हायड्रॉलिक प्लॅनेटरी गिअरबॉक्स विरुद्ध वर्म गिअरबॉक्स: खाणकामातील कन्व्हेयर्ससाठी अधिक टॉर्क कोणता देतो?

टॉर्क कार्यक्षमतेतील तफावत: अवजड खाणकामात प्लॅनेटरी गिअरबॉक्सेस का पुढे जातात

समान इनपुट पॉवर आणि मोटर फ्रेमच्या आकारात, प्लॅनेटरी गिअरबॉक्स वर्म गिअरबॉक्सपेक्षा कन्व्हेयर ड्राइव्ह पुलीला ४०-६०% जास्त आउटपुट टॉर्क देतो — कारण प्लॅनेटरी डिझाइनमधील रोलिंग एलिमेंटच्या संपर्कामुळे प्रत्येक टप्प्यावर ९४-९७% कार्यक्षमता साधली जाते, तर वर्म गिअरबॉक्समध्ये स्लाइडिंग फ्रिक्शनमुळे निर्माण होणाऱ्या उष्णतेमुळे १५-५०% इनपुट पॉवर वाया जाते.खाणकामात, जिथे कन्व्हेयर ड्राइव्ह दिवसाला १६-२४ तास सतत ५५-२०० किलोवॅट वीज वापरू शकतो, तिथे कार्यक्षमतेतील तफावतीचा थेट परिणाम परिचालन खर्चावर होतो: स्थानिक वीज दरांनुसार, कार्यक्षमतेतील प्रत्येक टक्केवारीच्या घटीमुळे स्थापित क्षमतेच्या प्रत्येक १०० किलोवॅटमागे विजेच्या खर्चात दरवर्षी अंदाजे $८००-२,५०० ची वाढ होते.

मी चार खंडांतील कोळसा आणि तांब्याच्या खाणींमध्ये गिअरबॉक्स बदलण्याचे मूल्यांकन केले आहे, आणि सतत चालणाऱ्या अनुप्रयोगांसाठी प्लॅनेटरी गिअरबॉक्स आर्थिकदृष्ट्या सातत्याने अधिक फायदेशीर ठरतो. चिलीमधील एका तांब्याच्या खाणीत, १,२०० मिमी रुंद कन्व्हेयर चालवणाऱ्या ७५ किलोवॅट क्षमतेच्या वर्म गिअरबॉक्सने, १८ महिन्यांच्या कार्यकाळानंतर केलेल्या मोजणीनुसार, मोटर टर्मिनल्सवर ९४ किलोवॅट वीज वापरली (मोटरमधील हानीसह ७९.८% सिस्टीम कार्यक्षमता). त्याच रिडक्शन रेशो आणि आउटपुट टॉर्क असलेल्या बदली प्लॅनेटरी युनिटने ८२ किलोवॅट वीज वापरली (९१.५% सिस्टीम कार्यक्षमता) —२४/७ संचालनासह $०.०८/kWh दराने विजेवर दरवर्षी अंदाजे $४,८०० ची बचत होते, आणि २५% जास्त असलेल्या प्लॅनेटरी गिअरबॉक्सची किंमत २ वर्षांपेक्षा कमी कालावधीत वसूल होते.

समान इनपुट पॉवरवर प्लॅनेटरी विरुद्ध वर्म टॉर्क आकड्यांचे विश्लेषण

समान ५५ किलोवॅट इनपुट पॉवर आणि ४०:१ रिडक्शन रेशिओवर प्लॅनेटरी आणि वर्म गिअरबॉक्सेसमधील आउटपुट टॉर्कमधील फरक प्लॅनेटरीसाठी अंदाजे ११,५०० एनएम आणि वर्मसाठी ८,२०० एनएम आहे — म्हणजेच ४०.२% चा फायदा.उच्च रिडक्शन रेशोवर ही तफावत वाढते कारण रेशो वाढल्याने वर्म गिअरबॉक्सची कार्यक्षमता नॉन-लिनियर पद्धतीने कमी होते.

यावर आधारितएजीएमएगियर रेटिंग मानके आणिआयएसओ ६३३६गिअरच्या मजबुतीची गणना करण्याच्या पद्धतीनुसार, प्लॅनेटरी गिअरच्या दातांवरील संपर्काचा ताण हा १ वर्म/व्हीलच्या संपर्काऐवजी ३ प्लॅनेट गिअर्सवर विभागला जातो, ज्यामुळे समान टॉर्कवर प्रत्येक दातावरील भार अंदाजे ६७% ने कमी होतो. AGMA 2000-C95 नुसार, रेटेड टॉर्कवर प्लॅनेटरी डिझाइनसाठी पिटिंग रेझिस्टन्स सेफ्टी फॅक्टर साधारणपणे १.४-१.८ असतो, तर वर्म गिअरबॉक्सेससाठी तो १.०-१.३ असतो.प्लॅनेटरी गिअरबॉक्सेसमुळे गिअरच्या दातांच्या थकव्यामुळे होणाऱ्या बिघाडाविरुद्ध ४०-८०% अधिक सुरक्षिततेची हमी मिळते.

तापमान व्यवस्थापन हा एक असा छुपा भेद आहे, ज्याचा उल्लेख खरेदीच्या तपशिलांमध्ये क्वचितच केला जातो.मी ५ खाण स्थळांवरील गिअरबॉक्सेसमध्ये गिअर मेश, बेअरिंग आउटर रेसेस आणि ऑइल संप येथे एम्बेडेड थर्मोकपल्स बसवून उपकरणे लावली आहेत. डेटा दर्शवतो की, ७५ किलोवॅट क्षमतेच्या कन्व्हेयर ड्राइव्हमधील प्लॅनेटरी गिअरबॉक्स सुमारे ९० मिनिटांच्या ऑपरेशननंतर ५८-६३ अंश सेल्सिअस संप तापमानावर थर्मल इक्विलिब्रियम (औष्णिक संतुलन) गाठतो. याच्या समकक्ष वर्म गिअरबॉक्स १२० मिनिटांनंतर ८२-८८ अंश सेल्सिअस संप तापमान गाठतो — या टप्प्यावर, ७० अंश सेल्सिअसपेक्षा जास्त प्रत्येक १० अंश सेल्सिअस तापमानासाठी गिअर ऑइलच्या ऑक्सिडेशनचा दर दुप्पट होतो, ज्यामुळे तेलाचा ऱ्हास ४ पटीने वाढतो. ५,००० तासांच्या ऑइल चेंजच्या अंतरामध्ये, प्लॅनेटरी गिअरबॉक्समधील तेल त्याच्या मूळ ॲडिटिव्ह पॅकेजपैकी ८५-९०% टिकवून ठेवते; तर वर्म गिअरबॉक्समधील तेल केवळ ४०-५०% टिकवून ठेवते, आणि प्लॅनेटरी युनिटमधील २५-३५ पीपीएमच्या तुलनेत त्यात लोह (Fe) आणि तांबे (Cu) या झीज होणाऱ्या धातूंचे प्रमाण १५० पीपीएमपेक्षा जास्त असते. याचा थेट परिणाम देखभालीच्या मनुष्यबळ खर्चावर होतो: प्लॅनेटरीसाठी दर १००० कार्यरत तासांमागे अंदाजे ०.१२ तास, तर वर्मसाठी दर १००० तासांमागे ०.३५ तास.

कार्यचक्राचे वास्तव: अखंड खाणकाम प्रक्रियेतील वर्म गिअरबॉक्सेस

खाणकामातील कन्व्हेयर्समध्ये सतत कार्यरत असलेल्या वर्म गिअरबॉक्सेसना दोन एकत्रित समस्यांना तोंड द्यावे लागते: कार्यरत तापमान वाढल्याने कार्यक्षमतेत होणारी घट, आणि सततच्या घर्षणामुळे ब्राँझ वर्म व्हीलची होणारी जलद झीज.पश्चिम ऑस्ट्रेलियातील एका सोन्याच्या खाणीत, मी ९०० मिमीचा कन्व्हेयर बेल्ट चालवणाऱ्या ४५ किलोवॅटच्या वर्म गिअरबॉक्सचा १२ महिने मागोवा घेतला. त्या आकडेवारीने सातत्यपूर्ण घसरणीची स्पष्ट कहाणी सांगितली.

दोन तासांच्या कार्यान्वयनानंतर वर्म/व्हीलच्या संपर्कातील तेलाचे तापमान ७८-८२ अंश सेल्सिअसवर स्थिर झाले — जे भूमिगत खाणीतील सभोवतालच्या तापमानापेक्षा २८-३२ अंश सेल्सिअसने जास्त होते. या तापमानात, आयएसओ व्हीजी ४६० गिअर ऑइलची स्निग्धता (व्हिस्कोसिटी) ४० अंश सेल्सिअसवर अंदाजे ४६० cSt वरून ८० अंश सेल्सिअसवर ५०-६० cSt पर्यंत कमी होते, ज्यामुळे डिझाइन केलेल्या परिस्थितीच्या तुलनेत इलास्टोहायड्रोडायनॅमिक (EHL) ऑइल फिल्मची जाडी अंदाजे ७०% ने कमी होते.तेलाच्या थराची जाडी कमी झाल्यामुळे धातू-ते-धातू संपर्क वाढतो, ज्यामुळे ब्राँझ व्हीलची झीज वेगाने होते — पहिल्या ५,००० तासांनंतर आम्ही प्रति १,००० कार्यतास ०.०८ मिमी झीज मोजली, ज्यामुळे ब्राँझ कणांचे प्रदूषण झाले आणि या दुष्टचक्रामुळे झीज आणखी वाढली.

याउलट, त्याच खाणीत चोवीस तास कार्यरत असलेल्या प्लॅनेटरी गिअरबॉक्सेसनी तेलाचे तापमान ५५-६२ अंश सेल्सिअस राखले, कारण त्यांच्या ९४%+ कार्यक्षमतेमुळे अंदाजे एक-तृतीयांश उष्णता वाया जाते. तेलाच्या थराची जाडी पुरेशी राहिली आणि १०,००० तासांनंतर केलेल्या झीजेच्या मोजमापात गिअरच्या दातांच्या रचनेत ०.०२ मिमी पेक्षा कमी बदल दिसून आला.नियोजित बेअरिंग बदलण्यापूर्वी प्लॅनेटरी गिअरबॉक्सने ३८,००० कार्यरत तास पूर्ण केले; वर्म गिअरबॉक्सला १४,००० तासांनी चाक बदलण्याची आवश्यकता भासली, ज्यासाठी ब्राँझ चाकाचा खर्च $४,२०० आला आणि शिवाय ३ दिवस कन्व्हेयर बंद राहिल्याने प्रति दिन अंदाजे $१५,००० उत्पादनाचे नुकसान झाले.

बदलत्या वेगांवरील कार्यक्षमता वक्र: जेव्हा प्लॅनेटरी अधिक फरकाने जिंकते

प्लॅनेटरी गिअरबॉक्सची कार्यक्षमता निर्धारित वेगाच्या २०% ते १००% पर्यंत ९०% पेक्षा जास्त राहते आणि त्यात फक्त २-३ टक्के गुणांचा बदल होतो — वर्म गिअरबॉक्सची कार्यक्षमता ५०% वेगाच्या खाली झपाट्याने कमी होते, ४०:१ वर्म युनिटसाठी ती निर्धारित वेगावर ७७% वरून ३०% वेगावर ५५-६२% पर्यंत खाली येते.हे महत्त्वाचे आहे कारण खाणकामातील कन्व्हेयर्स अनेकदा देखभाल शिफ्ट, सुरू करण्याच्या प्रक्रिया आणि अंशतः भारावरील कामांदरम्यान कमी वेगाने चालवले जातात.

कॅनडातील एका पोटॅश खाणीत, कन्व्हेयर प्रणाली दररोज १८ तास १००% वेगाने (१,५०० आरपीएम मोटर, ३७.५ आरपीएम कन्व्हेयर पुली) चालते, त्यानंतर शिफ्ट बदलताना आणि बेल्ट तपासणीच्या वेळी ४ तासांसाठी वेग ६०% पर्यंत कमी होतो आणि साफसफाईच्या वेळी २ तासांसाठी ३०% पर्यंत कमी होतो. प्लॅनेटरी गिअरबॉक्सची भारित-सरासरी दैनिक कार्यक्षमता ९३.५% होती; तर वर्म गिअरबॉक्सची ७१.२% होती.22 टक्के-बिंदूंच्या फरकामुळे 90 kW ड्राइव्ह मोटरसाठी वार्षिक वीज खर्चात $7,100 ची वाढ झाली.याचे कारण वर्म गिअरबॉक्सचा स्ट्रायबेक वक्र आहे: कमी स्लाइडिंग वेगावर, वर्म/व्हीलचा संपर्क मिक्स्ड-फिल्ममधून बाउंड्री ल्युब्रिकेशनमध्ये बदलतो, जिथे घर्षण गुणांक 0.04-0.06 या डिझाइन मूल्यावरून 0.10-0.15 पर्यंत वाढतो, ज्यामुळे कमी वेगावर घर्षणाचे नुकसान अंदाजे दुप्पट होते.

भूमिगत खाणकामातील आवाजाचा घटक: ध्वनिक तुलना

भूमिगत खाणकामात, गिअरबॉक्सचा आवाज हा आरामाचा प्रश्न नसून, तो एक नियामक मुद्दा आहे.ऑस्ट्रेलिया (AS/NZS 1269), कॅनडा (CAN/CSA Z107.56), आणि युरोपियन युनियन (Directive 2003/10/EC) येथील खाण सुरक्षा नियमांनुसार, ८-तासांचा वेळ-भारित सरासरी ध्वनी संपर्क ८५ dB(A) पेक्षा कमी असणे आवश्यक आहे, ज्याची कमाल मर्यादा १४० dB(C) आहे. मी पूर्ण भाराखाली १ मीटर अंतरावरून प्लॅनेटरी गिअरबॉक्सेस ७२-७८ dB(A) मोजले आहेत; तर तितक्याच शक्तीवर वर्म गिअरबॉक्सेस ८२-८८ dB(A) मोजले गेले — हा १० dB चा फरक अंदाजे दुप्पट मोठा आवाज म्हणून जाणवतो.

आवाजाचा स्रोत म्हणजे वर्म आणि व्हीलचे एकमेकांत सरकणे, ज्यामुळे 500-2,000 Hz वर उच्च-वारंवारतेचा गिअर वाईन आवाज निर्माण होतो — नेमकी हीच वारंवारता श्रेणी आहे जिथे मानवी श्रवणशक्ती सर्वात संवेदनशील असते.१० कन्व्हेयर ड्राइव्ह असलेल्या खाणीमध्ये, प्लॅनेटरी गिअरबॉक्सेसमुळे होणारी एकत्रित ध्वनी घट ही नियमांचे पालन आणि सर्व कर्मचाऱ्यांसाठी वार्षिक श्रवण चाचणी आवश्यक असलेल्या अनिवार्य श्रवण संरक्षण क्षेत्रांमधील फरक ठरू शकते.50 जणांच्या खाण कर्मचाऱ्यांच्या श्रवणविषयक देखरेखीचा खर्च अंदाजे दरवर्षी $3,500-5,000 येतो — जर गिअरबॉक्सच्या आवाजामुळे सभोवतालची पातळी 85 dB(A) कृती पातळीच्या खाली राहिली, तर हा खर्च टाळता येतो.

जेव्हा वर्म गिअरबॉक्सेस अजूनही उपयुक्त ठरतात — एक प्रामाणिक उपयोग

खाणकामातील तीन विशिष्ट उपयोगांसाठी वर्म गिअरबॉक्सेस हा आर्थिकदृष्ट्या योग्य पर्याय ठरतो: वार्षिक २,००० तासांपेक्षा कमी चालणारे इंटरमिटंट-ड्यूटी कन्व्हेयर्स, वर्म गिअरच्या सेल्फ-लॉकिंगद्वारे फेल-सेफ ब्रेकिंगची आवश्यकता असलेले डिक्लाइन्ड कन्व्हेयर्स, आणि जागेची कमतरता असलेल्या इन्स्टॉलेशन्स जिथे राइट-अँगल इनपुट/आउटपुट कॉन्फिगरेशनमुळे स्वतंत्र बेव्हल गिअर सेटची गरज राहत नाही.मी गेल्या ३ वर्षांत अशा दोन उपयोगांमध्ये वर्म गिअरबॉक्स वापरले आहेत आणि दोन्ही डिझाइन केल्याप्रमाणे काम करत आहेत.

प्रथम, अधूनमधून चालणारे कार्य: इंडोनेशियातील एका कोळसा खाणीमधील देखभालीसाठी वापरला जाणारा कन्व्हेअर दररोज ३-४ तास, म्हणजेच वर्षाला अंदाजे १,२०० तास चालतो. या वापरामुळे, प्लॅनेटरी आणि वर्म गिअरबॉक्समधील ५ वर्षांच्या वीज खर्चातील फरक अंदाजे $१,५०० इतका आहे — जो प्लॅनेटरी गिअरबॉक्सच्या $४,८०० अधिकच्या खरेदी किमतीचे समर्थन करण्यासाठी अपुरा आहे.यिनिंग हायड्रॉलिक प्लॅनेटरी गिअरबॉक्स४,००० वार्षिक कार्य तासांपेक्षा जास्त कार्य करणाऱ्या अनुप्रयोगांना आर्थिक फायदा होतो.

दुसरे म्हणजे, सेल्फ-लॉकिंग: उतरत्या कन्व्हेयर्सना (जे माल उतारावरून खाली वाहून नेतात) फेल-सेफ ब्रेकिंगची आवश्यकता असते, कारण ब्रेक निकामी झाल्यास बेल्टचा वेग अनियंत्रितपणे वाढतो. ४०:१ पेक्षा जास्त गुणोत्तर असलेले वर्म गिअरबॉक्सेस मूळतःच सेल्फ-लॉकिंग असतात — चाकामुळे वर्मला उलट दिशेने फिरवता येत नाही — ज्यामुळे एक अशी पॅसिव्ह ब्रेकिंग यंत्रणा उपलब्ध होते, जी विद्युत शक्ती, हायड्रॉलिक दाब किंवा नियंत्रण प्रणालीच्या कार्यावर अवलंबून नसते. सुरक्षिततेच्या दृष्टीने अत्यंत महत्त्वाच्या उतरत्या कन्व्हेयरच्या वापरासाठी, कार्यक्षमतेत १०-१५% घट झाली तरी चालेल.

तिसरे, जागेची मर्यादा: वर्म गिअरबॉक्सची काटकोनी रचना कन्व्हेयर हेड-फ्रेमच्या जागेत बसते, जिथे इनलाइन प्लॅनेटरी गिअरबॉक्ससाठी वेगळ्या बेव्हल गिअर सेटची आवश्यकता असते, ज्यामुळे खर्च $2,000-$4,000 आणि 200-400 मिमी अक्षीय लांबी वाढते. सेल्फ-लॉकिंग आणि जागेची मर्यादा असलेल्या वापराच्या उदाहरणांसाठी, भेट द्या.यिनिंग हायड्रॉलिक गिअरबॉक्स आणि मोटर सोल्यूशन्सअनुप्रयोग-विशिष्ट संरचनांसाठी.