Typy miešačiek a extrudérov – kde sa používajú špirálové ozubené kolesá
Tri odlišné typy strojov v miešacom a extrúznom priemysle používajú veľkomodulové špirálové ozubené koleso pohony, každý s rôznymi charakteristikami zaťaženia:
Vnútorný (Banbury) miešač gumy
Vnútorný mixér miesi gumové zmesi medzi dvoma protibežnými rotormi v uzavretej komore. Rýchlosť rotora: 15 – 40 ot./min. Kritická udalosť zaťaženia – opätovný spustenie zamrznutej náplne – nastáva, keď zmiešaná zmes stuhne počas neplánovaného vypnutia. Opätovný spustenie proti zamrznutej náplni generuje krútiace momenty 3 – 5 × menovitý krútiaci moment pri prakticky nulových otáčkach. špirálové ozubené koleso Krútiace momenty na výstupnom hriadeli dosahujú na veľkých 600-litrových strojoch 150 000 – 600 000 N·m. Ide o najnáročnejší vrchol krútiaceho momentu v akejkoľvek priemyselnej prevodovke.
Dvojzávitovkový extrudér
Súbežne alebo protibežne rotujúce dvojité závitovky spracovávajú plasty, potravinárske zmesi alebo lepidlá v nepretržitej prevádzke. Rýchlosť závitovky: 100 – 600 ot./min. (vyššia ako pri miešačoch gumy). Výstupný krútiaci moment na závitovku: 1 000 – 30 000 N·m. Rázové udalosti: kontaminácia kovu v vstupnom materiáli (nečistoty zo železa) spôsobuje okamžité nárasty zaťaženia. špirálové ozubené koleso rozdeľovacia prevodovka musí rozdeľovať rovnaký krútiaci moment na obe skrutky – čo vyžaduje zodpovedajúci výstup špirálové ozubené kolesá a spoločný vstupný pastorok.
Planetárny alebo Sigma lopatkový mixér
Chemické, farmaceutické a potravinárske miešačky otáčajú lopatkovým alebo kotvovým obežným kolesom rýchlosťou 10 – 60 ot./min. Výstupné krútiace momenty sú v porovnaní s gumovými miešačkami mierne (5 000 – 50 000 N·m), ale prevodovka musí zvládať časté dávkové spracovanie s premenlivou úrovňou plnenia – čo vytvára premenlivý profil zaťaženia, ktorý si vyžaduje presné posúdenie prevádzkového faktora. špirálové ozubené koleso Prevodovka zvyčajne obsahuje mechanický obmedzovač krútiaceho momentu na ochranu nádoby miešadla a pohonu pred preťažením počas zaseknutia materiálu.
Servisný faktor – prečo dosahuje KA v pohonoch gumových miešačiek hodnoty 3,0 – 4,0
Servisný faktor pre mixér a extrudér špirálové ozubené koleso pohony sú v bežnej priemyselnej prevádzke najvyššie z akejkoľvek kategórie aplikácií, a to z dvoch nezávislých a kumulatívnych dôvodov:
| Udalosť načítania | Násobok krútiaceho momentu | Trvanie | Frekvencia | Príspevok KA |
|---|---|---|---|---|
| Vrchol normálneho miešacieho cyklu | Menovitý výkon 120–150% | 10–30 s na cyklus | Každá dávka | KA ≈ 1,50 základ |
| Náhly pokles teploty (stuhnutie zmesi) | 150–200% s menovitým výkonom | 2–5 minút | Niekoľkokrát za smenu v chladnom počasí | +0,25–0,50 k KA |
| Normálny studený štart s čiastočne vytvrdenou náplňou | Menovitý výkon 200–300% | 5–20 s | Každý štart zmeny | +0,50–0,75 k KA |
| Zamrznutý reštart nabíjania (najhorší prípad) | Menovitý výkon 400–500% | Až 30 s, kým sa neuvoľní náboj alebo sa nevypne ochrana | Vzácne, ale treba prežiť | Riadi statickú kontrolu zlomeniny zuba |
Odporúčané hodnoty KA pre pohony so špirálovými ozubenými kolesami miešačiek/extrudérov (údaje z praxe AGMA 2101 / Korea Ever-Power):
Dvojzávitovkový extrudér (motor DOL, bez ochrany proti prevráteniu): KA = 1,75–2,25
Chemický/farmaceutický planetárny mixér: KA = 1,75–2,50
Miešací mlyn na gumu (otvorený mlyn, 2 valce): KA = 2,00–2,50
Vnútorný (Banbury) miešač gumy (hydraulicná spojka): KA = 2,50–3,00
Vnútorný miešač gumy (motor DOL, bez hydraulickej spojky): KA = 3,00–4,00
Poznámka: Okrem toho sa musí skontrolovať aj zmrazený vrchol krútiaceho momentu (400–500%).
medzná hodnota statického ohybového napätia koreňa zuba s použitím statického bezpečnostného faktora S_F_stat ≥ 1,0
pri špičkovom preťažení – oddelene od kontroly únavy KA pri menovitom krútiacom momente.
Výber materiálu a modulu pre špirálové ozubené kolesá miešačky
Veľký modul špirálové ozubené koleso pre prevodovku miešačky gumy — kovaná 42CrMo4, indukčne kalená HRC 50–55, modul M24. Pri výstupných krútiacim momentoch 150 000 – 500 000 N·m a otáčkach rotora 15 – 30 ot./min. je požadovaný modul a šírka čela určený krútiacim momentom po opätovnom spustení zmrazenej náplne (400 – 500% menovitého zaťaženia), nie normálnym prevádzkovým zaťažením, vďaka čomu je táto prevodovka jednou z najvyšších jednotkových záťaží. špirálové ozubené koleso aplikácie v priemyselnej výrobe
Obmedzenia veľkosti prierezu a tepelného spracovania
Výstupný hriadeľ gumového mixéra špirálové ozubené koleso Pri M32 so z = 30 zubami má rozstupný priemer približne 1 000 mm a prierez polotovaru s priemerom 900 – 1 100 mm. Táto veľkosť profilu presahuje kaliteľnosť ocele 20CrMnTi (ktorá sa spoľahlivo kalí cez profily s priemerom približne 300 – 400 mm). Správny výber materiálu závisí od požadovanej tvrdosti povrchu a dostupného tepelného spracovania:
42CrMo4 + indukčné kalenie
Štandardná voľba pre veľkoprierezové miešačky špirálové ozubené kolesá (OD 500 – 2 000 mm). Polotovar má prierez QT na HB 280 – 320, potom sa jednotlivé zuby alebo zóny zubov indukčne kalia na HRC 50 – 55. Jadro QT s HB 280 – 320 poskytuje húževnatosť potrebnú pre nárazy pri opätovnom spustení zmrazeného náboja. Indukčné kalenie pôsobí lokálne – nedochádza k tepelnej deformácii v priereze. σ_H lim = 820 – 950 MPa; σ_F lim = 340 – 380 MPa v oblasti koreňa zuba.
17CrNiMo6 + Cementácia v plyne (menšie moduly)
Pre ozubené kolesá extrudérov a farmaceutických miešačiek s rozmermi M8–M20 (vonkajší priemer 200–600 mm) poskytuje 17CrNiMo6 cementovaná na HRC 58–62 hodnotu σ_H lim = 1600–1800 MPa, čo umožňuje výrobu kompaktnejších a ľahších prevodoviek s rovnakou krútiacou silou. Cementácia je možná pre profily s priemerom približne 500 mm z 17CrNiMo6. Pre väčšie profily je indukcia 42CrMo4 jedinou praktickou cestou.
Výber modulu a šírky tváre
Modul a šírka plochy pre mixér špirálové ozubené koleso sa zvyčajne riadia skôr špičkovým krútiacim momentom zmrazeného náboja než menovitým prevádzkovým krútiacim momentom – statická kontrola ohybu koreňa zuba pri 400–500% menovitého krútiaceho momentu s S_F_stat ≥ 1,0 nastavuje minimálny modul:
Statická kontrola ohybu koreňa zuba (pri zmrazenom náboji, špičkový krútiaci moment T_peak):
F_t_peak = 2 × T_peak / d₁
σ_F_static = F_t_peak / (b × Mn) × Y_Fa × Y_Sa × Y_ε × Y_β × KA_static
kde KA_static = T_peak / T_rated (špičkový faktor preťaženia) × KA_base = 4,0–5,0
Požadované: σ_F_static ≤ σ_F_lim_static (prípustná statická hodnota podľa ISO 6336-3 ≈ 2,0 × σ_F_lim_fatigue)
Príklad: 600-litrová miešačka gumy, T_rated = 150 000 N·m, T_peak = 600 000 N·m
S M32, z=30, b=500 mm, indukcia 42CrMo4, σ_F_lim_static ≈ 760 N/mm²:
σ_F_static ≈ (2 × 600 000 000)/(d₁ × 500 × 32) × geometrické faktory × 1,0
→ Modul M32 je tak akurát; M36 poskytuje pohodlný S_F_stat ≥ 1,2
Architektúra pohonu a úloha hydraulickej spojky
Najväčší miešač gumy špirálové ozubené koleso Pohony zahŕňajú hydraulickú spojku (hydrodynamickú spojku) medzi motorom a vstupným hriadeľom prevodovky. Hydraulická spojka obmedzuje prenášaný krútiaci moment počas rozbehu – keď by krútiaci moment motora inak bol 250 – 3501 TP3T menovitého krútiaceho momentu pri zastavení – a poskytuje určitý stupeň ochrany pred nárazmi počas opätovného spustenia pri zamrznutom nabíjaní. Hydraulická spojka však NEODSTRAŇUJE špičkový krútiaci moment pri zamrznutom nabíjaní: keď sa spojka naplní a blíži sa k synchrónnym otáčkam, krátko prejde zónou násobenia krútiaceho momentu, ktorá dokáže preniesť 150 – 2001 TP3T menovitého krútiaceho momentu do prevodovky. Špičkové zaťaženie pri zamrznutom nabíjaní stále určuje... špirálové ozubené koleso kontrola ohybu koreňa zuba aj s hydraulickou spojkou v hnacom ústrojenstve.
Mazanie pre nízkorýchlostné pohony so špirálovými ozubenými kolesami s vysokým krútiacim momentom
Mixér a extrudér špirálové ozubené koleso Pohony pracujú pri veľmi nízkych rýchlostiach na čiare rozstupu (0,5 – 3 m/s), kde sú straty vírením zanedbateľné, ale hrúbka filmu EHL je výrazne tenšia ako vo vysokorýchlostných prevodovkách. Hrúbka filmu EHL h_min ∝ v^0,68 – pri v = 1 m/s je film približne 8 – 10× tenší ako pri v = 10 m/s pre rovnakú viskozitu oleja. Na kompenzáciu, miešacie prevodovky vyžadujú výrazne vyššiu viskozitu oleja ako rýchlobežné prevodovky:
Odporúčaná viskozita pre pohony so špirálovými ozubenými kolesami miešačiek/extrudérov (minerálny olej DIN 51517 CLP):
v < 0,5 m/s (extrémne pomalé, posledný stupeň miešačky gumy): ISO VG 680–1000
0,5–2 m/s (pomaly, typický medzistupeň miešadla): ISO VG 320–680
2–5 m/s (medzirýchlosť extrudéra): ISO VG 220–320
Vysoko viskózne minerálne oleje určené pre pomalé miešanie špirálové ozubené kolesá majú vynikajúce balíky prísad pre hraničné mazanie (extrémne tlakové EP sírovo-fosforové), ktoré chránia povrchy zubov počas krátkych udalostí rozpadu elastohydrodynamického filmu, ku ktorým dochádza pri špičkovom zaťažení zamrznutou náplňou. Syntetické oleje PAO sa čoraz viac používajú v miešacích prevodovkách na predĺženie intervalov výmeny oleja (3 – 5 rokov oproti 1 – 2 rokom pre minerálny olej) a na udržanie prietoku oleja pri studenom štarte v zimných podmienkach.
Korea Ever-Power — Možnosť špirálového prevodu pre veľkoobjemový mixér
Výroba a kontrola veľkých modulov spoločnosťou Korea Ever-Power špirálové ozubené kolesá pre prevodovky miešačiek a extrudérov — M16–M50 z indukčne kalenej ocele 42CrMo4 alebo cementovanej ocele 17CrNiMo6, so statickou kontrolou ohybu zmrazenej vsádzky, meraním tvrdosti a meraním analyzátorom ozubených kolies zahrnutými v objednávkovej dokumentácii
Kórejská spoločnosť Ever-Power vyrába ozubené kolesá so špirálovým rezom pre prevodovky miešačiek gumy a extrudérov v rozmeroch M8–M50, s vonkajším priemerom 200–2 500 mm, z indukčne kalenej ocele 42CrMo4 (HRC 50–55) a cementovanej ocele 17CrNiMo6 (HRC 58–62), pričom v dokumentácii objednávky je štandardne zahrnutá statická kontrola ohybu zmrazenej náboje (S_F_stat pri T_peak) – čím sa zabezpečí, že prevodovka je dimenzovaná pre skutočný najhorší možný prípad, nielen pre menovitý prevádzkový krútiaci moment. Ako priamy výrobca špirálových ozubených koliesSpoločnosť Korea Ever-Power požaduje menovitý výkon hydraulickej spojky (ak je k dispozícii) a potvrdenú hodnotu maximálneho krútiaceho momentu pri každom poradí prevodového stupňa miešadla – dva vstupy, ktoré najsilnejšie ovplyvňujú požadovaný modul. Prehliadajte si sortiment dvojitých špirálových ozubených kolies pre všetky možnosti modulov a materiálov.
Často kladené otázky
Aký je rozdiel v špecifikácii špirálového ozubeného kolesa medzi dvojzávitovkovým extrudérom so súbežnou a protibežnou rotáciou?
Usporiadanie ozubených kolies sa výrazne líši. V extrudéri s rovnakým smerom otáčania (najbežnejší na miešanie) sa obe skrutky otáčajú rovnakým smerom – rozdeľovacia prevodovka používa medziľahlý hriadeľ s dvoma identickými výstupnými ozubenými kolesami poháňanými z jedného vstupného pastorka, takže špirálové ozubené koleso Pomery párov sú identické a rozloženie krútiaceho momentu je inherentne vyvážené. V protibežnom extrudéri sa dva závitovky otáčajú v opačných smeroch – rozdeľovacia prevodovka reverzuje jeden výstupný hriadeľ cez vložené koleso, čím sa zavádza ďalší záber ozubených kolies, ktorý je potrebné dimenzovať a skontrolovať. Vložené koleso v protibežnom extrudéri má dvojnásobnú frekvenciu kontaktu zubov ako hlavné ozubené kolesá (zaberá s hnacím aj hnaným ozubeným kolesom) a musí byť špecifikované s korekčným faktorom únavy vloženého kolesa Y_M = 0,7 pre obrátený ohyb, ak ide o skutočné vložené koleso.
Mala by byť špirálová prevodovka miešačky gumy špecifikovaná pre špičkový krútiaci moment zmrazenej náplne alebo pre normálny menovitý krútiaci moment?
Obe kontroly sú povinné a nezávislé. Ozubené koleso musí prejsť: (1) kontrolou únavového kontaktného napätia pri menovitom krútiacom momente s KA = 2,5 – 3,0 (odolnosť proti jamkovej tvorbe počas projektovanej životnosti 40 000 – 100 000 hodín); a (2) statickou kontrolou ohybu koreňa zuba pri špičkovom krútiacom momente zmrazenej vsádzky T_peak = 4 – 5 × T_rated s bezpečnostným faktorom S_F_stat ≥ 1,0 (žiadne lomenie pri jednorazovej špičkovej udalosti). Pre veľké miešačky gumy špirálové ozubené kolesáVýber modulu sa zvyčajne riadi statickou kontrolou krútiaceho momentu pri zamrznutom nabíjaní – prevodový stupeň je väčší, ako by vyžadovala samotná únavová účinnosť, najmä aby prežil zriedkavý prípad zamrznutia nabíjania. Spoločnosť Korea Ever-Power vykonáva obe kontroly a v dokumentácii objednávky uvádza oba bezpečnostné faktory.
Ako často by sa mal meniť prevodový olej v prevodovke miešačky gumy?
Pri minerálnom oleji ISO VG 680 spoločnosť Korea Ever-Power odporúča každoročnú výmenu oleja pre miešačky. špirálové ozubené koleso prevodovky v nepretržitej výrobe (24 hodín, 350 dní/rok) alebo po 2 000 prevádzkových hodinách – podľa toho, čo nastane skôr. Vysoká viskozita oleja a balík aditív EP sa degradujú v dôsledku tepelných cyklov a mechanického strihu v kontaktnej zóne s vysokým krútiacim momentom a nízkou rýchlosťou. Analýza oleja (viskozita, číslo kyslosti, počet častíc, obsah kovov) po 1 000 hodinách potvrdzuje, či je ročný interval primeraný pre konkrétne prevádzkové podmienky. Prechod na syntetický olej PAO ISO VG 680 predlžuje interval výmeny oleja na 5 000 – 8 000 hodín – čo často umožňuje dosiahnuť interval 3 – 5 rokov pri pokračujúcom monitorovaní analýzy oleja.
Môžu byť špirálové ozubené kolesá v staršej prevodovke miešačky gumy modernizované na vyššiu triedu materiálu bez výmeny krytu?
Áno – výmena ozubených kolies s mäkkými bokmi 42CrMo4 QT (HB 280–320, σ_H lim ≈ 570 MPa) za ozubené kolesá s indukčným kalením 42CrMo4 (HRC 52, σ_H lim ≈ 900 MPa) zvyšuje medzu únavy kontaktu približne o 571 TP3T bez akejkoľvek zmeny modulu, počtu zubov alebo vzdialenosti osí. Štandardný modul, šírka čela a geometria puzdra zostávajú nezmenené, pretože modernizácia sa týka materiálu – nie geometrie ozubeného kolesa. Vo väčšine prípadov táto modernizácia tiež odstraňuje potrebu obmedzenia prevádzkovej rýchlosti, s ktorým pracuje mnoho starších prevodoviek miešačiek gumy s mäkkými bokmi, pretože ich boky zubov sa opotrebovali a obsluha znížila otáčky miešačky, aby predĺžila životnosť ozubeného kolesa. Spoločnosť Korea Ever-Power vykonala túto modernizáciu pre niekoľko prevodoviek miešačiek gumy, kde originálne diely OEM neboli k dispozícii za prijateľnú cenu.
Špecifikácia špirálového ozubeného kolesa gumového mixéra a extrudéra
Uveďte typ miešačky, menovitý výstupný krútiaci moment, maximálny špičkový krútiaci moment (alebo odhad zmrazenej náplne), výstupnú rýchlosť a menovitý výkon hydraulickej spojky, ak je k dispozícii. Spoločnosť Korea Ever-Power pred potvrdením špecifikácie vykoná kontrolu únavy materiálu pri menovitom krútiacom momente aj kontrolu statického ohybu pri špičke zmrazenej náplne.
M8–M50 · 42CrMo4 indukcia · 17CrNiMo6 cementácia · KA 2,5–4,0 · Statická kontrola ohybom · Prežitie zamrznutej náboje · Minimálne objednávacie množstvo 1 kus
Redaktor: Cxm
