Korea Ever-Power · Průvodce aplikačním inženýrstvím
Šnek a šnekové kolo pro těžební drtiče a třídicí zařízení
Čelistní drtič prořezávající žulové balvany o průměru 400 mm generuje nárazové točivé momenty o velikosti 4 až 6krát vyšší než je průměr v ustáleném stavu – špičkové zatížení, které se dostaví a mizí během 50 milisekund. Šnekové kolo pohánějící podavač drtiče se nachází 2 metry od objektu a tyto přenášené rázy nepřetržitě absorbuje po dobu 6 000 hodin ročně v povrchovém lomu 200 kilometrů od nejbližší mechanické dílny. Tolerance nárazů, odolnost vůči vlivům prostředí a provozuschopnost v terénu nejsou volitelné – jsou to požadavky na přežití.
Důlní drtiče, vibrační síta, grizzly podavače a bubnové pohony používají šnekové převody v pomocných a pomocných rolích pohonu, kde se sbíhá extrémní rázové zatížení, abrazivní prach a provozuschopnost na vzdálených místech. Tabulka klasifikace rázového zatížení mapuje tvrdost rudy (měkká, střední, tvrdá, velmi tvrdá) v závislosti na typu drtiče (čelistní, kuželový, rázový, krouživý) pro určení správného provozního faktoru rázového zatížení – od 2,0 pro kuželové drtiče měkké rudy do 4,0 pro rázové drtiče tvrdé rudy. Tyto faktory jsou 2 až 3krát vyšší než faktory přenášených rázů používané v cementárnách (článek A25), protože rázové zatížení v dolech jsou přímé mechanické rázy z kontaktu rudy s kovem, spíše než vibrace přenášené základy. Vzdálené doly vyžadují prodloužené servisní intervaly (6 až 12 měsíců mezi plánovanou údržbou), konstrukce pouzder opravitelných v terénu (dělená skříň, přístup k kolům se šrouby) a programy analýzy oleje, které detekují problémy mezi fyzickými kontrolami.
Tam, kde se v těžebních provozech používají šnekové převody
Hlavní pohony drtiče a třídiče využívají pro vysokorychlostní a výkonné primární redukci přímo spřažené motory, řemenové pohony nebo spirálové převodovky. Každý drticí a třídicí okruh má však 8 až 20 pomocných pohonů, kde jsou standardní šnekové převody: pohony čelního podavače, které dávkují rudu do drtiče, pohony vibrátorů grizzly podavače, pohony otáčení bubnového síta, pohony čelní části dopravníku, pohony čerpadel pro potlačení prachu a mechanismy pro čištění dutiny drtiče.
Tyto pomocné šnekové převodové pohony sdílejí tři společné charakteristiky: střední točivý moment (200 až 5 000 N·m), pomalé až střední otáčky (1 až 30 ot./min) a extrémní vystavení okolnímu prostředí – prach z otevřeného prostoru, vodní stříkající voda, teplotní extrémy a neustálé mechanické rázy od sousedního drticího zařízení.
Klasifikace rázového zatížení – tvrdost rudy × typ drtiče → provozní faktor
Rázové zatížení v dolech se liší od přenášených vibrací v cementárnách (článek A25, SF 2.0 až 3.0), protože rázy v dolech vznikají při přímém kontaktu rudy s kovem uvnitř drtiče – a tím vznikají ostré přechodové jevy s vysokou amplitudou, nikoli nepřetržité vibrace s nízkou amplitudou. Závažnost nárazu závisí na dvou proměnných: tvrdosti rudy (což určuje maximální sílu na náraz) a typu drtiče, který ji zpracovává (což určuje frekvenci a tvar vlny nárazu).
Tabulka ukazuje, že nárazové drtiče vyžadují nejvyšší provozní faktor na každé úrovni tvrdosti rudy – protože používají vysokorychlostní náraz rotoru (rychlost hrotu 60 až 80 m/s) spíše než kompresi, což vytváří nejostřejší rázové přechodové jevy. Vibrační síta mají nejnižší faktory, protože pohyb síta je řízen excentrickými závažími – energie nárazu se rozptýlí v rudném loži, spíše než aby se přenášela do pohonu. Šnekový převod s jmenovitým momentem 2 000 N·m pro kuželový drtič měkké rudy (SF 2.0, efektivní jmenovitý moment 1 000 N·m) by musel být jmenovitý na 8 000 N·m pro nárazový drtič velmi tvrdé rudy (SF 4.0, stejný ustálený stav 2 000 N·m) – což je čtyřnásobný rozdíl ve velikosti rámu pro stejný požadavek na jmenovitý točivý moment.
Možnost servisu na vzdáleném místě – prodloužené intervaly a provedení opravitelné v terénu
Důlní lokality v Koreji, Vietnamu, Austrálii a Africe jsou často vzdáleny 100 až 500 kilometrů od nejbližší mechanické dílny s možností opravy šnekových převodů. Přeprava vadné pohonné jednotky do dílny a zpět trvá 1 až 3 týdny – během nichž je pohon šnekových převodů a drticí okruh buď vypnut, nebo běží na obtoku se sníženou kapacitou. Náklady na jediný týden prostoje drtiče (ztracené příjmy z výroby) obvykle převyšují náklady na celý pomocný pohonný systém faktorem 10 až 50.
Konstrukční prvky pro snadnou údržbu v terénu. Šnekové převody pro důlní použití zahrnují dělené skříně (skříň se pro kontrolu a výměnu kola rozdělí na dvě poloviny bez nutnosti demontáže jednotky ze stroje), šroubované uchycení kola (kolo lze odšroubovat z výstupního hřídele a vyměnit v terénu pomocí základního ručního nářadí), externí vypouštěcí a plnicí otvory oleje (přístupné bez demontáže) a nadměrně velké magnetické vypouštěcí zátky (pro zachycení kovových částic opotřebení mezi analýzami oleje). Tyto vlastnosti zvyšují výrobní náklady skříně o 15 až 25 procent, ale ušetří 10 až 50krát více z důvodu zamezení prostojů, když je nutná oprava v terénu.
Analýza oleje jako dálkové monitorování. Čtvrtletní odběr vzorků oleje a laboratorní analýza (obsah železa, mědi, cínu pomocí ICP spektrometrie) umožňuje včasnou detekci zrychleného opotřebení – což umožňuje dolu naplánovat výměnu kola během plánovaného období údržby, spíše než reagovat na neplánovanou poruchu. Náklady na čtvrtletní analýzu oleje se pohybují přibližně 80 až 120 USD ročně na jeden pohon – zanedbatelné ve srovnání s denní produkcí drticího okruhu 50 000 až 200 000 USD.
Korejský lom na kamenivo, který provozoval okruh čelistního drtiče s výkonem 500 tun za hodinu, specifikoval páry šnekových převodů pro 4 pohony čelního podavače. Ruda byla středně tvrdý vápenec (Mohs 4). Původní specifikace používala SF 1,5 – standard pro „střední rázy“ v katalogu. Páry šnekových převodů byly dimenzovány na 3 000 N·m (2 000 N·m v ustáleném stavu × 1,5). Po 14 měsících provozu jeden ze čtyř párů selhal – bronzový zub kola se zlomil u kořene v důsledku únavy nárazem. Lom musel podavač na 3 dny zastavit, dokud nebyl ze Soulu (180 km) dodán náhradní. Ztráta produkce v důsledku selhání šnekového převodu: přibližně 36 000 tun × marže 8 USD na tunu = 288 000 USD ušlých příjmů během třídenní odstávky. Hlavní příčina: SF 1.5 byl vhodný pro běžné průmyslové vibrace, ale nedostatečný pro prostředí s nárazy čelistního drtiče – správný faktor z tabulky klasifikace nárazů byl SF 2.5 pro středně tvrdou rudu s čelistním drtičem. Přepracování specifikace na SF 2.5: páry s jmenovitým momentem 5 000 N·m (2 000 × 2,5). Velikost rámu zvětšena ze 125 mm na 160 mm mezi středy. Náklady na náhradní pár: 1 650 USD (oproti 980 USD u poddimenzovaného páru – nárůst o 670 USD). Tříleté sledování přepracovaných párů: žádné poruchy, žádné neplánované prostoje. Náklady na modernizaci ve výši 670 USD na pár zabránily denním ztrátám ve výrobě ve výši 288 000 USD – poměr návratnosti 430:1.
Tři případy specifikace páru šnekových převodů těžebního zařízení
Případ 1 – Korejský lom na kamenivo: čelistní drtič s podavačem, vápenec, SF 2.5
Korejský lom na kamenivo specifikoval šnekové převody pro 4 šnekové pohony podavače s čelním pohonem, které napájejí čelistní drtič o rozměrech 900 × 600 mm s výkonem 500 tun za hodinu. Ruda: vápenec, Mohsova stupnice 4 (střední). Rychlost podavače: 5 ot./min. Ustálený točivý moment: 2 000 N·m. Rázový úhel SF z klasifikační tabulky: 2,5 (střední ruda × čelistní drtič). Požadovaný jmenovitý výkon: 5 000 N·m. Šnekový převod (přespecifikovaný po počátečním poddimenzování): jednochodý, modul 6, rozteč středů 160 mm, převod 40:1. Materiál: kalený šnek z legované oceli, kolo z odstředivě lité fosforové bronzy. Těleso: dělená litina s magnetickou vypouštěcí zátkou. Těsnění: labyrintové s tukovou vyrovnávací zónou (v místě podavače není k dispozici proplachování vzduchem – není k dispozici přívod stlačeného vzduchu). Olej: minerální EP ISO VG 460, měněn každých 6 měsíců se čtvrtletní analýzou oleje (ICP spektrometrie pro měď, železo, cín). Cena za pár: 1 650 USD. Čtvrtletní analýza oleje: 30 USD za vzorek. Tříletý servis: žádné poruchy, stabilní trend mědi na 12 ppm (výrazně pod akčním limitem 80 ppm).
Případ 2 – Japonský podzemní měděný důl: pohon síta bubnu, mokrá ruda, IP67
Japonský podzemní měděný důl specifikoval šnekový převod pro pohon otáčení bubnového síta v primárním třídicím okruhu. Bubnový převod odděloval drcenou rudu (mínus 150 mm) od jemných částic při 8 ot./min. Prostředí podzemního dolu: relativní vlhkost 95 procent, odkapávání podzemní vody, celoroční teplota 28 až 35 stupňů Celsia. Vlhké prostředí bylo agresivnější než prašné prostředí v povrchových lomech – voda nesla rozpuštěný síran měďnatý (kyselý, pH 3 až 4), který rychle korodoval standardní ocel. Šnekový převod: jednochodý, modul 5, rozteč 125 mm, převodový poměr 30:1. Ustálený točivý moment: 1 800 N·m. Rázová pevnost: 2,0 (ekvivalent střední rudy, vibrační síto). Požadovaný jmenovitý výkon: 3 600 N·m. Materiál: Šnek z nerezové oceli 316L (odolnost vůči kyselé důlní vodě), kolo z hliníkového bronzu. Těsnění: IP67 s PTFE břitem a labyrintem. Olej: syntetický PAG s antikorozní přísadou pro kyselé prostředí. Cena za pár: 2 400 USD. Procházet šnekový reduktor pro těžbu možnosti pro podzemní i povrchovou těžbu.
Případ 3 – Vietnamský provoz těžby lateritového niklu: vibrační síto, měkká ruda, optimalizace nákladů
Vietnamský lateritový niklový důl specifikoval páry šnekových převodů pro 6 pohonů vibračních sít v okruhu propírání rudy. Lateritová ruda je měkká (Mohs 2 až 3, v podstatě jíl a rozložená hornina) a zpracovává se za mokra – ruda se před tříděním suspenduje ve vodě. Rázové zatížení bylo minimální, protože laterit nevytváří žádné ostré nárazy horniny na kov. Rázový faktor vibračního síta SF: 1,5 (měkká ruda, vibrační síto – nejnižší faktor v klasifikační tabulce). Ustálený točivý moment: 800 N·m. Požadovaný výkon: 1 200 N·m. Pár šnekových převodů: jednochodý, modul 4, rozteč 100 mm, převodový poměr 25:1. Materiál: žárově pozinkovaný šnek (vhodný pro mokrou, ale nekyselou suspenzi lateritového jílu), kolo z fosforového bronzu. Těsnění: IP55 s ochranou proti stříkající vodě (pohon síta byl nad hladinou suspenze, přijímal stříkající vodu, ale ne ponoření). Olej: standardní minerální EP ISO VG 320, měněný každoročně. Cena za pár: 380 USD. Cena za 6 jednotek: 2 280 USD. Specifikace ukazuje, že ne všechny těžební aplikace vyžadují extrémní provozní faktory a korozivzdorné materiály používané v horninových operacích – zpracování lateritu je mechanicky šetrné a chemicky mírné ve srovnání s drcením hornin a specifikace šnekového převodu by měla odpovídat skutečné závažnosti, spíše než se řídit nejhorším možným předpokladem těžby.
Často kladené otázky
Otázka: Jak určím správný servisní faktor nárazu pro můj konkrétní důl?
Začněte s tabulkou klasifikace nárazů s použitím tvrdosti rudy (z dat geologického průzkumu nebo Mohsovy vrypové zkoušky) a typu drtiče. Poté upravte podle instalační vzdálenosti: pokud je šnekový převod namontován přímo na rámu drtiče (pohon podavače je k drtiči přišroubován), použijte faktor stolu. Pokud je drtič namontován na samostatném základu 2 až 5 metrů od drtiče, snižte jej o 0,5 (přenášený ráz se s rostoucí vzdáleností tlumí). Pokud je drtič namontován na společném základu s kulovým mlýnem (jako v cementárnách, článek A25), použijte místo toho faktor blízkosti kulového mlýna. V případě pochybností použijte vyšší faktor – náklady na jedno zvětšení rámu (15 až 25 procent) jsou zanedbatelné ve srovnání s náklady na jedno neplánované selhání ve vzdáleném dole.
Otázka: Co dělá skříň šnekového převodu „opravitelnou v terénu“?
Čtyři konstrukční prvky: (1) Dělená skříň – horní polovina se odšroubuje, aby se odhalilo kolo, aniž by bylo nutné demontovat celou jednotku z rámu stroje; (2) Šroubované kolo – kolo je připevněno šrouby k přírubě výstupního hřídele, nikoli nalisováno, což umožňuje demontáž pomocí standardních klíčů; (3) Přístupné olejové otvory – vypouštěcí a plnicí otvory jsou dosažitelné bez demontáže ochranných krytů nebo sousedního zařízení; (4) Standardní upevňovací prvky – všechny šrouby skříně jsou metrické šestihranné (bez speciálního nářadí). Díky těmto vlastnostem může vyškolený důlní mechanik vyměnit opotřebované šnekové kolo za 4 až 6 hodin pomocí ručního nářadí dostupného v jakékoli důlní dílně – oproti 1 až 3 týdnům potřebným k přepravě jednotky do externího zařízení.
Otázka: Jak se liší důlní prach od cementového prachu ve svém vlivu na páry šnekových kol?
Těžební prach se liší podle typu rudy: horninový prach bohatý na oxid křemičitý (žula, křemenec) je extrémně abrazivní, ale chemicky neutrální (pH 6 až 7). Prach z cementárenských pecí (článek A25) je středně abrazivní, ale silně alkalický (pH 12). Mechanický abrazivní účinek je podobný – oba typy působí jako lapovací pasta, pokud vniknou do pouzdra. Chemický účinek se liší: cementový prach napadá gumová těsnění alkalickou degradací, zatímco křemičitý prach nikoli. Nicméně některé těžební prachy (rudy sulfidu mědi, sulfidu železa) generují kyselou stékající vodu, která napadá ocel a bronz – vyžaduje stejné vylepšení materiálu (nerezová ocel 316L, hliníkový bronz) jako alkalické prostředí cementu, ale z opačných chemických důvodů.
Otázka: Měly by být v dole skladovány náhradní páry šnekových převodů?
Pro doly vzdálené více než 100 km od dodavatele: ano – mějte na skladě alespoň jedno náhradní kolo na každou kritickou velikost pohonu a jeden kompletní náhradní pár pro pohon s nejvyšší kritickou hodnotou (obvykle primární podavač drtiče). Náklady na přepravu jednoho náhradního páru šnekových kol (hodnota zásob 1 000 až 3 000 USD) jsou menší než 1 procento ztráty tržeb z výroby během jediného dne odstávky drtiče (50 000 až 200 000 USD). U konstrukcí s dělenou skříní opravitelných v terénu je dostatečné mít na skladě pouze bronzové kolo (nikoli celý pár), protože ocelový šnek selhává jen zřídka – což snižuje náklady na náhradní díly o 60 až 70 procent.
Otázka: Jaká je typická životnost šnekového soukolí v těžebním průmyslu?
Při správném provozním faktoru rázu a ochraně proti prachu: 4 až 8 let při 4 000 až 6 000 hodinách ročně pro okruhy drcení tvrdých rud, 6 až 12 let pro aplikace s měkkými rudami a tříděním. Ocelový šnek vydrží 8 až 15+ let. Faktorem omezujícím životnost je téměř vždy bronzové kolo – únava materiálu v důsledku rázu v oblasti kořene zubu vytváří mikrotrhliny, které se po miliony cyklů zatížení zvětšují, dokud se zub nezlomí. Analýza oleje sledující trend obsahu mědi poskytuje 6 až 12 měsíců předstihu před selháním kola – což umožňuje plánovanou výměnu během plánovaného údržbového okna namísto neplánované nouzové opravy.
Šnekové převody drtičů a třídičů pracují s nejnáročnějším rázovým zatížením ze všech aplikací v této řadě – provozní faktory 2,0 až 4,0, které jsou 2 až 3krát vyšší než standardní průmyslové faktory. Tabulka klasifikace rázového zatížení mapuje tvrdost rudy v závislosti na typu drtiče, aby určila správný faktor – čímž se zabrání chybám při poddimenzování, které způsobují katastrofální lom zubů v terénu a výrobní ztráty, které 100 až 400krát překračují náklady na pohon. Odlehlé doly vyžadují konstrukce skříní opravitelných v terénu (dělená skříň, šroubované kolo) a programy monitorování analýzy oleje, které detekují vznikající poruchy mezi fyzickými kontrolami. Specifikace musí odpovídat skutečné kombinaci rudy a drtiče – výchozí nastavení generického faktoru „těžebního zatížení“ šnekového převodu buď plýtvá rozpočtem (nadhodnoceno pro měkkou rudu), nebo vede k poruchám (podhodnoceno pro nárazové drtiče tvrdé rudy).
Pro výrobce důlních zařízení a týmy údržby dolů naše technické oddělení klasifikuje závažnost nárazu a doporučuje správnou velikost rámu, materiál a konfiguraci pro terénní servis. Standardní katalog šnekové převodovky pro vysoké zatížení Pokrývá velikosti pro těžební účely od 100 do 250 mm s roztečí středů s děleným pouzdrem a možnostmi opravy v terénu. Odešlete specifikace těžebního disku s typem rudy, typem drtiče, instalační vzdáleností od drtiče a tím, zda je vyžadována možnost opravy v terénu.
Specifikujete páry šnekových převodů pro těžební nebo lomové zařízení?
Zašlete nám typ a tvrdost rudy, typ drtiče/třídiče, blízkost instalace k drtiči, umístění dolu (pro plánování servisu) a zda je nutná možnost opravy v terénu s děleným krytem. Klasifikujeme závažnost dopadu a doporučíme velikost rámu, materiál a plán údržby.
Střihač: Cxm
