Редукторы двухступенчатые крановые
Редукторы двухступенчатые крановые: конструкция, типы, расчет и применение
Двухступенчатый крановый редуктор представляет собой механическую передачу, выполненную в отдельном герметичном корпусе, предназначенную для понижения частоты вращения и увеличения крутящего момента от приводного электродвигателя к механизму передвижения крана (тележки или моста). Ключевая особенность – наличие двух последовательных пар зубчатых колес (ступеней), что позволяет достигать значительных передаточных чисел при сохранении компактных габаритов и высокой надежности, необходимых для тяжелых циклических режимов работы грузоподъемных машин.
Конструктивные особенности и основные компоненты
Конструкция двухступенчатого кранового редуктора оптимизирована для восприятия значительных радиальных и осевых нагрузок, ударных моментов и работы в условиях запыленности.
- Корпус. Изготавливается из чугунного литья марки СЧ20 или СЧ25, реже – из сварных стальных конструкций. Имеет ребра жесткости для обеспечения устойчивости к деформациям. Оснащен люками для контроля и монтажа, сливными и контрольными пробками, отдушинами (сапунами) для выравнивания давления.
- Валы (быстроходный, промежуточный, тихоходный). Выполняются из углеродистых или легированных сталей (например, 40Х, 45), проходят термообработку (закалку ТВЧ, цементацию) и шлифовку шеек и посадочных мест. Устанавливаются на подшипниках качения.
- Зубчатые колеса и шестерни. Колеса, как правило, изготавливаются из стали 40Х или 40ХН, с термообработкой и закалкой до высокой твердости. Для цилиндрических передач применяется эвольвентное зацепление с косыми или шевронными зубьями для повышения плавности хода и нагрузки. Шестерни часто выполняются заодно с валом (вал-шестерня).
- Подшипниковые узлы. Используются радиальные и радиально-упорные шариковые или роликовые подшипники (например, серии 3000 и 2000 по ГОСТ), обеспечивающие фиксацию валов и восприятие нагрузок.
- Система смазки. Применяется картерная (окунанием) система смазки. Масло (индустриальное И-Г-А, И-Г-Д) заливается до уровня контрольной пробки. Для разбрызгивания масла на вторую ступень и подшипники на валах могут устанавливаться маслоразбрызгивающие кольца или шестерни специальной формы.
- Уплотнения. На концах валов устанавливаются манжетные уплотнения (сальники) из маслобензостойкой резины для предотвращения утечки масла. Между корпусом и крышками прокладываются паронитовые или резиновые прокладки.
- Передаточное число (i). Определяется как отношение частоты вращения входного вала к частоте вращения выходного вала. Для двухступенчатых крановых редукторов обычно лежит в диапазоне от ~16 до ~100.
- Номинальный крутящий момент на тихоходном валу (Tвых, Н*м). Ключевой параметр, определяющий способность редуктора передавать нагрузку от двигателя к ходовым колесам.
- Номинальная мощность (P, кВт). Мощность, которую редуктор может передавать при заданном режиме работы и ресурсе.
- Режим работы (ПВ%). Для кранов принят повторно-кратковременный режим с показателем ПВ% (продолжительность включения). Стандартные значения: 25%, 40%, 60%. Редукторы рассчитываются на работу в определенном режиме, так как он определяет тепловой баланс и усталостную прочность зубьев.
- Класс использования (А1-А8). По ГОСТ Р 58937-2020 (ISO 4301) характеризует общее число циклов нагружения за срок службы.
- Габаритные и присоединительные размеры. Межосевые расстояния ступеней, диаметры валов, тип фланцев или лап для крепления, расположение отверстий.
- Определение требуемого крутящего момента на ходовом колесе (Тк). Рассчитывается исходя из сопротивления движению тележки или моста крана: трение в ходовых частях, уклон пути, ветровая нагрузка.
- Определение требуемого передаточного числа механизма (iтр). iтр = nдв / nк, где nдв – синхронная частота вращения выбранного двигателя, nк – требуемая частота вращения ходового колеса.
- Выбор редуктора по каталогу. Подбирается редуктор, у которого номинальный крутящий момент на выходном валу (Твых.ном) с учетом режима работы (ПВ%) и класса использования (А) превышает расчетный момент на колесе с учетом динамических нагрузок: Твых.ном ≥ Тк k iред, где k – коэффициент безопасности (обычно 1.2-1.5), iред – передаточное число редуктора. Также проверяется соответствие iред требуемому iтр.
- Проверка по пиковому моменту. Редуктор должен выдерживать максимальный момент, возникающий при разгоне или торможении, а также при заезде на препятствие.
- Проверка тепловой мощности. Фактическая мощность на входе не должна превышать допустимую мощность редуктора для данного режима работы ПВ%.
- Монтаж. Редуктор устанавливается на подготовленную, выверенную по уровню раму. Соединение с двигателем и приводным валом должно производиться через упругие муфты, компенсирующие возможные misalignment (перекосы и смещения). Несоосность валов не должна превышать значений, указанных в паспорте.
- Пусконаладка. Перед первым пуском проверяется уровень и марка масла. Проводится обкатка на холостом ходу и под нагрузкой с контролем шума, вибрации, нагрева.
- Текущее обслуживание. Включает регулярный контроль уровня и состояния масла (визуально, по загрязнению и наличию металлической стружки), подтяжку крепежных соединений, проверку состояния уплотнений на предмет течей.
- Замена масла. Первая замена – после 200-500 часов работы. Последующие – согласно регламенту производителя (обычно каждые 4000-8000 часов работы). Используется масло, строго соответствующее рекомендациям (вязкость по ISO VG 150 или VG 220 для большинства крановых редукторов).
- Диагностика. Мониторинг вибрации, температуры корпуса и масла, анализ продуктов износа в масле (диагностика по феррографии).
- Ц2 – цилиндрический двухступенчатый.
- У – универсальное исполнение (лапы для крепления и фланец для двигателя).
- 200 – межосевое расстояние тихоходной ступени, мм.
- 20 – номинальное передаточное число.
- 12 – вариант сборки (расположение отверстий для крепления).
- К – климатическое исполнение (для умеренного климата).
Кинематические схемы и типы двухступенчатых редукторов
Компоновка определяется взаимным расположением осей валов и типом передач. В крановой технике наиболее распространены схемы с цилиндрическими зубчатыми передачами.
Развернутая соосная схема
Быстроходный и тихоходный валы расположены на одной геометрической оси. Передача крутящего момента происходит последовательно: быстроходный вал – первая ступень – промежуточный вал – вторая ступень – тихоходный вал. Преимущество: относительная компактность по длине, удобство компоновки на раме тележки. Недостаток: большая нагрузка на подшипники промежуточного вала.
Развернутая несоосная схема
Оси входного и выходного валов смещены по высоте. Это классическая схема, часто используемая в редукторах типа Ц2У. Обладает хорошими условиями смазки, равномерным распределением нагрузки по подшипникам.
Схема с раздвоенной ступенью
Применяется для передачи больших мощностей. Быстроходная ступень выполнена в виде шевронной или двух косозубых шестерен, расположенных симметрично на промежуточном валу, что позволяет компенсировать осевые силы и увеличить нагрузочную способность.
Основные технические характеристики и параметры выбора
Выбор редуктора для кранового механизма является расчетной задачей, основанной на следующих параметрах:
| Условное обозначение | Передаточное число, i | Ном. крутящий момент, Твых, Нм | Ном. мощность, кВт (при n=1500 об/мин, ПВ=25%) | Масса, кг |
|---|---|---|---|---|
| Ц2У-100 | 16; 20; 25; 31.5; 40 | 630 | 5.6 | 45 |
| Ц2У-160 | 16; 20; 25; 31.5; 40 | 1600 | 14.0 | 85 |
| Ц2У-200 | 16; 20; 25; 31.5; 40; 50 | 3150 | 28.0 | 155 |
| Ц2У-250 | 20; 25; 31.5; 40; 50; 63 | 6300 | 56.0 | 270 |
| Ц2У-315 | 20; 25; 31.5; 40; 50; 63 | 12500 | 112.0 | 480 |
Расчет и подбор редуктора для кранового механизма
Процедура подбора включает несколько этапов:
Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание
Правильный монтаж и обслуживание критически важны для достижения заявленного ресурса (часто 25 000 – 50 000 часов).
Типовые неисправности и методы их устранения
| Признак неисправности | Возможная причина | Метод устранения |
|---|---|---|
| Повышенный шум и вибрация | Износ или поломка зубьев, ослабление крепления редуктора, износ подшипников, несоосность валов. | Диагностика, замена поврежденных деталей, выверка соосности, затяжка крепежа. |
| Перегрев корпуса и масла (более +80°C) | Недостаточный уровень масла, загрязнение масла, чрезмерная нагрузка, нарушение условий охлаждения. | Долив или замена масла, проверка нагрузки, очистка корпуса от грязи. |
| Течь масла через уплотнения | Износ манжет, повреждение посадочных поверхностей валов, засорение сапуна, повышенный уровень масла. | Замена манжет, восстановление валов, прочистка сапуна, корректировка уровня. |
| Люфт выходного вала | Критический износ подшипников, износ шлицевого или шпоночного соединения. | Замена подшипников, проверка и замена сопряженных деталей. |
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем крановый редуктор отличается от общепромышленного?
Крановый редуктор рассчитан на повторно-кратковременный режим работы (ПВ%) с частыми пусками/остановами и реверсами, высокие пиковые и ударные нагрузки. Имеет усиленные корпуса, валы и подшипниковые узлы, а также специальные исполнения (например, полый вал для непосредственной установки на ходовое колесо). Общепромышленный редуктор рассчитан на длительную непрерывную работу при постоянной нагрузке.
Как определить необходимую вязкость масла для редуктора?
Вязкость масла выбирается в первую очередь по величине окружной скорости зубчатых колес и нагрузке. Для тихоходных крановых редукторов с окружной скоростью до 2-3 м/с и высокой нагрузкой применяются более вязкие масла (ISO VG 150, 220). Точные рекомендации всегда указаны в паспорте изделия. Использование масла с низкой вязкостью приведет к контактному разрушению зубьев, с излишне высокой – к повышенным потерям на перемешивание и перегреву.
Что означает маркировка, например, Ц2У-200-20-12-К?
Как часто нужно менять масло в крановом редукторе?
Периодичность замены зависит от условий эксплуатации (температура, запыленность, нагрузка). Стандартный интервал – 4000-8000 моточасов работы. Первая замена должна быть проведена значительно раньше – после обкатки (200-500 часов). Регулярный визуальный контроль состояния масла (наличие воды, стружки, изменение консистенции) обязателен и может скорректировать график замены.
Можно ли заменить двухступенчатый редуктор на трехступенчатый с тем же передаточным числом?
Теоретически – да, если габариты и присоединительные размеры позволяют. Однако трехступенчатый редуктор при том же передаточном числе будет, как правило, иметь больший КПД и меньшие нагрузки на каждую ступень, но может быть крупнее и дороже. Такую замену необходимо согласовывать с расчетом на прочность всей приводной системы (вал, муфты) и проверять по допустимой эквивалентной нагрузке на ходовую часть.
Что важнее при выборе: номинальный момент или номинальная мощность?
Для крановых механизмов первичным является номинальный крутящий момент на выходном валу, так как он непосредственно определяет способность преодолевать статическое и динамическое сопротивление движению. Мощность является производным параметром и важна для проверки теплового режима редуктора. Редуктор должен быть выбран и по моменту, и по мощности, причем с учетом фактического режима работы (ПВ%).