fırtına rüzgarında 30.000 ila 80.000 N arasında yanal bir kuvvete maruz kalır. Eğer kol rüzgara dik olarak kilitlenirse, bu kuvvet kolun tüm izdüşüm alanına etki eder ve kulenin yapısal kapasitesini aşabilecek bir eğilme momenti oluşturarak kulenin çökme riskini artırır. Eğer kol rüzgar yönüne doğru serbestçe dönebilirse, rüzgar yönüne doğru hizalanır, izdüşüm alanını kolun kesit alanına (geniş alanın 5 ila 10%'si) düşürür ve rüzgar momentini 90 ila 95% azaltır.
Bu nedenle, döndürme tahrik sistemi iki çelişkili gereksinimi karşılamalıdır: güçlendirilmiş döndürme için yüksek sürtünme (bomu çalışma modundaki rüzgar yüklerine karşı tutmak için) ve serbest döndürme için düşük sürtünme (bomun hafif rüzgarlarda rüzgar yönüne dönmesine izin vermek için). Mühendislik çözümü iki aşamalı bir fren sistemidir: güçlendirilmiş çalışma sırasında yüksek tutma torku sağlayan yaylı bir servis freni ve serbest döndürme modu için freni tamamen devre dışı bırakan mekanik bir serbest bırakma mekanizması. Planet dişli kutusunun kendisi, geri tahrikli sürtünmenin orta şiddetteki rüzgarlarda rüzgar yönüne dönmeyi engellememesi için yeterince düşük yüksüz torka (nominal torkun 2 ila 3%'sinden az) sahip olmalıdır.
Motorlu dönüş ile serbest dönüş arasındaki geçiş, vinç kontrol sistemi tarafından yönetilir; ancak dönüş tahrik sisteminin mekanik tasarımı, geçişin yumuşak mı yoksa ani mi olacağını belirler. Operatör konumlandırmadan sonra dönüş frenini devreye soktuğunda, fren kademeli olarak devreye girmelidir; 0,5 rpm dönüş hızında ani bir frenleme, bomun doğal frekansını harekete geçirebilecek ve askıda bulunan yükün sallanmasına neden olabilecek bir yavaşlama şoku yaratır. Tersine, operatör serbest dönüş için freni bıraktığında, bomun hakim rüzgar yönünde ani bir şekilde savrulmaması için bırakma işlemi yeterince yumuşak olmalıdır. Bu nedenle, frenleme ve bırakma özellikleri, sadece tutma torku kapasitesi değil, dönüş tahrik sisteminin özelliklerinin bir parçasıdır.
Serbest dönüşlü vinçlerde oluşan sürtünme, gece boyunca oluşan gürültü seviyesini de etkiler. Şehir bölgelerinde, gece serbest dönüş yapan kule vinçler, rüzgarla tahrik edilen dönüş sırasında pinyon dişlerinin halka dişlilerin üzerinden geçmesinden kaynaklanan ritmik metalik bir tıkırtı üretebilir. Yapısal olarak zararsız olsa da, bu gürültü bitişik binalardaki sakinlerden şikayetlere yol açabilir ve bazı şehirlerde artık konut bölgelerinde gece serbest dönüşü için gürültü önleyici pinyon kaplamalı (naylon dişli pinyonlar veya polimer kaplı halka dişli segmentleri) dönüş tahrik sistemleri kullanılmaktadır.
Bom Atalet Momenti ve Rüzgar Torku — Döner Tahrik Sisteminin Boyutunu Belirleyen İki Yük
Kule vinci döndürme tahrik sistemi, aynı anda iki yükün üstesinden gelmelidir: bom tertibatının ataleti (bom + karşı bom + araba + yükün hareketsiz halden çalışma hızına ivmelenmesi) ve rüzgarın neden olduğu moment (bomun rüzgara karşı veya rüzgara dik yönde dönmesi). Sakin günlerde atalet baskındır. Rüzgarlı günlerde ise rüzgar baskındır. Tahrik sistemi, en kötü durum kombinasyonuna göre boyutlandırılmalıdır.
| Vinç Sınıfı | Jib (m) | Uç Yükü (t) | Atalet (kg·m2) | Tork |
|---|---|---|---|---|
| Düz tepeli (40–55 m) | 40 – 55 | 1,5 – 2,5 | 200 bin – 500 bin | 15k – 30k Nm |
| Çekiçbaşlı (55–75 m) | 55 – 75 | 2.0 – 4.0 | 600 bin – 1,5 milyon | 30k – 55k Nm |
| Ağır yük kaldırma (60–85 m) | 60 – 85 | 3.0 – 6.0 | 1,5 milyon – 4 milyon | 50k – 120k Nm |
Yüksekteki rüzgar yükü, yer seviyesindeki rüzgar yüküyle aynı değildir: Rüzgar hızı yükseklikle artar; 200 metrede rüzgar hızı genellikle yer seviyesindeki hızın 1,5 ila 2,0 katıdır. Rüzgar kuvveti hızın karesiyle orantılıdır, bu nedenle 200 metredeki bom, yer seviyesindeki aynı bomun maruz kaldığı rüzgar kuvvetinin 2,25 ila 4,0 katına maruz kalır. Kule vinçlerinin döner tahrik sistemleri, hava istasyonları tarafından bildirilen yer seviyesi ölçümüne değil, gerçek çalışma yüksekliğindeki rüzgar hızına göre derecelendirilmelidir.
Rüzgar torku hesaplaması, basit bir sürüklenme kuvvetinin yarıçapla çarpımından daha karmaşıktır. Bom, dağıtılmış bir kütledir; her bölüm, dönüş merkezinden farklı bir yarıçapta farklı bir sürüklenme kuvveti oluşturur. Karşı bom (kulenin arkasındaki), rüzgar önden estiğinde ana bomun rüzgar torkunu kısmen dengeler, ancak rüzgar arkadan estiğinde ona katkıda bulunur. Arabanın bom boyunca konumu, çalışma sırasında rüzgar moment kolunu dinamik olarak değiştirir. Ve asılı yük, yük sarkaç periyodunda (tipik olarak 20 ila 50 metrelik kaldırma halatı uzunlukları için 3 ila 8 saniye) rüzgar torkuna zamanla değişen dinamik bir bileşen ekleyen bir sarkaç gibi davranır.
Döner tahrik sistemi, tek bir bileşen için değil, maksimum rüzgar, atalet ve sarkaç kuvveti kombinasyonu için boyutlandırılmalıdır. Bu birleşik yük durumu tipik olarak yalnızca rüzgar torkunun 1,3 ila 1,5 katı ve yalnızca atalet torkunun 1,5 ila 2,0 katıdır. Birleşik duruma uygulanan güvenlik faktörü tipik olarak 1,25 ila 1,5'tir (kule vinçlerin sağladığı yük momenti göstergesi korumasına sahip olmayan vinçlere göre daha düşüktür).
Önemli olarak, kule vinç üzerindeki yük momenti göstergesi (LMI), kanca yükünü ve yarıçapını sürekli olarak izler ve vinç nominal kapasitesine yakın çalışırken dönüş hızını otomatik olarak sınırlayabilir. Bu LMI güdümlü hız sınırlaması, maksimum açısal ivmeyi kısıtlayarak yüksek yük kaldırmaları sırasında tepe atalet torkunu azaltır. Dönüş tahrik sistemi, bu değişken hız sınırlama komutlarına orantılı ve düzgün tork iletimiyle yanıt vermelidir; düşük joystick girişlerinde tahrik yanıtındaki herhangi bir takılma veya ölü bölge, düşük hızda çalışmayı sarsıntılı hale getirir ve operatörün hassas yerleştirme yeteneğine olan güvenini azaltır.
Çarpışma Önleme ve Bölgeleme — Döner Tahrik Sisteminin Saha Güvenlik Sistemiyle Etkileşimi
Çoklu vinçli şantiyelerde, iki veya daha fazla kule vincin çalışma yarıçapları üst üste gelebilir; bu da dönüş sırasında bomlarının çarpışmasına yol açabilir. Çarpışma önleme sistemleri (ACS), şantiyedeki her vinç bomunun konumunu izler ve teması önlemek için dönüş aralığını otomatik olarak sınırlar. Dönüş tahrik sistemi, açısal konum kodlayıcısı aracılığıyla ACS ile arayüz oluşturmalı ve otomatik dönüş durdurma komutlarına 1 ila 2 saniye içinde yanıt vermelidir.
ACS, sürekli açısal konum verisi gerektirir; bu veri genellikle tahrik çıkışına veya döner dişli çarkına monte edilmiş 12 ila 16 bitlik mutlak enkoderden alınır. Enkoder, mekanik olarak sağlam (şantiye titreşimi, sıcaklık, nem) ve ACS kontrol ünitesiyle elektriksel olarak uyumlu olmalıdır. Döner tahrik ünitesi, çıkış milinde sıfır boşluklu bağlantıya sahip özel bir enkoder montaj arayüzü sağlamalıdır.
ACS olası bir çarpışmayı algıladığında, kuleye ani yük bindirmeyi önleyecek kadar yumuşak, ancak bomun yasak bölgeye girmesini engelleyecek kadar hızlı bir şekilde, 2 ila 5 derecelik açısal hareket aralığında dönme tahrikini durdurma komutu verir. Bu, kule tasarım sınırını aşan dinamik yükler oluşturacak ani bir acil durdurma değil, kontrollü yavaşlama özelliklerine sahip bir fren gerektirir.
Bazı şantiyelerde vincin komşu mülkler (hastaneler, demiryolları, kamu yolları) üzerinden dönmesi kısıtlanır. Döndürme mekanizması ve ACS, katı açısal limitler uygulamalıdır; bom fiziksel olarak izin verilen sektörün ötesine dönemez. Bu, donanım destekli arıza emniyet durdurmaları (yedek kodlayıcılar veya mekanik limit anahtarları) ile yazılım tarafından yapılandırılabilir açısal limitler gerektirir.
ACS kodlayıcısı, tüm şantiyeyi etkileyen tek bir arıza noktasıdır. Bir vinçteki kodlayıcı arızalanırsa, ACS o vinç kolunun konumunu belirleyemez ve ya etkilenen vincin çalışmasını durdurmak zorundadır (güvenli ancak maliyetli: kaybedilen vinç çalışma süresinin her günü için 5.000 ila 15.000 ABD doları) ya da operatörün çarpışma koruması olmadan çalışmaya devam etmesine izin vermek zorundadır (güvenli değil ve çoğu şantiyede yasaktır). Birden fazla vincin bulunduğu bir şantiyede, bir vinçteki kodlayıcı arızası, çakışma bölgesini paylaşan tüm vinçlerin kapanmasına neden olabilir; çünkü ACS, arızalı vinç kolunun çarpışma yolunda olmadığını doğrulayamaz.
Bu nedenle, çoklu vinç bulunan şantiyelerde kule vinçler için yedek enkoderler (aynı döner tahrik çıkışında iki bağımsız ünite) giderek daha fazla tercih edilmektedir. İkinci bir enkoderin maliyeti (500 ila 1.500 ABD doları), kule tepesine takılması ve temin edilmesi 24 ila 48 saat sürebilen bir enkoder değişimi için 2 ila 4 vincin günlük olarak kapatılmasının maliyetine kıyasla ihmal edilebilir düzeydedir.
Kule Vinç Döner Tahrik Sistemlerine Özgü Üç Arıza Modu
Dönme freni, çalışma sırasında bomu rüzgar yüklerine karşı tutmalıdır. Fren arızalanırsa (balata aşınması, yay yorgunluğu, hidrolik sızıntı), bom rüzgar basıncı altında kontrolsüz bir şekilde döner ve askıda yük bulunur; bu da ani bir çarpışma ve yük düşmesi tehlikesi oluşturur. Fren, maksimum çalışma rüzgar hızı (tipik olarak 72 km/sa) için yeterli tutma torkuna sahip, yaylı (arıza emniyetli - güç kaybında devreye girer) olmalıdır. Fren kapasitesindeki azalma dışarıdan görünmez ve yalnızca periyodik tutma torku ölçümüyle tespit edilebilir. Aylık fren testi standart aralıktır; bu aralığın uzatılması, minimum tutma kapasitesinin altında tespit edilemeyen bir azalma riskini artırır. Test prosedürü basittir: Bom, hakim rüzgar yönüne dik (maksimum rüzgar torku) konumdayken, operatör motoru serbest bırakır ve frenin bomu en az 60 saniye boyunca sabit tuttuğunu doğrular. Bu tutma testi sırasında bom 0,5 derece bile kayarsa, fren kapasitesi gerekli seviyenin altına düşmüş demektir ve vinç tekrar hizmete girmeden önce fren balataları veya yayları değiştirilmelidir.
Serbest dönüş sırasında, halka dişli çark dişleri, tahrik edilen taraftaki hidrodinamik yağ filminin avantajı olmadan, değişken ve kontrolsüz hızlarda pinyon dişlerinin üzerinden kayar. Tahrik edilmeyen temas durumu, aynı hızda tahrikli dönüşe göre daha yüksek sürtünme ve daha hızlı yüzey aşınmasına neden olur. Aylarca süren birikmiş serbest dönüş (hafta sonları, tatiller, fırtına dönemleri) sonucunda, pinyon dişleri sınır yağlama koşulları altında binlerce temas döngüsüne maruz kalır. Uzun süre serbest dönüşte bırakılan ve yeniden yağlanmayan vinçlerde, diş aşınması tahrikli dönüş hızının 2 ila 3 katı oranında gerçekleşir; bu bulgu, erken spesifikasyonlarda fark edilmemiş ve yüksek serbest dönüş maruziyetine sahip birçok kule vincinde erken pinyon değişimine yol açmıştır.
ACS, döner tahrik enkoderinden gelen doğru açısal konum verilerine bağlıdır. Enkoder arızalanırsa, düzgün çalışmazsa veya kalibrasyonunu kaybederse, ACS bom konumunu belirleyemez ve etkilenen vincin (ve potansiyel olarak aynı örtüşme bölgelerini paylaşan tüm vinçlerin) kapanması gerekir. Enkoder arızaları titreşim, nem girişi, kablo hasarı veya döner motordan kaynaklanan elektromanyetik girişimden kaynaklanabilir. 4 vinçli bir şantiyede tek bir enkoder arızasının maliyeti, etkilenen tüm ünitelerde günlük 20.000 ila 60.000 ABD doları arasında vinç çalışma kaybına yol açabilir; bu da enkoderin kendi maliyetini (500 ila 1.500 ABD doları) çok aşmaktadır.
Kule Vinçler İçin Döner Tahrikli Planet Dişli Kutusu — Sıkça Sorulan Sorular
Korea Ever-Power, 15.000 ile 120.000 Nm arasında tork üretebilen, serbest dönüş kabiliyetine sahip, entegre frenli ve ACS enkoder özellikli kule vinç döner tahrik planet dişli kutuları sunmaktadır.
Editör: Cxm
