Dojděte na jakékoli důlní místo nebo do cementárny a najdete kus rotačního zařízení, které váží stovky tun, běží 24 hodin denně a závisí na jediném masivním převodu, který se neustále otáčí. Toto ozubené kolo je ozubený věnec -, také nazývaný ozubené kolo -, a je to neopěvovaný dříč těžkého průmyslu. Když jeden selže, zastaví se celá linka a náklady na prostoje se mohou vyšplhat až na desítky tisíc dolarů za hodinu.
Co vlastně dělá ozubené kolo
Ozubený věnec je ozubené kolo velkého{0}}průměru přišroubované po obvodu rotujícího bubnu nebo pláště pece. Zabírá s jedním nebo dvěma menšími pastorky poháněnými elektromotorem přes převodovku. Motor otáčí pastorkem, pastorek otáčí věnec a věnec otáčí celým pláštěm - při rychlostech typicky mezi 1 a 20 ot./min.
Design je jednoduchý, ale brutálně efektní. Omotáním ozubeného kola kolem samotného bubnu eliminujete potřebu masivní centrální hřídele a ložiska, které by bylo u těchto velikostí nepraktické. Ozubené kolo rozděluje hnací sílu po celém obvodu, což je nezbytné, když otáčíte 500tunový kulový mlýn plný kuliček rudy a oceli.
Ozubená kola jsou obrovská. Typické moduly se pohybují od 20 do 50 a průměry mohou u největších brusíren přesáhnout 14 metrů. Jsou odlity z jednoho kusu nebo rozděleny na dva nebo více segmentů pro přepravu a instalaci. Materiálem je téměř vždy litá ocel - ZG45, 42CrMo nebo podobné slitiny - s tepelným zpracováním pro dosažení správné rovnováhy mezi tvrdostí povrchu a houževnatostí jádra.
Těžba: Brusírny všech typů
V těžbě je primárním úkolem ozubeného věnce soustružení brusných mlýnů - strojů, které drtí rudu na jemné částice potřebné pro získávání nerostů.
Kulové mlýny jsou nejběžnější aplikací. Horizontální ocelový válec částečně naplněný ocelovými kuličkami se otáčí kolem své osy, převrací rudu a drtí ji nárazem a otěrem. Velikosti se pohybují od několika metrů v průměru pro malé provozy až po více než 8 metrů pro velké měděné a zlaté doly. Ozubené kolo na velkém kulovém mlýnu může samo o sobě vážit 30 tun nebo více.
Mlýny SAG (Semi{0}}Autogenous Grinding) a AG Mills (Autogenous Grinding) jdou o krok dále. Mlýny SAG používají jako mlecí médium samotnou rudu spolu s malou dávkou ocelových kuliček, zatímco mlýny AG se spoléhají výhradně na rudu. Tyto mlýny jsou dokonce větší než kulové mlýny - běžné jsou průměry 10 až 12 metrů a ozubené věnce, které je pohánějí, jsou odpovídajícím způsobem masivní. Zatížení je zde extrémní: plně naložený mlýn SAG může vážit přes 1 000 tun a ozubené kolo musí tuto hmotu hladce rozjíždět a zastavovat bez rázového zatížení zubů.
Tyčové mlýny, oblázkové mlýny a věžové mlýny doplňují těžební aplikace. Každý z nich používá pohon ozubeným věncem, i když se velikost a profil zatížení liší. Všechny sdílejí drsné provozní prostředí - neustálý prach, vibrace a abrazivní částice rudy, které si najdou cestu do všeho. Ozubená kola v hornictví potřebují vysokou tvrdost povrchu, aby odolala abrazivnímu opotřebení, a robustní kořeny zubů, aby zvládly únavu z opakovaného zatížení.
Cement: Pece, mlýny a sušárny
Cementářský průmysl je dalším velkým uživatelem prstencových ozubených kol a požadavky jsou zde odlišné, ale ne méně přísné.
Rotační pece jsou srdcem cementárny. Dlouhý, mírně nakloněný ocelový válec - obvykle o průměru 4 až 6 metrů a délce 60 až 100 metrů - se otáčí rychlostí 1 až 4 otáčky za minutu, zatímco plamen na spodním konci ohřívá materiál na více než 1 400 stupňů . Vápenec a hlína se přivádějí nahoře a cementový slínek vychází zespodu. Ozubený věnec, obvykle namontovaný v blízkosti výstupního konce, musí udržovat přesné záběry s pastorkem, i když se plášť pece tepelně roztahuje o několik centimetrů. Tato tepelná roztažnost je jednou z největších konstrukčních výzev u prstencových ozubených kol pro cementářské pece - ozubené kolo musí zůstat vyrovnané v teplotním rozsahu, který by deformoval většinu strojů.
Cementové kulové mlýny pracují na stejném principu jako důlní kulové mlýny, melou slínek až na jemný prášek, který se stává cementem. Tyto mlýny často pracují v uzavřeném okruhu s odlučovači a pohon ozubeného věnce musí zvládnout nepřetržitý provoz s minimálními změnami rychlosti. Cementárny bývají menší než největší těžební mlýny SAG, ale běží roky bez zastavení, takže spolehlivost a odolnost proti opotřebení jsou prvořadé.
Rotační sušárny a chladiče jsou třetí hlavní aplikací cementu. Sušárny odstraňují vlhkost ze surovin před jejich vstupem do pece, zatímco chladiče snižují teplotu horkého slínku na manipulační teplotu poté, co opustí pec. Oba používají pohony s ozubeným kolem podobné pecím, i když zatížení a teploty jsou nižší. Zde záleží na konzistenci - nerovnoměrné otáčení způsobuje nerovnoměrné sušení nebo chlazení, což ovlivňuje kvalitu produktu.
Ohledy na design a materiál
Rozdíl mezi ozubeným věncem, který vydrží 20 let a ozubeným kolem, které selže za 5 let, spočívá v designu, materiálu a kvalitě výroby.
Na profilu zubu záleží. Většina moderních prstencových ozubených kol používá spíše spirálové zuby než přímé čelní zuby. Úhel šroubovice rozkládá zatížení na více zubů současně, což snižuje otřesy, snižuje hluk a umožňuje převodu přenášet točivý moment třídy megawatt- při nízkých otáčkách bez příklepu. Šroubová ozubená kola generují axiální tah, který musí být absorbován podpůrnými válečky mlýna, ale kompromis stojí za to u těžkých-aplikací.
Výběr materiálu závisí na aplikaci. U cementářských pecí, kde jsou hlavním problémem tepelné a tepelné cykly, si slitiny jako 42CrMo nebo AISI 4140 zachovávají pevnost i při zvýšených teplotách. U důlních mlýnů, kde dominuje abrazivní opotřebení, poskytují lité oceli s vyšším obsahem uhlíku{4}}s povrchovým kalením (často indukčním nebo kalením plamenem) delší životnost zubů. Proces tepelného zpracování je kritický - příliš tvrdý a zuby praskají nárazem; příliš měkké a za několik let se opotřebují.
Výrobní přesnost je konečným kusem. Zuby musí být vyříznuty na přesný profil, ozubené kolo musí být dokonale kulaté a otvory pro šrouby musí přesně lícovat s přírubou bubnu. Jakékoli házení nebo nesouosost způsobuje nerovnoměrné zatížení zubu, což urychluje opotřebení a může vést ke katastrofálnímu zlomení zubu. Kvalitní výrobci provádějí ultrazvukové testování odlitků, kontrolují profil zubů pomocí souřadnicových měřicích strojů a před odesláním provádějí úplný test sítě s pastorkem.
Údržba a životnost
Dobře{0}}navržený a dobře{1}}instalovaný ozubený věnec může fungovat 15 až 25 let, než bude potřeba vyměnit. Klíčové je mazání a monitorování.
Většina ozubených věncových ozubených kol používá otevřené -mazání ozubených kol - těžké mazivo nebo asfaltovou-směs aplikovanou automatickými stříkacími systémy nebo ručně operátory. Lubrikant musí zůstat na zubech pod odstředivou silou, odolat vymývání vodou a prachem a zvládnout extrémní tlak. Typická aplikační dávka je několik gramů za minutu, nastříká se na pastorek při otáčení. Nedostatečné mazání je hlavní příčinou předčasného selhání ozubeného věnce -, zuby se rychle zadírají, škrábou a opotřebovávají, jakmile se mazací film rozpadne.
Pravidelná kontrola zachytí problémy dříve, než se stanou poruchami. Týmy údržby kontrolují vzorce opotřebení zubů, hledají důlky nebo odlupování na povrchu zubů, měří vůle a poslouchají neobvyklé zvuky. Vzorek opotřebení, který je soustředěn na jedné straně zubů, obvykle indikuje nesouosost - buď je pastorek vyosený-, nebo se ozubené kolo přeřadilo na bubnu. Včasné zachycení a opětovné{5}}vyrovnání může prodloužit životnost zařízení.
Když ozubený věnec dosáhne konce své životnosti, výměna je hlavní operací. Mlýn nebo pec se musí zastavit, staré ozubené kolo odšroubovat a odříznout (často po částech pro odstranění) a nainstalovat a vyrovnat nové ozubené kolo. To může trvat dny až týdny plánovaných odstávek, což je důvod, proč většina závodů nechává náhradní ozubené kolo na polici a plánuje výměnu roky dopředu.
závěr
Ozubené věnce patří mezi největší a nejvíce zatěžované mechanické součásti v jakémkoli průmyslovém provozu. Při těžbě pohánějí mlecí mlýny, které redukují rudu na těžitelnou velikost - kulové mlýny, SAG mlýny, AG mlýny a tyčové mlýny, jejichž průměr často přesahuje 10 metrů a manipulují s nákladem přes 1000 tun. V cementu pohánějí rotační pece, které vyrábějí slínek při 1400 stupních, kulové mlýny, které jej melou na prášek, a sušárny a chladiče, které tento proces podporují.
Provozní podmínky se sotva mohou lišit - těžba je o otěru a rázovém zatížení, cement je o teplu a tepelné roztažnosti -, ale požadavky se shodují na stejné věci: precizně vyrobené, správně mazané, pečlivě seřízené ozubené kolo, které může běžet desítky let s minimální pozorností. Udělejte to správně a ustoupí do pozadí a svou práci dělá spolehlivě. Nechte to špatně a stane se nejdražším těžítkem na místě.
