Come progettare motoriduttori per condizioni ambientali estreme

Di Miles Budimir | 10 aprile 2018

Seguire alcuni semplici consigli sulla progettazione del motoriduttore aiuterà a garantire che il tuo motoriduttore funzioni negli ambienti più estremi.

Gabriele VenzinPresidenteABM Drives Inc.

Progettare un'applicazione per motoriduttore è già abbastanza difficile in condizioni più o meno “normali”, intendendo per normale qualcosa come temperatura ambiente, umidità e altitudine stabili o tipiche. Se si lancia l'applicazione in un ambiente estremo, la progettazione diventa più complicata. Ma non deve essere così. Per chiunque progetti un'applicazione di motoriduttore in condizioni ambientali estreme, esistono alcune linee guida che, se rispettate, contribuiranno a garantire il successo della progettazione.

Innanzitutto, le basi Un motoriduttore è una combinazione di un riduttore e di un motore elettrico. I due fattori più importanti sull'albero di uscita del motoriduttore sono il numero di giri e la coppia. Un riduttore ad angolo retto, ad albero diritto o parallelo può essere combinato con un motore CA a magneti permanenti, a induzione CA o CC senza spazzole.

Le applicazioni dei motoriduttori qui discusse non sono esposte a spruzzi d'acqua ad alta pressione, come nei congelatori, negli ambienti non riscaldati o negli armadi. Sono utilizzati in applicazioni quali carrelli elevatori e veicoli elettrici, tecnologia di sollevamento, attrezzature edili, macchine per l'imballaggio, nonché argani per gru portuali e azionamenti per carrelli e ponti, tra gli altri.

L'obiettivo è far funzionare il motoriduttore per decenni di esposizione a condizioni ambientali estreme con poca manutenzione perché potrebbero non essere facilmente accessibili. Non c'è molta differenza meccanica in un motoriduttore per temperature e altitudini estreme; si tratta principalmente di considerazioni sulla lubrificazione, sui cicli di lavoro, sul riscaldamento o sul raffreddamento e sulla selezione dei materiali da costruzione. Quindi questi suggerimenti possono essere utilizzati anche per aggiornare i sistemi esistenti.

I tipi tipici di motoriduttori di cui parliamo includono i motoriduttori per argani, che sollevano carichi compresi tra 3,2 e 40 tonnellate. Sono azionati da un motore asincrono a rotore cilindrico da 2,5 a 38 kW con riduttori ad alberi paralleli a 3 stadi per velocità di sollevamento da 4 a 8 m/min con diametri del tamburo da 140 a 405 mm e catenatura 4/1. Vengono utilizzati i tipici motori a commutazione di polo (8/2 poli). Le velocità variabili sono programmate con inverter per rampe di accelerazione e decelerazione con partenza e frenata estremamente lente che minimizzano le oscillazioni del carico.

Un buon inizio consiste nell'esaminare i dati sulle condizioni di temperatura estreme passate in cui verrà utilizzata l'applicazione e su qualsiasi altra condizione unica che potrebbe essere rilevante per la progettazione. Nelle sezioni seguenti tratteremo la temperatura, l'altitudine e l'umidità e il modo in cui questi fattori influenzano la scelta del motoriduttore.

Un modello CAD 3D di un motoriduttore per ambienti estremi di ABM Drives.

Temperatura

Cosa succede al motoriduttore quando la temperatura scende fino a -40 C? Da -40˚ C (-40˚ F) a +60˚ C (+140˚ F) un metro di ferro duttile si espande di 0,123 mm. Questo è l'intervallo di temperature che tratteremo qui.

L'altitudine è l'altro estremo che tratteremo. Per un motore a combustione interna, la regola generale è una perdita di potenza dal 3 al 4% per ogni 1.000 piedi sopra il livello del mare. Quindi un’auto da 300 CV a 10.000 piedi perderebbe da 30 a 40 CV. Meno densità significa meno compressione. Nei cilindri viene aspirata meno materia reale nell'atmosfera (principalmente ossigeno, azoto e argon) e quindi la compressione è inferiore. Per un motoriduttore, ciò significa meno atmosfera per dissipare il calore.

Come compensare le temperature estreme? (Un intervallo di temperatura standard è compreso tra -20 e +40° C.) Un comune sbalzo di temperatura estrema si verifica quando un carrello elevatore si sposta da un congelatore a -30° C a una porta della banchina a +40° C. Sia per condizioni estremamente fredde (-40˚ C) che molto calde (+60˚ C) dovrai affrontare quanto segue.

Olio per ingranaggi: i lubrificanti sintetici vengono utilizzati quando gli oli minerali hanno raggiunto il limite prestazionale per avviamenti e arresti frequenti, carichi elevati, urti del sistema, servizio a bassa o alta temperatura, requisiti di intervalli di manutenzione dell'olio prolungati e attrito interno ridotto oltre a temperature di esercizio ridotte. Funzionano anche a temperature più elevate senza perdere viscosità, formando residui e offrendo resistenza alla formazione di schiuma. I prodotti petroliferi iniziano a degradarsi a +100°C o al di sotto, mentre i lubrificanti a base di idrocarburi sintetici funzionano bene fino a +125°C. I materiali sintetici offrono vantaggi anche a temperature estremamente basse. Hanno anche una pressione di vapore inferiore rispetto ai prodotti petroliferi, un fattore importante per garantire che il lubrificante non si decomponga. L'omogeneità chimica dei lubrificanti sintetici si traduce in una maggiore capacità di carico, indici di viscosità più elevati, migliore potere lubrificante, maggiore efficienza e facilità di manutenzione estesa rispetto ai loro omologhi a base di petrolio.