Korea Ever-Power · Sprievodca aplikačným inžinierstvom
Šnekové a závitovkové koleso pre drviče a triediace zariadenia na ťažbu
Čeľusťový drvič, ktorý sa prehryzuje cez žulové balvany s priemerom 400 mm, generuje nárazové krútiace momenty 4 až 6-násobku priemeru v ustálenom stave – špičkové zaťaženia, ktoré sa dostanú a miznú do 50 milisekúnd. Závitovkový prevodový pár poháňajúci podávač drviča sa nachádza 2 metre od zariadenia a tieto prenášané rázy nepretržite absorbuje počas 6 000 hodín ročne v povrchovom lome 200 kilometrov od najbližšej mechanickej dielne. Odolnosť voči nárazom, odolnosť voči prostrediu a prevádzkyschopnosť v teréne nie sú voliteľné – sú to požiadavky na prežitie.
Drviče, vibračné triediče, grizzly podávače a bubnové pohony používajú závitovkové prevody v pomocných a vedľajších pohonných úlohách, kde sa stretáva extrémne rázové zaťaženie, abrazívny prach a prevádzkyschopnosť na diaľku. Tabuľka klasifikácie rázového zaťaženia mapuje tvrdosť rudy (mäkká, stredná, tvrdá, veľmi tvrdá) v závislosti od typu drviča (čeľusťový, kužeľový, rázový, krúžkový) s cieľom určiť správny prevádzkový faktor rázového zaťaženia – od 2,0 pre kužeľové drviče mäkkej rudy do 4,0 pre rázové drviče tvrdej rudy. Tieto faktory sú 2 až 3-krát vyššie ako faktory prenášaných rázov používané v cementárňach (článok A25), pretože rázové zaťaženia pri bani sú priame mechanické rázy z kontaktu rudy s kovom, a nie prenášané vibrácie cez základy. Vzdialené banské lokality vyžadujú predĺžené servisné intervaly (6 až 12 mesiacov medzi plánovanou údržbou), konštrukcie krytov opraviteľných v teréne (delená skriňa, prístup k kolesám so skrutkami) a programy analýzy oleja, ktoré zisťujú problémy medzi fyzickými kontrolami.
Tam, kde sa v ťažobných prevádzkach používajú závitovkové prevody
Hlavné pohony drviča a triediča používajú priamo spriahnuté motory, remeňové pohony alebo špirálové prevodovky pre vysokorýchlostnú a vysokovýkonnú primárnu redukciu. Každý drviaci a triediaci okruh má však 8 až 20 pomocných pohonov, kde sú štandardom páry závitovkových prevodov: pohony zásterového podávača, ktoré dávkujú rudu do drviča, pohony vibrátora grizzly podávača, pohony otáčania bubnového triediča, pohony hlavice dopravníka, pohony rozprašovacích čerpadiel na potlačenie prachu a mechanizmy na čistenie dutiny drviča.
Tieto pomocné závitovkové prevodové pohony majú tri spoločné charakteristiky: mierny krútiaci moment (200 až 5 000 N·m), nízku až strednú rýchlosť (1 až 30 ot./min.) a extrémne vystavenie prostrediu – prach na otvorenom priestranstve, striekajúca voda, teplotné extrémy a nepretržité mechanické otrasy zo susedného drviaceho zariadenia.
Klasifikácia rázového zaťaženia – tvrdosť rudy × typ drviča → prevádzkový faktor
Rázové zaťaženia v baniach sa líšia od prenášaných vibrácií v cementárňach (článok A25, SF 2.0 až 3.0), pretože banské otrasy vznikajú priamym kontaktom rudy s kovom v drviči – vytvárajú ostré prechodové javy s vysokou amplitúdou, a nie nepretržité vibrácie s nízkou amplitúdou. Závažnosť nárazu závisí od dvoch premenných: tvrdosti rudy (čo určuje maximálnu silu na náraz) a typu drviča, ktorý ju spracováva (čo určuje frekvenciu nárazov a priebeh vlny).
Z tabuľky vyplýva, že drviče nárazov vyžadujú najvyšší prevádzkový faktor pri každej úrovni tvrdosti rudy – pretože používajú vysokorýchlostný náraz rotora (rýchlosť hrotu 60 až 80 m/s) namiesto kompresie, čo spôsobuje najostrejšie rázové prechody. Vibračné triediče majú najnižšie faktory, pretože pohyb triediča je riadený excentrickými závažiami – energia nárazu sa rozptyľuje v rudnom lôžku, a nie sa prenáša na pohon. Závitovkový prevodový pár s menovitým krútiacim momentom 2 000 N·m pre kužeľový drvič mäkkej rudy (SF 2.0, efektívny krútiaci moment 1 000 N·m) by musel mať menovitý krútiaci moment 8 000 N·m pre nárazový drvič veľmi tvrdej rudy (SF 4.0, rovnaký ustálený stav 2 000 N·m) – čo je 4-násobný rozdiel vo veľkosti rámu pri rovnakej požiadavke na nominálny krútiaci moment.
Možnosť servisu na diaľku – predĺžené intervaly a konštrukcia s možnosťou opravy v teréne
Bane v Kórei, Vietname, Austrálii a Afrike sú často vzdialené 100 až 500 kilometrov od najbližšej mechanickej dielne s možnosťou opravy závitovkových prevodov. Preprava chybnej pohonnej jednotky do dielne a späť trvá 1 až 3 týždne – počas ktorých sa závitovkový pohon a drviaci okruh buď vypnú, alebo bežia na obtoku so zníženou kapacitou. Náklady na jeden týždeň prestoja drviča (strata príjmov z výroby) zvyčajne prevyšujú náklady na celý pomocný pohonný systém 10 až 50-násobne.
Konštrukčné prvky pre údržbu v teréne. Závitovkové prevody banskej triedy zahŕňajú delenú skriňu (skriňa sa rozdelí na dve polovice pre kontrolu a výmenu kolesa bez nutnosti demontáže jednotky zo stroja), skrutkové upevnenie kolesa (koleso sa dá odskrutkovať z výstupného hriadeľa a vymeniť v teréne pomocou základného ručného náradia), externé otvory na vypúšťanie a plnenie oleja (prístupné bez demontáže) a nadrozmerné magnetické vypúšťacie zátky (na zachytenie kovových častíc opotrebovania medzi analýzami oleja). Tieto vlastnosti zvyšujú výrobné náklady skrine o 15 až 25 percent, ale ušetria 10 až 50-násobok tejto sumy z dôvodu zabránenia prestojom, keď je potrebná oprava v teréne.
Analýza oleja ako diaľkové monitorovanie. Štvrťročný odber vzoriek oleja a laboratórna analýza (obsah železa, medi a cínu pomocou ICP spektrometrie) umožňuje včasné odhalenie zrýchleného opotrebenia, čo umožňuje bani naplánovať výmenu kolesa počas plánovaného obdobia údržby, a nie reagovať na neplánovanú poruchu. Náklady na štvrťročnú analýzu oleja sú približne 80 až 120 USD ročne na pohon – čo je zanedbateľné v porovnaní s dennou produkčnou hodnotou drviaceho okruhu 50 000 až 200 000 USD.
Kórejský kamenivový lom, ktorý prevádzkoval okruh čeľusťového drviča s výkonom 500 ton za hodinu, špecifikoval páry závitovkových prevodov pre 4 pohony čelného podávača. Ruda bola stredne tvrdý vápenec (Mohs 4). Počiatočná špecifikácia používala SF 1,5 – štandard pre „mierne rázy“ v katalógu. Páry závitovkových prevodov boli dimenzované na 3 000 N·m (2 000 N·m v ustálenom stave × 1,5). Po 14 mesiacoch prevádzky jeden zo štyroch párov zlyhal – bronzový zub kolesa sa zlomil v koreni v dôsledku únavy nárazom. Lom musel na 3 dni zastaviť podávač, kým nebol zo Soulu (180 km) dodaný náhradný diel. Strata produkcie v dôsledku poruchy závitovkového prevodu: približne 36 000 ton × marža 8 USD na tonu = 288 000 USD stratených príjmov počas 3-dňovej odstávky. Hlavná príčina: SF 1.5 bol vhodný pre všeobecné priemyselné vibrácie, ale nebol dostatočný pre prostredie s nárazmi čeľusťového drviča – správny faktor z tabuľky klasifikácie nárazov bol SF 2.5 pre stredne tvrdú rudu s čeľusťovým drvičom. Prešpecifikácia na SF 2.5: páry s menovitým krútiacim momentom 5 000 N·m (2 000 × 2,5). Veľkosť rámu sa zväčšila zo 125 mm na 160 mm medzi stredmi. Náklady na náhradný pár: 1 650 USD (oproti 980 USD za poddimenzovaný pár – nárast o 670 USD). Trojročné sledovanie prešpecifikovaných párov: žiadne poruchy, žiadne neplánované prestoje. Náklady na modernizáciu vo výške 670 USD za pár zabránili denným stratám produkcie vo výške 288 000 USD – pomer návratnosti 430:1.
Špecifikácie troch párov závitovkových prevodov pre banské zariadenia
Prípad 1 – Kórejský lom na kamenivo: čeľusťový drvič s podávačom, vápenec, SF 2,5
Kórejský lom na ťažbu kameniva špecifikoval páry závitovkových prevodov pre 4 závitovkové pohony podávača s plochou dráhou vzduchu, ktoré napájajú čeľusťový drvič s rozmermi 900 × 600 mm pri výkone 500 ton za hodinu. Ruda: vápenec, Mohs 4 (stredná). Rýchlosť podávača: 5 ot./min. Ustálený krútiaci moment: 2 000 N·m. Nárazová hustota z klasifikačnej tabuľky: 2,5 (stredná ruda × čeľusťový drvič). Požadovaný výkon: 5 000 N·m. Pár závitovkových prevodov (prešpecifikovaný po počiatočnom poddimenzovaní): jednochodý, modul 6, rozostup 160 mm, pomer 40:1. Materiál: závitovka z kalenej legovanej ocele, koleso z odstredivo liateho fosforového bronzu. Teleso: delená liatina s magnetickou vypúšťacou zátkou. Tesnenie: labyrintové s náplňovou zónou s tukom (v mieste podávača nie je k dispozícii preplachovanie vzduchom – nie je k dispozícii prívod stlačeného vzduchu). Olej: minerálny EP ISO VG 460, meniaci sa každých 6 mesiacov so štvrťročnou analýzou oleja (ICP spektrometria pre meď, železo, cín). Cena za pár: 1 650 USD. Štvrťročná analýza oleja: 30 USD na vzorku. Trojročná služba: žiadne poruchy, trend medi stabilný na úrovni 12 ppm (výrazne pod akčným limitom 80 ppm).
Prípad 2 – Japonská podzemná medená baňa: pohon bubnového sita, mokrá ruda, IP67
Japonská podzemná baňa na ťažbu medi špecifikovala dvojicu závitovkových prevodov pre pohon otáčania bubnového sita v primárnom triediacom okruhu. Bubnový triedič oddeľoval drvenú rudu (mínus 150 mm) od jemných častíc pri 8 ot./min. Prostredie podzemnej bane: 95-percentná relatívna vlhkosť, odkvapkávanie podzemnej vody, celoročná teplota 28 až 35 stupňov Celzia. Vlhké prostredie bolo agresívnejšie ako prašné prostredie v povrchových banských prevádzkach – voda niesla rozpustený síran meďnatý (kyslý, pH 3 až 4), ktorý rýchlo korodoval štandardnú oceľ. Dvojica závitovkových prevodov: jednochodá, modul 5, rozostup 125 mm, prevodový pomer 30:1. Ustálený krútiaci moment: 1 800 N·m. Nárazová odolnosť: 2,0 (stredná ruda, ekvivalent vibračného sita). Požadovaný výkon: 3 600 N·m. Materiál: Závitovka z nehrdzavejúcej ocele 316L (odolnosť voči kyslej banskej vode), koleso z hliníkového bronzu. Tesnenie: IP67 s PTFE okrajom a labyrintom. Olej: syntetický PAG s antikoróznou prísadou pre kyslé prostredie. Cena za pár: 2 400 USD. Prehliadať redukčný závitovkový prevod pre ťažbu možnosti pre podzemné a povrchové ťažobné aplikácie.
Prípad 3 – ťažba vietnamského lateritového niklu: vibračné triedenie, mäkká ruda, nákladovo optimalizované
Vietnamská baňa na ťažbu lateritu a niklu špecifikovala páry závitovkových prevodov pre 6 pohonov vibračných sít v okruhu premývania rudy. Lateritová ruda je mäkká (Mohs 2 až 3, v podstate íl a rozložená hornina) a spracováva sa za mokra – ruda sa pred triedením suspenduje vo vode. Rázové zaťaženie bolo minimálne, pretože laterit nevyvoláva žiadne ostré nárazy horniny na kov. Rázový index vibračného sita SF: 1,5 (mäkká ruda, vibračné sito – najnižší faktor v klasifikačnej tabuľke). Ustálený krútiaci moment: 800 N·m. Požadovaný výkon: 1 200 N·m. Pár závitovkových prevodov: jednochodý, modul 4, rozostup 100 mm, prevodový pomer 25:1. Materiál: žiarovo pozinkovaný závitovkový prevod (vhodný pre mokrú, ale nekyslú suspenziu lateritového ílu), koleso z fosforového bronzu. Tesnenie: IP55 s ochranou proti striekajúcej vode (pohon sita bol nad úrovňou suspenzie, prijímal striekajúcu vodu, ale nie ponor). Olej: štandardný minerálny EP ISO VG 320, každoročne sa mení. Cena za pár: 380 USD. Cena za 6 jednotiek: 2 280 USD. Špecifikácia ukazuje, že nie všetky banské aplikácie vyžadujú extrémne prevádzkové faktory a materiály odolné voči korózii, aké sú typické pre operácie s tvrdými horninami – spracovanie lateritu je mechanicky šetrné a chemicky mierne v porovnaní s drvením tvrdých hornín a špecifikácia závitovkového prevodového páru by mala zodpovedať skutočnej závažnosti, a nie sa riadiť najhorším predpokladom ťažby.
Často kladené otázky
Otázka: Ako určím správny faktor vplyvu pre moju konkrétnu baňu?
Začnite s tabuľkou klasifikácie nárazov pomocou tvrdosti rudy (z údajov geologického prieskumu alebo Mohsovho testu vrypu) a typu drviča. Potom upravte podľa montážnej vzdialenosti: ak je závitovkový prevodový pár namontovaný priamo na ráme drviča (pohon podávača je priskrutkovaný k drviču), použite faktor stola. Ak je drvič namontovaný na samostatnom základe 2 až 5 metrov od drviča, znížte ho o 0,5 (prenášaný náraz sa tlmí so vzdialenosťou). Ak je drvič namontovaný na spoločnom základe s guľovým mlynom (ako v cementárňach, článok A25), použite namiesto toho faktor blízkosti guľového mlyna. V prípade pochybností použite vyšší faktor – náklady na jedno zväčšenie veľkosti rámu (15 až 25 percent) sú zanedbateľné v porovnaní s nákladmi na jedno neplánované zlyhanie vo vzdialenej bani.
Otázka: Čo robí teleso závitovkového prevodového páru „opraviteľným v teréne“?
Štyri konštrukčné prvky: (1) Delená skriňa – horná polovica sa odskrutkuje, aby sa odkrylo koleso bez nutnosti demontáže celej jednotky z rámu stroja; (2) Skrutkované koleso – koleso je priskrutkované k prírube výstupného hriadeľa, a nie je nalisované, čo umožňuje demontáž pomocou štandardných kľúčov; (3) Prístupné olejové otvory – vypúšťacie a plniace otvory sú prístupné bez demontáže ochranných krytov alebo susedného zariadenia; (4) Štandardné upevňovacie prvky – všetky skrutky skrine sú metrické šesťhranné (bez špeciálneho náradia). Vďaka týmto vlastnostiam môže vyškolený banský mechanik vymeniť opotrebované závitovkové koleso za 4 až 6 hodín pomocou ručného náradia dostupného v každej banskej dielni – v porovnaní s 1 až 3 týždňami potrebnými na prepravu jednotky do externého zariadenia.
Otázka: Aký je rozdiel medzi banským prachom a cementovým prachom v jeho vplyve na páry závitovkových prevodov?
Banský prach sa líši podľa typu rudy: horninový prach bohatý na oxid kremičitý (žula, kremenec) je extrémne abrazívny, ale chemicky neutrálny (pH 6 až 7). Prach z cementárne (článok A25) je mierne abrazívny, ale silne zásaditý (pH 12). Mechanický abrazívny účinok je podobný – oba typy pôsobia ako lapovacia zmes, ak vniknú do krytu. Chemický účinok sa líši: cementový prach napáda gumové tesnenia prostredníctvom alkalickej degradácie, zatiaľ čo oxid kremičitý nie. Niektorý banský prach (rudy sulfidu medi, sulfidu železa) však vytvára kyslú odtokovú vodu, ktorá napáda oceľ a bronz – vyžaduje si rovnaké vylepšenia materiálov (nehrdzavejúca oceľ 316L, hliníkový bronz) ako zásadité prostredie cementu, ale z opačných chemických dôvodov.
Otázka: Mali by byť v bani skladované náhradné páry závitovkových prevodov?
Pre bane vzdialené viac ako 100 km od dodávateľa: áno – majte na sklade aspoň jedno náhradné koleso na každú kritickú veľkosť pohonu a jeden kompletný náhradný pár pre pohon s najvyššou kritickosťou (zvyčajne primárny podávač drviča). Náklady na prepravu jedného náhradného páru závitovkových ozubených kolies (hodnota zásob 1 000 až 3 000 USD) sú menej ako 1 percento straty príjmov z výroby počas jedného dňa prestoja drviča (50 000 až 200 000 USD). Pri konštrukciách s deleným krytom, ktoré je možné opraviť v teréne, je postačujúce mať na sklade iba bronzové koleso (a nie celý pár), pretože oceľový závitovkový koleso zriedkavo zlyháva – čím sa znížia náklady na náhradné kolesá o 60 až 70 percent.
Otázka: Aká je typická životnosť závitovkového prevodového páru v banských zariadeniach?
Pri správnom prevádzkovom faktore nárazu a ochrane proti prachu: 4 až 8 rokov pri 4 000 až 6 000 hodinách ročne pre okruhy drvenia tvrdej rudy, 6 až 12 rokov pre aplikácie spracovania mäkkej rudy a triedenia. Oceľový závitovkový dopravník vydrží 8 až 15+ rokov. Obmedzujúcim faktorom životnosti je takmer vždy bronzové koleso – únava materiálu nárazom v oblasti koreňa zuba vytvára mikrotrhliny, ktoré rastú počas miliónov cyklov zaťaženia, kým sa zub nezlomí. Analýza oleja sledujúca trend obsahu medi poskytuje 6 až 12 mesiacov v predstihu varovanie pred poruchou kolesa – čo umožňuje plánovanú výmenu počas plánovaného obdobia údržby namiesto neplánovanej núdzovej opravy.
Dvojice závitovkových prevodov drvičov a triedičov pracujú s najťažším rázovým zaťažením zo všetkých aplikácií v tejto sérii – prevádzkové faktory 2,0 až 4,0, ktoré sú 2 až 3-krát vyššie ako štandardné priemyselné faktory. Tabuľka klasifikácie rázového zaťaženia mapuje tvrdosť rudy v porovnaní s typom drviča, aby sa určil správny faktor – čím sa predchádza chybám pri poddimenzovaní, ktoré spôsobujú katastrofálne lomenie zubov v teréne a straty produkcie, ktoré 100 až 400-násobne prevyšujú náklady na pohon. Vzdialené banské lokality vyžadujú konštrukcie skríň opraviteľných v teréne (delená skriňa, skrutkové koleso) a programy monitorovania analýzy oleja, ktoré odhaľujú vznikajúce poruchy medzi fyzickými kontrolami. Špecifikácia sa musí zhodovať so skutočnou kombináciou rudy a drviča – predvolený faktor „ťažobnej prevádzky“ závitovkového prevodu buď plytvá rozpočtom (nadhodnotené pre mäkkú rudu), alebo spôsobuje poruchy (podhodnotené pre nárazové drviče tvrdej rudy).
Pre výrobcov banských zariadení a tímy údržby baní naša technická linka klasifikuje závažnosť nárazu a odporúča správnu veľkosť rámu, materiál a konfiguráciu pre servis v teréne. Štandardný katalóg vysokovýkonné závitovkové prevody Pokrývajú rozmery pre ťažbu od 100 do 250 mm s rozostupom osí s deleným krytom a možnosťou opravy v teréne. Odošlite špecifikácia ťažobného disku s typom rudy, typom drviča, vzdialenosťou inštalácie od drviča a či je potrebná možnosť opravy v teréne.
Špecifikácia párov závitovkových prevodov pre banské alebo lomové zariadenia?
Pošlite typ a tvrdosť rudy, typ drviča/triediča, blízkosť inštalácie k drviču, umiestnenie bane (pre plánovanie servisu) a či je potrebná možnosť opravy v teréne s deleným krytom. Klasifikujeme závažnosť nárazu a odporučíme veľkosť rámu, materiál a plán údržby.
Redaktor: Cxm
