Choďte na akékoľvek banské miesto alebo cementáreň a nájdete kus rotačného zariadenia, ktoré váži stovky ton, beží 24 hodín denne a jeho otáčanie závisí od jediného masívneho prevodu. Toto ozubené koleso je ozubené koleso -, ktoré sa tiež nazýva ozubené koleso obvodu -, a je to nepopulárny ťažný kôň ťažkého priemyslu. Keď jeden zlyhá, zastaví sa celá linka a náklady na prestoje sa môžu vyšplhať na desiatky tisíc dolárov za hodinu.
Čo vlastne robí ozubené koliesko
Ozubené koleso je ozubené koleso veľkého{0}}priemeru priskrutkované po obvode rotujúceho bubna alebo plášťa pece. Zaberá s jedným alebo dvoma menšími pastorkami poháňanými elektromotorom cez prevodovku. Motor otáča pastorkom, pastorok otáča ozubeným vencom a ozubený kruh otáča celým plášťom - pri rýchlostiach typicky medzi 1 a 20 ot./min.
Dizajn je jednoduchý, no brutálne efektný. Omotaním ozubeného kolesa okolo samotného bubna eliminujete potrebu masívneho centrálneho hriadeľa a ložiska, ktoré by bolo pri týchto veľkostiach nepraktické. Kruhové koleso rozdeľuje hnaciu silu po celom obvode, čo je nevyhnutné, keď otáčate 500-tonový guľový mlyn plný rudy a oceľových guľôčok.
Ozubené krúžky sú obrovské. Typické moduly sa pohybujú od 20 do 50 a priemery môžu presiahnuť 14 metrov na najväčších mlynoch. Sú odliate z jedného kusu alebo rozdelené na dva alebo viac segmentov na prepravu a inštaláciu. Materiál je takmer vždy liata oceľ - ZG45, 42CrMo alebo podobné zliatiny - s tepelným spracovaním na dosiahnutie správnej rovnováhy medzi tvrdosťou povrchu a húževnatosťou jadra.
Baníctvo: Brúsky každého typu
Pri baníctve je hlavnou úlohou ozubeného kolesa sústruženie brúsnych mlynov - strojov, ktoré drvia rudu na jemné častice potrebné na získavanie minerálov.
Najbežnejšou aplikáciou sú guľové mlyny. Horizontálny oceľový valec čiastočne naplnený oceľovými guľôčkami sa otáča okolo svojej osi, prevracia rudu a melie ju nárazom a odieraním. Veľkosti sa pohybujú od niekoľkých metrov v priemere pre malé prevádzky až po viac ako 8 metrov pre veľké medené a zlaté bane. Kruhové koleso na veľkom guľovom mlyne môže samo o sebe vážiť 30 ton alebo viac.
Mlyny SAG (pol{0}}autogénne mletie) a mlyny AG (autogénne mletie) idú o krok ďalej. Mlyny SAG používajú samotnú rudu ako mlecie médium spolu s malou dávkou oceľových guľôčok, zatiaľ čo mlyny AG sa spoliehajú výlučne na rudu. Tieto mlyny sú dokonca väčšie ako guľové mlyny -, bežné sú priemery 10 až 12 metrov a ozubené kolieska, ktoré ich poháňajú, sú zodpovedajúco masívne. Zaťaženie je tu extrémne: plne naložený mlyn SAG môže vážiť viac ako 1 000 ton a ozubené koleso musí túto hmotu rozbehnúť a zastaviť hladko bez nárazového zaťaženia zubov.
Ťažobné aplikácie dopĺňajú tyčové mlyny, kamienkové mlyny a vežové mlyny. Každý z nich používa pohon s ozubeným vencom, hoci veľkosť a profil zaťaženia sa líšia. Všetci zdieľajú drsné prevádzkové prostredie - neustály prach, vibrácie a abrazívne častice rudy, ktoré si nájdu cestu do všetkého. Ozubené kolesá v baníctve potrebujú vysokú tvrdosť povrchu, aby odolali abrazívnemu opotrebovaniu, a robustné korene zubov, aby zvládli únavu z opakovaného zaťaženia.
Cement: pece, mlyny a sušiarne
Cementárenský priemysel je ďalším veľkým používateľom prstencových ozubených kolies a požiadavky sú tu odlišné, ale nie menej prísne.
Rotačné pece sú srdcom cementárne. Dlhý, mierne naklonený oceľový valec - zvyčajne s priemerom 4 až 6 metrov a dĺžkou 60 až 100 metrov - sa otáča rýchlosťou 1 až 4 otáčky za minútu, zatiaľ čo plameň na spodnom konci ohrieva materiál na viac ako 1 400 stupňov . Vápenec a íl sa privádzajú zhora a cementový slinok vychádza zdola. Ozubené koleso, ktoré je zvyčajne namontované v blízkosti výstupného konca, musí udržiavať presné zábery s pastorkom, aj keď sa plášť pece tepelne rozťahuje o niekoľko centimetrov. Táto tepelná rozťažnosť je jednou z najväčších výziev pri návrhu ozubených kolies cementových pecí -, ozubené koleso musí zostať zarovnané v teplotnom rozsahu, ktorý by zdeformoval väčšinu strojov.
Cementové guľové mlyny pracujú na rovnakom princípe ako banské guľové mlyny, melú slink na jemný prášok, ktorý sa stáva cementom. Tieto mlyny často bežia v uzavretom okruhu so separátormi a pohon ozubeného venca musí zvládnuť nepretržitú prevádzku s minimálnymi zmenami rýchlosti. Cementárne bývajú menšie ako najväčšie ťažobné SAG mlyny, ale bežia roky bez zastavenia, takže spoľahlivosť a odolnosť proti opotrebeniu sú prvoradé.
Rotačné sušičky a chladiče sú treťou hlavnou aplikáciou cementu. Sušičky odstraňujú vlhkosť zo surovín pred ich vstupom do pece, zatiaľ čo chladiče privádzajú horúci slink na manipulačnú teplotu po opustení pece. Obidve používajú pohony s ozubeným kolesom podobné pecám, hoci zaťaženie a teploty sú nižšie. Tu je dôležitá konzistencia - nerovnomerné otáčanie spôsobuje nerovnomerné sušenie alebo chladenie, čo ovplyvňuje kvalitu produktu.
Dizajn a materiálové aspekty
Rozdiel medzi ozubeným krúžkom, ktorý vydrží 20 rokov a tým, ktorý zlyhá za 5 rokov, spočíva v dizajne, materiáli a kvalite výroby.
Na profile zubov záleží. Väčšina moderných ozubených kolies používa špirálové zuby skôr ako priame čelné zuby. Uhol skrutkovice rozloží zaťaženie na viacero zubov súčasne, čo znižuje otrasy, znižuje hluk a umožňuje prevodu prenášať krútiaci moment triedy megawatt- pri nízkych otáčkach bez príklepu. Špirálové ozubené kolesá generujú axiálny tlak, ktorý musia absorbovať podporné valce mlyna, ale kompromis stojí za to pri ťažkých-aplikáciách.
Výber materiálu závisí od aplikácie. Pre cementárske pece, kde sú hlavnými problémami tepelné a tepelné cykly, si zliatiny ako 42CrMo alebo AISI 4140 zachovávajú pevnosť aj pri zvýšených teplotách. Pre banské mlyny, kde dominuje abrazívne opotrebenie, poskytujú liate ocele s vyšším-uhlíkom s povrchovým kalením (často indukčným alebo plameňovým kalením) dlhšiu životnosť zubov. Proces tepelného spracovania je kritický - príliš tvrdý a zuby praskajú pri náraze; príliš mäkké a za niekoľko rokov sa opotrebujú.
Výrobná presnosť je posledným kusom. Zuby musia byť vyrezané na presný profil, ozubené koleso musí byť dokonale okrúhle a otvory pre skrutky musia presne lícovať s prírubou bubna. Akékoľvek hádzanie alebo nesúososť spôsobuje nerovnomerné zaťaženie zubov, čo urýchľuje opotrebovanie a môže viesť ku katastrofálnemu zlomeniu zubov. Kvalitní výrobcovia vykonávajú ultrazvukové testovanie odliatkov, kontrolujú profil zubov pomocou súradnicových meracích strojov a pred odoslaním vykonajú úplný test siete s pastorkom.
Údržba a životnosť
Dobre{0}}navrhnuté, dobre{1}}namontované ozubené koleso môže fungovať 15 až 25 rokov, kým bude potrebné vymeniť. Kľúčom je mazanie a monitorovanie.
Väčšina ozubených kolies používa otvorené{0}}mazanie ozubených kolies - ťažké mazivo alebo zmes na báze asfaltu-aplikovanú automatickými rozprašovacími systémami alebo manuálne operátormi. Lubrikant musí zostať na zuboch pod odstredivou silou, odolávať vymývaniu vodou a prachom a zvládať extrémny tlak. Typická aplikačná dávka je niekoľko gramov za minútu, nastriekaná na pastorok pri otáčaní. Nedostatočné mazanie je najčastejšou príčinou predčasného zlyhania ozubeného kolesa -, zuby sa rýchlo zdierajú, ryjú a opotrebúvajú, keď sa mazací film rozpadne.
Pravidelná kontrola zachytáva problémy skôr, ako sa stanú poruchami. Tímy údržby kontrolujú vzory opotrebovania zubov, hľadajú jamky alebo odlupovanie na povrchu zubov, merajú vôľu a počúvajú nezvyčajný hluk. Vzor opotrebenia, ktorý je sústredený na jednej strane zubov, zvyčajne naznačuje nesúososť - buď je pastorok mimo -stred, alebo sa ozubené koleso posunulo na bubne. Včasné zachytenie a opätovné{5}}zarovnanie môže predĺžiť životnosť zariadenia.
Keď prstencové koleso dosiahne koniec svojej životnosti, výmena je hlavnou operáciou. Mlyn alebo pec sa musí zastaviť, staré ozubené koleso odskrutkovať a odrezať (často po častiach na odstránenie) a nainštalovať a zarovnať nové ozubené koleso. To môže trvať niekoľko dní až týždňov plánovaných odstávok, čo je dôvod, prečo väčšina závodov uchováva náhradné ozubené koleso na polici a plánuje výmenu roky vopred.
záver
Ozubené kolesá patria medzi najväčšie a najviac zaťažované mechanické komponenty v akejkoľvek priemyselnej prevádzke. Pri baníctve poháňajú mlecie mlyny, ktoré redukujú rudu na vyťažiteľnú veľkosť - guľové mlyny, mlyny SAG, AG mlyny a tyčové mlyny, ktorých priemer často presahuje 10 metrov a manipuluje s nákladmi nad 1 000 ton. V cemente poháňajú rotačné pece, ktoré vyrábajú slinok pri 1400 stupňoch, guľové mlyny, ktoré ho melú na prášok, a sušičky a chladiče, ktoré podporujú tento proces.
Prevádzkové podmienky sa sotva môžu líšiť - ťažba je o abrázii a rázovom zaťažení, cement je o teplu a tepelnej rozťažnosti -, ale požiadavky sa zbiehajú v tom istom: precízne vyrobené, správne namazané, starostlivo zarovnané ozubené koleso, ktoré môže bežať desaťročia s minimálnou pozornosťou. Urobte to správne a ustúpi do pozadia a svoju prácu vykoná spoľahlivo. Pomýlite sa a stane sa najdrahším ťažítkom na mieste.
