Что такое передаточное число лебедки
Расчет буровой лебедки (лебедка со свободным спуском)
Большинство начинающих буровиков задаются вопросом: Как рассчитать параметры буровой лебедки?
Важными параметрами буровой лебедки (лебедки со свободным спуском) являются грузоподъемность и скорость подъема снаряда (ударного стакана или желонки).
Величины, надо сказать прямо противоположные (вспоминая золотое правило механики. Выигрываем в скорости, проигрываем в силе и наоборот.)
Три компонента определяют характеристики лебедки:
Рассмотрим по порядку эти компоненты.
1. Крутящий момент двигателя
Крутящий момент рассчитывается по формуле
Крут.Мом.=(Мощность Вт):(Кол-во оборотов об\мин)
Мощность двигателя = 2КВт
Кол-во оборотов = 1000 об\мин
Фактически это грузоподъемность лебедки состоящей из двигателя барабана радиусом 1 метр.
Мощность двигателя = 3КВт
Кол-во оборотов = 300 об\мин
т.е. такой двигатель с прикрепленным к нему барабаном радиусом 1 метр будет поднимать не более 10 кг.
Обычный параметр для таких двигателей мощность в лошадиных силах
Для определения крутящего момента можно поступить также как и в случае электрического двигателя, только перевести Л.С. в КВт используя формулу
2. Передаточное число редуктора
Обычно используют редукторы с передаточным числом
КОМПАЛ
Мы предлагаем
Анатомия лебедки
Тему этого материала подсказал короткий диалог, услышанный мною на одном любительском трофи. — Черт возьми (понятно, что было использовано более сочное выражение), лебедка отказала. Может, разберем — поглядим? — неуверенно предлагал штурман. — А ты знаешь, как она устроена? — возражал водитель. Над болотом повисла долгая пауза.
Несмотря на великое множество марок горизонтальных лебедок (а их использует подавляющее большинство джиперов) на нашем рынке, их устройство практически одинаково. Мы разобрали до винтика изделие под названием Master Winch 8288. Эта лебедка позиционируется как спортивная, быстрая, поэтому и общее передаточное число ее редуктора сравнительно невелико. У туристических моделей оно заметно больше. В остальном же существенной разницы нет. Посмотрите на препарированный для вас, читатели, образец, и тогда, окажись вы на дружеской покатушке, вам все станет ясно с первого взгляда.
Ток к обмоткам якоря подводится через четыре медно-графитовые щетки, прижимающиеся пружинами к коллектору. На внутренней поверхности статора закреплены обмотки возбуждения, ток к которым подводится через пару контактов, закрепленных на корпусе через изолирующие втулки. Третий контакт подсоединен к двум щеткам, а две других «сидят» на корпусе.
Якорь вращается на двух шариковых подшипниках. Один запрессован в левой щеке лебедки, изготовленной из алюминиевого сплава, второй фиксируется в обойме крышки мотора. По нашему опыту, при снятии якоря можно обойтись без съемников. При этом один подшипник остается в щеке лебедки, а второй — на валу якоря.
Барабан стальной, толстостенный, полый. На одном из фланцев (в нашем случае — левом) имеется прижимная планка, служащая для закрепления конца троса. Иногда трос фиксируют на цилиндрической части. Каким бы ни было закрепление, трос не соскочит с барабана только в том случае, когда на нем остается не менее пяти витков. Обычно, количество троса, которое запрещается сматывать с барабана, отмечают на заводе красной краской.
Барабан вращается в щеках лебедки на подшипниках скольжения. На самом барабане надеты фторопластовые кольца, а в отверстия щек вставлены кольца с тефлоновым покрытием. Такие подшипники хорошо противостоят нагрузке даже в несколько тонн.
Со стороны мотора внутрь барабана вставляется тормозной механизм. В данном случае он состоит из двух конусов, которые, сдвигаясь под действием пружины, разжимают три накладки, а те прижимаются к внутренней поверхности барабана и тормозят его. Момент от мотора к тормозу передается через специальный переходник, изготовленный из алюминиевого сплава (на фото он справа). Когда якорь вращается, переходник своими внутренними выступами давит на кулачки, конусы расходятся и тормоз растормаживается.
От тормозного механизма крутящий момент передается к планетарному трехступенчатому редуктору лебедки при помощи длинного, тонкого стального вала. Солнечная шестерня первого планетарного ряда (на фото он слева), жестко связанная с приводным валом, опирается на игольчатый подшипник, вставленный в крышку редуктора. Таким образом вал центрируется.
Солнечная шестерня передает вращение вала трем сателлитам, объединенным в сборку на водиле, состоящем из двух склепанных стальных пластин, между которыми зажаты оси сателлитов. В одной из пластин (более толстой) имеются шлицы, которые входят в зацепление со шлицами солнечной шестерни второго планетарного ряда.
Сателлиты, вращаясь, обкатываются по внутренним шлицам неподвижного коронного колеса, это приводит к вращению водила в том же направлении, что и солнечная шестерня. При этом происходит увеличение крутящего момента. Поскольку передаточное число планетарной передачи рассчитывается по формуле: i = 1 + Zk/Zc, где Zk — число зубьев коронного колеса, а Zc — число зубьев солнечной шестерни, то нетрудно определить степень редукции крутящего момента. В нашем случае для первой ступени i = 1 + 69/18 = 4,83. Аналогично работает и вторая ступень редуктора. Ее солнечная шестерня жестко связана с водилом первой ступени, сателлиты обкатываются по коронному колесу, которое едино для обоих рядов. Передаточное число то же — 4,83. Однако второй ряд работает под большим входным крутящим моментом, поэтому «солнце» и «планеты» тут сделаны мощнее. На выходе второй ступени крутящий момент возрастает в квадрате: 4,83 х 4,83 = 23,3.
Работа третей и последней ступени ничем не отличается. Разница лишь в том, что этот ряд имеет свое коронное колесо большего диаметра, чем предыдущее, а его водило связано с шестерней, входящей в зацепление с внутренним венцом на барабане. Все детали передачи тут еще более массивные и крепкие. Передаточное число этого ряда: i = 1 + 70/14 = 6. Таким образом, общее расчетное передаточное число планетарного редуктора данной лебедки равно: 4,83 х 4,83 х 6 = 140.
Чтобы было возможным размотать трос вручную, потянув за крюк, предусмотрен простой механизм освобождения редуктора. Малое коронное колесо (I и II ступени) закреплено в крышке редуктора не жестко. Оно может проворачиваться относительно нее, если Г-образная ручка сверху находится в положении «Freespool». При этом эксцентрик отводит «корону» влево, и ее зубья выходят из зацепления с неподвижным венцом, отлитым внутри крышки. Если теперь потянуть за трос, то барабан (вращаясь вместе с приводным валом и якорем мотора, поскольку тормоз зажат) вызовет вращение первого и второго рядов вхолостую. Электромоторы большинства лебедок имеют сириесное возбуждение. Это означает, что обмотки якоря и статора соединены последовательно и момент на валу мотора тем больше, чем меньше его обороты. Таким образом, при трогании или под значительной нагрузкой на тросе, стремящейся остановить барабан, мотор выдает максимальную тягу, что как раз и требуется. Кстати, такой же принцип возбуждения используется в стартерах автомобильных двигателей.
Автор статьи и фото АНДРЕЙ ФАРОБИН
Материал напечатан в сентябрьском номере 2009 года журнала «Полный Привод 4х4»
Выбор лебедки
Средняя весовая категория авто наиболее массовая и включает в себя автомашины марок УАЗ 469 (всех модификаций), Митсубиси Паджеро, Ленд Ровер Дэфендер 90, ГАЗ 69, Джип, китайские пикапы и многие другие, чей вес в снаряженном состоянии не превышает 2,1-2,2 тонн. Наши УАЗ Патриот, пожалуй находится на границе средней и тяжелой категорий. В зависимости от подготовки его можно отнести как к средней, так и к тяжелой условной категории. Для средней категории машины наиболее часто используют лебедки с индексом от 9000 LB до 12000 LB, т.е. с тяговым усилием от 4 до 5,5 тонн. Эти лебедки более мощные по конструкции, но более тяжелые и дорогие.
После того как мы определились с индексом тягового усилия лебедки можно выбрать исходи из технических характеристик, марки, комплектации и цены.
Технические параметры лебедок одной серии отличаются незначительно и здесь надо иметь в виду, что наиболее важным пунктом после силы тяги является скорость намотки троса. Остановимся подробнее на этом показателе. Как правило в технических характеристиках на лебедку указывается скорость намотки без нагрузки, с частичной и полной нагрузкой. Для оценки работы лебедки наиболее показателен параметр скорости намотки троса под нагрузкой.
Путей повышения скорости намотки троса в нагруженном состоянии два:
1) Увеличение мощности электромотора
2) Повышения передаточного числа редуктора
Первый путь: Увеличивая мощность электродвигателя лебедки производитель конечно увеличивает и скорость намотки троса под нагрузкой. Но платой за это является повышенное токопотребление агрегата, что, как следствие, требует установки АКБ большей емкости и генератора увеличенной мощности, способного быстрее восполнять потерю электроэнергии. Иначе работа под нагрузкой скоростной лебедки с мощным электромотором приведет к быстрому снижению электрической емкости АКБ и падению напряжения в бортовой сети, поскольку батарея не будет успевать заряжаться.
Скорость намотки сильно снизится, т. к. электродвигатель не сможет развить полной мощности при нехватки тока. Кроме того такой электромотор сильнее греется, здесь выше требования предъявляемые к кабелям, контактным соединениям. Максимально использовать КПД высокоскоростных лебедок получится лишь в том случае, когда они используются с батареями увеличенной емкости и более мощными генераторами, выдающими больший ток и способными быстрее заряжать АКБ.
Второй путь: путь увеличения передаточного числа редуктора лебедки. Такая лебедка изначально будет иметь меньшую скорость смотки троса без нагрузки. Но при работе под нагрузкой она за счет того, что ее более слабый мотор, потребляя меньший ток и передавая крутящий момент на барабан через редуктор с увеличенным передаточными отношением, будет работать практически с такой же скоростью как и более скоростная лебедка. Особенно это заметно при высоких нагрузках. При меньшем токопотреблении снижение эл.емкости батареи в этом случае будет не столь сильным, что позволит лебедке работать более равномерно, снижение скорости намотки троса будет не столь значительным как в случае с более мощным электромотором, но при этом стандартными батареей и генератором. Это позволяет лебедкам, имеющим более слабые моторы компенсировать за счет коэффициента редукции потерю времени более равномерной и продолжительной работой.
Вывод такой — высокоскоростные лебедки, при использовании совместно с штатными АКБ и генератором, могут демонстрировать свои преимущества в скорости намотки лишь непродолжительное время, которого порой бывает недостаточно чтобы извлечь машину из серьезной «засады». Лишь при замене АКБ и генератора на более мощные, скоростные лебедки способны в полной мере демонстрировать свой потенциал. Не большим + этих лебедок является несколько меньший вес, поскольку редуктор имеет меньший вес и габарит. Электродвигатели разной мощности, габаритами и весом, как правило, почти не отличаются. Эти лебедки так же несколько дороже своих менее скоростных собратьев. Их чаще используют спортсмены, которые едут на время, облегчают машину, и ради получения результатов увеличивают бюджет на подготовку внедорожника.
Более медленные, с редуктором имеющим увеличенное передаточное число, лебедки больше подходят тем, для кого не стоит вопрос экономии времени (порой эта разница бывает в пределах лишь нескольких минут). Кроме того такие лебедки немного дешевле и не требуют обязательной замены батареи и генератора на более мощные. А значит подготовка внедорожника, где устанавливается такая лебедка будет дешевле.