Врсте миксера и екструдера — где се користе спирални зупчаници
Три различита типа машина у индустрији мешања и екструзије користе велике модуле спирални зупчаник погони, сваки са различитим карактеристикама оптерећења:
Унутрашњи (Банбери) гумени миксер
Унутрашњи миксер меси гумене смесе између два ротора који се ротирају у супротним смерама унутар затворене коморе. Брзина ротора: 15–40 о/мин. Критични догађај оптерећења — поновно покретање замрзнутог пуњења — настаје када се мешавина стврдне током непланираног заустављања. Поновно покретање против замрзнутог пуњења генерише врхове обртног момента од 3–5× номиналног обртног момента при практично нултој брзини. спирални зупчаник Обртни моменти на излазном вратилу достижу 150.000–600.000 N·m на великим машинама од 600 литара. Ово је најзахтевнији догађај вршног обртног момента у било којој индустријској примени мењача.
Екструдер са два вијка
Двоструки завртњи који се ротирају у истој или супротној руци обрађују пластику, прехрамбене смесе или лепкове у континуираном раду. Брзина завртња: 100–600 о/мин (већа од гумених мешалица). Излазни обртни момент по завртњу: 1.000–30.000 N·m. Удари: контаминација метала у доводу (гвожђе из хабања) изазива тренутне скокове оптерећења. спирални зупчаник дистрибутивни мењач мора да расподели једнак обртни момент на оба завртња — што захтева усклађени излаз спиралних зупчаника и заједнички улазни зупчаник.
Планетарни или Сигма миксер са сечивом
Хемијски, фармацеутски и прехрамбени миксери ротирају лопатицу или сидро импелера брзином од 10–60 о/мин. Излазни обртни моменти су умерени (5.000–50.000 N·m) у поређењу са гуменим миксерима, али мењач мора да поднесе честу серијско обрађивање са променљивим нивоима пуњења — стварајући променљиви профил оптерећења који захтева прецизну процену фактора сервиса. спирални зупчаник Мењач обично укључује механички ограничивач обртног момента како би заштитио посуду мешалице и погон од преоптерећења током заглављивања материјала.
Фактор сервиса — Зашто KA достиже 3,0–4,0 код погона мешалица за гуму
Фактор сервиса за миксер и екструдер спирални зупчаник погони су највиши од свих категорија примене у редовној индустријској служби, из два независна и кумулативна разлога:
| Учитај догађај | Вишеструки обртни момент | Трајање | Учесталост | Допринос КА |
|---|---|---|---|---|
| Врхунац нормалног циклуса мешања | Оцена 120–150% | 10–30 s по циклусу | Свака серија | KA ≈ 1,50 база |
| Нагли пад температуре (стврдњавање једињења) | Оцењено на 150–200% | 2–5 мин | Неколико пута по смени по хладном времену | +0,25–0,50 до КА |
| Нормално хладно покретање са делимично очврслим пуњењем | Оцена 200–300% | 5–20 секунди | Свако покретање смене | +0,50–0,75 до КА |
| Поновно покретање замрзнутог пуњења (најгори случај) | Оцена 400–500% | До 30 секунди док се пуњење не ослободи или заштита не активира | Ретко, али мора се преживети | Управља статичком провером прелома зуба |
Препоручене KA вредности за погоне са спиралним зупчаницима миксера/екструдера (подаци са терена AGMA 2101 / Korea Ever-Power):
Двошнежни екструдер (DOL мотор, без заштите од продирања): KA = 1,75–2,25
Планетарни миксер за хемијске/фармацеутске производе: KA = 1,75–2,50
Млин за мешање гуме (отворени млин, 2 ваљка): KA = 2,00–2,50
Унутрашњи (Банбери) гумени миксер (флуидна спојница): KA = 2,50–3,00
Унутрашњи мешач гуме (DOL мотор, без флуидне спојнице): KA = 3,00–4,00
Напомена: Врхунски обртни момент замрзнутог пуњења (400–500%) мора се додатно проверити у односу на
гранично статичко напрезање савијања корена зуба коришћењем статичког фактора сигурности S_F_stat ≥ 1,0
при вршном преоптерећењу — одвојено од провере KA на замор при номиналном обртном моменту.
Избор материјала и модула за спиралне зупчанике миксера
Велики модул спирални зупчаник за мењач мешалице за гуму — 42CrMo4 ковани, индукцијски каљени HRC 50–55, модул M24. При излазним обртним моментима од 150.000–500.000 N·m и брзини ротора 15–30 о/мин, потребни модул и ширина чела одређени су обртним моментом за поновно покретање замрзнутог пуњења (400–500% номиналног), а не нормалним радним оптерећењем, што га чини једним од јединичних оптерећења са највећим спирални зупчаник примене у индустријској производњи
Ограничења величине пресека и термичке обраде
Излазна осовина гуменог миксера спирални зупчаник код M32 са z = 30 зубаца има пречник корака од приближно 1.000 mm и попречни пресек бланка пречника 900–1.100 mm. Ова величина пресека је изван могућности каљења 20CrMnTi (који се поуздано каље кроз пресеке до пречника од приближно 300–400 mm). Исправан избор материјала зависи од потребне површинске тврдоће и доступне термичке обраде:
42CrMo4 + индукционо каљење
Стандардни избор за мешалице великог пресека спиралних зупчаника (Спољни пречник 500–2.000 мм). Бланк је QT до HB 280–320 пресека кроз пресек, затим се појединачни зуби или зоне зуба индукционо каље на HRC 50–55. QT језгро на HB 280–320 обезбеђује жилавост потребну за ударце при поновном покретању замрзнутог набоја. Индукционо каљење делује локално — нема термичке деформације кроз пресек. σ_H lim = 820–950 MPa; σ_F lim = 340–380 MPa на корену зуба.
17CrNiMo6 + гасна наугљеничарска индустрија (мањи модули)
За зупчанике екструдера и фармацеутских миксера у M8–M20 (спољни пречник 200–600 mm), 17CrNiMo6 наугљеничан до HRC 58–62 обезбеђује σ_H lim = 1600–1800 MPa — што омогућава компактније и лакше мењаче за исти обртни момент. Наугљеничавање је изводљиво за делове пречника до приближно 500 mm код 17CrNiMo6. За веће делове, индукција 42CrMo4 је једини практичан пут.
Избор модула и ширине лица
Модул и ширина површине за миксер спирални зупчаник обично се одређују вршним обртним моментом замрзнутог набоја, а не номиналним радним обртним моментом — статичка провера савијања корена зуба на 400–500% номиналног обртног момента са S_F_stat ≥ 1.0 поставља минимални модул:
Провера статичког савијања корена зуба (при замрзнутом наелектрисању, вршни обртни момент T_peak):
F_t_врх = 2 × T_врх / d₁
σ_F_статички = F_t_вршни / (b × Mn) × Y_Fa × Y_Sa × Y_ε × Y_β × KA_статички
где је KA_статички = T_вршни / T_номинални (фактор вршног преоптерећења) × KA_базни = 4,0–5,0
Потребно: σ_F_static ≤ σ_F_lim_static (дозвољено статичко стање по ISO 6336-3 ≈ 2,0 × σ_F_lim_fatigue)
Пример: Миксер за гуму од 600 литара, T_rated = 150.000 N·m, T_peak = 600.000 N·m
Са M32, z=30, b=500mm, индукција 42CrMo4, σ_F_lim_static ≈ 760 N/mm²:
σ_F_static ≈ (2 × 600.000.000)/(d₁ × 500 × 32) × геометријски фактори × 1,0
→ Модул М32 је таман адекватан; М36 обезбеђује удобан S_F_stat ≥ 1.2
Архитектура погона и улога флуидне спојнице
Највећи миксер за гуму спирални зупчаник Погони укључују флуидну спојницу (хидродинамичку спојницу) између мотора и улазног вратила мењача. Флуидна спојница ограничава пренети обртни момент током покретања — када би обртни момент мотора иначе био 250–350% номиналног обртног момента при застоју — и пружа степен заштите од удара током поновног покретања замрзнутог пуњења. Међутим, флуидна спојница НЕ елиминише врх обртног момента замрзнутог пуњења: како се спојница пуни и приближава синхроној брзини, она накратко пролази кроз зону множења обртног момента која може да пренесе 150–200% номиналног обртног момента на мењач. Вршно оптерећење замрзнутог пуњења и даље регулише спирални зупчаник Провера савијања корена зуба чак и са флуидном спојницом у погонском воду.
Подмазивање за нискобрзинске, високообртне погоне са спиралним зупчаницима
Миксер и екструдер спирални зупчаник Погони раде при веома малим брзинама на линији корака (0,5–3 m/s) где је губитак од мешања занемарљив, али је дебљина EHL филма знатно тања него код брзих мењача. Дебљина EHL филма h_min ∝ v^0,68 — при v = 1 m/s, филм је приближно 8–10× тањи него при v = 10 m/s за исти вискозитет уља. Да би се то компензовало, мешачки мењачи специфицирају знатно већи вискозитет уља од брзих мењача:
Препоручена вискозност за погоне са спиралним зупчаницима миксера/екструдера (минерално уље DIN 51517 CLP):
v < 0,5 m/s (изузетно споро, завршна фаза мешалице за гуму): ISO VG 680–1000
0,5–2 м/с (споро, типична средња фаза миксера): ISO VG 320–680
2–5 m/s (средња брзина екструдера): ISO VG 220–320
Минерална уља високог вискозитета наведена за споре мешалице спиралних зупчаника имају одличне пакете адитива за гранично подмазивање (ЕП сумпор-фосфор за екстремне притиске) који штите површине зубаца током краткотрајних еластохидродинамичких догађаја распада филма који се јављају при вршном оптерећењу замрзнутог пуњења. Синтетичка уља PAO се све више користе у мењачима мешалица како би се продужили интервали замене уља (3–5 година у односу на 1–2 године за минерално уље) и како би се одржао проток уља при хладном старту у зимским условима.
Кореја Евер-Пауер — Могућност спиралног зупчаника великог модула мешалице
Производња и инспекција великих модула компаније Korea Ever-Power спиралних зупчаника за мењаче миксера и екструдера — M16–M50 од индуктивно каљеног 42CrMo4 или цементираног 17CrNiMo6, са статичком контролом савијања замрзнутог набоја, испитивањем тврдоће и мерењем анализатора зупчаника укљученим у документацију наруџбине
Кореја Евер-Пауер производи спирално сечени зупчаници за мењаче мешалица за гуму и екструдера у M8–M50, спољног пречника 200–2.500 mm, у индукционо каљеном 42CrMo4 (HRC 50–55) и цементираном 17CrNiMo6 (HRC 58–62), са статичком провером савијања замрзнутог набоја (S_F_stat at T_peak) укљученом у документацију за поруџбину као стандард — осигуравајући да је зупчаник димензионисан за стварни најгори могући догађај, а не само за номинални радни обртни момент. Као директно произвођач спиралних зупчаника, Кореа Евер-Пауер захтева номиналну вредност флуидне спојнице (ако постоји) и потврђену вредност вршног обртног момента при сваком редоследу зупчаника миксера — два улаза која најјаче утичу на потребни модул. Прегледајте асортиман производа са двоструким спиралним зупчаницима за све опције модула и материјала.
Често постављана питања
Која је разлика у спецификацији спиралног зупчаника између ко-ротирајућег и супротно-ротирајућег двопужног екструдера?
Распоред зупчаника се значајно разликује. У ко-ротирајућем екструдеру (најчешћем за компаундирање), оба завртња се окрећу у истом смеру — дистрибутивни мењач користи међувратило са два идентична излазна зупчаника покретана из једног улазног зупчаника, тако да спирални зупчаник Парни односи су идентични, а расподела обртног момента је инхерентно уравнотежена. У екструдеру са супротним ротацијама, два завртња се окрећу у супротним смеровима — разводни мењач обрће једно излазно вратило кроз затезни зупчаник, уводећи додатни зацеп зупчаника који мора бити оцењен и прегледан. Затезни зупчаник у екструдеру са супротним ротацијама има двоструко већу фреквенцију контакта зубаца од главних зупчаника (зацепа се и са погонским и са гоњеним зупчаницима) и мора бити специфициран са фактором корекције замора затезног зупчаника Y_M = 0,7 за обрнуто савијање ако је у питању прави затезни зупчаник.
Да ли би редуктор са спиралним зупчаником гумене мешалице требало да буде специфициран за вршни обртни момент замрзнутог пуњења или за нормални номинални обртни момент?
Обе провере су обавезне и независне. Зупчаник мора да прође: (1) проверу контактног напона на замор при номиналном обртном моменту са KA = 2,5–3,0 (отпорност на тачкасто корозирање током пројектованог века трајања од 40.000–100.000 сати); и (2) статичку проверу савијања корена зуба при вршном моменту замрзнутог набоја T_peak = 4–5 × T_rated са фактором сигурности S_F_stat ≥ 1,0 (без лома при једнократном вршном догађају). За велике мешалице за гуму спиралних зупчаника, статичка провера обртног момента при замрзнутом пуњењу обично одређује избор модула — зупчаник је већи него што би сама оцена замора захтевала, посебно да би се преживео ретки догађај замрзнутог пуњења. Korea Ever-Power врши обе провере и наводи оба фактора безбедности у документацији поруџбине.
Колико често треба мењати уље у мењачу гумене мешалице?
Са минералним уљем ISO VG 680, Korea Ever-Power препоручује годишњу замену уља за миксер спирални зупчаник мењачи у континуираној производњи (24 сата, 350 дана/годишње) или на 2.000 радних сати — шта год наступи прво. Висока вискозност уља и пакет EP адитива се деградирају услед термичког циклирања и механичког смицања у зони контакта са високим обртним моментом и малом брзином. Анализа уља (вискозитет, киселинска вредност, број честица, садржај метала) на 1.000 сати потврђује да ли је годишњи интервал адекватан за специфичне радне услове. Прелазак на PAO синтетичко ISO VG 680 продужава интервал замене уља на 5.000–8.000 сати — често чинећи интервал од 3–5 година изводљивим уз континуирано праћење анализе уља.
Да ли се спирални зупчаници у старијем мењачу гумене мешалице могу надоградити на виши квалитет материјала без промене кућишта?
Да — замена зупчаника са меким бочним странама од 42CrMo4 QT (HB 280–320, σ_H lim ≈ 570 MPa) са индукционо каљеним зупчаницима од 42CrMo4 (HRC 52, σ_H lim ≈ 900 MPa) повећава границу замора контакта за приближно 57% без икакве промене модула, броја зубаца или међуосно растојања. Стандардни модул, ширина чела и геометрија кућишта остају непромењени јер је надоградња у слоју материјала — не у геометрији зупчаника. У већини случајева, ова надоградња такође уклања потребу за ограничењем брзине рада под којим раде многи старији мењачи мешалица за гуму са меким бочним странама јер су им бочне стране зубаца истрошене, а оператер је смањио број обртаја мешалице како би продужио век трајања зупчаника. Korea Ever-Power је извршио ову надоградњу за неколико мењача мешалица за гуму где оригинални OEM делови нису били доступни по прихватљивој цени.
Спецификација спиралног зупчаника гуменог миксера и екструдера
Наведите тип вашег миксера, номинални излазни обртни момент, максимални вршни обртни момент (или процену замрзнутог пуњења), излазну брзину и номиналну снагу флуидне спојнице, ако постоји. Korea Ever-Power врши и проверу замора при номиналном обртном моменту и проверу статичког савијања при вршном моменту замрзнутог пуњења пре потврде спецификације.
M8–M50 · 42CrMo4 индукционо · 17CrNiMo6 цементирано · KA 2.5–4.0 · Статичка провера савијања · Преживљавање замрзнутог набоја · Минимална количина наручивања 1 комад
Уредник: Cxm
