Korea Ever-Power · Руководство по применению инженерных решений
Червяки и червячные колеса для горнодобывающего дробильного и сортировочного оборудования.
Щековая дробилка, измельчающая гранитные валуны размером 400 мм, генерирует скачки ударного момента, в 4-6 раз превышающие среднее значение в установившемся режиме — пиковые нагрузки, которые возникают и исчезают в течение 50 миллисекунд. Червячная передача, приводящая в движение питатель дробилки, находится на расстоянии 2 метров от нее, непрерывно поглощая эти передаваемые удары в течение 6000 часов в год в карьере открытого типа, расположенном в 200 километрах от ближайшей механической мастерской. Ударопрочность, устойчивость к воздействию окружающей среды и ремонтопригодность в полевых условиях — это не просто желательные качества, а требования для выживания.
В горнодобывающих дробилках, вибрационных грохотах, колосниковых питателях и барабанных приводах червячные передачи используются в качестве вспомогательных и вспомогательных приводных механизмов, где сходятся экстремальные ударные нагрузки, абразивная пыль и возможность эксплуатации в удаленных местах. Таблица классификации ударных нагрузок сопоставляет твердость руды (мягкая, средняя, твердая, очень твердая) с типом дробилки (щековая, конусная, ударная, гирационная) для определения правильного коэффициента ударной нагрузки — от 2,0 для конусных дробилок для мягкой руды до 4,0 для ударных дробилок для твердой руды. Эти коэффициенты в 2–3 раза выше, чем коэффициенты передаваемых ударных нагрузок, используемые на цементных заводах (статья A25), поскольку ударные нагрузки в горнодобывающей промышленности представляют собой прямые механические удары от контакта руды с металлом, а не передаваемую вибрацию через фундамент. Удаленные шахты требуют увеличенных интервалов обслуживания (от 6 до 12 месяцев между плановыми проверками), ремонтопригодных в полевых условиях конструкций корпусов (разборный корпус, болтовое крепление колес) и программ анализа масла, которые выявляют проблемы между физическими осмотрами.
В горнодобывающих предприятиях используются червячные передачи.
В основных приводах дробилки и грохота для высокоскоростного и мощного первичного измельчения используются двигатели с прямой муфтой, ременные передачи или косозубые редукторы. Однако в каждом дробильно-сортировочном контуре имеется от 8 до 20 вспомогательных приводов, где стандартными являются червячные передачи: приводы ленточных питателей, дозирующих руду в дробилку, приводы вибраторов грохотов, приводы вращения барабанных грохотов, приводы головной части конвейера, приводы насосов пылеулавливающей системы и механизмы очистки дробильных камер.
Эти вспомогательные червячные передачи обладают тремя общими характеристиками: умеренным крутящим моментом (от 200 до 5000 Н·м), низкой или умеренной скоростью вращения (от 1 до 30 об/мин) и экстремальными условиями окружающей среды — пылью на открытом воздухе, брызгами воды, экстремальными температурами и постоянными механическими ударами от расположенного рядом дробильного оборудования.
Классификация ударной нагрузки — твердость руды × тип дробилки → коэффициент запаса прочности
Ударные нагрузки при добыче полезных ископаемых отличаются от передаваемой вибрации на цементных заводах (статья A25, SF 2.0–3.0), поскольку ударные нагрузки возникают в результате прямого контакта руды с металлом внутри дробилки, что приводит к резким, высокоамплитудным переходным процессам, а не к непрерывной низкоамплитудной вибрации. Интенсивность удара зависит от двух переменных: твердости руды (которая определяет пиковую силу удара) и типа дробилки, которая ее обрабатывает (которая определяет частоту и форму удара).
В таблице показано, что ударные дробилки требуют наибольшего коэффициента запаса прочности при каждом уровне твердости руды — потому что они используют высокоскоростной удар ротора (скорость вращения наконечника от 60 до 80 м/с), а не сжатие, что приводит к наиболее резким переходным процессам удара. Вибрационные грохоты имеют самые низкие коэффициенты запаса прочности, поскольку движение грохота контролируется эксцентриковыми грузами — энергия удара рассеивается в слое руды, а не передается на привод. Пара червячных передач с номинальным крутящим моментом 2000 Н·м для конусной дробилки для мягкой руды (коэффициент запаса прочности 2,0, эффективный крутящий момент 1000 Н·м) должна иметь номинальный крутящий момент 8000 Н·м для ударной дробилки для очень твердой руды (коэффициент запаса прочности 4,0, тот же установившийся крутящий момент 2000 Н·м) — разница в размерах рамы в 4 раза при одинаковых номинальных требованиях к крутящему моменту.
Возможность обслуживания в удаленных местах — увеличенные интервалы между заменами и конструкция, допускающая ремонт в полевых условиях.
Горнодобывающие предприятия в Корее, Вьетнаме, Австралии и Африке часто находятся на расстоянии от 100 до 500 километров от ближайшей механической мастерской, способной ремонтировать червячные передачи. Доставка вышедшего из строя приводного агрегата в мастерскую и обратно занимает от 1 до 3 недель, в течение которых червячная передача и дробильный контур либо останавливаются, либо работают в обходном режиме с пониженной производительностью. Стоимость одной недели простоя дробилки (потерянная выручка от производства) обычно превышает стоимость всей вспомогательной приводной системы в 10-50 раз.
Конструктивные особенности, обеспечивающие удобство обслуживания в полевых условиях. Червячные передачи горнодобывающего класса включают в себя разъемные корпуса (корпус разделяется на две половины для осмотра и замены колеса без снятия узла с машины), болтовое крепление колеса (колесо можно открутить от выходного вала и заменить в полевых условиях с помощью простых ручных инструментов), внешние сливные и заливные отверстия для масла (доступные без разборки) и увеличенные магнитные сливные пробки (для улавливания частиц износа металла между анализами масла). Эти особенности увеличивают себестоимость изготовления корпуса на 15–25 процентов, но позволяют сэкономить в 10–50 раз больше за счет предотвращения простоев при необходимости полевого ремонта.
Анализ нефти как метод дистанционного мониторинга. Ежеквартальный отбор проб масла и лабораторный анализ (содержание железа, меди и олова методом ИСП-спектрометрии) позволяют заблаговременно выявлять ускоренный износ, что дает возможность планировать замену колес в рамках планового технического обслуживания, а не реагировать на незапланированную поломку. Стоимость ежеквартального анализа масла составляет приблизительно от 80 до 120 долларов США в год на один привод — это ничтожно мало по сравнению с ежедневной производительностью дробильного цеха, составляющей от 50 000 до 200 000 долларов США.
Корейский карьер по добыче щебня, эксплуатирующий дробильную установку с производительностью 500 тонн в час, заказал червячные передачи для 4 приводов ленточных питателей. Руда представляла собой известняк средней твердости (по шкале Мооса 4). В первоначальной спецификации использовалась твердость по шкале Мооса SF 1.5 — стандарт для «умеренной ударной нагрузки» в каталоге. Червячные передачи были рассчитаны на нагрузку 3000 Н·м (2000 Н·м в установившемся режиме × 1,5). После 14 месяцев эксплуатации одна из четырех пар вышла из строя — бронзовый зуб колеса сломался у основания из-за усталости при ударе. Карьеру пришлось остановить работу питателя на 3 дня, пока из Сеула (180 км) доставляли замену. Потери производства из-за поломки червячной передачи: приблизительно 36 000 тонн × 8 долларов США на тонну прибыли = 288 000 долларов США потерянной выручки за 3-дневный простой. Первопричина: коэффициент SF 1.5 подходил для общей промышленной вибрации, но был недостаточен для ударных нагрузок щековой дробилки — правильный коэффициент из таблицы классификации ударных нагрузок составлял SF 2.5 для среднетвердой руды при работе с щековой дробилкой. Пересмотр спецификации до SF 2.5: пары рассчитаны на 5000 Н·м (2000 × 2.5). Размер рамы увеличен со 125 мм до 160 мм межосевого расстояния. Стоимость замены одной пары: 1650 долларов США (против 980 долларов США за пару меньшего размера — увеличение на 670 долларов США). Трехлетнее наблюдение за парами с пересмотренными характеристиками: ни одного отказа, ни одного незапланированного простоя. Стоимость модернизации в 670 долларов США за пару предотвратила ежедневные производственные потери в размере 288 000 долларов США — коэффициент возврата 430:1.
Технические характеристики трех червячных передач для горнодобывающего оборудования
Пример 1 — Корейский карьер по добыче щебня: пластинчатый питатель щековой дробилки, известняк, SF 2,5
Корейский карьер по добыче щебня заказал червячные передачи для 4 червячных приводов ленточных питателей, подающих щебень в щековую дробилку размером 900 × 600 мм со скоростью 500 тонн в час. Руда: известняк, твердость по шкале Мооса 4 (средняя). Скорость вращения питателя: 5 об/мин. Крутящий момент в установившемся режиме: 2000 Н·м. Ударная вязкость по классификации: 2,5 (руда средней твердости × щековая дробилка). Требуемая номинальная мощность: 5000 Н·м. Червячная передача (пересмотрена после первоначального занижения размеров): однозаходная, модуль 6, межосевое расстояние 160 мм, передаточное отношение 40:1. Материал: червяк из закаленной легированной стали, колесо из центробежно-литой фосфористой бронзы. Корпус: разъемный чугунный с магнитной сливной пробкой. Уплотнение: лабиринтное с буферной зоной, заполненной смазкой (отсутствует возможность продувки воздухом в месте расположения питателя — отсутствует подача сжатого воздуха). Масло: минеральное ISO VG 460 EP, замена каждые 6 месяцев, анализ масла проводится ежеквартально (ИК-спектрометрия для определения меди, железа, олова). Стоимость за пару: 1650 долларов США. Ежеквартальный анализ масла: 30 долларов США за образец. Трехлетняя эксплуатация: ни одного отказа, стабильное содержание меди на уровне 12 ppm (значительно ниже предельно допустимой концентрации 80 ppm).
Пример 2 — Японский подземный медный рудник: привод барабанного грохота, влажная руда, IP67
На японском подземном медном руднике для привода вращения барабанного грохота в первичном цикле сортировки была выбрана червячная передача. Барабанный грохот отделял измельченную руду (минус 150 мм) от мелких фракций со скоростью 8 об/мин. Условия подземной добычи: относительная влажность 95%, капельное орошение грунтовыми водами, температура от 28 до 35 градусов Цельсия круглый год. Влажная среда была более агрессивной, чем пылевая среда в открытых карьерах — вода переносила растворенный сульфат меди (кислотный, pH от 3 до 4), который быстро вызывал коррозию стандартной стали. Червячная передача: однозаходная, модуль 5, межосевое расстояние 125 мм, передаточное отношение 30:1. Крутящий момент в установившемся режиме: 1800 Н·м. Ударная вязкость: 2,0 (средняя руда, эквивалент вибрационного грохота). Требуемая номинальная мощность: 3600 Н·м. Материал: червяк из нержавеющей стали 316L (устойчив к кислотной шахтной воде), колесо из алюминиевой бронзы. Уплотнение: IP67 с тефлоновой кромкой и лабиринтом. Масло: синтетическое полиакрилатное масло с антикоррозионной добавкой для кислотной среды. Стоимость за пару: 2400 долларов США. Посмотреть шахтный червячный редуктор варианты для подземной и открытой добычи полезных ископаемых.
Пример 3 — добыча никеля из латеритных руд во Вьетнаме: вибрационный грохот, мягкая руда, оптимизация затрат.
На вьетнамском никелевом руднике, добывающем латерит, были заказаны червячные передачи для 6 приводов вибрационных грохотов в системе промывки руды. Латеритная руда мягкая (по шкале Мооса 2-3, в основном глина и разложившаяся порода) и обрабатывается во влажном режиме — руда смешивалась с водой перед просеиванием. Ударная нагрузка была минимальной, поскольку латерит не вызывает резких ударов породы о металл. Коэффициент ударной вязкости вибрационного грохота: 1,5 (мягкая руда, вибрационный грохот — самый низкий коэффициент в таблице классификации). Крутящий момент в установившемся режиме: 800 Н·м. Требуемая номинальная мощность: 1200 Н·м. Червячная передача: однозаходная, модуль 4, межосевое расстояние 100 мм, передаточное отношение 25:1. Материал: горячеоцинкованный червяк (подходит для влажной, но некислой латеритной глинистой суспензии), колесо из фосфористой бронзы. Уплотнение: IP55 с защитой от брызг (привод сита находился выше уровня суспензии, подвергаясь воздействию брызг, но не погружению). Масло: стандартное минеральное EP ISO VG 320, заменяется ежегодно. Стоимость за пару: 380 долларов США. Стоимость за 6 единиц: 2280 долларов США. Спецификация демонстрирует, что не все горнодобывающие операции требуют экстремальных условий эксплуатации и коррозионностойких материалов, как при работе с твердыми породами — обработка латерита механически щадящая и химически мягкая по сравнению с дроблением твердых пород, и спецификация червячной передачи должна соответствовать фактической степени жесткости условий эксплуатации, а не основываться на предположении о наихудшем сценарии горнодобывающей промышленности.
Часто задаваемые вопросы
В: Как определить правильный коэффициент ударной нагрузки для моей конкретной шахты?
Начните с таблицы классификации ударной вязкости, используя твердость руды (по данным геологической съемки или по шкале Мооса) и тип дробилки. Затем внесите корректировки с учетом расстояния установки: если червячная передача установлена непосредственно на раме дробилки (привод питателя прикреплен болтами к дробилке), используйте коэффициент, указанный в таблице. Если установка производится на отдельном фундаменте на расстоянии от 2 до 5 метров от дробилки, уменьшите коэффициент на 0,5 (передаваемая ударная нагрузка ослабевает с расстоянием). Если установка производится на общем фундаменте с шаровой мельницей (например, на цементных заводах, статья A25), используйте вместо этого коэффициент близости шаровой мельницы. В случае сомнений используйте больший коэффициент — стоимость увеличения размера рамы на 15–25 процентов незначительна по сравнению со стоимостью одной незапланированной поломки на удаленной шахте.
В: Что делает корпус червячной передачи пригодным для ремонта в полевых условиях?
Четыре конструктивные особенности: (1) Раздельный корпус — верхняя половина откручивается, открывая доступ к червячному колесу без снятия всего узла с рамы машины; (2) Колесо крепится болтами к фланцу выходного вала, а не запрессовывается, что позволяет снимать его стандартными гаечными ключами; (3) Доступные масляные порты — сливные и заливные отверстия доступны без снятия защитных кожухов или соседнего оборудования; (4) Стандартные крепежные элементы — все болты корпуса имеют метрическую шестигранную головку (специальные инструменты не требуются). Благодаря этим особенностям квалифицированный шахтер может заменить изношенное червячное колесо за 4–6 часов, используя ручные инструменты, доступные в любой шахтной мастерской, — в отличие от 1–3 недель, необходимых для доставки узла на стороннее предприятие.
В: Чем отличается шахтная пыль от цементной пыли по своему воздействию на червячные передачи?
Типы шахтной пыли различаются в зависимости от породы: пыль из богатых кремнеземом горных пород (гранит, кварцит) чрезвычайно абразивна, но химически нейтральна (pH от 6 до 7). Пыль из цементных печей (артикул A25) умеренно абразивна, но сильно щелочная (pH 12). Эффект механического истирания схож — оба типа пыли действуют как притирочная паста, если попадают в корпус. Химический эффект различается: цементная пыль разрушает резиновые уплотнения за счет щелочной деградации, тогда как кремнеземная пыль этого не делает. Однако некоторые виды шахтной пыли (руды сульфида меди, сульфида железа) образуют кислые сточные воды, которые разрушают сталь и бронзу, требуя тех же материалов (нержавеющая сталь 316L, алюминиевая бронза), что и в щелочной среде цемента, но по противоположным химическим причинам.
В: Следует ли хранить запасные пары червячных передач на территории рудника?
Для шахт, расположенных более чем в 100 км от поставщика: да — следует иметь на складе как минимум одно запасное колесо для каждого критического типоразмера привода и одну полную запасную пару для привода наивысшей критичности (обычно это питатель первичной дробилки). Стоимость хранения одной запасной пары червячных передач (стоимость запасов от 1000 до 3000 долларов США) составляет менее 1 процента от производственной выручки, потерянной за один день простоя дробилки (от 50 000 до 200 000 долларов США). Для конструкций с разъемным корпусом, подлежащих ремонту в полевых условиях, достаточно хранить только бронзовое колесо (а не полную пару), поскольку стальной червяк редко выходит из строя — это снижает стоимость запасов на 60–70 процентов.
В: Каков типичный срок службы червячной передачи в горнодобывающей промышленности?
При правильном расчете коэффициента ударной нагрузки и пылезащиты срок службы составляет от 4 до 8 лет при 4000–6000 часах работы в год для дробильных установок, от 6 до 12 лет для установок, работающих с мягкими рудами и предназначенных для грохочения. Стальной червяк служит от 8 до 15 и более лет. Фактором, ограничивающим срок службы, почти всегда является бронзовое колесо — ударная усталость в основании зуба приводит к образованию микротрещин, которые растут на протяжении миллионов циклов нагрузки, пока зуб не сломается. Анализ масла, отслеживающий динамику содержания меди, обеспечивает заблаговременное предупреждение за 6–12 месяцев до отказа колеса, что позволяет планово заменить его во время планового технического обслуживания, а не прибегать к незапланированному аварийному ремонту.
Червячные передачи для горнодобывающих дробилок и грохотов работают под самыми сильными ударными нагрузками среди всех применений в этой серии — коэффициенты запаса прочности от 2,0 до 4,0, что в 2–3 раза выше стандартных промышленных коэффициентов. Таблица классификации ударных нагрузок сопоставляет твердость руды с типом дробилки для определения правильного коэффициента — предотвращая ошибки в выборе размеров, которые приводят к катастрофическому разрушению зубьев в полевых условиях и производственным потерям, превышающим стоимость привода в 100–400 раз. В удаленных шахтах требуются конструкции корпусов, пригодные для ремонта в полевых условиях (разборный корпус, болтовое крепление колеса), и программы мониторинга анализа масла, которые выявляют развивающиеся отказы между физическими проверками. Спецификация должна соответствовать фактической комбинации руды и дробилки — использование общего коэффициента «горнодобывающей нагрузки» червячной передачи по умолчанию либо приводит к нерациональному расходованию средств (завышенный коэффициент для мягкой руды), либо к отказам (заниженный коэффициент для ударных дробилок, работающих с твердой рудой).
Для производителей горнодобывающего оборудования и бригад по техническому обслуживанию шахт наш инженерный отдел классифицирует степень ударопрочности и рекомендует правильный размер рамы, материал и конфигурацию для эксплуатации в полевых условиях. Стандартный каталог усиленные червячные редукторы Подходит для горных работ с межосевым расстоянием от 100 до 250 мм, имеет разъемный корпус и возможность ремонта в полевых условиях. Отправьте заявку. Технические характеристики майнингового привода с учетом типа руды, типа дробилки, расстояния установки от дробилки и необходимости в возможности полевого ремонта.
Выбираете червячные передачи для горнодобывающего или карьерного оборудования?
Укажите тип и твердость руды, тип дробилки/грохота, близость установки к дробилке, местоположение шахты (для планирования обслуживания) и необходимость возможности полевого ремонта в корпусе с раздельными отсеками. Мы классифицируем степень тяжести удара и порекомендуем размер рамы, материал и график технического обслуживания.
Редактор: Cxm
