Муфти в системах приводу цементних млинів: принципи інженерії, застосування у Великій Британії та посібник з вибору

Корпуси маточин та втулки промислових зубчастих муфт виготовляються з середньовуглецевих хромомолібденових легованих сталей, таких як 42CrMo4, та проходять термічну обробку до міцності на розрив 900–1100 МПа. Це забезпечує міцність, необхідну для витримування ударів під час запуску цементного млина без крихкого руйнування, навіть за низьких температур навколишнього середовища, поширених у відкритих корпусах редукторів на півночі Англії в зимові місяці. Загартування та відпуск у поєднанні з індукційним гартуванням бічних поверхонь зубців забезпечують термін служби, що вимірюється десятиліттями, а не роками.

Для зубців шестерень у зубчастих муфтах використовується цементована сталь 20CrMnTi з глибиною шару 0,8–1,6 мм та твердістю поверхні HRC 58–64, що забезпечує оптимальне поєднання зносостійкості поверхні та міцності серцевини. Тверда оболонка протистоїть абразивній дії будь-якого пилу, що потрапляє в зачеплення шестерень, тоді як міцна серцевина поглинає напруження втоми від згину, що виникають внаслідок кутового зміщення. Цей вибір матеріалу є стандартним для найвимогливіших застосувань з'єднань у цементній промисловості в усьому світі та забезпечує тривалі інтервали обслуговування, яких вимагають сучасні оператори цементних заводів у Великій Британії.

Змійчасті пружинні муфти отримують свою унікальну крутну податливість завдяки змійчастим пружинним елементам, виготовленим з висококремніючої марганцевої пружинної сталі, зазвичай 60Si2Mn або еквівалентних марок EN. Термічна обробка до твердості HRC 42–48 супроводжується дробоструминною обробкою поверхні пружини для створення залишкових стискаючих напружень, які значно подовжують термін служби під пульсуючими навантаженнями кульового млина. Ці пружини прецизійно профілюються на шліфувальних центрах з ЧПК для досягнення однакових кривих навантаження-прогину по всій виробничій партії, що забезпечує однакову продуктивність кожного вузла муфти.

З'єднувальні фланці, захисні кільця та проміжні проставки в положеннях середнього режиму роботи часто виготовляються з чавуну зі сфероїдальним графітом EN-GJS-500-7 (ковкого чавуну), який пропонує чудове поєднання формуваності ливарних конструкцій для складних геометрій, доброї оброблюваності та достатньої міцності на розрив при мінімум 500 МПа. Там, де важливе зниження ваги — наприклад, у плаваючих прокладних елементах прокладних муфт великого прольоту, що з'єднують широкі редуктори — тонкостінні чавунні виливки є економічною альтернативою кованій сталі без шкоди для втомних характеристик, необхідних для безперервної роботи цементного млина.

У секторі виробництва цементу основним обладнанням для подрібнення є млини сировинної муки та млини для фінішного подрібнення цементу. Ці машини представлені в трьох основних конфігураціях на цементних заводах Великої Британії — класичний кульовий млин, вертикальний вальцевий млин (VRM) та вальцевий прес (RP) — і кожна з них має чіткий характер навантаження на свою приводну муфту. Кульовий млин, який залишається домінуючою технологією подрібнення на цементних заводах від Дербіширу до графства Дарем, отримує потужність свого основного двигуна через ланцюг «муфта-редуктор-відкрита шестерня». Номінальні потужності основних двигунів на сучасних заводах Великої Британії коливаються від 1,5 МВт на менших установках до 7,5 МВт на найбільших позиціях фінішного подрібнювача. Муфта повинна витримувати не лише цей безперервний номінальний крутний момент, але й значно вищий піковий крутний момент, який виникає під час кожного запуску млина.

Механічний характер крутного моменту, що вимагається кульовим млином, принципово відрізняється від крутного моменту насоса чи вентилятора. Коли млин завантажено клінкером, гіпсом або сирим вапняком, завантаження в барабані створює великий статичний крутний момент опору, який необхідно подолати під час запуску. Завантаження також зміщується під час розгону млина, створюючи змінне в часі навантаження, яке збуджує крутильні резонанси в трансмісії. Інженери британських цементних заводів на власному досвіді дізналися, що муфти, встановлені без належного крутильного аналізу, мають звичку страждати від втомних руйнувань при, здавалося б, консервативних номінальних крутних моментах, оскільки динамічне посилення резонансного збудження підвищує фактичне пікове напруження муфти значно вище розрахункового коефіцієнта експлуатації, зазначеного на табличці.

Зчеплення між головним двигуном та редуктором первинного редуктора на кульовому цементному млині, мабуть, є технічно найскладнішим завданням зчеплення у всій переробній промисловості. Працюючи в положенні, де воно має поглинати пікові крутні моменти в 4-8 разів перевищують номінальний крутний момент під час кожного запуску млина, враховувати різницю теплового розширення між фундаментами двигуна та редуктора, а також витримувати крутильні коливання, викликані перекидним завантаженням, це зчеплення має бути специфіковане з особливою ретельністю. Зубчасті зчеплення з коронованими профілями зубців є найпоширенішим рішенням на цементних заводах Великої Британії, причому провідні виробники вказують короновані зовнішні зубці в діапазоні кута тиску від 14° до 20° та радіуси коронування профілю 3000–10 000 мм, щоб компенсувати кутове зміщення до 1,5° на кожне зачеплення шестерні. Для заводів, що працюють у промисловому центрі Стаффордширу, де фундаменти старих млинів могли нерівномірно осідати протягом десятиліть, ця кутова здатність до адаптації є не просто теоретичним запасом — це різниця між зчепленням, яке прослужить десять років, і тим, яке виходить з ладу за два роки. Пружинні муфти зі змійовиком набувають популярності на невеликих заводах у Великій Британії, де їхня властива м'якість при крученні зменшує динамічні навантаження на підшипники коробки передач і подовжує інтервали між капітальним ремонтом коробки передач.

Вертикальні вальцьові млини, які все частіше використовуються для подрібнення цементної сировини на об'єктах у Великій Британії завдяки своїй енергетичній перевазі 30–40% над кульовими млинами, представляють зовсім іншу проблему інженерії з'єднань. Трансмісія VRM зазвичай розташовує двигун вертикально або горизонтально, приводячи в рух планетарний або конічно-гвинтовий редуктор, який передає крутний момент безпосередньо на подрібнювальний стіл через вертикальний вихідний вал. У цій конфігурації з'єднання між двигуном і редуктором повинно враховувати теплове зростання корпусу двигуна у вертикальній площині, забезпечуючи при цьому певний ступінь амортизації кручення проти пульсуючих навантажень, що створюються подрібнювальними вальцями. Універсальні з'єднання серії SWC зазвичай використовуються в цьому застосуванні на горизонтальних конфігураціях приводних валів, де кутове зміщення між ведучим і веденим компонентами може досягати 5–10° через геометричні обмеження встановлення VRM. На сучасному цементному заводі в Іст-Мідлендсі, де обмежений простір вимагає компактних трансмісій, можливість кутової компенсації універсального з'єднання у вхідному положенні редуктора значно зменшує трудомісткість встановлення та забезпечує ширше вікно допуску під час майбутніх модифікацій установки. Здатність інженера з технічного обслуговування розбирати та збирати муфту в умовах будівельного майданчика — без точного обладнання для вирівнювання чи спеціалізованого нагляду — є фактором, який британські заводські команди все частіше визначають як критерій закупівлі.

Валкові преси, що використовуються для попереднього або напівчистового шліфування на деяких найбільш потужних цементних заводах Великої Британії, створюють інтенсивні ударні навантаження, коли великі вузлики клінкеру проходять між валками, що обертаються в протилежних напрямках. Несправний шматок клінкеру розміром 150 мм може спричинити пік крутного моменту в 5–8 разів перевищує номінальне значення, що триває лише 50–200 мілісекунд, проте цієї короткочасної події достатньо, щоб викликати пластичну деформацію в недостатньо специфікованому зчепленні або втомну тріщину в неправильно загартованому зубці шестерні. Рішення з'єднання для приводів валкових пресів на цементних заводах Великої Британії еволюціонувало в бік конструкцій з обмеженням крутного моменту, які зазвичай включають або зрізні штифти, які жертвують змінним компонентом під час перевантаження, або фрикційні диски, які ковзають при заданому рівні крутного моменту та автоматично знову вмикаються після усунення перешкоди. Ці муфти захисту від перевантаження вимагають, щоб внутрішній механізм обмеження крутного моменту був відкалібрований на значення від 1,5 до 2,5 номінального робочого крутного моменту, нижче порогового значення крутного моменту, яке може призвести до пошкодження корпусів підшипників валків або внутрішніх компонентів коробки передач, і вище максимального пікового значення робочого крутного моменту, щоб уникнути випадкових спрацьовувань під час законних коливань навантаження. Інженери цементного заводу Великої Британії, які працюють відповідно до вимог Правил забезпечення та використання робочого обладнання (PUWER), також цінують муфти обмеження крутного моменту як запобіжний пристрій, що запобігає небезпечним перевантаженням, що досягають працюючого персоналу поблизу машини.

Зубчасті муфти з корончастою формою зуба досягають крутного моменту до 3600 кНм у компактному корпусі, що робить їх єдиним практичним вибором для потужних двигунів великих кульових млинів для цементу. Навантаження розподіляється по всій ширині зуба, забезпечуючи рівні напружень значно нижчі за межу втоми матеріалу навіть при пікових пускових моментах.

Компенсація кутового зміщення 0,5°–1,5° на кожне зачеплення шестерні (подвійні муфти) та паралельне зміщення до 3 мм при номінальній швидкості враховує зміщення валу, що виникають внаслідок теплового зростання та структурної осідання, без накладання коригувальних навантажень, які скорочують термін служби підшипників підключених машин.

Прогресивна пружинна характеристика пружинних муфт типу «змійка» зміщує резонансні частоти кручення від робочих діапазонів швидкостей, що значно зменшує динамічне посилення періодичних гармонік навантаження. Інтервали капітального ремонту підшипників коробки передач були збільшені на 40% або більше на об'єктах у Великій Британії після переходу з жорстких на пружинні муфти типу «змійка» у високоінерційних системах.

Двокромкові ущільнення з нітрилу або фторвуглецевого еластомеру в поєднанні з лабіринтовими камерами для утримання мастила запобігають потраплянню цементного пилу, водночас утримуючи високов'язке редукторне мастило протягом усього циклу технічного обслуговування. Герметизація, еквівалентна класу IP55, підтримує цілісність мастильної плівки навіть за високих концентрацій пилу на розвантажувальних кінцях млинів на цементних заводах у Великій Британії.

Щорічне повторне змащування під час планових зупинок заводу — стандартна частота технічного обслуговування на цементних заводах Великої Британії — є єдиним плановим втручанням, необхідним для правильно вибраних та встановлених зубчастих муфт. Елементи пружин типу «змійка» потребують лише періодичної перевірки зносу пружин, а заміна пружин можлива протягом однієї зміни, що мінімізує тривалість планових простоїв та контролює витрати на оплату праці з технічного обслуговування.

Точно збалансовані муфтові вузли досягають номінальної швидкості 1000–3000 об/хв у положенні приводів цементного млина з боку двигуна, не створюючи амплітуди вібрації, які перевищують граничні значення вібрації машин згідно з ISO 10816. Ця вимога до якості балансування стандартно встановлена ​​на рівні G6.3 або вище, при цьому G2.5 доступний для швидкостей понад 1500 об/хв на 2-полюсних моторних приводах.

Пружинна муфта серії JSA використовує прецизійно профільований серпентиновий пружинний елемент 60Si2Mn для забезпечення прогресивної характеристики жорсткості на кручення, що зменшує динамічні навантаження на підключені коробки передач та двигуни в цементних млинах. Серія JSA, що має номінальний крутний момент від 0,1 до 355 кНм, ідеально підходить для допоміжних приводів кульових млинів, приводів печей та шківів конвеєрної головки на цементних заводах у Великій Британії. Пружинний елемент можна замінити на місці без порушення вирівнювання валів, що зводить до абсолютного мінімуму запланований час простою для технічного обслуговування.

Переглянути деталі продукту →

Універсальна муфта серії SWC забезпечує передачу високих крутних моментів на кутові зміщення до 45°, що робить її найкращим рішенням для з'єднань карданних валів VRM, карданних валів пічних шин та нахилів роликових конвеєрів для подачі, де геометричні обмеження перешкоджають вирівнюванню валів. Конструкція поперечного з'єднання з голчастими підшипниками мінімізує тертя та втрати потужності, забезпечуючи при цьому термін служби, порівнянний із зубчастими муфтами, у системах із середньою швидкістю. Муфти SWC з номінальним крутним моментом 2000 кНм доступні з нестандартними діаметрами отворів та профілями шпонкових канавок, що відповідають будь-якій специфікації редуктора цементного заводу у Великій Британії.

Переглянути деталі продукту →

Компанія Ever Power має сучасне виробниче підприємство з виробництва муфт, оснащене обробними центрами з ЧПК останнього покоління, прецизійними зубошліфувальними верстатами та автоматизованими лініями термічної обробки. Кожна муфта, що залишає виробничий цех Ever Power, виготовляється відповідно до процедур управління якістю ISO 9001:2015 з повним відстеженням матеріалів від необробленої сталевої заготовки до готової, перевіреної збірки. Для операторів цементних заводів у Великій Британії, які закуповують заміну або модернізацію муфт, ця відстежуваність забезпечує аудиторський слід, необхідний відповідно до систем забезпечення якості BS EN ISO 9001, та підтримує очікування Виконавчої служби з охорони здоров'я та безпеки Великої Британії щодо задокументованої механічної цілісності на важких переробних заводах.

Основна сила інженерної команди Ever Power полягає в індивідуальному налаштуванні. Коли цементний завод у Бірмінгемі або оператор кар'єру в Пік-Дистрикт потребує муфти, яка виходить за рамки стандартних параметрів каталогу — нестандартний діаметр отвору, незвичайний профіль шпонкової канавки, що відповідає застарілій коробці передач, спеціальний розмір між поверхнями для існуючого захисту муфти або вимога до певного шаблону фланцевих болтів — інженери-застосовники Ever Power безпосередньо співпрацюють з механічною командою замовника, щоб розробити рішення, яке точно підходить без необхідності модифікації будь-якого з підключених механізмів. Терміни виконання замовлень на муфти, розроблені на замовлення, зазвичай становлять 4–8 тижнів від затвердження креслення до поставки, а прискорене виробництво доступне для екстрених замовлень на заміну, коли витрати на зупинку заводу виправдовують преміальне планування.

📩 Отримайте цінову пропозицію від команди Ever Power Engineering

«Підхід команди Ever Power повністю відрізнявся від усього, з чим ми стикалися з іншими постачальниками муфт. Вони не просто надіслали каталог — вони приїхали на об’єкт, все виміряли та надали технічний звіт, перш ніж надати цінову пропозицію. Муфти вже працюють 26 місяців без жодної проблеми. Загальна вартість володіння набагато нижча, ніж та, яку ми витрачали на часті заміни».

«Ми вказали нестандартний діаметр отвору та незвичайну геометрію шпонкової канавки, щоб вони відповідали нашому існуючому вихідному валу коробки передач. Інженерна команда Ever Power обробила затверджені креслення менш ніж за тиждень і доставила готові муфти протягом шеститижневого терміну, який вони запропонували. Точність розмірів була винятковою — отвір знаходився в межах 0,01 мм від цільового значення, а муфта ідеально підійшла з першого разу».

«Пружинна муфта, встановлена ​​на допоміжному приводі нашої печі, повністю вирішила проблему вібрації, з якою ми жили протягом трьох років. М’якість кручення серії JSA поглинає пульсуюче навантаження від коливань корпусу печі, не передаючи його на редуктор. Температура оливи в нашому редукторі знизилася на 8°C, а рівень фонової вібрації на корпусах підшипників двигуна знизився більш ніж на 50%».