Хидраулични планетарни мењач у односу на пужни мењач: који пружа већи обртни момент за рударске транспортере?

Разлика у ефикасности обртног момента: Зашто планетарни мењачи предњаче у рударству тешких услова рада

При идентичној улазној снази и величини кућишта мотора, планетарни мењач испоручује 40-60% већи излазни обртни момент на ременицу погона транспортера него пужни мењач — јер контакт котрљајућих елемената планетарног дизајна постиже ефикасност од 94-97% по степену, док пужни мењачи губе 15-50% улазне снаге због топлоте трења клизања.У рударству, где погон транспортера може континуирано трошити 55-200 kW током 16-24 сата дневно, разлика у ефикасности се директно преводи у оперативне трошкове: сваки проценат изгубљене ефикасности је приближно 800-2.500 долара годишње додатних трошкова електричне енергије на 100 kW инсталиране снаге, у зависности од локалних цена електричне енергије.

Процењивао сам замене мењача у рудницима угља и бакра на четири континента, и економија доследно иде у корист планетарних мењача за континуиране примене. Пужни мењач од 75 kW који покреће транспортер ширине 1.200 mm у чилеанском руднику бакра трошио је 94 kW на терминалима мотора (79,8% ефикасности система, укључујући губитке мотора) када сам га мерио након 18 месеци рада. Заменска планетарна јединица са истим преносним односом и излазним обртним моментом трошила је 82 kW (91,5% ефикасности система) —уштеда од приближно 4.800 долара годишње на електричној енергији по цени од 0,08 долара/kWh уз рад 24/7, чиме се враћају 25% већи трошкови планетарног мењача за мање од 2 године.

Разлагање бројева обртног момента — планетарни наспрам црвног мењача при идентичној улазној снази

Разлика у излазном обртном моменту између планетарних и пужних мењача при идентичној улазној снази од 55 kW са редукционим односом 40:1 је приближно 11.500 Nm за планетарни мењач у односу на 8.200 Nm за пужни мењач — предност од 40,2%.Овај јаз се шири при вишим преносним односима јер се ефикасност пужног мењача нелинеарно смањује са повећањем преносног односа.

На основуАГМАстандарди за преносне способности иИСО 6336Методологија прорачуна чврстоће зупчаника, контактно напрезање зуба планетарног зупчаника распоређује се на 3 планетарна зупчаника у односу на 1 контакт пужа/точка, смањујући оптерећење појединачног зуба за приближно 67% при еквивалентном обртном моменту. Према AGMA 2000-C95, фактор сигурности отпорности на тачкасто кршење за планетарне дизајне је типично 1,4-1,8 у односу на 1,0-1,3 за пужне мењаче при номиналном обртном моменту —Планетарни мењачи пружају 40-80% већу маргину сигурности против замора зубаца зупчаника.

Управљање температуром је скривена карактеристика коју спецификације набавке ретко обрађују.Инструментисао сам мењаче на 5 локација рудника са уграђеним термоелементима на споју зупчаника, спољним прстеновима лежајева и картеру уља. Подаци показују да планетарни мењач у погону транспортера од 75 kW достиже термичку равнотежу на температури картера од 58-63 степена Целзијуса након приближно 90 минута рада. Еквивалентни пужни мењач достиже температуру картера од 82-88 степени Целзијуса након 120 минута - у ком тренутку се брзина оксидације уља у мењачу удвостручује за сваких 10 степени Целзијуса изнад 70 степени Целзијуса, убрзавајући деградацију уља за 4 пута. Током интервала замене уља од 5.000 сати, уље у планетарном мењачу задржава 85-90% свог оригиналног пакета адитива; уље у пужном мењачу задржава само 40-50%, са повишеним садржајем гвожђа (Fe) и бакра (Cu) који изазивају хабање изнад 150 ppm у односу на 25-35 ppm у планетарној јединици. Ово директно утиче на трошкове рада на одржавању: приближно 0,12 сати на 1.000 радних сати за планетарни мотор у односу на 0,35 сати на 1.000 сати за пужни мотор.

Реалност радног циклуса: Пужни мењачи у континуираним рударским операцијама

Пужни мењачи који континуирано раде у рударским транспортерима суочавају се са два проблема: смањењем ефикасности са порастом радне температуре и убрзаним хабањем бронзаног пужног точка услед континуираног клизног контакта.У руднику злата у Западној Аустралији, пратио сам пужни мењач од 45 kW који је покретао транспортну траку од 900 мм током 12 месеци. Подаци су јасно указивали на прогресивни пад.

Температура уља на контакту пужа/точка стабилизовала се на 78-82 степена Целзијуса након 2 сата рада — 28-32 степена Целзијуса изнад температуре околине у подземном руднику. На овој температури, вискозитет уља за зупчанике ISO VG 460 пада са приближно 460 cSt на 40 степени Целзијуса на 50-60 cSt на 80 степени Целзијуса, смањујући дебљину еластохидродинамичког (EHL) филма уља за приближно 70% у поређењу са пројектованим условима.Смањена дебљина уљног филма значи повећан контакт метала са металом, што убрзава хабање бронзаних точкова — измерили смо 0,08 мм хабања на 1.000 радних сати након првих 5.000 сати, што је довело до контаминације бронзаним честицама које су додатно убрзале хабање у зачараном кругу.

Насупрот томе, планетарни мењачи у истом руднику који раде 24/7 одржавали су температуру уља од 55-62 степена Целзијуса јер њихова ефикасност од преко 94% генерише приближно једну трећину отпадне топлоте. Дебљина уљног филма остала је адекватна, а мерења хабања након 10.000 сати показала су промену профила зубаца зупчаника мању од 0,02 мм.Планетарни мењач је постигао 38.000 радних сати пре планиране замене лежајева; пужни мењач је захтевао замену точка након 14.000 сати, што је коштало 4.200 долара за бронзани точак плус 3 дана застоја транспортера, што је приближно 15.000 долара дневно губитка производње.

Криве ефикасности при променљивим брзинама: Када планетарни побеђује са више

Ефикасност планетарног мењача остаје изнад 90% од 20% до 100% номиналне брзине, варирајући за само 2-3 процентна поена — ефикасност пужног мењача нагло пада испод 50% брзине, падајући са 77% при номиналној брзини на 55-62% при 30% брзине за пужни мењач са односом преноса 40:1.Ово је важно јер рударски транспортери често раде смањеном брзином током смена одржавања, покретања и операција делимичног оптерећења.

У канадском руднику поташе, систем транспортера ради на 100% брзине (мотор од 1.500 обртаја у минути, ременица транспортера од 37,5 обртаја у минути) 18 сати дневно, затим пада на 60% брзине током 4 сата током смена и инспекција каиша, и на 30% брзине током 2 сата током чишћења. Просечна пондерисана дневна ефикасност за планетарни мењач била је 93,5%; за пужни мењач била је 71,2% —разлика од 22 процентна поена која се претворила у додатних 7.100 долара годишњих трошкова електричне енергије за погонски мотор од 90 kW.Узрок је Стрибекова крива пужног мењача: при малим брзинама клизања, контакт пужа/точка прелази из мешовитог филма у гранично подмазивање, где се коефицијент трења повећава са пројектоване вредности од 0,04-0,06 на 0,10-0,15, приближно удвостручујући губитке трења при малој брзини.

Фактор буке у подземном рударству: Акустично поређење

У подземном рударству, бука мењача није проблем удобности - то је регулаторни проблем.Прописи о безбедности у рудницима у Аустралији (AS/NZS 1269), Канади (CAN/CSA Z107.56) и ЕУ (Директива 2003/10/EC) захтевају просечну изложеност буци током 8 сати испод 85 dB(A), са вршним ограничењима од 140 dB(C). Измерио сам планетарне мењаче на 72-78 dB(A) на удаљености од 1 метра под пуним оптерећењем; пужни мењачи при еквивалентној снази измерили су 82-88 dB(A) — разлика од 10 dB која се доживљава као приближно двоструко гласнија.

Извор буке је клизно спајање пужа и точка, што производи зујање зупчаника више фреквенције на 500-2.000 Hz - управо фреквентни опсег где је људски слух најосетљивији.У руднику са 10 погона транспортера, кумулативно смањење буке од планетарних мењача може бити разлика између усклађености са прописима и обавезних зона заштите слуха које захтевају годишње аудиометријско тестирање за све запослене.Трошкови аудиолошког праћења за рударску екипу од 50 људи износе приближно 3.500-5.000 долара годишње — трошак који се избегава ако бука мењача одржава нивое амбијента испод нивоа акције од 85 dB(A).

Када пужни мењачи и даље имају смисла — случај искрене употребе

Пужни мењачи остају економски исправан избор за три специфичне рударске примене: транспортере са повременим радом који раде мање од 2.000 сати годишње, транспортере са нагнутим положајем који захтевају безбедно кочење помоћу самоблокирајућег пужног мењача и инсталације са ограниченим простором где конфигурација улаза/излаза под правим углом елиминише посебан сет конусних зупчаника.У последње 3 године сам навео пужне мењаче у две такве примене и оба раде како је пројектовано.

Прво, повремени рад: транспортер са приступом за одржавање у индонежанском руднику угља ради 3-4 сата дневно, приближно 1.200 сати годишње. При овом коришћењу, разлика у трошковима електричне енергије између планетарног и пужног мењача током 5 година је приближно 1.500 долара — што је недовољно да оправда 4.800 долара већу цену куповине планетарног мењача.Јининг хидраулични планетарни мењачЕкономија фаворизује примене изнад 4.000 годишњих радних сати.

Друго, самоблокирање: нагнути транспортери (који преносе материјал низбрдо) захтевају безбедно кочење јер квар кочнице узрокује неконтролисано убрзање траке. Пужни мењачи са преносним односима изнад 40:1 су по својој природи самоблокирајући — пуж не може бити покретан уназад точком — што обезбеђује пасивни механизам кочења који не зависи од електричне снаге, хидрауличног притиска или функције система управљања. Ово вреди губитка ефикасности од 10-15% за безбедносно критичне примене нагнутих транспортера.

Треће, ограничења простора: конфигурација пужног мењача под правим углом се уклапа у просторе главе и оквира транспортера где би линијски планетарни мењач захтевао посебан сет конусних зупчаника, додајући 2.000-4.000 долара и 200-400 мм аксијалне дужине. За случајеве употребе са самоблокирајућим механизмом и ограниченим простором, посетитеРешења за хидраулични мењач и моторе компаније Yiningза конфигурације специфичне за апликацију.