Zgodnie z definicją motoreduktor to maszyna napędowa, będąca normalnie nierozłącznym, zintegrowanym połączeniem napędu elektrycznego z przekładnią mechaniczną, a czasami także z urządzeniami dodatkowymi, takimi jak sprzęgło jednokierunkowe, hamulec itp. Dzięki zwartej budowie motoreduktor zajmuje kilka (a czasami nawet kilkanaście) razy mniej miejsca niż „rozproszony” układ napędowy. Ta kompaktowość to bardzo ważna oraz charakterystyczna dla tego rodzaju układu napędowego cecha, która sprawia, że wszystkie elementy napędu, redukcji prędkości, przeniesienia momentu itd. mieszczą się w jednej obudowie lub też w kilku segmentach na stałe ze sobą scalonych.
Motoreduktory są elektromechanicznym układem napędowym służącym do zmiany prędkości obrotowej oraz momentu obrotowego. Ze względu na szeroki zakres mocy i obrotów wyjściowych są z powodzeniem stosowane w wielu gałęziach przemysłu jako jednostka napędowa ogólnego przeznaczenia. Obecnie coraz częściej motoreduktory zastępują konwencjonalne układy napędowe, w skład których wchodzą takie elementy, jak np.: silnik, sprzęgła, kilka przekładni, przy czym stosunkowo często jest to wielkogabarytowa przekładnia pasowa.
Ogólnie rzecz ujmując, typowe silniki elektryczne nie nadają się do bezpośredniego napędu organów roboczych maszyn i urządzeń, które wymagają małych prędkości i dużych momentów obrotowych. Natomiast w przeciwieństwie do tego typowe silniki elektryczne charakteryzują się dużymi prędkościami i małymi momentami obrotowymi. Oczywiście istnieją silniki elektryczne wolnoobrotowe, jednak są one bardzo materiałochłonne, ciężkie i zajmują dużo miejsca. W związku z tym najbardziej optymalnym rozwiązaniem wydaje się być połączenie wysokoobrotowego silnika elektrycznego z przekładnią redukującą, nawet do kilkuset razy, prędkość kątową silnika i jednocześnie zwiększającą o tyle samo razy jego moment obrotowy. Rozwiązania takie funkcjonują nie od dziś i noszą nazwę motoreduktorów. Funkcje typowych motoreduktorów jedynie zwiększających moment i zmniejszających prędkość są jednak zbyt ubogie, aby można je było stosować jako aktuatory, czyli nowoczesne elektromechaniczne urządzenia wykonawcze (nastawcze) w automatyce. Warto w tym miejscu dodać, że aktuatory są w dzisiejszych czasach koniecznym warunkiem szerokiej automatyzacji całej gamy procesów mechanicznych.
Motoreduktor jako aktuator
Czy klasyczny motoreduktor może spełniać funkcję aktuatora? Tak, jest to możliwe, jednak pod pewnymi warunkami. Otóż taki motoreduktor musi nie tylko zmniejszać liczbę obrotów czy zwiększać moment na wale wyjściowym, ale również przynajmniej zatrzymywać (ustawiać) ten wał w żądanym, dokładnym położeniu. Żeby było to wykonalne, motoreduktor musi zostać poddany automatyzacji (mechatronizacji), stając się sam zautomatyzowanym obiektem. Można to osiągnąć, dodając do niego enkoder (czujnik położenia wału silnika) oraz sterownik mikroprocesorowy z algorytmami sterowania. Takie połączenie silnika elektrycznego z enkoderem powszechnie jest nazywane serwosilnikiem. I w taki oto sposób motoreduktor staje się serwosilnikiem z reduktorem. Tak właśnie wygląda pierwszy etap automatyzacji. Natomiast w drugim etapie mechatronizacji motoreduktora dodaje się jeszcze jeden enkoder, tym razem na wyjściu reduktora. Dzięki odpowiednim algorytmom sterowania można wtedy kompensować niepożądane zjawiska w reduktorze, takie jak luz, tarcie, podatność itp., czego nie można osiągnąć w przypadku jednego enkodera.
Różne rodzaje motoreduktorów
Typowy podział motoreduktorów dokonuje się przy uwzględnieniu rodzaju zastosowanej przekładni zębatej na ostatnim stopniu przełożenia. Cieszącymi się największą popularnością motoreduktorami są :
- motoreduktory walcowe (z przekładnią walcową),
- motoreduktory płaskie (z przekładnią walcową, przy czym wewnętrzne ukształtowanie przekładni sprawia, że możliwe staje się zmieszczenie kilku dodatkowych stopni przełożenia),
- motoreduktory stożkowe (z przekładnią stożkową),
- motoreduktory ślimakowe (z przekładnią ślimakową),
- motoreduktory planetarne (z przekładnią planetarną),
Najważniejsze parametry
Najistotniejsze parametry motoreduktora, mające wpływ na jego późniejsze zastosowanie, to:
- obroty wału wyjściowego,
- moment wyjściowy (lub moc i sprawność),
- współczynnik przeciążenia,
- pozycja pracy.
Mimo że motoreduktory mogą być podobne z zewnątrz, to jednak często mają odmienne parametry. Wybór odpowiedniego modelu zależy wyłącznie od upodobań klienta. Aby spełnić wszystkie oczekiwania użytkownika, producenci motoreduktorów wytwarzają je pod konkretne zamówienie i indywidualnie dopasowują do potrzeb odbiorcy. Dzięki temu do klienta dociera produkt, który jest optymalnym rozwiązaniem, „szytym na miarę”. Ogromna liczba możliwych kombinacji silników i przekładni pozwala na tworzenie motoreduktorów o prędkości obrotowej od ułamkowych części obr./min oraz o momencie obrotowym dochodzącym do 250 Nm.
Konstrukcja obudowy motoreduktorów pozwala na mocowanie ich na różne sposoby, np.: na kołnierzu, przez uchwycenie obejmą za cylindryczną, dokładnie obrobioną część obudowy, na wale lub wsporniku.
Obecnie produkowane motoreduktory dzięki odpowiedniemu dobraniu mechanizmów uzębionych pracują w sposób bardzo precyzyjny oraz, co istotne, także niezwykle cicho. Podczas przenoszenia dużych mocy i jednocześnie przy dużym przełożeniu motoreduktory osiągają bardzo duże rozmiary, w związku z czym wtedy lepiej zastosować konwencjonalny, rozproszony układ napędowy. To ograniczenie jest najważniejszą wadą motoreduktorów.
Ponadto warto wiedzieć, że motoreduktory mają odpowiednie zabezpieczenia chroniące inne urządzenia przed wyciekiem oleju z motoreduktora. Są to na przykład specjalne dwukomorowe uszczelnienia wału motoreduktora. Oprócz tego, aby zwiększyć bezpieczeństwo operatorów urządzeń wyposażonych w motoreduktor, istnieje również możliwość wykonania reduktora w wersji przeciwwybuchowej.
Zastosowanie
Motoreduktory znajdują zastosowanie w wielu obszarach przemysłu. Jednym z istotniejszych zastosowań są m.in. napędy przenośników. Wykorzystuje się je w różnego rodzaju maszynach przemysłowych, gdzie mogą stanowić np. część napędu mieszadeł lub wirników rotorów i aeratorów. Motoreduktory świetnie sprawdzają się też przy konstruowaniu kolejek podwieszanych. Jeśli zaś chodzi o motoreduktory pneumatyczne, to są one stosowane w wielu gałęziach przemysłu jako napędy różnorodnych mechanizmów, narzędzi i urządzeń technologicznych. Najczęściej są używane w trudnych warunkach roboczych, zwłaszcza w miejscach o dużym zapyleniu i podwyższonej wilgotności. Największymi zaletami motoreduktorów pneumatycznych są: bezstopniowa regulacja momentu i prędkości obrotowej poprzez zmianę ciśnienia zasilania, niezakłócona praca w otoczeniu wilgotnym i o podwyższonej temperaturze oraz chemicznie agresywnym, możliwość przeciążania (do zatrzymywania włącznie), korzystny stosunek mocy i momentu obrotowego do masy oraz małe gabaryty.
Jak mówi Karol Puk z firmy Wobit: – Można wyróżnić tyle typów motoreduktorów, ile zastosowań dla nich. Od miniaturowych, używanych np. w automatach sprzedających, przez szeroki wachlarz stosowanych w transporterach i urządzeniach sortujących, po motoreduktory dużej mocy, stosowane w przemyśle ciężkim.
Polski rynek motoreduktorów
– Od dawna w Polsce dostawcy są w stanie zaoferować to, co w innych krajach. Można kupić wszystko, czego oczekuje klient – informuje Marek Warda, kierownik utrzymania ruchu z firmy Voith Industrial Services.
Oferta jest naprawdę szeroka. Klienci zainteresowani kupnem motoreduktorów mogą wybierać zarówno spośród produktów polskich, jak i zagranicznych. Jeśli chodzi o te ostatnie, to na naszym rodzimym rynku można nabyć motoreduktory takich firm, jak chociażby: Lenze, Danfoss, Chiaravalli, Motovario, Bonfiglioli czy Nord.
Światowym producentem motoreduktorów (a także np. reduktorów i serwonapędów) jest SEW-Eurodrive. Firma ma w swojej ofercie pełną gamę motoreduktorów: walcowych, płaskich, ślimakowych i stożkowych. Innowacyjne rozwiązania napędowe proponowane przez SEW-Eurodrive mają zastosowanie niemalże we wszystkich branżach i gałęziach przemysłu, takich jak: przemysł chemiczny, samochodowy, spożywczy, budowlany itd. Producent ten oferuje swoje produkty w wersji dedykowanej do pracy w środowiskach zagrożonych wybuchem oraz w innych trudnych agresywnych warunkach. Pierwotnie firma SEW, czyli Süddeutsche Elektromotoren Werke, nie zajmowała się produkcją motoreduktorów – wytwarzała silniki elektryczne, specjalizując się w napędach mniejszych urządzeń. Przełomem w jej działalności było powstanie w latach 60. ubiegłego wieku koncepcji modułowej budowy napędów, której SEW była jednym z prekursorów. Pozwoliło to na tworzenie motoreduktorów i rozwiązań napędowych ściśle pod specyfikację klienta.
Innym znanym światowym producentem jest STM Team, który wytwarza reduktory, motoreduktory, wariatory i silniki elektryczne już od ponad 30 lat. Przedstawicielstwa producenta znajdują się we wszystkich krajach europejskich oraz na wszystkich kontynentach. Wyłącznym dystrybutorem STM Team jest w Polsce firma Margo, która również ma w swojej ofercie produkty firmy GSM oraz VELA.
Co do krajowych producentów motoreduktorów, to należy w tym miejscu wspomnieć o kilku miejscach, w których wytwarzane są tego typu urządzenia.
Jednym z nich jest Fabryka Reduktorów i Motoreduktorów „BEFARED” z siedzibą w Bielsku-Białej – czołowy producent reduktorów i motoreduktorów ogólnego zastosowania. Fabryka istniejąca ponad 130 lat ma 80-letnie doświadczenie w produkcji elementów napędowych. Od kilku lat firma prowadzi proces poszerzania oferty produkowanych motoreduktorów i przekładni. Produkty BEFARED są stale unowocześniane. Cichobieżność, niski poziom wibracji, niewielka masa, zwarta kompaktowa budowa, stosunkowo niewielki koszt eksploatacji oraz wymogi współczesnej estetyki przemysłowej to cechy charakteryzujące szeroką gamę ich produktów. BEFARED oferuje nowoczesne typoszeregi motoreduktorów „BB Line”, reduktorów i motoreduktorów „H” z aktualnie poszerzoną ofertą, możliwość adaptacji tych wyrobów do specyficznych wymagań każdego z klientów, możliwość zaprojektowania napędów specjalnych oraz sprawny serwis.
Innym, również istotnym polskim producentem jest Spółdzielnia Pracy Wytwórczo-Konstrukcyjna „ELKON” w Łodzi, funkcjonująca od ponad 40 lat. Jest głównym producentem na rynku polskim reduktorów i motoreduktorów planetarnych ogólnego zastosowania. Oprócz tego zajmuje się dystrybucją reduktorów i motoreduktorów: planetarnych, ślimakowych, kątowych, wielostopniowych itd.
Z kolei firma „Mechanika Maszyn – Andrzej Kacperek” od 1982 roku jest producentem i dostawcą nowoczesnych, polskich motoreduktorów i reduktorów ślimakowych oraz ślimakowo-zębatych. Ponadto firma dysponuje szybkim serwisem i magazynem części zamiennych, gwarantując w ten sposób ciągłość pracy sprzedawanych wyrobów. Zapewnia również doradztwo w zakresie problemów technicznych i konstrukcyjnych oraz wykonuje nietypowe instalacje. Przedsiębiorstwo dysponuje dwoma zakładami produkcyjnymi – w Warszawie oraz w pobliskich Łomiankach.
Autor: Agata Grabowska
