Mergeți pe orice mină sau fabrică de ciment și veți găsi un echipament rotativ care cântărește sute de tone, funcționează 24 de ore pe zi și depinde de un singur angrenaj masiv pentru a continua să se rotească. Acest angrenaj este roata dințată inelară - numită și roată dințată - și este calul de lucru necunoscut al industriei grele. Când unul eșuează, întreaga linie se oprește, iar costul perioadei de nefuncționare poate ajunge la zeci de mii de dolari pe oră.
Ce face de fapt un angrenaj inel
O roată dințată inelară este o roată dințată cu diametru mare-înșurubat în jurul circumferinței unui tambur rotativ sau a carcasei cuptorului. Se angrenează cu unul sau două pinioane mai mici antrenate de un motor electric printr-o cutie de viteze. Motorul rotește pinionul, pinionul rotește inelul, iar inelul rotește întreaga carcasă - la viteze de obicei între 1 și 20 RPM.
Designul este simplu, dar extrem de eficient. Prin înfășurarea angrenajului în jurul tamburului în sine, eliminați necesitatea unui arbore central masiv și a unui rulment care ar fi nepractic la aceste dimensiuni. Inelul dințat distribuie forța de antrenare pe întreaga circumferință, ceea ce este esențial atunci când rotiți o moară cu bile de 500 de tone plină de minereu și bile de oțel.
Roțile inelare sunt enorme. Modulele tipice variază de la 20 la 50, iar diametrele pot depăși 14 metri la cele mai mari mori de măcinat. Sunt turnate într-o singură bucată sau împărțite în două sau mai multe segmente pentru transport și instalare. Materialul este aproape întotdeauna oțel turnat - ZG45, 42CrMo sau aliaje similare - cu tratament termic pentru a obține echilibrul corect între duritatea suprafeței și duritatea miezului.
Mineritul: mori de măcinat de orice tip
În minerit, sarcina principală a angrenajului inel este strunirea morilor de măcinare - mașinile care zdrobesc minereul până la dimensiunile fine ale particulelor necesare pentru recuperarea mineralelor.
Morile cu bile sunt cea mai comună aplicație. Un cilindru orizontal de oțel umplut parțial cu bile de oțel se rotește pe axa sa, răsturnând minereul și măcinandu-l prin impact și abraziune. Dimensiunile variază de la câțiva metri în diametru pentru operațiuni mici până la peste 8 metri pentru marile mine de cupru și aur. Roata inelară de pe o moară cu bile mare poate cântări de la sine 30 de tone sau mai mult.
Morile SAG (măcinare semi-autogenă) și morile AG (măcinare autogenă) fac acest lucru un pas mai departe. Morile SAG folosesc minereul în sine ca mediu de măcinare împreună cu o mică încărcătură de bile de oțel, în timp ce morile AG se bazează în întregime pe minereu. Aceste mori sunt chiar mai mari decât morile cu bile - sunt obișnuite diametre de 10 până la 12 metri, iar roți dințate care le antrenează sunt în mod corespunzător masive. Încărcările aici sunt extreme: o moară SAG complet încărcată poate cântări peste 1.000 de tone, iar inelul trebuie să pornească și să oprească acea masă fără probleme, fără a încărca dinții șoc.
Morile cu tije, morile cu pietricele și morile turn completează aplicațiile miniere. Fiecare folosește o transmisie cu roți dințate, deși dimensiunea și profilul de sarcină diferă. Ceea ce împărtășesc cu toții este un mediu de operare dur - praf constant, vibrații și particule abrazive de minereu care își găsesc drumul în orice. Angrenajele inelare din minerit au nevoie de duritate mare a suprafeței pentru a rezista uzurii abrazive și rădăcini robuste ale dintelui pentru a face față oboselii cauzate de încărcările repetate.
Ciment: cuptoare, mori și uscătoare
Industria cimentului este celălalt utilizator intens al angrenajelor inelare, iar cerințele aici sunt diferite, dar nu mai puțin severe.
Cuptoarele rotative sunt inima unei fabrici de ciment. Un cilindru de oțel lung, ușor înclinat -, de obicei, de 4 până la 6 metri în diametru și 60 până la 100 de metri lungime - se rotește la 1 până la 4 rpm, în timp ce o flacără la capătul inferior încălzește materialul la peste 1.400 de grade . Calcarul și argila se alimentează în partea de sus, iar clincherul de ciment iese în partea de jos. Inelul, de obicei montat lângă capătul de descărcare, trebuie să mențină o angrenare precisă cu pinionul chiar și atunci când carcasa cuptorului se extinde termic cu câțiva centimetri. Această expansiune termică este una dintre cele mai mari provocări de proiectare a angrenajelor inelare ale cuptorului de ciment -, angrenajul trebuie să rămână aliniat într-un interval de temperatură care ar deforma majoritatea utilajelor.
Morile cu bile de ciment funcționează pe același principiu ca și morile cu bile pentru minerit, măcinând clincherul până la pulberea fină care devine ciment. Aceste mori funcționează adesea în circuit închis cu separatoare, iar transmisia cu roți dințate trebuie să se ocupe de funcționarea continuă cu variații minime de viteză. Morile de ciment tind să fie mai mici decât cele mai mari mori miniere SAG, dar funcționează ani de zile fără oprire, așa că fiabilitatea și rezistența la uzură sunt primordiale.
Uscătoarele și răcitoarele rotative sunt a treia aplicație majoră de ciment. Uscătoarele îndepărtează umezeala din materiile prime înainte de a intra în cuptor, în timp ce răcitoarele aduc clincherul fierbinte la temperatura de manipulare după ce iese din cuptor. Ambele folosesc transmisii cu roți dințate similare cu cuptoarele, deși sarcinile și temperaturile sunt mai scăzute. Ceea ce contează aici este consistența - rotația neuniformă cauzează uscarea sau răcirea neuniformă, ceea ce afectează calitatea produsului.
Considerații de design și materiale
Diferența dintre o roată dințată care durează 20 de ani și una care eșuează în 5 se rezumă la design, material și calitatea de fabricație.
Profilul dintelui contează. Majoritatea angrenajelor inelare moderne folosesc mai degrabă dinți elicoidali decât dinți drepti. Unghiul elicei distribuie sarcina pe mai mulți dinți simultan, ceea ce reduce șocul, scade zgomotul și permite angrenajului să transmită cuplu de clasa megawați-la turații mici pe minut fără a lovi. Roțile dințate elicoidale generează tracțiune axială, care trebuie absorbită de rolele de susținere a morii, dar compensația merită pentru aplicații grele-.
Alegerea materialului depinde de aplicație. Pentru cuptoarele de ciment, unde căldura și ciclul termic sunt principalele preocupări, aliajele precum 42CrMo sau AISI 4140 își păstrează rezistența la temperaturi ridicate. Pentru morile miniere, unde predomină uzura abrazivă, oțelurile turnate cu carbon mai mare-cu întărire la suprafață (adesea prin inducție sau întărire la flacără) oferă o viață mai lungă a dinților. Procesul de tratare termică este critic - prea dur și dinții crapă sub șoc; prea moi și se uzează în câțiva ani.
Precizia de fabricație este piesa finală. Dinții trebuie tăiați la profilul exact, angrenajul trebuie să fie perfect rotund, iar găurile pentru șuruburi trebuie să se alinieze precis cu flanșa tamburului. Orice deformare sau nealiniere provoacă o încărcare neuniformă a dinților, care accelerează uzura și poate duce la ruperea catastrofală a dinților. Producătorii de calitate efectuează teste cu ultrasunete pe piese turnate, verifică profilul dinților cu mașini de măsurare coordonate și efectuează un test complet de plasă cu pinionul înainte de expediere.
Întreținere și durată de viață
Un inel dințat bine-proiectat și bine{{1}instalat poate funcționa între 15 și 25 de ani înainte de a necesita înlocuire. Cheia este lubrifierea și monitorizarea.
Majoritatea angrenajelor inelare folosesc-ungerea angrenajelor deschise - un compus greu de grăsime sau asfalt-, aplicat prin sisteme automate de pulverizare sau manual de către operatori. Lubrifiantul trebuie să rămână pe dinți sub forță centrifugă, să reziste la spălarea de apă și praf și să suporte presiunea extremă. O rată tipică de aplicare este de câteva grame pe minut, pulverizată pe pinion în timp ce acesta se rotește. Lubrefierea insuficientă este cauza numărul unu a defecțiunii premature a inelului dințat - dinții se uzează, se încorporează și se uzează rapid odată ce pelicula de lubrifiant se descompune.
Inspecția regulată detectează probleme înainte ca acestea să devină eșecuri. Echipele de întreținere verifică tiparele de uzură a dinților, caută spărturi sau spărturi pe suprafețele dinților, măsoară reacția și ascultă zgomote neobișnuite. Un model de uzură care este concentrat pe o parte a dinților indică, de obicei, o nealiniere - fie pinionul este decentrat-sau roata dințată s-a schimbat pe tambur. Prinderea devreme a acestui lucru și re-alinierea poate adăuga ani la viața uneltei.
Când o roată dințată ajunge la sfârșitul duratei de viață, înlocuirea este o operațiune majoră. Moara sau cuptorul trebuie oprite, vechiul angrenaj desfășurat și tăiat (deseori în secțiuni pentru îndepărtare), iar noul angrenaj instalat și aliniat. Acest lucru poate dura de la câteva zile la săptămâni de nefuncționare planificată, motiv pentru care majoritatea plantelor păstrează o roată dințată de rezervă pe raft și planifică înlocuirea cu ani în avans.
concluzie
Roțile dințate sunt printre cele mai mari și mai puternic încărcate componente mecanice din orice operațiune industrială. În minerit, aceștia conduc morile de măcinare care reduc minereul până la o dimensiune recuperabilă -, mori cu bile, mori SAG, mori AG și mori cu tije, care depășesc adesea 10 metri în diametru și manipulează sarcini de peste 1.000 de tone. În ciment, aceștia conduc cuptoarele rotative care produc clincher la 1.400 de grade, morile cu bile care îl macină până la pulbere și uscătoarele și răcitoarele care susțin procesul.
Condițiile de operare cu greu ar putea fi mai diferite - minerit se referă la abraziune și șoc, cimentul este despre căldură și expansiune termică - dar cerințele converg spre același lucru: un inel dințat fabricat cu precizie, lubrifiat corespunzător, aliniat cu grijă, care poate funcționa zeci de ani cu o atenție minimă. Faceți-o corect și se estompează în fundal, făcându-și treaba în mod fiabil. Găsiți greșit și devine cea mai scumpă presă hârtie de pe site.
