Wariator mechaniczny – płynna regulacja prędkości bez falownika

Wariator mechaniczny pozwala płynnie zmieniać prędkość obrotową na wyjściu napędu za pomocą pokrętła, bez falownika i bez żadnej elektroniki. Silnik pracuje cały czas ze stałą prędkością znamionową, a zmianą prędkości zajmuje się sam mechanizm wariatora. To rozwiązanie starsze od przemienników częstotliwości, ale nadal stosowane w maszynach, w których liczy się prostota, odporność na trudne warunki i niezależność od rodzaju zasilania.

W praktyce wariator najczęściej spotyka się w przenośnikach, podajnikach, mieszadłach, maszynach pakujących i dozujących, w liniach spożywczych oraz w warsztatowych maszynach, w których operator dobiera prędkość „na oko” do materiału. Często pracuje w parze z przekładnią ślimakową, która obniża prędkość do kilkunastu czy kilkudziesięciu obrotów na minutę.

W tym poradniku wyjaśniamy, jak działa wariator mechaniczny typu UDL, jak czytać jego oznaczenie, jaki zakres regulacji można uzyskać, czym różni się od regulacji falownikiem i jak go prawidłowo eksploatować. Wartości liczbowe podajemy jako typowe dla tej konstrukcji – wiążące są dane z tabliczki znamionowej i dokumentacji producenta.

Jak działa wariator mechaniczny UDL

Wariatory serii UDL to wariatory cierne o budowie planetarnej. Napęd jest przenoszony przez tarcie między elementami tocznymi a pierścieniami i tarczami pracującymi w kąpieli specjalnego oleju. Obracając pokrętłem regulacyjnym, przesuwa się jeden z pierścieni, co zmienia promień, na którym elementy toczne stykają się z tarczami. Zmiana promienia styku oznacza zmianę przełożenia, a więc prędkości wału wyjściowego. Ponieważ promień zmienia się w sposób ciągły, również prędkość zmienia się płynnie, bez skoków.

Wariator montuje się podobnie jak reduktor: silnik kołnierzowy przykręca się do kołnierza wejściowego wariatora, a czop silnika wchodzi w otwór wałka wejściowego. Na wyjściu wariator ma czop z wpustem lub kołnierz, do którego można dołączyć przekładnię ślimakową albo walcową. Pokrętło regulacyjne zwykle wyposażone jest we wskaźnik lub skalę, która pozwala powtarzalnie ustawiać wybraną prędkość.

Ważna cecha konstrukcji ciernej: przełożenie zmienia się przez przesunięcie elementów, które muszą się w tym czasie obracać. Dlatego prędkość w wariatorze UDL reguluje się wyłącznie podczas pracy. Kręcenie pokrętłem przy zatrzymanym napędzie może uszkodzić mechanizm regulacji.

Oznaczenie i wielkości wariatorów UDL

Nazwa wariatora zawiera moc silnika, do jakiego jest przeznaczony, oraz rodzaj kołnierza wejściowego. Przykład: UDL 0,37 Wariator 71B5.

Wszystkie wariatory w tej serii mają kołnierz wejściowy B5, więc wymagają silnika z dużym kołnierzem z otworami przelotowymi. Silnik z kołnierzem B14 nie będzie pasował bez adaptera. Moc w oznaczeniu jest mocą, dla której wariator został zaprojektowany; zastosowanie silnika mocniejszego przeciąża mechanizm cierny, a słabszego – ogranicza dostępny moment na wyjściu.

Zakres regulacji i charakterystyka wariatora mechanicznego

Wariatory planetarne tego typu zapewniają zwykle zakres regulacji około 1:5. Przy silniku 1400 obr/min oznacza to na wyjściu prędkość mniej więcej od dwustu kilkudziesięciu do około tysiąca obrotów na minutę. Dokładny zakres dla danej wielkości podaje producent i od niego należy zaczynać obliczenia.

Przy projektowaniu napędu trzeba pamiętać o trzech właściwościach przekładni ciernej:

• Moment zależy od nastawionej prędkości. Przy niższych prędkościach wyjściowych wariator oddaje wyższy moment, ale nie nieograniczenie – dopuszczalny moment w funkcji prędkości odczytasz z wykresu w dokumentacji. Moc na wyjściu przy najniższych prędkościach jest zwykle wyraźnie mniejsza od mocy silnika.
• Występuje niewielki poślizg. Prędkość wyjściowa zmienia się nieznacznie wraz z obciążeniem. Do większości przenośników i mieszadeł to bez znaczenia, ale wariator nie zastąpi napędu pozycjonującego.
• Sprawność jest niższa niż przekładni zębatej. Część mocy zamienia się w ciepło w oleju trakcyjnym, dlatego obudowa wariatora jest w pracy wyraźnie ciepła.

Prędkość wyjściową całego napędu z wariatorem i reduktorem liczy się, dzieląc prędkość z wyjścia wariatora przez przełożenie reduktora. Zasady liczenia przełożenia i momentu w przekładni ślimakowej przedstawiamy szczegółowo w poradniku przełożenie i moment obrotowy w przekładni ślimakowej.

Przykład: wariator z reduktorem ślimakowym

Silnik 0,37 kW 1400 obr/min, wariator UDL 0,37 71B5 o zakresie wyjściowym przyjętym orientacyjnie jako 200–1000 obr/min oraz reduktor ślimakowy o przełożeniu 1/30. Prędkość na wyjściu reduktora zmienia się płynnie od ok. 200 / 30 ≈ 6,7 obr/min do ok. 1000 / 30 ≈ 33 obr/min. Taki zakres wystarcza do regulacji podajnika lub przenośnika, w którym operator dopasowuje tempo do produkcji. Kołnierz wejściowy reduktora musi odpowiadać wyjściu wariatora – sprawdź to na rysunku wymiarowym przed zamówieniem.

Wariator czy falownik – porównanie

Falownik to dziś najpopularniejszy sposób regulacji prędkości, ale nie w każdej sytuacji jest lepszy. To, czy dany silnik nadaje się do zasilania z przemiennika, omawiamy w artykule silnik elektryczny a falownik. Poniżej zestawiamy różnice praktyczne między obiema metodami.

Wariator wygrywa tam, gdzie dostępne jest tylko zasilanie jednofazowe i napęd ma pracować z silnikiem jednofazowym, gdzie środowisko jest zapylone, wilgotne lub zakłócenia elektroniczne są niepożądane, oraz tam, gdzie obsługa ma po prostu przekręcić pokrętło. Falownik jest lepszy przy szerokim zakresie regulacji, częstych zmianach prędkości, potrzebie sterowania z automatyki i tam, gdzie liczy się sprawność energetyczna.

Montaż i eksploatacja wariatora – lista kontrolna

• Przed pierwszym uruchomieniem sprawdź poziom oleju i rodzaj oleju zalecany przez producenta. W wariatorach ciernych stosuje się olej o właściwościach trakcyjnych – zwykły olej przekładniowy może zmienić pracę mechanizmu.
• Ustal pozycję montażową i sprawdź, czy wymaga ona innego położenia korka odpowietrzającego lub innej ilości oleju.
• Silnik montuj z czopem posmarowanym pastą montażową, z wpustem na swoim miejscu, dokręcając śruby kołnierza równomiernie.
• Uruchamiaj napęd z pokrętłem ustawionym na niską prędkość, a następnie zwiększaj ją stopniowo podczas pracy.
• Nie zmieniaj nastawy przy zatrzymanym napędzie.
• Unikaj bardzo częstych rozruchów pod pełnym obciążeniem i obciążeń udarowych – mechanizm cierny źle znosi uderzenia.
• Kontroluj temperaturę obudowy i ewentualne wycieki, a olej wymieniaj według interwału z dokumentacji.

Silnik z wariatorem uruchamia się zwykle rozruchem bezpośrednim, ponieważ wariator nie wymaga dużego momentu rozruchowego, jeśli maszyna nie jest mocno obciążona. Przy dużych masach do rozpędzenia rozważ inne sposoby rozruchu opisane w artykule o metodach rozruchu silnika trójfazowego. Podłączenie silnika, dobór zabezpieczeń i ewentualną zmianę układu połączeń wykonuje osoba z uprawnieniami elektrycznymi (SEP).

Kiedy wariator mechaniczny to dobry wybór

Wariator warto rozważyć, gdy maszyna potrzebuje kilku różnych prędkości roboczych, ale nie wymaga precyzyjnej regulacji ani sterowania z automatyki. Dobrze sprawdza się w napędach przenośników o zmiennej wydajności, mieszadeł, w których lepkość materiału zmienia się w trakcie procesu, w maszynach do nawijania i podawania materiału oraz w urządzeniach warsztatowych zasilanych jednofazowo. Gdy potrzebny jest zespół napędowy z niską prędkością wyjściową, wariator łączy się z przekładnią – porównanie gotowych zespołów i kompletowania osobnego opisujemy w poradniku motoreduktor ślimakowy – zestaw czy silnik i reduktor osobno.

Najczęstsze pytania

Czy prędkość w wariatorze można zmieniać przy wyłączonym silniku?

Nie. W wariatorach ciernych typu UDL nastawę zmienia się wyłącznie podczas pracy, gdy elementy toczne się obracają. Regulacja na postoju grozi uszkodzeniem mechanizmu.

Czy wariator mechaniczny współpracuje z silnikiem jednofazowym?

Tak. Wariator nie ma wymagań co do zasilania silnika, o ile ten ma właściwą moc, wielkość mechaniczną i kołnierz B5. To jedna z głównych przewag nad falownikiem.

Jak niską prędkość mogę uzyskać z samym wariatorem?

Typowo kilkaset obrotów na minutę przy silniku 1400 obr/min. Niższe prędkości uzyskasz, łącząc wariator z reduktorem ślimakowym lub walcowym.

Czy wariator może pracować w trybie ciągłym?

Tak, pod warunkiem że obciążenie mieści się w charakterystyce momentu dla nastawionej prędkości, a temperatura obudowy pozostaje w granicach podanych przez producenta.

Dlaczego obudowa wariatora jest ciepła?

Część mocy jest tracona na tarcie w mechanizmie i zamieniana w ciepło w oleju. Umiarkowanie ciepła obudowa jest normalna; nagły wzrost temperatury lub hałasu wymaga sprawdzenia oleju i obciążenia.

Wariatory i napędy z regulacją prędkości w ofercie

Wariatory UDL od 0,18 do 4,0 kW znajdziesz w kategorii wariatory mechaniczne UDL, np. wariator UDL 0,37 z kołnierzem 71B5 z przykładu powyżej. Pasujące silniki wybierzesz w kategorii silniki trójfazowe kołnierzowe B5. Jeśli po porównaniu metod regulacji lepszy okaże się przemiennik częstotliwości, zajrzyj do kategorii falowniki jednofazowe i trójfazowe.