Historia pewnej przekładni

Przekładnie zębate służą w wielu gałęziach przemysłu, w wielu maszynach i urządzeniach, oraz w środkach transportu. Ich postać konstrukcyjna jest bardzo zróżnicowana i zależy głównie od miejsca zastosowania przekładni oraz od kosztów jej wytworzenia. Najbardziej powszechnie w przemyśle są stosowane przekładnie o osiach stałych, tzn. takie, w których osie obrotu kół zębatych nie przemieszczają się w czasie pracy przekładni. Dla odmiany w przekładniach obiegowych, zwanych również planetarnymi, osie kół wirują w czasie przenoszenia i przetwarzania momentu obrotowego. Wybór rozwiązania konstrukcyjnego jest brzemienny w daleko idące konsekwencje.

Porównanie kilku rodzajów przekładni zębatych, służących do przenoszenia tej samej mocy i o tym samym przełożeniu przedstawiono poniżej. Przykład pochodzi z dzieła podstawowego w dyscyplinie przekładni zębatych pt. Przekładnie zębate, projektowanie¹, autorstwa wybitnego polskiego naukowca, prof. Ludwika Müllera. Miałem przyjemność słuchania jego wykładów w czasie studiów na Politechnice Śląskiej. Zdanie egzaminu u Profesora, w pierwszym terminie, na ocenę dobrą, było moim dużym sukcesem.

Układy kinematyczne przekładni zębatych

W zależności od przeznaczenia, warunków konstrukcyjnych, technologicznych oraz wielkości przenoszonej mocy dobiera się odpowiedni układ kół zębatych. Coraz częściej są stosowane przekładnie obiegowe o jednym stopniu swobody w miejsce dotychczas powszechnie stosowanych przekładni o stałych osiach. Przekładnie obiegowe mają znacznie mniejsze gabaryty i masy niż zwykłe przekładnie walcowe przeznaczone dla tych samych warunków ruchowych. Na Rys. 1 przedstawiono w jednakowej skali cztery przekładnie przeznaczone do przenoszenia mocy 750 kW przy prędkości obrotowej 24000/3000 obr/min.

przekładnie do przenoszenia mocy 750 kW przy prędkości obrotowej 24000-3000 — Rys. 1

Wpływ rodzaju przekładni zębatej na jej ciężar i gabaryt

Przekładnia obiegowa (a), o specjalnym wykonaniu ma masę 87 kg i pracuje przy prędkości 45 m/s. Przekładnia obiegowa (b) w zwykłym wykonaniu, produkowana w dużych seriach, ma masę 370 kg, zajmuje oczywiście więcej miejsca i pracuje przy prędkości obwodowej 44 m/s. Zwykła przekładnia walcowa (c) w układzie szeregowym, której zęby są utwardzane, ma już masę 570 kg i pracuje przy prędkości obwodowej 70 m/s. Jeszcze większe gabaryty ma przekładnia (d) wykonana ze stali ulepszanych cieplnie. Jej masa wynosi 1400 kg, a prędkość obwodowa dochodzi do 112 m/s. W większości przypadków trudności technologiczne i związane z tym koszty skłaniają do rozwiązania (c) lub (d). Tylko tam, gdzie na pierwszy plan wysuwa się masa przekładni lub jej gabaryty, przekładnia obiegowa ma znaczną przewagę nad przekładnią walcową.

Można jeszcze dodać, że duża prędkość liniowa elementów uzębionych, wynikająca z mniejszych nacisków dopuszczalnych, jest problemem, gdyż środek smarny jest odrzucany przez siłą odśrodkową. To z kolei wymaga stosowania smarowania natryskowego.

Profesor Müller lubił w czasie egzaminu z przekładni, a pytał grupy po czterech studentów, zadawać niekonwencjonalne pytania, dla uzmysłowienia studentom związku mocy i prędkości liniowej. Oto próbka jego poczucia humoru:

– Jaką moc może przenieść nić krawiecka, zastosowana jako pas w przekładni pasowej? – Brzmiało pytanie. Widząc nasze zakłopotanie, profesor sam udzielił odpowiedzi. – Dowolną, ale istnieje obawa, że nić będzie musiała poruszać się z prędkością światła.

Początki modernizacji przekładni górniczych

Wydarzenia dalej opisane miały miejsce na przełomie lat osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych ubiegłego stulecia. Mój zakład pracy został przeniesiony ze zjednoczenia technicznego zaplecza motoryzacji do zjednoczenia producentów maszyn górniczych. Sprowadzało się to w uproszczeniu do tego, że zmniejszyliśmy produkcję przekładni samochodowych, a w to miejsce uruchomiliśmy produkcję przekładni zębatych dla górnictwa węgla kamiennego. Początkowo były to przekładnie już wcześniej produkowane przez innych producentów. Konstrukcyjnie były to bardzo tradycyjne przekładnie o osiach stałych.

W zjednoczeniu powstał plan unowocześnienia wielu typów przekładni i stopniowe wdrażanie przekładni planetarnych. Tak postępowały również inne firmy europejskie w tej branży.

Wspomniane zalety przekładni obiegowych, w szczególności takie, jak mniejsze wymiary i masa, mają ogromne znaczenie, gdyż wszystkie maszyny i urządzenia trzeba pod ziemią przetransportować od szybu do miejsca wydobywania węgla lub jego transportu. Proszę wrócić do wspomnianego porównania i uzmysłowić sobie, przykładowo, jaka to różnica transportować kilkanaście kilometrów podziemnymi chodnikami najmniejszą przekładnię planetarną i tę największą, tradycyjną.

Za projektowanie nowoczesnych przekładni odpowiadała firma KOMAG. Jest to istniejący nadal instytut techniki górniczej w szerokim tego słowa rozumieniu. Dokumentacja przekładni spływała do nas z KOMAGU, a my zaczęliśmy wytwarzać prototypy nowych przekładni. Przekładnie były dość nowoczesne i starannie zaprojektowane. Konstruktorzy przekładni uczestniczyli w montażu prototypów i nasza współpraca układała się dobrze.

Był jednak jeden problem. Większość nowych przekładni była większa i cięższa od przekładni tradycyjnych, które miały zastąpić. Dlaczego tak się stało?