Выбор правильного типа привода - Затраты и Эффективность

Введение

Если перед инженерами или сервисной службой завода встает вопрос о модернизации существующих приводных систем или же о разработке новых приводов, то существует три распространенных варианта:

  • Привод с использованием роликовой цепи;
  • Привод с использованием клиноременной передачи;
  • Привод с использованием зубчатоременной передачи;

Каждый из этих вариантов имеет свои преимущества и недостатки, а также возможные скрытые затраты, неочевидные на первый взгляд.

 

Цепная передача
(роликовые цепи)

Распространенность цепных приводов основывается на их способности передавать большие значения крутящего момента при малых размерах и относительно низкой стоимости. Компоненты цепного привода стандартны и их легко приобрести. При достаточно низкой начальной стоимости стандартных приводов с роликовой цепью, стоимость их обслуживания может быть очень существенной. Для должного и оптимального функционирования цепной передачи соответсвующее обслуживание просто необходимо.

Оно включает в себя следующие затраты:

  • Систему смазки;
  • Выравнивание;
  • Натяжение;
  • Периодическую замену компонентов привода;

Согласно оценкам производителей цепей, износ цепного привода, работающего без смазки, приблизительно в 300 раз выше, чем износ аналогичного привода работающего с соответствующей смазкой. И опять же, согласно оценочным данным производителей цепей, от 90 до 95% всех цепных приводов либо смазываются неправильно, либо не смазываются совсем. А выбор и разработка необходимого типа смазки может повлечь дополнительные расходы. Например стоимость системы циркуляционной смазки может достигать до 75% от общей стоимости всего привода. Помимо системы смазки на ресурс цепной передачи также очень сильно влияет правильное выравнивание звездочек и натяжение цепи.

Другим затратным фактором обслуживания цепной передачи является необходимость замены компонентов привода. Одним из самых слабых мест цепного привода является износ цепи, приводящий к растяжению или вытяжке цепи. Производители рекомендуют заменять роликовую цепь при растяжении порядка 3%. Большинство производителей роликовых цепей также рекомендуют заменять каждый раз звездочки вместе с цепью, так как контакт металл-металл приводит к сильному износу звездочек. Публикуемые таблицы передаваемой мощности основываются на теоретическом расчетном ресурсе, составляющем 15 000 часов, который можно достичь при правильной конструкции привода, правильном натяжении, системе смазки, обслуживании и т.д., но в типичной рабочей среде реальный ресурс привода врядли достигнет идеального. Привод с роликовой цепью, работающей без смазки в жестких условиях, может и не достигнуть 100 часов.

Затраты на обслуживание, упомянутые выше, прибавленные к начальной стоимости, увеличивают реальную стоимость стандартного цепного привода. Однако, помимо затрат на смазку и компоненты привода, есть затраты на рабочую силу, для осуществления частых повторных натяжений. Частые повторные натяжения ведут за собой частые остановы привода, приводящие к простоям производства. Необходимо также учитывать, что цепные передачи имеют максимально возможный КПД не более 91% - 94% (в зависимости от сферы применения), поэтому затраты на электроэнергию также нужно иметь ввиду. Несмотря на дополнительные затраты на обслуживание и электроэнергию, роликовые цепи имеют следующие преимущества над клиноременными и зубчатоременными передачами:

  • Универсальность (можно прикреплять к звеньям дополнительные толкатели, для транспортировки грузов, упоры переключателей и т.д.)
  • Возможность изменять длину цепи добавляя/исключая соединительные звенья;
  • Большой выбор цепей и звездочек в наличии;

 

Клиноременные передачи

Клиновые ремни передают мощность посредством трения между ремнем и шкивом. КПД клиноременной передачи при установке варьируется от 95% до 98%, что характеризует более эффективное использование энергии, чем у цепных передач и в некоторых случаях менее эффективное, чем у зубчатоременных передач. Клиноременная передача является промышленным стандартом и предлагает большой выбор типоразмеров при относительно низкой стоимости, а также легкость установки и тихую работу привода. Клиновые ремни производятся из различных материалов, имеют различные размеры сечений и различные усиливающие материалы. Могут использоваться в одиночном исполнении, в комплекте или же блоком на единой основе из нескольких ремней. Такие передачи идеально подходят для тяжелонагруженных приводов, там где типичны высокие пиковые нагрузки и большой пусковой момент. Стандартные клиновые ремни показывают себя наилучшим образом в приводах со скоростью валов от 500 об/мин и выше и передаточным отношением до 6:1.

Из-за того, что клиновые ремени проскальзывают при превышении допустимой нагрузки, они могут предохранить более дорогое оборудование от поломки. Привод с использованием клиновых ремней дает большую гибкость в выборе местоположения двигателя и выборе нагрузки. Ресурс правильно установленного и обслуживаемого клиноременного привода может составлять от 20000 до 25000 часов на соответствующем оборудовании. Компоненты простого клиноременного привода относительно недороги, просты в установке, замене и обслуживании.

Будучи правильно установленными и натянутыми в соответствие с рекомендациями производителей ремней, эти приводы требуют достаточно малое время на обслуживание, помимо периодических повторных натяжений в соответствие с обычным графиком технического обслуживания. Вследствие проскальзывания клиноременные передачи теряют до 5% эффективности после установки. Если не проводить периодических повторных натяжений клиновые ремни вытягиваются по мере их износа, увеличивая тем самым проскальзывание и сокращая эффективность на 10%. Ремень с формованным зубом обеспечивает увеличение КПД передачи на 2% по сравнению со стандартными исполнениями.

 

Зубчатоременные передачи.

Зубчатые ремни работают по принципу зубчатого зацепления. Зуб ремня круглой, трапецеидальной или сложной криволинейной формы входит в зацепление с канавкой шкива, обеспечивая передачу мощности в приводах с высоким крутящим моментом на высоких и низких скоростях. Изначально компоненты зубчатоременных передач стоят обычно дороже, чем компоненты цепной или клиноременной передачи. Однако зубчатоременные передачи не имеют тех скрытых затрат, присущих цепным приводам. Зубчатоременным передачам не требуется смазки, равно как и не нужна система подачи смазки. Необходимо только соответствующее предохранительное заграждение.

Если роликовая цепь требует частых повторных натяжений, а клиновые ремни периодических повторных натяжений, то обычно зубчатый ремень не требует никаких повторных натяжений на протяжении всего срока службы. Для того, чтобы проиллюстрировать величину возможной вытяжки роликовой цепи, сравним рекомендуемые значения допуска натяжения межосевого расстояния ременных приводов и цепного привода. Длина ремней и цепей одинакова и равна 254 см.

 

Роликовая цепь

Роликовая цепь удлинится на приблизительно 7.6 см за весь срок службы (или 3% длины), т.к. требует величину допуска на межосевое расстояние для натяжения составляющую около 3.8 см.

 

Клиновой ремень

В зависимости от производителя и сечения ремня клиновой ремень требует величину допуска на межосевое расстояние от 3.8 см до 6.4 см.

 

Зубчатый ремень

Обычно зубчатый ремень требует только 0.1 см для допуска на межосевое расстояние, который зависит от типа ремня и производителя. Износ цепей и звездочек является серьезной затратной составляющей при использовании цепных передач. Зубчатые ремни и шкивы обладают значительно меньшим износом. Например если взять зубчатоременный привод с ремнем Gates PolyChain® GT Carbon™ ремень превосходит цепь по ресурсу на 3 порядка, а шкивы превосходят звездочки на 10 порядков.

Вследствие использования запатентованных кордовых нитей из углеволокна это новое поколение зубчатых ремней предлагает беспрецедентный уровень прочности и плотности передаваемой мощности, что позволяет использовать шкивы значительно меньшего размера. Это в свою очередь приводит к более компактным приводам и более легким, эффективным и экономичным конструкциям.

Как и цепные передачи, зубчатоременные передачи чувствительны к перекосам шкивов и не должны использоваться в тех системах, где перекос изначально заложен в конструкцию. Перекосы приводят к неравномерному изсносу ремня и преждевременному обрыву кордовых нитей из-за их неравномерной загрузки по ширине ремня. И несмотря на то, что зубчатый ремень, такой, как PolyChain® GT Carbon™ устойчив к абразивным средам, коррозии, средам с повышенной влажностью или агрессивным средам, присущим пищевому производству, он может не подойти для использования в некоторых средах с очень высокой степенью агрессивности, где коррозионностойкая цепь будет наилучшим вариантом.

Существует еще одно заблуждение, связанное с зубчатыми ремнями – это то, что они не подходят для серпентинных приводов. Инженеры-разработчики оборудования зачастую думают, что роликовая цепь – это единственное решение для приводов, где нагрузка должна передаваться обеими сторонами. Однако двусторонние резиновые зубчатые ремни, такие, как Gates PowerGrip® GT®2 Twin Power®, предлагают те же экономичные преимущества, что и их односторонние собратья.

Благодаря их высокому КПД (99% на постоянной основе для приводов с PolyChain® GT Carbon™ ), зубчатоременные передачи также могут снизить энергозатраты, по сравнению с цепными приводами, которые обычно имеют КПД 91%-94% или клиновыми ремнями, которые имеют КПД 93%-95% при правильном натяжении.

 

Заключение

Если основываться на стоимости за период эксплуатации, зубчатоременная передача может быть намного экономичней, чем аналогичная цепная или клиноременная передача. Например, начальные вложения в привод с ремнем Gates PolyChain® GT Carbon™ (наиболее технически совершенный зубчатый ремень из существующих, выполнен из полиуретана и запатентованных нитей корда из углеволокна) могут быть выше, чем в аналогичный привод со стандартной роликовой цепью, однако максимум через 6 месяцев эти вложения себя легко окупят благодаря снижению эксплутационных и энергозатрат на привод.

Зубчатые ремни способны значительно снизить ежедневные затраты на обслуживание, а также увеличить производительность вследствие снижения потерь из-за простоев, вызванных частым обслуживанием и частыми заменами роликовых цепей и клиновых ремней. Инженеры-разработчики, выбирающие зубчатоременный привод, такой, как привод с ремнем Gates PolyChain® GT Carbon™, обеспечивают своим изделиям конкурентное преимущество, так как предоставляют конечным потребителям не требующие обслуживания изделия с большим ресурсом работы, которые работают тише и чище при наивысшей производительности, способные работать при наименьших общих затратах.

Мы не передаем Вашу персональную информацию третьим лицам