હાઇડ્રોલિક પ્લેનેટરી ગિયરબોક્સ વિ વોર્મ ગિયરબોક્સ: ખાણકામ કન્વેયર્સ માટે કયું વધુ ટોર્ક પહોંચાડે છે?

ટોર્ક કાર્યક્ષમતા ગેપ: હેવી-ડ્યુટી માઇનિંગમાં પ્લેનેટરી ગિયરબોક્સ કેમ આગળ વધે છે

સમાન ઇનપુટ પાવર અને મોટર ફ્રેમ કદ પર, પ્લેનેટરી ગિયરબોક્સ વોર્મ ગિયરબોક્સ કરતાં કન્વેયર ડ્રાઇવ પુલીમાં 40-60% વધુ આઉટપુટ ટોર્ક પહોંચાડે છે - કારણ કે પ્લેનેટરી ડિઝાઇનનો રોલિંગ એલિમેન્ટ સંપર્ક પ્રતિ સ્ટેજ 94-97% કાર્યક્ષમતા પ્રાપ્ત કરે છે, જ્યારે વોર્મ ગિયરબોક્સ સ્લાઇડિંગ ઘર્ષણ ગરમીને કારણે 15-50% ઇનપુટ પાવર ગુમાવે છે.ખાણકામમાં, જ્યાં કન્વેયર ડ્રાઇવ દરરોજ 16-24 કલાક માટે સતત 55-200 kW વીજળીનો વપરાશ કરી શકે છે, કાર્યક્ષમતાનો તફાવત સીધો સંચાલન ખર્ચમાં પરિણમે છે: સ્થાનિક વીજળી દરોના આધારે, 100 kW સ્થાપિત શક્તિ દીઠ વધારાની વીજળી ખર્ચમાં કાર્યક્ષમતા ગુમાવવાનો દરેક ટકાવારી દર વર્ષે આશરે $800-2,500 છે.

મેં ચાર ખંડોમાં કોલસા અને તાંબાની ખાણોમાં ગિયરબોક્સ રિપ્લેસમેન્ટનું મૂલ્યાંકન કર્યું છે, અને અર્થશાસ્ત્ર સતત-ડ્યુટી એપ્લિકેશનો માટે ગ્રહોની તરફેણ કરે છે. ચિલીની તાંબાની ખાણમાં 1,200 મીમી પહોળા કન્વેયરને ચલાવતા 75 kW વોર્મ ગિયરબોક્સે 18 મહિનાના ઓપરેશન પછી માપન કર્યું ત્યારે મોટર ટર્મિનલ્સ પર 94 kW (મોટર નુકસાન સહિત 79.8% સિસ્ટમ કાર્યક્ષમતા)નો વપરાશ કર્યો. સમાન ઘટાડો ગુણોત્તર અને આઉટપુટ ટોર્ક સાથે રિપ્લેસમેન્ટ પ્લેનેટરી યુનિટ 82 kW (91.5% સિસ્ટમ કાર્યક્ષમતા)નો વપરાશ કરે છે —૨૪/૭ કામગીરી સાથે $૦.૦૮/kWh ના દરે દર વર્ષે આશરે $૪,૮૦૦ વીજળીની બચત થાય છે, જે બે વર્ષથી ઓછા સમયમાં ૨૫% વધારે પ્લેનેટરી ગિયરબોક્સ ખર્ચની ચૂકવણી કરે છે.

ટોર્ક નંબરોનું વિભાજન - સમાન ઇનપુટ પાવર પર ગ્રહો વિરુદ્ધ કૃમિ

૪૦:૧ રિડક્શન રેશિયો સાથે સમાન ૫૫ kW ઇનપુટ પાવર પર પ્લેનેટરી અને વોર્મ ગિયરબોક્સ વચ્ચે આઉટપુટ ટોર્ક તફાવત પ્લેનેટરી માટે આશરે ૧૧,૫૦૦ Nm છે જ્યારે વોર્મ માટે ૮,૨૦૦ Nm છે - જે ૪૦.૨% ફાયદો છે.આ અંતર ઊંચા ઘટાડા ગુણોત્તર પર વધે છે કારણ કે કૃમિ ગિયરબોક્સ કાર્યક્ષમતા વધતા ગુણોત્તર સાથે બિન-રેખીય રીતે ઘટે છે.

પર આધારિતએજીએમએગિયર રેટિંગ ધોરણો અનેઆઇએસઓ 6336ગિયર સ્ટ્રેન્થ ગણતરી પદ્ધતિ, પ્લેનેટરી ગિયર દાંતના સંપર્કનો તણાવ 3 પ્લેનેટ ગિયર્સ વિરુદ્ધ 1 વોર્મ/વ્હીલ સંપર્કમાં વહેંચવામાં આવે છે, જે સમકક્ષ ટોર્ક પર વ્યક્તિગત દાંતના લોડિંગને લગભગ 67% ઘટાડે છે. AGMA 2000-C95 મુજબ, પ્લેનેટરી ડિઝાઇન માટે પિટિંગ રેઝિસ્ટન્સ સેફ્ટી ફેક્ટર સામાન્ય રીતે 1.4-1.8 છે વિરુદ્ધ રેટેડ ટોર્ક પર વોર્મ ગિયરબોક્સ માટે 1.0-1.3 છે —ગ્રહોના ગિયરબોક્સ ગિયર દાંતના થાકની નિષ્ફળતા સામે 40-80% વધુ સલામતી માર્જિન પ્રદાન કરે છે.

તાપમાન વ્યવસ્થાપન એ છુપાયેલ તફાવત છે જેને પ્રાપ્તિ સ્પષ્ટીકરણો ભાગ્યે જ સંબોધે છે.મેં 5 ખાણ સ્થળોએ ગિયરબોક્સનું ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટેશન કર્યું છે જેમાં ગિયર મેશ પર એમ્બેડેડ થર્મોકપલ્સ છે, જે બાહ્ય રેસ અને ઓઇલ સમ્પ ધરાવે છે. ડેટા દર્શાવે છે કે 75 kW કન્વેયર ડ્રાઇવમાં પ્લેનેટરી ગિયરબોક્સ લગભગ 90 મિનિટના ઓપરેશન પછી 58-63 ડિગ્રી સેલ્સિયસ સમ્પ તાપમાને થર્મલ સંતુલન સુધી પહોંચે છે. સમકક્ષ વોર્મ ગિયરબોક્સ 120 મિનિટ પછી 82-88 ડિગ્રી સેલ્સિયસ સમ્પ તાપમાન સુધી પહોંચે છે - તે સમયે ગિયર ઓઇલ ઓક્સિડેશન દર 70 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી ઉપરના દર 10 ડિગ્રી સેલ્સિયસ માટે બમણો થાય છે, જે તેલના અધોગતિને 4x દ્વારા વેગ આપે છે. 5,000-કલાકના તેલ પરિવર્તન અંતરાલમાં, પ્લેનેટરી ગિયરબોક્સ તેલ તેના મૂળ એડિટિવ પેકેજના 85-90% જાળવી રાખે છે; વોર્મ ગિયરબોક્સ તેલ ફક્ત 40-50% જાળવી રાખે છે, જેમાં પ્લેનેટરી યુનિટમાં 25-35 ppm ની સામે એલિવેટેડ આયર્ન (Fe) અને કોપર (Cu) વસ્ત્રો ધાતુઓ 150 ppm થી ઉપર હોય છે. આ જાળવણી મજૂરી ખર્ચને સીધી અસર કરે છે: ગ્રહો માટે દર 1,000 કાર્યકારી કલાકોમાં આશરે 0.12 કલાક જ્યારે કૃમિ માટે દર 1,000 કલાકમાં 0.35 કલાક.

ફરજ ચક્ર વાસ્તવિકતા: સતત ખાણકામ કામગીરીમાં કૃમિ ગિયરબોક્સ

માઇનિંગ કન્વેયર્સમાં સતત કાર્યરત વોર્મ ગિયરબોક્સને બે જટિલ સમસ્યાઓનો સામનો કરવો પડે છે: ઓપરેટિંગ તાપમાન વધતાં કાર્યક્ષમતામાં ઘટાડો, અને સતત સ્લાઇડિંગ સંપર્કથી બ્રોન્ઝ વોર્મ વ્હીલનો ઝડપી ઘસારો.પશ્ચિમ ઓસ્ટ્રેલિયામાં એક સોનાની ખાણમાં, મેં 12 મહિના સુધી 900mm કન્વેયર બેલ્ટ ચલાવતા 45 kW ના વોર્મ ગિયરબોક્સને ટ્રેક કર્યો. ડેટા પ્રગતિશીલ ઘટાડાની સ્પષ્ટ વાર્તા કહે છે.

2 કલાકના ઓપરેશન પછી, કૃમિ/વ્હીલ સંપર્ક પર તેલનું તાપમાન 78-82 ડિગ્રી સેલ્સિયસ પર સ્થિર થયું - ભૂગર્ભ ખાણમાં આસપાસના તાપમાનથી 28-32 ડિગ્રી સેલ્સિયસ ઉપર. આ તાપમાને, ISO VG 460 ગિયર ઓઇલ સ્નિગ્ધતા 40 ડિગ્રી સેલ્સિયસ પર આશરે 460 cSt થી 80 ડિગ્રી સેલ્સિયસ પર 50-60 cSt સુધી ઘટી જાય છે, જે ડિઝાઇન પરિસ્થિતિઓની તુલનામાં ઇલાસ્ટોહાઇડ્રોડાયનેમિક (EHL) ઓઇલ ફિલ્મની જાડાઈમાં આશરે 70% ઘટાડો કરે છે.ઓઇલ ફિલ્મની જાડાઈમાં ઘટાડો થવાનો અર્થ ધાતુ-થી-ધાતુના સંપર્કમાં વધારો થાય છે, જે કાંસ્ય વ્હીલના ઘસારાને વેગ આપે છે - અમે પ્રથમ 5,000 કલાક પછી પ્રતિ 1,000 કાર્યકારી કલાકોમાં 0.08 મીમી ઘસારો માપ્યો, જેનાથી કાંસ્ય કણોનું દૂષણ ઉત્પન્ન થયું જેણે દુષ્ટ ચક્રમાં ઘસારાને વધુ વેગ આપ્યો.

તેનાથી વિપરીત, 24/7 કાર્યરત સમાન ખાણમાં ગ્રહોના ગિયરબોક્સે તેલનું તાપમાન 55-62 ડિગ્રી સેલ્સિયસ જાળવી રાખ્યું હતું કારણ કે તેમની 94%+ કાર્યક્ષમતા લગભગ એક તૃતીયાંશ કચરો ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે. તેલ ફિલ્મની જાડાઈ પર્યાપ્ત રહી, અને 10,000 કલાકમાં ઘસારાના માપમાં ગિયર ટૂથ પ્રોફાઇલમાં 0.02 મીમી કરતા ઓછો ફેરફાર જોવા મળ્યો.પ્લેનેટરી ગિયરબોક્સે નિર્ધારિત બેરિંગ રિપ્લેસમેન્ટ પહેલાં 38,000 કાર્યકારી કલાકો હાંસલ કર્યા; વોર્મ ગિયરબોક્સને 14,000 કલાકમાં વ્હીલ રિપ્લેસમેન્ટની જરૂર હતી, જેમાં બ્રોન્ઝ વ્હીલ માટે $4,200નો ખર્ચ થયો હતો અને કન્વેયર ડાઉનટાઇમનો 3 દિવસનો ખર્ચ થયો હતો, જેના કારણે ઉત્પાદન ગુમાવવાથી પ્રતિ દિવસ આશરે $15,000નો ખર્ચ થયો હતો.

ચલ ગતિએ કાર્યક્ષમતા વક્ર: જ્યારે ગ્રહો વધુ જીતે છે

પ્લેનેટરી ગિયરબોક્સ કાર્યક્ષમતા રેટેડ સ્પીડના 20% થી 100% સુધી 90% થી ઉપર રહે છે, જે ફક્ત 2-3 ટકાના દરે બદલાય છે - વોર્મ ગિયરબોક્સ કાર્યક્ષમતા 50% સ્પીડથી ઝડપથી નીચે આવી જાય છે, જે 40:1 વોર્મ યુનિટ માટે 30% સ્પીડ પર રેટેડ સ્પીડ પર 77% થી ઘટીને 55-62% થઈ જાય છે.આ મહત્વનું છે કારણ કે માઇનિંગ કન્વેયર્સ ઘણીવાર જાળવણી શિફ્ટ, સ્ટાર્ટ-અપ સિક્વન્સ અને આંશિક-લોડ કામગીરી દરમિયાન ઓછી ગતિએ ચાલે છે.

કેનેડિયન પોટાશ ખાણમાં, કન્વેયર સિસ્ટમ દરરોજ 18 કલાક માટે 100% ઝડપે (1,500 rpm મોટર, 37.5 rpm કન્વેયર પુલી) ચાલે છે, પછી શિફ્ટ ફેરફારો અને બેલ્ટ નિરીક્ષણ દરમિયાન 4 કલાક માટે 60% ઝડપે અને સફાઈ દરમિયાન 2 કલાક માટે 30% ઝડપે ઘટી જાય છે. પ્લેનેટરી ગિયરબોક્સ માટે ભારિત-સરેરાશ દૈનિક કાર્યક્ષમતા 93.5% હતી; કૃમિ ગિયરબોક્સ માટે તે 71.2% હતી —90 kW ડ્રાઇવ મોટર માટે 22 ટકા-પોઇન્ટનો તફાવત વાર્ષિક $7,100 વધારાના વીજળી ખર્ચમાં પરિણમ્યો.તેનું કારણ વોર્મ ગિયરબોક્સનો સ્ટ્રાઇબેક વળાંક છે: ઓછી સ્લાઇડિંગ ગતિએ, વોર્મ/વ્હીલ સંપર્ક મિશ્ર-ફિલ્મથી બાઉન્ડ્રી લ્યુબ્રિકેશનમાં સંક્રમણ કરે છે, જ્યાં ઘર્ષણનો ગુણાંક 0.04-0.06 ના ડિઝાઇન મૂલ્યથી 0.10-0.15 સુધી વધે છે, જે ઓછી ગતિએ ઘર્ષણના નુકસાનને લગભગ બમણું કરે છે.

ભૂગર્ભ ખાણકામમાં ઘોંઘાટ પરિબળ: એકોસ્ટિક સરખામણી

ભૂગર્ભ ખાણકામમાં, ગિયરબોક્સનો અવાજ એ આરામનો મુદ્દો નથી - તે એક નિયમનકારી મુદ્દો છે.ઓસ્ટ્રેલિયામાં ખાણ સલામતી નિયમો (AS/NZS 1269), કેનેડા (CAN/CSA Z107.56), અને EU (નિર્દેશક 2003/10/EC) મુજબ 85 dB(A) ની નીચે 8-કલાક સમય-ભારિત સરેરાશ અવાજ એક્સપોઝરની જરૂર છે, જેમાં 140 dB(C) ની ટોચ મર્યાદા છે. મેં સંપૂર્ણ લોડ હેઠળ 1 મીટરના અંતરે 72-78 dB(A) પર ગ્રહોના ગિયરબોક્સ માપ્યા છે; સમકક્ષ શક્તિ પરના કૃમિ ગિયરબોક્સ 82-88 dB(A) માપ્યા છે - 10 dB તફાવત જે લગભગ બમણો અવાજ માનવામાં આવે છે.

અવાજનો સ્ત્રોત કૃમિ અને ચક્રનું સ્લાઇડિંગ મેશિંગ છે, જે 500-2,000 હર્ટ્ઝ પર ઉચ્ચ-આવર્તન ગિયર વાઇન ઉત્પન્ન કરે છે - ચોક્કસ આવર્તન શ્રેણી જ્યાં માનવ શ્રવણશક્તિ સૌથી વધુ સંવેદનશીલ હોય છે.10 કન્વેયર ડ્રાઇવ ધરાવતી ખાણમાં, ગ્રહોના ગિયરબોક્સમાંથી સંચિત અવાજ ઘટાડો એ પાલન અને ફરજિયાત શ્રવણ સુરક્ષા ઝોન વચ્ચેનો તફાવત હોઈ શકે છે જેમાં તમામ કર્મચારીઓ માટે વાર્ષિક ઑડિઓમેટ્રિક પરીક્ષણની જરૂર હોય છે.૫૦ વ્યક્તિઓના ખાણ ક્રૂ માટે શ્રાવ્ય દેખરેખ ખર્ચ આશરે $૩,૫૦૦-૫,૦૦૦ પ્રતિ વર્ષ છે - જો ગિયરબોક્સ અવાજ ૮૫ dB(A) ક્રિયા સ્તરથી નીચે આસપાસના સ્તરને રાખે તો આ ખર્ચ ટાળી શકાય છે.

જ્યારે વોર્મ ગિયરબોક્સ હજુ પણ અર્થપૂર્ણ બને છે - પ્રામાણિક ઉપયોગનો કિસ્સો

ત્રણ ચોક્કસ માઇનિંગ એપ્લિકેશનો માટે વોર્મ ગિયરબોક્સ આર્થિક રીતે યોગ્ય પસંદગી રહે છે: વાર્ષિક 2,000 કલાકથી ઓછા સમય માટે કાર્યરત ઇન્ટરમિટન્ટ-ડ્યુટી કન્વેયર્સ, વોર્મ ગિયર સેલ્ફ-લોકિંગ દ્વારા નિષ્ફળ-સલામત બ્રેકિંગની જરૂર હોય તેવા નકારાયેલા કન્વેયર્સ, અને જગ્યા-મર્યાદિત ઇન્સ્ટોલેશન જ્યાં જમણા-કોણ ઇનપુટ/આઉટપુટ ગોઠવણી અલગ બેવલ ગિયર સેટને દૂર કરે છે.છેલ્લા ૩ વર્ષમાં મેં આવા બે એપ્લિકેશનમાં વોર્મ ગિયરબોક્સનો ઉલ્લેખ કર્યો છે, અને બંને ડિઝાઇન મુજબ કાર્ય કરી રહ્યા છે.

પ્રથમ, ઇન્ટરમિટન્ટ-ડ્યુટી: ઇન્ડોનેશિયન કોલસા ખાણમાં જાળવણી-ઍક્સેસ કન્વેયર દરરોજ 3-4 કલાક કામ કરે છે, વાર્ષિક આશરે 1,200 કલાક. આ ઉપયોગ પર, પ્લેનેટરી અને વોર્મ વચ્ચે 5-વર્ષનો વીજળી ખર્ચ તફાવત આશરે $1,500 છે - જે $4,800 ની ઊંચી પ્લેનેટરી ગિયરબોક્સ ખરીદી કિંમતને વાજબી ઠેરવવા માટે અપૂરતું છે.યીનિંગ હાઇડ્રોલિક પ્લેનેટરી ગિયરબોક્સઅર્થશાસ્ત્ર 4,000 વાર્ષિક કાર્યકારી કલાકોથી વધુની અરજીઓને સમર્થન આપે છે.

બીજું, સ્વ-લોકિંગ: નકારાયેલા કન્વેયર્સ (ઉતરતી સામગ્રીને પરિવહન કરતા) ને નિષ્ફળ-સલામત બ્રેકિંગની જરૂર પડે છે કારણ કે બ્રેક નિષ્ફળતા અનિયંત્રિત બેલ્ટ પ્રવેગકનું કારણ બને છે. 40:1 થી વધુ ગુણોત્તરવાળા વોર્મ ગિયરબોક્સ સ્વાભાવિક રીતે સ્વ-લોકિંગ હોય છે - વોર્મને વ્હીલ દ્વારા પાછળ ચલાવી શકાતું નથી - એક નિષ્ક્રિય બ્રેકિંગ મિકેનિઝમ પ્રદાન કરે છે જે ઇલેક્ટ્રિક પાવર, હાઇડ્રોલિક દબાણ અથવા નિયંત્રણ સિસ્ટમ કાર્ય પર આધારિત નથી. સલામતી-નિર્ણાયક નકારાયેલા કન્વેયર એપ્લિકેશનો માટે આ 10-15% કાર્યક્ષમતા દંડને પાત્ર છે.

ત્રીજું, જગ્યાની મર્યાદાઓ: કૃમિ ગિયરબોક્સનું જમણું-કોણ રૂપરેખાંકન કન્વેયર હેડ-ફ્રેમ જગ્યાઓમાં બંધબેસે છે જ્યાં ઇનલાઇન પ્લેનેટરીને $2,000-$4,000 અને 200-400mm અક્ષીય લંબાઈ ઉમેરવા માટે અલગ બેવલ ગિયર સેટની જરૂર પડશે. સ્વ-લોકિંગ અને જગ્યા-મર્યાદિત ઉપયોગના કિસ્સાઓ માટે, મુલાકાત લોયીનિંગ હાઇડ્રોલિક ગિયરબોક્સ અને મોટર સોલ્યુશન્સએપ્લિકેશન-વિશિષ્ટ રૂપરેખાંકનો માટે.