Wejdź na teren dowolnej kopalni lub cementowni, a znajdziesz urządzenie obrotowe, które waży setki ton i działa 24 godziny na dobę, a jego obrót zależy od jednego masywnego koła zębatego. To koło zębate to koło koronowe -, zwane także wieńcem zębatym - i jest niedocenianym koniem pociągowym przemysłu ciężkiego. W przypadku awarii jednej z nich cała linia zostaje zatrzymana, a koszt przestoju może sięgać dziesiątek tysięcy dolarów za godzinę.
Co właściwie robi koło zębate
Koło koronowe to koło zębate o dużej-średnicy przykręcone na obwodzie obracającego się bębna lub płaszcza pieca. Zazębia się z jednym lub dwoma mniejszymi zębnikami napędzanymi silnikiem elektrycznym poprzez skrzynię biegów. Silnik obraca zębnik, zębnik obraca koło koronowe, a koło koronowe obraca całą panewkę - przy typowych prędkościach od 1 do 20 obr./min.
Projekt jest prosty, ale brutalnie skuteczny. Owijając przekładnię wokół samego bębna, eliminujesz potrzebę stosowania masywnego wału centralnego i łożyska, które byłyby niepraktyczne przy tych rozmiarach. Koło koronowe rozprowadza siłę napędową na całym obwodzie, co jest niezbędne w przypadku obracania 500-tonowego młyna kulowego wypełnionego rudą i stalowymi kulkami.
Koła koronowe są ogromne. Typowe moduły wahają się od 20 do 50, a średnice mogą przekraczać 14 metrów w największych młynach. Są odlane w jednym kawałku lub podzielone na dwa lub więcej segmentów na potrzeby transportu i instalacji. Materiałem jest prawie zawsze lana stal - ZG45, 42CrMo lub podobne stopy - poddane obróbce cieplnej w celu uzyskania właściwej równowagi pomiędzy twardością powierzchni i wytrzymałością rdzenia.
Górnictwo: Młyny każdego typu
W górnictwie głównym zadaniem koła koronowego jest obracanie młynów - – maszyn, które kruszą rudę do drobnych cząstek potrzebnych do odzyskiwania minerałów.
Najczęstszym zastosowaniem są młyny kulowe. Poziomy stalowy cylinder, częściowo wypełniony stalowymi kulkami, obraca się wokół własnej osi, przewracając rudę i mieląc ją poprzez uderzenia i ścieranie. Rozmiary wahają się od kilku metrów średnicy w przypadku małych zakładów do ponad 8 metrów w przypadku dużych kopalni miedzi i złota. Koło koronowe w dużym młynie kulowym może samo w sobie ważyć 30 ton lub więcej.
Młyny SAG (mielenie pół{0}}autogeniczne) i młyny AG (mielenie autogeniczne) idą o krok dalej. Młyny SAG wykorzystują samą rudę jako środek mielący wraz z niewielkim ładunkiem stalowych kulek, podczas gdy młyny AG opierają się wyłącznie na rudzie. Młyny te są nawet większe niż młyny kulowe. Powszechnie stosowane są średnice od 10 do 12 metrów, a napędzające je koła koronowe są odpowiednio masywne. Obciążenia są tutaj ekstremalne: w pełni obciążony młyn SAG może ważyć ponad 1000 ton, a koło koronowe musi płynnie uruchamiać i zatrzymywać tę masę, bez obciążania zębów udarami.
Młyny prętowe, młyny żwirowe i młyny wieżowe uzupełniają zastosowania górnicze. Każdy z nich wykorzystuje napęd z kołem koronowym, chociaż rozmiar i profil obciążenia są różne. Łączy je jedno: trudne środowisko pracy, - ciągły kurz, wibracje i ścierne cząstki rudy, które przedostają się do wszystkiego. Koła zębate koronowe w górnictwie wymagają dużej twardości powierzchni, aby były odporne na zużycie ścierne, oraz solidnych korzeni zębów, aby wytrzymać zmęczenie spowodowane wielokrotnym obciążeniem.
Cement: piece, młyny i suszarnie
Przemysł cementowy jest kolejnym dużym użytkownikiem kół zębatych koronowych, a wymagania tutaj są inne, ale nie mniej surowe.
Sercem cementowni są piece obrotowe. Długi, lekko nachylony stalowy cylinder - zwykle o średnicy od 4 do 6 metrów i długości od 60 do 100 metrów - obraca się z prędkością od 1 do 4 obr./min, podczas gdy płomień na dolnym końcu podgrzewa materiał do temperatury ponad 1400 stopni. Wapień i glina napływają od góry, a klinkier cementowy wypływa od dołu. Koło koronowe, zwykle montowane w pobliżu końca wylotowego, musi utrzymywać dokładne zazębienie z kołem zębatym, nawet gdy płaszcz pieca rozszerza się pod wpływem ciepła o kilka centymetrów. Ta rozszerzalność cieplna jest jednym z największych wyzwań projektowych w przypadku przekładni pierścieniowych do pieców cementowych. - przekładnia musi pozostawać wyrównana w zakresie temperatur, który spowodowałby wypaczenie większości maszyn.
Cementowe młyny kulowe działają na tej samej zasadzie, co górnicze młyny kulowe, mieląc klinkier na drobny proszek, który staje się cementem. Młyny te często pracują w obiegu zamkniętym z separatorami, a napęd z przekładnią koronową musi wytrzymywać pracę ciągłą przy minimalnych zmianach prędkości. Cementownie są zwykle mniejsze niż największe kopalnie SAG, ale działają przez lata bez przestojów, dlatego niezawodność i odporność na zużycie są najważniejsze.
Trzecim głównym zastosowaniem cementu są suszarki i chłodnice obrotowe. Suszarki usuwają wilgoć z surowców przed ich wejściem do pieca, natomiast chłodnice obniżają gorący klinkier do temperatury obróbki po opuszczeniu pieca. W obu przypadkach zastosowano przekładnie koronowe podobne do pieców, chociaż obciążenia i temperatury są niższe. Liczy się tutaj konsystencja - nierówny obrót powoduje nierównomierne suszenie lub chłodzenie, co wpływa na jakość produktu.
Względy projektowe i materiałowe
Różnica między kołem koronowym, które wytrzymuje 20 lat, a takim, które ulega awarii w ciągu 5 lat, sprowadza się do projektu, materiału i jakości produkcji.
Profil zęba ma znaczenie. W większości nowoczesnych kół zębatych koronowych zastosowano zęby spiralne, a nie proste zęby czołowe. Kąt pochylenia linii śrubowej rozkłada obciążenie na wiele zębów jednocześnie, co zmniejsza wstrząsy, obniża poziom hałasu i pozwala przekładni przenosić moment obrotowy klasy megawatowej-przy niskich obrotach bez uderzeń. Przekładnie śrubowe generują nacisk osiowy, który musi być pochłaniany przez rolki podporowe młyna, ale w przypadku-ciężkich zastosowań jest to opłacalne.
Wybór materiału zależy od zastosowania. W przypadku pieców cementowych, gdzie głównym problemem są cykle cieplne i cieplne, stopy takie jak 42CrMo lub AISI 4140 zachowują wytrzymałość w podwyższonych temperaturach. W przypadku młynów górniczych, gdzie dominuje zużycie ścierne, staliwa wysokowęglowe-z hartowaniem powierzchniowym (często poprzez hartowanie indukcyjne lub płomieniowe) zapewniają dłuższą żywotność zębów. Proces obróbki cieplnej jest krytyczny, - jest zbyt twardy i zęby pękają pod wpływem wstrząsu; zbyt miękkie i zużywają się po kilku latach.
Precyzja wykonania jest ostatnim elementem. Zęby muszą być przycięte do dokładnego profilu, koło zębate musi być idealnie okrągłe, a otwory na śruby muszą dokładnie pasować do kołnierza bębna. Każde bicie lub niewspółosiowość powoduje nierównomierne obciążenie zębów, co przyspiesza zużycie i może prowadzić do katastrofalnego złamania zęba. Producenci wysokiej jakości przeprowadzają badania ultradźwiękowe odlewów, sprawdzają profil zębów za pomocą współrzędnościowych maszyn pomiarowych i przeprowadzają pełny test zazębienia z kołem zębatym przed wysyłką.
Konserwacja i żywotność
Dobrze-zaprojektowane i{1}}zamontowane koło koronowe może działać od 15 do 25 lat, zanim będzie wymagało wymiany. Kluczem jest smarowanie i monitorowanie.
W większości przekładni koronowych stosuje się smarowanie-otwartych przekładni - gęstym smarem lub asfaltem-stosowanym za pomocą automatycznych systemów natryskowych lub ręcznie przez operatorów. Smar musi utrzymywać się na zębach pod wpływem siły odśrodkowej, być odporny na wymywanie przez wodę i kurz oraz wytrzymywać ekstremalne naciski. Typowa dawka nanoszenia to kilka gramów na minutę, natryskiwanych na zębnik podczas jego obrotu. Niewystarczające smarowanie jest główną przyczyną przedwczesnej awarii koła koronowego -, w wyniku której zęby zapychają się, zarysowują i szybko zużywają, gdy film smarny ulegnie uszkodzeniu.
Regularne przeglądy wychwytują problemy, zanim staną się awarią. Zespoły konserwacyjne sprawdzają wzorce zużycia zębów, szukają wżerów lub odprysków na powierzchni zębów, mierzą luz i nasłuchują nietypowych dźwięków. Ślad zużycia skupiony po jednej stronie zębów zwykle wskazuje na niewspółosiowość - albo zębnik nie jest-wycentrowany, albo przesunięto bieg na bębnie. Wczesne wykrycie tego problemu i ponowne ustawienie-może wydłużyć żywotność sprzętu o lata.
Kiedy żywotność koła koronowego dobiegnie końca, wymiana jest poważną operacją. Należy zatrzymać młyn lub piec, odkręcić i odciąć stare koło zębate (często w częściach do usunięcia), a następnie zainstalować i wyregulować nowe koło zębate. Może to zająć dni lub tygodnie planowanych przestojów, dlatego większość zakładów przechowuje zapasowe koło koronowe na półce i planuje wymianę z wieloletnim wyprzedzeniem.
wniosek
Koła koronowe należą do największych i najbardziej obciążonych elementów mechanicznych w każdym procesie przemysłowym. W górnictwie napędzają młyny, które rozdrabniają rudę do wielkości odzyskiwalnej -, młyny kulowe, młyny SAG, młyny AG i młyny prętowe, często o średnicy przekraczającej 10 metrów i przenoszące obciążenia przekraczające 1000 ton. W cemencie napędzają piece obrotowe, które wytwarzają klinkier o temperaturze 1400 stopni, młyny kulowe, które mielą go na proszek, oraz suszarki i chłodnice wspierające proces.
Warunki pracy nie mogą być bardziej różne - górnictwo wiąże się z ścieraniem i obciążeniem udarowym, cement charakteryzuje się ciepłem i rozszerzalnością cieplną -, ale wymagania są zbieżne w stosunku do tego samego: precyzyjnie wyprodukowanego, odpowiednio nasmarowanego i starannie wyosiowanego koła koronowego, które może pracować przez dziesięciolecia przy minimalnej konserwacji. Zrób to dobrze, a zniknie w tle, niezawodnie wykonując swoją pracę. Jeśli się pomylisz, stanie się najdroższym przyciskiem do papieru na miejscu.
