Σύνδεσμοι τύπου γραναζιών σε συστήματα κίνησης μηχανών χαρτιού: Η μηχανική ακρίβεια συναντά τη βιομηχανική πραγματικότητα

Βιομηχανικά Συστήματα Οδήγησης · ​​Επισκόπηση της Αγοράς του Ηνωμένου Βασιλείου

Σύνδεσμοι τύπου γραναζιών σε συστήματα κίνησης μηχανών χαρτιού: Η μηχανική ακρίβεια συναντά τη βιομηχανική πραγματικότητα

Μια τεχνική εις βάθος ανάλυση του τρόπου με τον οποίο οι σύνδεσμοι γραναζιών διατηρούν σε λειτουργία τις γραμμές συνεχούς παραγωγής χαρτιού — από τα εξειδικευμένα εργοστάσια του Σέφιλντ έως τα ολοκληρωμένα συγκροτήματα συσκευασίας κατά μήκος των εκβολών του Τάμεση.

Η χαρτοποιία συγκαταλέγεται στις πιο απαιτητικές μηχανικά βιομηχανίες συνεχούς διεργασίας στον κόσμο. Μια σύγχρονη μηχανή χαρτιού υψηλής ταχύτητας — που λειτουργεί με ταχύτητες επιφάνειας άνω των 2.000 μέτρων ανά λεπτό — είναι ουσιαστικά μια αλυσίδα ανεξάρτητων ζωνών κίνησης, καθεμία από τις οποίες απαιτεί ακριβείς αναλογίες ταχύτητας για τη διατήρηση της τάσης του ιστού και της ποιότητας του προϊόντος. Το τμήμα διαμόρφωσης, το τμήμα πρέσας, το τμήμα στεγνωτηρίου και το τμήμα καλανδριού λειτουργούν όλα με ελαφρώς διαφορετικές ταχύτητες και οι σύνδεσμοι μεταξύ κινητήρων, κιβωτίων ταχυτήτων και κυλίνδρων πρέπει να μεταδίδουν αξιόπιστα τη ροπή, ενώ παράλληλα ανέχονται την κακή ευθυγράμμιση, την φόρτιση από κραδασμούς και τη χρόνια υγρασία που διαποτίζει ένα περιβάλλον χαρτοποιίας. Μέσα σε αυτό το αδιάλλακτο περιβάλλον, ο σύνδεσμος τύπου γραναζιού έχει καθιερωθεί ως ο σύνδεσμος επιλογής για εφαρμογές κίνησης μηχανών χαρτιού υψηλού φορτίου και υψηλής ταχύτητας. Το προφίλ των δοντιών του, η ικανότητά του για γωνιακή και παράλληλη αντιστάθμιση μετατόπισης και το σφραγισμένο σύστημα λίπανσης το καθιστούν μοναδικά κατάλληλο για τη μετάδοση των τεράστιων ροπών που παράγονται από τις σύγχρονες μηχανές χαρτιού, χαρτιού εφημερίδας και χαρτονιού. Στο Ηνωμένο Βασίλειο —όπου οι μύλοι στο Κέμσλεϊ, το Σότον και το Γουόρκινγκτον λειτουργούν όλο το εικοσιτετράωρο για να τροφοδοτήσουν την εθνική ζήτηση— η αξιοπιστία κάθε ζεύξης σε μια γραμμή μηχανών χαρτιού επηρεάζει άμεσα την παραγωγική απόδοση και την κερδοφορία.

Ένας σύνδεσμος τύπου γραναζιού αποτελείται από δύο πλήμνες με φλάντζα, καθεμία από τις οποίες φέρει ένα εξωτερικά οδοντωτό χιτώνιο, και ένα ζεύγος εσωτερικά οδοντωτών εξωτερικών δακτυλίων — συνήθως συνδυασμένοι σε ένα μόνο βαρέλι ή χωρισμένοι σε δύο ημικελύφη με φλάντζα. Τα εξωτερικά δόντια έχουν στεφάνη, που σημαίνει ότι το προφίλ τους είναι ελαφρώς κυρτό κατά μήκος τους. Αυτή η στεφάνη είναι το καθοριστικό μηχανικό χαρακτηριστικό: καθώς οι συνδεδεμένοι άξονες αναπτύσσουν κακή ευθυγράμμιση υπό θερμική διαστολή, παραμόρφωση κύλισης ή καθίζηση θεμελίωσης, η επαφή των δοντιών απλώς μετατοπίζεται κατά μήκος της στεφάνης αντί να συγκεντρώνει την τάση στη μία άκρη. Το αποτέλεσμα είναι ένας σύνδεσμος που μπορεί να φιλοξενήσει γωνιακή κακή ευθυγράμμιση έως και 1,5 μοίρες ανά εμπλοκή γραναζιού, παράλληλη μετατόπιση αρκετών χιλιοστών και κάποιο βαθμό αξονικής πλεύσης — όλα ταυτόχρονα, και όλα αυτά χωρίς σημαντική αύξηση της μεταδιδόμενης δύναμης. Η ροπή περνάει από τον σύνδεσμο εξ ολοκλήρου μέσω των δοντιών του γραναζιού που εμπλέκονται, πράγμα που σημαίνει ότι δεν υπάρχουν ελαστομερή στοιχεία που κουράζονται, δεν υπάρχουν βιδωτές φλάντζες που υπόκεινται σε τριβή και δεν υπάρχουν μεταλλικά εύκαμπτα μέλη που είναι επιρρεπή σε ρωγμές υπό κυκλική κάμψη. Η λίπανση είναι κρίσιμη: το πλέγμα των δοντιών κατακλύζεται από γράσο ή λάδι, το οποίο συγκρατείται μέσα σε ένα σφραγισμένο περίβλημα που κρατά την υγρασία της διεργασίας, το συμπύκνωμα ατμού και τα λεπτά σωματίδια χαρτιού μακριά από τις επιφάνειες κίνησης. Σε ένα εργοστάσιο χαρτιού, αυτός ο σφραγισμένος σχεδιασμός δεν αποτελεί πολυτέλεια — είναι προϋπόθεση για αξιόπιστη διάρκεια ζωής που μετριέται σε χρόνια και όχι σε μήνες.

Το τμήμα διαμόρφωσης είναι το σημείο όπου πραγματικά ξεκινά η κατασκευή χαρτιού: ένα αραιό εναιώρημα ινών και νερού - το υλικό - παραδίδεται με υψηλή ταχύτητα σε ένα κινούμενο σύρμα ή μεταξύ δύο συγκλίνοντων συρμάτων σε ένα διαμορφωτή διπλού σύρματος. Οι κύλινδροι σύρματος, ο κύλινδρος στηθών και οι κύλινδροι τραπεζιού που οδηγούν και αποστραγγίζουν τον ιστό πρέπει να κινούνται με ακριβώς αντίστοιχες ταχύτητες, επειδή οποιαδήποτε διαφορά ταχύτητας προκαλεί ελαττώματα στις ραβδώσεις ή φθορά του σύρματος που διαταράσσει την ποιότητα παραγωγής. Οι σύνδεσμοι τύπου γραναζιών που συνδέουν τα κιβώτια ταχυτήτων του τμήματος διαμόρφωσης με τους άξονες των κυλίνδρων πρέπει να προσαρμόζονται στη συνεχή γωνιακή κακή ευθυγράμμιση που προκύπτει από την κορυφή του κυλίνδρου, τη θερμική διαστολή του πλαισίου της μηχανής και τη δυναμική παραμόρφωση των κυλίνδρων υπό τις δυνάμεις τάσης του ιστού. Οι μύλοι που λειτουργούν κατά μήκος του Mersey και στον διάδρομο του Μάντσεστερ συνήθως λειτουργούν τα τμήματα διαμόρφωσης με ταχύτητες μεταξύ 1.200 και 2.000 m/min και οι σύνδεσμοι κίνησης πρέπει να είναι δυναμικά ισορροπημένοι σε G2.5 ή καλύτερο για να αποφευχθεί η εισαγωγή κραδασμών στη διαδικασία σχηματισμού ευαίσθητου ιστού. Ο σφραγισμένος σχεδιασμός προστατεύει επίσης το πλέγμα των δοντιών από τα σταγονίδια νερού και την ομίχλη που είναι χαρακτηριστικά του υγρού περιβάλλοντος, αποτρέποντας την έκπλυση λιπαντικού που προκαλεί επιταχυνόμενη φθορά των δοντιών σε μη σφραγισμένα σχέδια.

Το τμήμα πρέσας απομακρύνει μηχανικά το νερό από τον ιστό, περνώντας το μέσα από οπές που σχηματίζονται μεταξύ βαρέων κυλίνδρων που εφάπτονται μεταξύ τους υπό υδραυλική φόρτιση. Οι δυνάμεις οπών σε ένα σύγχρονο τμήμα πρέσας μπορούν να φτάσουν τα 1.200 kN/m επιφάνειας κυλίνδρου, δημιουργώντας τεράστιες ροπές στους άξονες των κυλίνδρων. Οι κύλινδροι πρέσας συνήθως κινούνται μέσω μεμονωμένων τμηματικών κινήσεων, καθένας από τους οποίους συνδέεται με έναν άξονα κυλίνδρου πρέσας μέσω ενός συνδέσμου τύπου γραναζιού που πρέπει να μεταδίδει αρκετές εκατοντάδες κιλονιούτον-μέτρα ροπής ενώ αντέχει σε συνεχή ψεκασμό νερού, ατμού και του χημικού κοκτέιλ που χρησιμοποιείται για την προετοιμασία των κυλίνδρων. Στον τομέα συσκευασίας και κυματοειδούς χαρτονιού του Ηνωμένου Βασιλείου - ο οποίος έχει κόμβους κατασκευής στο Μπέρμιγχαμ και τα Ανατολικά Μίντλαντς - τα τμήματα πρέσας των μηχανών αυλάκωσης και testliner λειτουργούν με βαρύτερα βασικά βάρη και υψηλότερα φορτία οπών από τις μηχανές λεπτού χαρτιού, θέτοντας ακόμη μεγαλύτερες απαιτήσεις στην ικανότητα ροπής σύζευξης και την ακεραιότητα της σφράγισης. Η ικανότητα του συνδέσμου τύπου γραναζιού να μεταδίδει υψηλή ροπή μέσω μιας συμπαγούς εξωτερικής διαμέτρου είναι ανεκτίμητη εδώ, επειδή το χωρικό περίβλημα μεταξύ του κυλίνδρου πρέσας και του κιβωτίου ταχυτήτων του κινητήρα περιορίζεται αυστηρά από τη διάταξη εγκάρσιας μηχανής των κιβωτίων αναρρόφησης, των τσόχων και των συστημάτων φόρτωσης κυλίνδρων πρέσας. Τα συμβάντα θραύσης του ιστού στο τμήμα της πρέσας δημιουργούν επίσης σοβαρές αιχμές ροπής — η κατασκευή του γραναζιού από χάλυβα απορροφά αυτές τις παροδικές υπερφορτώσεις χωρίς τις παραμορφώσεις ή τις αστοχίες που πλήττουν τους ελαστομερείς τύπους συνδέσμων.

Το τμήμα στεγνωτηρίου μιας μεγάλης μηχανής χαρτιού αποτελείται από μια σειρά κυλίνδρων από χυτοσίδηρο που θερμαίνονται με ατμό — συνήθως 60 έως 200 κυλίνδρους διατεταγμένους σε άνω και κάτω σειρές — πάνω από τους οποίους διέρχεται το πλέγμα για να εξατμίσει την υπόλοιπη υγρασία. Κάθε ομάδα ξηραντήρων κινείται ως ανεξάρτητο τμήμα με προσεκτικά βαθμονομημένη έλξη (διαφορά ταχύτητας) σε σχέση με το προηγούμενο τμήμα, για να διατηρείται το πλέγμα υπό ελεγχόμενη τάση και να αποτρέπονται θραύσεις. Οι σύνδεσμοι τύπου γραναζιού που συνδέουν τους κινητήριους μηχανισμούς του ξηραντήρα με τους άξονες των κυλίνδρων λειτουργούν σε περιβάλλον κορεσμένο με ατμό σε θερμοκρασίες έως 140°C, απαιτώντας ανθεκτικά στη θερμότητα γράσα και στεγανοποιήσεις ονομαστικές για συνεχή λειτουργία σε υψηλή θερμοκρασία. Το μακρύ τμήμα του ξηραντήρα σημαίνει επίσης ότι το πλαίσιο του μηχανήματος υφίσταται σημαντική θερμική διαστολή κατά μήκος, προκαλώντας μετατόπιση της ευθυγράμμισης των μεμονωμένων κινητήριων μηχανισμών των κυλίνδρων κατά τη διάρκεια των κύκλων προθέρμανσης και ψύξης. Οι σύνδεσμοι τύπου γραναζιού προσαρμόζονται ομαλά σε αυτή τη θερμική κίνηση μέσω της αξονικής τους ικανότητας πλεύσης, αποτρέποντας την ανάπτυξη δυνάμεων ώθησης στα ρουλεμάν των κυλίνδρων που διαφορετικά θα απαιτούσαν υπερμεγέθη περιβλήματα ρουλεμάν ή συχνή αντικατάσταση ρουλεμάν. Για τις ολοκληρωμένες δραστηριότητες χαρτοπολτού και χαρτιού της Σκωτίας — για παράδειγμα, το Caledonian Paper στο Irvine ή τα εργοστάσια Highland που εξυπηρετούν την αγορά χαρτιού kraft — η αξιοπιστία του τμήματος ξηραντήρα είναι ο κυρίαρχος παράγοντας στη συνολική διαθεσιμότητα του μηχανήματος και το αποδεδειγμένο ιστορικό του γραναζιού σε αυτήν την εφαρμογή το καθιστά την προεπιλεγμένη μηχανική επιλογή.

Στο στεγνό άκρο της μηχανής χαρτιού, η στοίβα καλανδριού προσδίδει λεία επιφάνεια και ομοιομορφία πάχους στον ιστό πριν τυλιχτεί σε ένα καρούλι. Οι κύλινδροι καλανδριού κινούνται μεμονωμένα ή σε ζεύγη μέσω τμηματικών κινήσεων και η αντιστοίχιση ταχύτητας μεταξύ διαδοχικών κυλίνδρων πρέπει να είναι εξαιρετικά ακριβής για να αποφευχθεί το τέντωμα του χαρτιού, το μαύρισμα του καλανδριού ή τα ελαττώματα σήμανσης. Οι σύνδεσμοι τύπου γραναζιού στους κινητήρες καλανδριού είναι συνήθως μονάδες υψηλής ακρίβειας, δυναμικά ισορροπημένες με προφίλ τροχισμένων δοντιών και σφραγίδες χαμηλής τριβής που ελαχιστοποιούν οποιαδήποτε κυκλική ανωμαλία ταχύτητας (συνήθως μετρούμενη ως κυματισμός ροπής) που θα μπορούσε να εισαγάγει μικροδιακυμάνσεις ταχύτητας στην ταχύτητα επιφάνειας του κυλίνδρου. Στον κύλινδρο, ο αναπτυσσόμενος κύλινδρος χαρτιού πρέπει να επιταχύνεται από την ηρεμία στην ταχύτητα της μηχανής και να ελέγχεται καθ' όλη τη διάρκεια της συσσώρευσής του - μια εργασία που ασκεί μεγάλες, κυκλικά μεταβαλλόμενες ροπές στον άξονα κίνησης του τυμπάνου του καρουλιού. Ο σύνδεσμος γραναζιών που συνδέει το κιβώτιο ταχυτήτων του καρουλιού με το τύμπανο του καρουλιού πρέπει να χειρίζεται ομαλά τόσο τη ροπή επιτάχυνσης όσο και τη ροπή λειτουργίας, ενώ παράλληλα να προσαρμόζεται στη σταδιακή αξονική μετατόπιση του τυμπάνου του καρουλιού καθώς ο κύλινδρος αυξάνει τη διάμετρο. Οι παραγωγοί χάρτινων ...

Αριστεία στην Κατασκευή

Ever Power — Σύνδεσμοι ακριβείας για μηχανική χαρτοποιίας

Λύσεις ζεύξης γραναζιών προσαρμοσμένες στις ανάγκες σας, υποστηριζόμενες από κάθετα ολοκληρωμένη κατασκευή, ταχεία προσφορά και μια παγκόσμια αλυσίδα εφοδιασμού που εξυπηρετεί χαρτοβιομηχανίες του Ηνωμένου Βασιλείου από το Αμπερντίν έως το Κεντ.

Η Kemsley Paper Mill, μία από τις μεγαλύτερες χαρτοβιομηχανίες με μία μόνο εγκατάσταση στην Ευρώπη, λειτουργεί πολλαπλές μηχανές χαρτιού που παράγουν ανακυκλωμένο χαρτί εφημερίδας και κυματοειδές υλικό για την αλυσίδα εφοδιασμού συσκευασιών στο Ηνωμένο Βασίλειο. Το 2023, η ομάδα μηχανικών εντόπισε χρόνιες πρόωρες βλάβες σύνδεσης πακέτων δίσκων στον μηχανισμό κίνησης του τμήματος πρέσας της Μηχανής 2 — μιας μηχανής ανακυκλωμένου χαρτονιού υψηλής ταχύτητας που λειτουργούσε με 1.400 m/min. Οι πακέτες δίσκων παρουσίαζαν βλάβες εντός έξι έως εννέα μηνών από την αντικατάσταση λόγω ρωγμών λόγω κόπωσης που επιταχύνονταν από το συνδυασμένο αποτέλεσμα της γωνιακής κακής ευθυγράμμισης στο σημείο πίεσης και της κραδασμικής φόρτισης κατά τη διάρκεια των σπασιμάτων του ιμάντα. Το τμήμα μηχανικών απευθύνθηκε στην Ever Power για να προμηθεύσει έναν άμεσο σύνδεσμο τύπου γραναζιού αντικατάστασης στις υπάρχουσες διαστάσεις της οπής και του κύκλου του κοχλία φλάντζας.

Οι μηχανικοί εφαρμογών της Ever Power εξέτασαν τα αρχικά σχέδια εγκατάστασης και τα δεδομένα της έρευνας για την κακή ευθυγράμμιση και πρότειναν ένα στεφανωμένο δόντι τύπου GIICL. ζεύξη γραναζιών με διπλές λαβυρινθώδεις τσιμούχες και γράσο υψηλής θερμοκρασίας προγεμισμένο για διάστημα σέρβις 6.000 ωρών. Η μονάδα κατασκευάστηκε ώστε να ταιριάζει με ακρίβεια στις διαστάσεις της υπάρχουσας οπής άξονα, του αυλακιού κλειδαριάς και της φλάντζας, επομένως δεν απαιτήθηκε καμία τροποποίηση στο κιβώτιο ταχυτήτων της πρέσας ή στον άξονα κυλίνδρων. Η παράδοση ολοκληρώθηκε εντός επτά εργάσιμων ημερών για την τελική ζεύξη, τηρώντας το προγραμματισμένο χρονικό διάστημα διακοπής λειτουργίας που ήταν διαθέσιμο στην ομάδα μηχανικών του μύλου Kemsley.

Ο σύνδεσμος γραναζιών λειτουργεί εδώ και πάνω από δεκαοκτώ μήνες χωρίς καμία παρέμβαση συντήρησης. Η ομάδα μηχανικών αναφέρει μηδενικές απρόβλεπτες διακοπές λειτουργίας του συστήματος κίνησης του τμήματος πρέσας από την έναρξη λειτουργίας και η διπλή λαβύρινθος στεγανοποίησης έχει διατηρήσει την ακεραιότητα του γράσου παρά το περιβάλλον συνεχούς ψεκασμού νερού του τμήματος πρέσας. Η συνολική εξοικονόμηση κόστους — λαμβάνοντας υπόψη το μειωμένο κόστος αντικατάστασης συνδέσμου, τις μειωμένες αντικαταστάσεις ρουλεμάν στον κύλινδρο πρέσας και τη μηδενική απώλεια παραγωγής από διακοπές λειτουργίας που σχετίζονται με το σύστημα κίνησης — έχει υπολογιστεί από την ομάδα συντήρησης του Kemsley σε πάνω από 140.000 λίρες μόνο κατά το πρώτο έτος λειτουργίας.