دليل هندسة التطبيقات لشركة كوريا إيفر-باور
دودة وعجلة دودة لمعدات التعدين والتكسير والغربلة
تُولّد كسارة فكية، عند اختراقها صخور جرانيتية بحجم 400 مم، ذروات عزم دوران ناتجة عن الصدمات تتراوح بين 4 و6 أضعاف متوسط عزم الدوران في الحالة المستقرة، وهي أحمال قصوى تظهر وتختفي في غضون 50 مللي ثانية. يقع زوج التروس الدودية الذي يُشغّل وحدة تغذية الكسارة على بُعد مترين، ويمتص هذه الصدمات المنتقلة باستمرار لمدة 6000 ساعة سنويًا، في محجر مكشوف يبعد 200 كيلومتر عن أقرب ورشة ميكانيكية. إن تحمل الصدمات، والمتانة في الظروف البيئية القاسية، وسهولة الصيانة الميدانية ليست خيارات، بل هي متطلبات أساسية للبقاء.
تستخدم كسارات التعدين، والغربال الاهتزازي، ومغذيات الغربال، ومحركات الغربال الدوار، أزواجًا من التروس الدودية في أدوار القيادة المساعدة والمساندة، حيث تتلاقى أحمال الصدمات الشديدة، والغبار الكاشط، ومتطلبات الصيانة في المواقع النائية. يربط جدول تصنيف أحمال الصدمات صلابة الخام (لين، متوسط، صلب، شديد الصلابة) بنوع الكسارة (فكية، مخروطية، صدمية، دوارة) لتحديد عامل خدمة الصدمات الصحيح - الذي يتراوح من 2.0 لكسارات المخروط للخامات اللينة إلى 4.0 لكسارات الصدمات للخامات الصلبة. هذه العوامل أعلى بمرتين إلى ثلاث مرات من عوامل الصدمات المنقولة المستخدمة في مصانع الأسمنت (المادة A25)، لأن أحمال الصدمات في التعدين هي صدمات ميكانيكية مباشرة ناتجة عن تلامس الخام مع المعدن، وليست اهتزازات منقولة عبر الأساسات. تتطلب مواقع المناجم النائية فترات خدمة ممتدة (من 6 إلى 12 شهرًا بين الصيانة الدورية)، وتصاميم هياكل قابلة للإصلاح في الموقع (هيكل منفصل، وإمكانية الوصول إلى العجلات بمسامير)، وبرامج تحليل الزيوت التي تكشف المشاكل بين عمليات الفحص الميداني.
حيث تستخدم عمليات التعدين محركات التروس الدودية
تستخدم محركات الكسارة والغربال الرئيسية محركات موصولة مباشرة، أو محركات سير، أو علب تروس حلزونية للتخفيض الأولي عالي السرعة وعالي الطاقة. ولكن كل دائرة تكسير وغربلة تحتوي على ما بين 8 إلى 20 محركًا مساعدًا حيث تكون أزواج التروس الدودية قياسية: محركات مغذيات المئزر التي تقيس الخام في الكسارة، ومحركات اهتزاز مغذيات الغربال، ومحركات دوران غربال الأسطواني، ومحركات رأس الناقل، ومحركات مضخات رش قمع الغبار، وآليات تنظيف تجويف الكسارة.
تشترك محركات التروس الدودية المساعدة هذه في ثلاث خصائص: عزم دوران معتدل (من 200 إلى 5000 نيوتن متر)، وسرعة بطيئة إلى معتدلة (من 1 إلى 30 دورة في الدقيقة)، والتعرض البيئي الشديد - الغبار في الهواء الطلق، ورذاذ الماء، ودرجات الحرارة القصوى، والصدمات الميكانيكية المستمرة من معدات التكسير المجاورة.
تصنيف أحمال الصدم — صلابة الخام × نوع الكسارة ← عامل الخدمة
تختلف أحمال الصدمات في التعدين عن الاهتزازات المنتقلة في مصانع الإسمنت (المادة A25، SF 2.0 إلى 3.0) لأن صدمات التعدين تنشأ من التلامس المباشر بين الخام والمعدن داخل الكسارة، مما ينتج عنه نبضات حادة وعالية السعة بدلاً من اهتزازات مستمرة منخفضة السعة. وتعتمد شدة الصدمة على متغيرين: صلابة الخام (التي تحدد ذروة القوة لكل صدمة) ونوع الكسارة المستخدمة في معالجته (التي تحدد تردد الصدمة وشكل الموجة).
يُظهر الجدول أن الكسارات الصدمية تتطلب أعلى معامل خدمة عند جميع مستويات صلابة الخام، وذلك لأنها تستخدم تأثير الدوار عالي السرعة (سرعة طرف الدوار من 60 إلى 80 م/ث) بدلاً من الضغط، مما يُنتج صدمات عابرة حادة. أما المناخل الاهتزازية فلها أقل معاملات الخدمة لأن حركة المنخل تُتحكم بها بواسطة أوزان لا مركزية، حيث تتبدد طاقة الصدم في طبقة الخام بدلاً من نقلها إلى المحرك. فعلى سبيل المثال، يحتاج زوج تروس دودي مُصنف عند 2000 نيوتن متر لكسارة مخروطية للخامات اللينة (معامل الخدمة 2.0، والقيمة الفعلية 1000 نيوتن متر) إلى 8000 نيوتن متر لكسارة صدمية للخامات شديدة الصلابة (معامل الخدمة 4.0، مع نفس قيمة عزم الدوران المستقر 2000 نيوتن متر)، أي بفارق أربعة أضعاف في حجم الإطار لنفس متطلبات عزم الدوران الاسمي.
إمكانية الخدمة في المواقع البعيدة - فترات زمنية ممتدة وتصميم قابل للإصلاح في الموقع
غالبًا ما تبعد مواقع التعدين في كوريا وفيتنام وأستراليا وأفريقيا مسافة تتراوح بين 100 و500 كيلومتر عن أقرب ورشة ميكانيكية مزودة بإمكانية إصلاح التروس الدودية. يستغرق شحن وحدة القيادة المعطلة إلى الورشة والعودة منها من أسبوع إلى ثلاثة أسابيع، وخلال هذه الفترة، يكون محرك التروس الدودية ودائرة التكسير إما متوقفين عن العمل أو يعملان بنظام التجاوز بقدرة منخفضة. عادةً ما تتجاوز تكلفة أسبوع واحد من توقف الكسارة (خسارة إيرادات الإنتاج) تكلفة نظام القيادة المساعد بالكامل بمقدار يتراوح بين 10 و50 ضعفًا.
ميزات تصميمية لسهولة الصيانة الميدانية. تتضمن أزواج التروس الدودية المستخدمة في التعدين أغلفة منفصلة (ينفصل الغلاف إلى نصفين لفحص العجلة واستبدالها دون إزالة الوحدة من الآلة)، وتثبيتًا للعجلة بمسامير (يمكن فك العجلة من عمود الإخراج واستبدالها ميدانيًا باستخدام أدوات يدوية بسيطة)، ومنافذ خارجية لتصريف الزيت وتعبئته (يمكن الوصول إليها دون تفكيك)، وسدادات تصريف مغناطيسية كبيرة الحجم (لجمع جزيئات المعادن الناتجة عن التآكل بين تحليلات الزيت). تضيف هذه الميزات من 15 إلى 25% إلى تكلفة تصنيع الغلاف، لكنها توفر من 10 إلى 50 ضعف هذه التكلفة من خلال تجنب وقت التوقف عند الحاجة إلى الإصلاح الميداني.
تحليل النفط كأداة للمراقبة عن بعد. يُتيح أخذ عينات الزيت ربع السنوية وتحليلها مخبريًا (محتوى الحديد والنحاس والقصدير باستخدام مطيافية البلازما المقترنة حثيًا) الكشف المبكر عن التآكل المتسارع، مما يسمح للمنجم بتخطيط استبدال العجلات خلال فترة الصيانة الدورية بدلًا من الاستجابة لعطل غير متوقع. تبلغ تكلفة تحليل الزيت ربع السنوي ما بين 80 و120 دولارًا أمريكيًا سنويًا لكل محرك، وهو مبلغ زهيد مقارنةً بقيمة الإنتاج اليومي لدائرة التكسير التي تتراوح بين 50,000 و200,000 دولار أمريكي.
حدد محجر كوري للركام، يعمل بدائرة كسارة فكية بطاقة إنتاجية 500 طن في الساعة، أزواج تروس دودة لأربعة محركات تغذية ذات مئزر. كان الخام من الحجر الجيري متوسط الصلابة (مقياس موس 4). استخدمت المواصفات الأولية معيار SF 1.5، وهو المعيار المعتمد لـ "الصدمة المتوسطة" في الكتالوج. صُنفت أزواج تروس الدودة عند 3000 نيوتن متر (2000 نيوتن متر في حالة الاستقرار × 1.5). بعد 14 شهرًا من التشغيل، تعطل أحد الأزواج الأربعة - حيث انكسر سن عجلة برونزية من الجذر نتيجة إجهاد الصدم. اضطر المحجر إلى إيقاف المغذي لمدة 3 أيام ريثما تم شحن بديل من سيول (180 كم). بلغت خسائر الإنتاج الناتجة عن عطل تروس الدودة حوالي 36000 طن × 8 دولارات أمريكية للطن الواحد (هامش الربح) = 288000 دولار أمريكي من الإيرادات المفقودة خلال فترة التوقف التي استمرت 3 أيام. السبب الجذري: كان عامل SF 1.5 مناسبًا للاهتزازات الصناعية العامة، ولكنه غير كافٍ لبيئة الصدمات في الكسارة الفكية - العامل الصحيح من جدول تصنيف الصدمات هو SF 2.5 للخامات متوسطة الصلابة مع الكسارة الفكية. إعادة تحديد المواصفات عند SF 2.5: أزواج مصنفة عند 5000 نيوتن متر (2000 × 2.5). زاد حجم الإطار من 125 مم إلى 160 مم المسافة المركزية. تكلفة الزوج البديل: 1650 دولارًا أمريكيًا (مقابل 980 دولارًا أمريكيًا للزوج ذي الحجم الأصغر - بزيادة قدرها 670 دولارًا أمريكيًا). متابعة لمدة ثلاث سنوات للأزواج المعاد تحديد مواصفاتها: صفر أعطال، صفر توقف غير مخطط له. منعت تكلفة الترقية البالغة 670 دولارًا أمريكيًا لكل زوج خسائر إنتاج يومية قدرها 288000 دولار أمريكي - نسبة عائد 430:1.
ثلاث حالات لمواصفات زوج التروس الدودية لمعدات التعدين
الحالة 1 - محجر تجميع كوري: وحدة تغذية ذات حزام كسارات فكية، حجر جيري، SF 2.5
حدد محجر كوري للركام أزواج تروس دودة لأربعة محركات تروس دودة لتغذية كسارة فكية بأبعاد 900 × 600 مم بمعدل 500 طن في الساعة. الخام: حجر جيري، صلابة موس 4 (متوسط). سرعة التغذية: 5 دورات في الدقيقة. عزم الدوران في حالة الاستقرار: 2000 نيوتن متر. عامل الصدمة من جدول التصنيف: 2.5 (خام متوسط × كسارة فكية). القدرة المطلوبة: 5000 نيوتن متر. زوج تروس الدودة (أعيد تحديده بعد تقليل الحجم الأولي): بداية واحدة، معامل 6، مسافة مركزية 160 مم، نسبة 40:1. المادة: دودة من فولاذ سبيكي مقوى، عجلة من برونز الفوسفور مصبوبة بالطرد المركزي. الغلاف: حديد مصبوب ذو غلاف مقسم مع سدادة تصريف مغناطيسية. مانع التسرب: متاهة مع منطقة عازلة مملوءة بالشحم (لا يوجد تنقية هواء متاحة عند موقع التغذية - لا يوجد مصدر هواء مضغوط). الزيت: زيت معدني ISO VG 460 EP، يُستبدل كل ستة أشهر مع تحليل ربع سنوي للزيت (باستخدام مطياف ICP للنحاس والحديد والقصدير). سعر الزوج: 1650 دولارًا أمريكيًا. تكلفة التحليل الربع سنوي للزيت: 30 دولارًا أمريكيًا لكل عينة. خدمة لمدة ثلاث سنوات: بدون أي أعطال، واستقرار مستوى النحاس عند 12 جزءًا في المليون (أقل بكثير من الحد المسموح به وهو 80 جزءًا في المليون).
الحالة 2 - منجم نحاس ياباني تحت الأرض: محرك غربال دوار، خام رطب، IP67
حدد منجم نحاس ياباني تحت الأرض زوجًا من التروس الدودية لمحرك دوران الغربال الأسطواني في دائرة الغربلة الأولية. يفصل الغربال الأسطواني الخام المسحوق (أقل من 150 مم) عن المواد الناعمة بسرعة 8 دورات في الدقيقة. بيئة المنجم تحت الأرض: رطوبة نسبية 95%، تساقط مياه جوفية، درجة حرارة من 28 إلى 35 درجة مئوية على مدار السنة. كانت البيئة الرطبة أكثر قسوة من بيئة الغبار في عمليات المناجم المكشوفة - حيث حملت المياه كبريتات النحاس المذابة (حمضية، درجة حموضة من 3 إلى 4) التي أدت إلى تآكل الفولاذ القياسي بسرعة. زوج التروس الدودية: بداية واحدة، معامل 5، مسافة مركزية 125 مم، نسبة 30:1. عزم الدوران في حالة الاستقرار: 1800 نيوتن متر. عامل الصدمة: 2.0 (خام متوسط، مكافئ للغربال الاهتزازي). التصنيف المطلوب: 3600 نيوتن متر. المادة: دودة من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L (مقاومة لمياه المناجم الحمضية)، عجلة من برونز الألومنيوم. مانع التسرب: IP67 مع حافة ومتاهة من مادة PTFE. الزيت: زيت PAG صناعي مع مادة مضافة مضادة للتآكل للبيئات الحمضية. سعر الزوج: 2400 دولار أمريكي. تصفح مخفض تروس دودة التعدين خيارات لتطبيقات التعدين تحت الأرض والتعدين في المناجم المكشوفة.
الحالة 3 - عملية استخراج النيكل من اللاتريت الفيتنامي: غربال اهتزازي، خام لين، مُحسَّن التكلفة
حدد منجم نيكل لاتريت في فيتنام أزواج تروس دودة لستة محركات غربلة اهتزازية في دائرة غسل الخام. خام اللاتريت لين (صلابة موس من 2 إلى 3، ويتكون أساسًا من الطين والصخور المتحللة) ويُعالج رطبًا - حيث يُخلط الخام بالماء قبل الغربلة. كان حمل الصدم ضئيلاً لأن اللاتريت لا يُحدث صدمات حادة بين الصخور والمعادن. عامل تأثير الغربلة الاهتزازية: 1.5 (خام لين، غربلة اهتزازية - العامل الأدنى في جدول التصنيف). عزم الدوران في حالة الاستقرار: 800 نيوتن متر. التصنيف المطلوب: 1200 نيوتن متر. زوج تروس الدودة: بداية واحدة، وحدة 4، مسافة مركزية 100 مم، نسبة 25:1. المادة: دودة مجلفنة بالغمس الساخن (مناسبة لخليط طين اللاتريت الرطب غير الحمضي)، عجلة من برونز الفوسفور. مانع التسرب: IP55 مع واقي من الرذاذ (كان محرك الغربلة فوق مستوى الخليط، ويتعرض للرذاذ فقط دون الغمر). الزيت: زيت معدني قياسي EP ISO VG 320، يُستبدل سنويًا. سعر الزوج: 380 دولارًا أمريكيًا. سعر 6 وحدات: 2280 دولارًا أمريكيًا. توضح هذه المواصفات أن ليس كل تطبيقات التعدين تتطلب ظروف التشغيل القاسية والمواد المقاومة للتآكل المستخدمة في عمليات الصخور الصلبة؛ فمعالجة اللاتريت عملية ميكانيكية لطيفة وكيميائيًا معتدلًا مقارنةً بتكسير الصخور الصلبة، ولذا يجب أن تتوافق مواصفات زوج التروس الدودية مع شدة الظروف الفعلية بدلًا من الاعتماد على أسوأ سيناريوهات التعدين.
الأسئلة الشائعة
س: كيف يمكنني تحديد عامل خدمة التأثير الصحيح لمنجمي المحدد؟
ابدأ بجدول تصنيف الصدمات باستخدام صلابة الخام (من بيانات المسح الجيولوجي أو اختبار موس للخدش) ونوع الكسارة. ثم اضبط المسافة وفقًا لتركيبها: إذا كان زوج التروس الدودية مُثبّتًا مباشرةً على هيكل الكسارة (محرك التغذية مُثبّت بالكسارة)، فاستخدم عامل الجدول. أما إذا كان مُثبّتًا على أساس منفصل على بُعد مترين إلى خمسة أمتار من الكسارة، فقلّل العامل بمقدار 0.5 (تتضاءل الصدمة المنقولة مع المسافة). وإذا كان مُثبّتًا على أساس مشترك مع مطحنة كروية (كما هو الحال في مصانع الأسمنت، المادة A25)، فاستخدم عامل قرب المطحنة الكروية. عند الشك، استخدم العامل الأعلى - فتكلفة زيادة حجم الهيكل مرة واحدة (من 15 إلى 25 بالمائة) ضئيلة مقارنةً بتكلفة عطل غير مُخطط له في منجم ناءٍ.
س: ما الذي يجعل غلاف زوج التروس الدودية "قابلاً للإصلاح في الموقع"؟
أربع ميزات تصميمية: (1) هيكل مقسم - يُفك الجزء العلوي منه لكشف العجلة دون الحاجة إلى إزالة الوحدة بأكملها من هيكل الآلة؛ (2) عجلة مثبتة بمسامير - تُثبت العجلة بمسامير على شفة عمود الإخراج بدلاً من تثبيتها بالضغط، مما يسمح بإزالتها باستخدام مفاتيح ربط عادية؛ (3) منافذ زيت يسهل الوصول إليها - يمكن الوصول إلى منافذ التصريف والتعبئة دون إزالة الحواجز أو المعدات المجاورة؛ (4) مثبتات قياسية - جميع مسامير الهيكل سداسية مترية (لا حاجة لأدوات خاصة). بفضل هذه الميزات، يستطيع فني مناجم مُدرَّب استبدال عجلة دودة مهترئة في غضون 4 إلى 6 ساعات باستخدام الأدوات اليدوية المتوفرة في أي ورشة عمل في المنجم - بدلاً من أسبوع إلى ثلاثة أسابيع لشحن الوحدة إلى منشأة خارجية.
س: كيف يختلف غبار التعدين عن غبار الأسمنت في تأثيره على أزواج التروس الدودية؟
يختلف غبار التعدين باختلاف نوع الخام: فغبار الصخور الغني بالسيليكا (الجرانيت، الكوارتزيت) شديد الكشط ولكنه متعادل كيميائيًا (درجة حموضة من 6 إلى 7). أما غبار أفران الإسمنت (المادة A25) فهو متوسط الكشط ولكنه قلوي بشدة (درجة حموضة 12). ويتشابه تأثير الكشط الميكانيكي، حيث يعمل كلا النوعين كمادة تلميع إذا دخلا إلى الهيكل. ويختلف التأثير الكيميائي: فغبار الإسمنت يُهاجم الأختام المطاطية من خلال التحلل القلوي، بينما لا يفعل غبار السيليكا ذلك. ومع ذلك، يُنتج بعض غبار التعدين (خامات كبريتيد النحاس، وكبريتيد الحديد) مياه جريان حمضية تُهاجم الفولاذ والبرونز، مما يتطلب ترقيات للمواد نفسها (الفولاذ المقاوم للصدأ 316L، وبرونز الألومنيوم) كما هو الحال في بيئة الإسمنت القلوية، ولكن لأسباب كيميائية معاكسة.
س: هل ينبغي تخزين أزواج تروس الدودة الاحتياطية في موقع المنجم؟
بالنسبة للمناجم التي تبعد أكثر من 100 كيلومتر عن المورد: نعم، يجب تخزين عجلة احتياطية واحدة على الأقل لكل حجم محرك حرج، وزوج كامل من العجلات الاحتياطية للمحرك ذي الأهمية القصوى (عادةً وحدة تغذية الكسارة الرئيسية). تكلفة الاحتفاظ بزوج واحد من تروس الدودة الاحتياطية (بقيمة تتراوح بين 1000 و3000 دولار أمريكي) أقل من 1% من إيرادات الإنتاج المفقودة خلال يوم واحد من توقف الكسارة (من 50000 إلى 200000 دولار أمريكي). بالنسبة للتصاميم ذات الهيكل المنفصل القابلة للإصلاح في الموقع، يكفي تخزين العجلة البرونزية فقط (بدلاً من الزوج الكامل) لأن دودة الصلب نادراً ما تتعطل، مما يقلل تكلفة مخزون قطع الغيار بنسبة تتراوح بين 60 و70%.
س: ما هو العمر التشغيلي النموذجي لزوج تروس دودة التعدين؟
مع مراعاة عامل الخدمة المناسب للصدمات والحماية من الغبار: يتراوح عمر العجلة من 4 إلى 8 سنوات عند تشغيلها من 4000 إلى 6000 ساعة سنويًا في دوائر تكسير الخامات الصلبة، ومن 6 إلى 12 سنة في تطبيقات تكسير الخامات اللينة والغربلة. أما دودة الصلب، فيتراوح عمرها من 8 إلى 15 عامًا أو أكثر. غالبًا ما يكون العامل المحدد لعمر العجلة هو عجلة البرونز، حيث يؤدي إجهاد الصدمات عند جذر السن إلى ظهور شقوق دقيقة تتسع على مدى ملايين دورات التحميل حتى ينكسر السن. يوفر تحليل الزيت، الذي يرصد تغيرات محتوى النحاس، إنذارًا مسبقًا لمدة تتراوح من 6 إلى 12 شهرًا قبل تعطل العجلة، مما يسمح باستبدالها بشكل مُخطط خلال فترة الصيانة الدورية بدلًا من الإصلاح الطارئ غير المُخطط له.
تعمل أزواج التروس الدودية لكسارات التعدين والغربلة تحت أقصى أحمال الصدمات مقارنةً بأي تطبيق آخر في هذه السلسلة، حيث تتراوح عوامل الخدمة من 2.0 إلى 4.0، أي أعلى بمرتين إلى ثلاث مرات من العوامل الصناعية القياسية. يربط جدول تصنيف أحمال الصدمات صلابة الخام بنوع الكسارة لتحديد العامل الصحيح، مما يمنع أخطاء تقليل الحجم التي تؤدي إلى كسور كارثية في الأسنان في الموقع وخسائر إنتاجية تتجاوز تكلفة التشغيل بعوامل تتراوح من 100 إلى 400. تتطلب مواقع التعدين النائية تصميمات هياكل قابلة للإصلاح في الموقع (علبة منفصلة، عجلة مثبتة بمسامير) وبرامج مراقبة لتحليل الزيت تكشف الأعطال الناشئة بين عمليات الفحص الميداني. يجب أن تتطابق المواصفات مع تركيبة الخام والكسارة الفعلية، حيث أن استخدام عامل "خدمة التعدين" العام للتروس الدودية إما يهدر الميزانية (مبالغ فيه للخامات اللينة) أو يؤدي إلى أعطال (مُقلل من شأنه لكسارات الصدمات للخامات الصلبة).
بالنسبة لمصنعي معدات التعدين وفرق صيانة المناجم، يقوم قسم الهندسة لدينا بتصنيف شدة الصدمات ويوصي بحجم الإطار المناسب، والمادة، وتكوين الخدمة الميدانية. الكتالوج القياسي مجموعات تروس دودة شديدة التحمل تغطي أحجام التعدين من 100 إلى 250 مم بمسافة مركزية، مع خيارات الهيكل المنفصل وإمكانية الإصلاح الميداني. أرسل طلبًا مواصفات محرك التعدين مع نوع الخام، ونوع الكسارة، ومسافة التركيب من الكسارة، وما إذا كانت هناك حاجة إلى إمكانية الإصلاح الميداني.
تحديد أزواج التروس الدودية لمعدات التعدين أو المحاجر؟
أرسل نوع الخام وصلابته، ونوع الكسارة/المنخل، وقرب موقع التركيب من الكسارة، وموقع المنجم (لتخطيط الصيانة)، وما إذا كانت هناك حاجة إلى إمكانية إصلاح الهيكل المنفصل في الموقع. سنقوم بتصنيف شدة الصدمة ونوصي بحجم الإطار ومادته وجدول الصيانة.
المحرر: Cxm
