Como selecionar um redutor para transportadores de arraste na mineração e manejo de cinzas

Os transportadores de arraste são a maquinaria pesada de serviço contínuo na mineração subterrânea de carvão, na mineração de rocha dura, no manuseio de cinzas em usinas termelétricas e no transporte de clínquer de cimento. Movem minério, carvão, escória, cinza volante e clínquer ao longo de um canal fechado por meio de correntes equipadas com paletas que arrastam o material de uma extremidade à outra. O acionamento deve vencer a resistência acumulada de cada quilograma de material no canal, somada à massa da corrente e das paletas, e esse perfil de carga é fundamentalmente diferente do de um transportador de correia. Para os fabricantes de equipamentos originais (OEM), integradores de sistemas e engenheiros de compras no exterior, a etapa de seleção do redutor é onde o regime de serviço se converte em tamanho de carcaça, arranjo de montagem e plano de peças de reposição.

Dois fatos próprios da família de transportadores conduzem a especificação do redutor. Primeiro, o tiro de corrente é definido pelo comprimento do transportador, massa de corrente por metro, perfil das paletas, densidade aparente do material, coeficiente de atrito do canal e ângulo de inclinação. Tiros de corrente de 25 a 200 kN por ramo são normais em transportadores raspadores de carvão e minério; máquinas maiores atingem 250 a 500 kN por ramo. Segundo, o arranjo de acionamento raramente se resume a um único motor no eixo de cabeça. Transportadores de arraste acima de 80 a 100 m geram tensões de corrente que exigem estações de acionamento intermediárias em várias posições ao longo do transportador; cada estação suporta uma fração do tiro total, mas o redutor de cada estação continua a ver o tiro completo de corrente no seu lado a jusante. A seleção do redutor deve fechar ambos os fatos em conjunto — tiro de corrente no lado da saída, torque do motor no lado da entrada — antes de aplicar a faixa do fator de serviço.

Esta nota de aplicação adota a envolvente de potência de motor de 7,5 a 250 kW, faixa de relações de 12,5:1 a 80:1, tiro de corrente de 25 a 500 kN por ramo e comprimento de transportador de 30 m a 600 m como a faixa típica de OEM para transportadores raspadores de carvão, minério, escória, cinza volante e clínquer. Fora dessa envolvente a lógica de seleção é a mesma, mas os redutores industriais de ângulo reto DCY, as unidades cicloidais ou as unidades industriais de pinhão duplo passam a ser a resposta adequada; isso está resumido na lista de verificação de consulta ao final.

Tipos de transportadores de arraste e condições de operação

Três arquiteturas de transportadores de arraste dominam as consultas de OEM. O transportador horizontal ou de baixa inclinação (0° a 15°) é o mais comum, utilizado em mineração subterrânea de carvão, em manuseio de cinzas em usinas termelétricas e em transporte de clínquer de cimento, com tiros de corrente de 25 a 200 kN por ramo e potência de motor de 7,5 a 132 kW por estação de acionamento. O transportador inclinado (15° a 30°) transporta o mesmo material para cima e aumenta o tiro de corrente em 5 a 25 por cento devido à componente gravitacional. O transportador em massa ou vertical eleva o material a 30° a 90°, tipicamente com baixa velocidade de corrente e tiro de corrente muito elevado, e utiliza uma carcaça totalmente fechada. Nos três casos, o passo da corrente é tipicamente de 100 a 250 mm, a altura das paletas de 80 a 300 mm, a largura do canal de 400 a 1200 mm, e o comprimento do canal pode chegar a 600 m ou mais em transportadores overland longos.

As minas subterrâneas de carvão e de rocha dura acrescentam um requisito de proteção contra explosão (ATEX / IECEx M2 para serviço com presença de metano, M1 para operação contínua de mineração). As usinas termelétricas e as fábricas de cimento acrescentam temperatura ambiente elevada (até 50 °C no verão) e alta carga de poeira (cinza volante, poeira de clínquer, poeira de calcário). Os portos marítimos e os pátios de estocagem acrescentam exposição a névoa salina em transportadores que vão do estoque ao carregador de navios. A especificação do invólucro do redutor deve seguir o ambiente real, não um rótulo genérico para ambientes internos, e a faixa do fator de serviço deve ser elevada um nível acima da faixa equivalente do transportador horizontal, devido à maior carga de impacto no arranque da corrente e em eventos de passagem de metais.

Tiro de corrente, torque no eixo de acionamento e fator de serviço

O tiro de corrente é calculado a partir do regime de serviço do transportador e dos parâmetros do material: tiro igual a massa por metro vezes comprimento vezes coeficiente de atrito vezes fator de segurança, somado no trecho inclinado. Para um transportador horizontal de carvão de 80 m com densidade aparente de 0,85 t/m³, massa de corrente de 25 kg/m e coeficiente de atrito de 0,4, o tiro de corrente em regime permanente situa-se na faixa de 30 a 50 kN. O torque no eixo de acionamento é então o tiro de corrente vezes o raio de passo do sprocket. Para um sprocket de 600 mm de diâmetro de passo em um transportador de um único ramo, isso resulta em torque de pico de 4,5 a 7,5 kNm a plena carga, antes de sobrepor os picos de partida e de passagem de metais.

O fator de serviço (FS) em transportadores de arraste é mais elevado do que em transportadores de correia, por causa do pico de arranque da corrente, dos eventos de passagem de metais e da dinâmica de estiramento da corrente. Como regra de trabalho para seleção de OEM em transportadores de arraste horizontais: FS 1,5 para transportadores leves de cinza e calcário; FS 1,75 para transportadores estáveis de carvão e minério com partidas e paradas limitadas; FS 2,0 para transportadores de carvão inclinados acima de 15° e para transportadores pesados de escória ou clínquer; FS 2,5 para transportadores verticais em massa e para transportadores que manuseiam minério propenso à entrada de metais com eventos regulares de parada. Aplique o FS à capacidade mecânica do redutor, não à placa de identificação do motor, e verifique a capacidade tanto térmica (serviço contínuo em transportadores longos) quanto de torque de pico (partida e eventos de passagem de metais). A lógica completa do FS e como ela altera o tamanho da carcaça está detalhada em Como o fator de serviço afeta a seleção do redutor; a lista de entradas na etapa de consulta está em Entradas para seleção de redutor industrial.

Arranjo de acionamento com pinhão simples e duplo

O acionamento com pinhão simples é o arranjo padrão em transportadores de arraste de até cerca de 100 m de comprimento e motor de 132 kW, com uma estação de acionamento no eixo de cabeça. O redutor é montado no eixo de cabeça por meio de um eixo oco com disco de contração, ou montado em uma placa de base ao lado do eixo de cabeça com um acoplamento. O acionamento com pinhão duplo utiliza dois redutores montados lado a lado no eixo de cabeça, cada um suportando metade do tiro total de corrente, com ambos os motores dimensionados para suportar sozinhos a carga completa do transportador, de modo que o segundo acionamento atua como margem redundante de sobrecarga. O pinhão duplo é o padrão em transportadores de arraste overland longos acima de 100 m, em transportadores pesados de minério acima de 200 kN de tiro de corrente, e em transportadores nos quais o OEM deseja uma margem imediata de sobrecarga. Os dois redutores devem ter relações casadas dentro de 0,5 por cento e os motores devem ser controlados como um par de inversores de frequência ou com partida suave em conjunto, de modo que o tiro de corrente seja compartilhado de forma homogênea.

As estações de acionamento intermediárias se distribuem ao longo dos transportadores longos e dividem a tensão da corrente em trechos gerenciáveis. Um transportador de 200 m pode ter um acionamento de cabeça mais dois acionamentos intermediários a 50 m e 100 m; cada estação de acionamento tem seu próprio motor e redutor, dimensionados contra a tensão da corrente nesse ponto. Os redutores das estações intermediárias costumam ter tamanho menor e relação menor do que o redutor da estação de cabeça, mas todos compartilham a mesma faixa de FS porque cada um é um nó crítico do sistema de corrente. A sincronização entre acionamentos normalmente é eletrônica (par de inversores de frequência) em vez de mecânica (eixo de transmissão), porque a própria corrente absorve qualquer pequeno descompasso de velocidade de corrente entre acionamentos.

Serviço de baixa velocidade e alto torque e opções cicloidais

Os transportadores de arraste são máquinas de baixa velocidade e alto torque. São típicas velocidades de saída de 8 a 30 rpm, potências de motor de 7,5 a 250 kW e torques de saída de 1,0 a 30 kNm por estação de acionamento. A gama modular de motorredutores R/F/K/S cobre a extremidade inferior de potência (até cerca de 30 kW) e as relações mais baixas (abaixo de 30:1); acima disso, a resposta adequada é um redutor industrial de baixa velocidade e alto torque da família HB, DCY ou cicloidal. As unidades de ângulo reto DCY são o padrão em transportadores inclinados pesados, porque a disposição em ângulo reto se ajusta à geometria da estação de cabeça e a gama DCY cobre de 22 a 250 kW com relações de até 80:1. As unidades industriais HB são a alternativa em linha quando a disposição da estação de cabeça é em linha em vez de ângulo reto; cobrem de 22 a 630 kW com relações de até 100:1 em dois estágios.

As unidades cicloidais se tornam a resposta adequada quando a velocidade de saída do transportador cai abaixo de 8 rpm e o torque de saída excede a capacidade mecânica da gama de motorredutores. As relações de estágio único de 30:1 a 90:1 das unidades cicloidais proporcionam um pacote muito compacto na estação de cabeça, com tolerância muito elevada a cargas de impacto. A contrapartida é uma perda de eficiência de 5 a 10 por cento em comparação com a configuração helicoidal-cônica, o que implica um motor ligeiramente maior e um requisito de refrigeração um pouco superior. Em transportadores longos com picos de tensão de corrente na partida e em eventos de passagem de metais, a tolerância ao impacto da cicloidal geralmente compensa a perda de eficiência. A geometria das unidades cicloidais está detalhada em Redutor cicloidal vs helicoidal série R; a lógica de aplicação para transportadores de baixa velocidade e serviço pesado é que a cicloidal passa a ser a primeira opção em velocidades de saída abaixo de 8 rpm com torque de pico acima de 15 kNm.

Ambiente subterrâneo / úmido / corrosivo

Os transportadores de arraste em minas subterrâneas de carvão e de metal operam em ambientes com carga de poeira, água pulverizada e presença de metano. A certificação ATEX / IECEx Grupo I, Categoria M2 ou M1 é obrigatória no motor e, para transportadores com certificação completa, também no invólucro do redutor. O invólucro do redutor para serviço subterrâneo é tipicamente IP65 com caixa de terminais selada no motor, bujão de respiro com dessecante, retentores guarda-pó nos eixos de entrada e saída, bujões de dreno magnéticos com arruelas de vedação e tampa de inspeção com junta contínua. O sistema de revestimento de superfície é primer epóxi bicomponente mais camada de acabamento de poliuretano ou polisiloxano, com espessura total de filme seco de 200 a 280 µm. O conjunto freio e acoplamento através do redutor pode exigir desclassificação em serviço com presença de metano, devido ao limite de elevação de temperatura; o redutor é geralmente fornecido com uma caixa de terminais à prova de explosão (Ex d) para o motor e com invólucro anti-faísca no próprio redutor.

Os ambientes úmidos e corrosivos acrescentam requisitos de classe de material. Para serviço de lavagem em plantas alimentícias ou químicas, a carcaça do redutor é fornecida com fixadores de aço inoxidável ou zincados, placa de identificação em aço inoxidável, camada de acabamento de poliuretano apta para a exposição química e lubrificante sintético de grau alimentício. Para serviço marítimo ou de névoa salina em transportadores portuários e de pátios, é requerido o sistema de revestimento ISO 12944 C5-M padrão. Em fábricas de cimento e fertilizantes, o bujão de respiro é atualizado para a versão com dessecante, os retentores de óleo são atualizados para FKM em temperaturas de redutor acima de 60 °C, e a tampa de inspeção é vedada com junta contínua. As regras completas de proteção de superfície nesses ambientes estão detalhadas em Lista de verificação de instalação, lubrificação e primeira operação de redutor industrial.

Sistema de retenção e proteção contra sobrecarga

Os transportadores de arraste inclinados acima de 15° exigem um sistema de retenção para sustentar a corrente carregada quando o acionamento é desenergizado. O arranjo padrão é uma retenção tipo sprag sem contato integrada na saída do redutor, selecionada para o torque de saída completo com o mesmo FS do redutor, e confirmada para permitir o retrocesso por um motor de avanço lento para manutenção sem danos. Acionamentos de pinhão duplo exigem uma retenção por redutor ou uma única retenção combinada no sistema de corrente; o arranjo combinado é mais confiável porque não permite retrocesso através de uma falha de um único redutor. Uma retenção de catraca é aceitável em transportadores de serviço leve abaixo de 30 kW, mas não é a opção preferida em acionamentos de pinhão duplo de serviço pesado.

A proteção contra sobrecarga no lado da entrada vem de um acoplamento hidráulico, um acoplamento limitador de torque ou um cubo de pino de cisalhamento. O acoplamento hidráulico reduz o torque de partida do redutor para aproximadamente 1,5 a 2,0 vezes o torque de funcionamento e protege o redutor de eventos de parada de correia, ao custo de um escorregamento em regime de 5 a 15 por cento, que eleva a potência absorvida pelo motor e acrescenta um requisito de dissipação de calor. O acoplamento limitador de torque define um torque máximo calibrado e desconecta o motor do redutor em um evento de bloqueio da corrente; requer reengate após cada evento. O cubo de pino de cisalhamento é a proteção mais simples e se reserva para transportadores de serviço leve abaixo de 30 kW. A proteção eletrônica contra sobrecarga no inversor de frequência ou na partida suave é o padrão nas instalações modernas de transportadores de arraste, pois pode ser ajustada com precisão sem disparos inconvenientes, envia um sinal de falha ao CLP e evita as perdas em regime do acoplamento hidráulico. A lógica completa de proteção entre famílias de transportadores está em Como o fator de serviço afeta a seleção do redutor.

Requisitos de invólucro de OEM e notas de customização

Os clientes OEM que constroem transportadores de arraste geralmente precisam de mais do que um redutor de catálogo. As customizações comuns são: furo de eixo de saída ou ajuste de disco de contração não padronizado para um diâmetro específico de eixo de sprocket; retenção tipo sprag integrada com torque de sustentação documentado; freio a disco hidráulico integrado ou flange de montagem de freio para freio externo; posição de montagem não padronizada fora do conjunto padrão M1 a M6; relação de baixa velocidade especial para transportadores muito longos; cor de pintura, etiqueta e placa de número de série específicos do OEM; dossiê de certificação ATEX / IECEx para serviço subterrâneo; e pacote de documentação incluindo certificado de ensaio, desenho de instalação, plano de lubrificação e lista de peças de reposição.

A proteção de superfície para transportadores de mineração é um requisito padrão. O sistema de revestimento é um primer rico em zinco de 60 a 80 µm, uma camada intermediária epóxi de 100 a 150 µm e uma camada de acabamento de poliuretano de 40 a 60 µm; espessura total de filme seco de 200 a 280 µm. Para serviço tropical ou marítimo, a camada de acabamento de poliuretano é substituída por polisiloxano ou fluoropolímero; para serviço subterrâneo, a camada de acabamento é substituída por um acabamento antiestático classificado para proteção contra explosão do Grupo I. O bujão de respiro é vedado, os bujões de nível de óleo e de dreno são magnéticos com arruelas de vedação, e a tampa de inspeção é vedada com junta contínua. A embalagem de exportação é um engradado de madeira fumigada com filme VCI e sachês de dessecante para frete marítimo.

A documentação para entregas OEM de transportadores de arraste tipicamente inclui declarações CE / ISO 9001 / EAC conforme o destino, dossiês de conformidade ATEX / IECEx para serviço subterrâneo, certificados de ensaio, certificados de material, relatórios de inspeção dimensional, desenhos de instalação, planos de lubrificação e listas de peças de reposição. A consulta de OE deve especificar o país de destino, a zona ATEX / IECEx (se aplicável), as horas de operação por turno e a filosofia de peças de reposição que o OEM deseja sustentar. A lista detalhada de consulta é apresentada em Entradas para seleção de redutor industrial.

Lista de verificação de consulta para transportadores de arraste

Para uma cotação limpa, envie os seguintes itens para sales@chinfar.com. (1) Tipo de transportador — transportador de arraste horizontal, transportador de arraste inclinado, transportador em massa vertical, transportador pesado de pinhão duplo ou acionamento intermediário. (2) Comprimento, largura e altura do canal, ângulo de inclinação. (3) Tipo de corrente, passo da corrente, massa da corrente por metro, perfil das paletas. (4) Material manuseado e densidade aparente em t/m³. (5) Tiro de corrente calculado por ramo em kN e torque calculado no eixo de acionamento em kNm. (6) Potência do motor por estação de acionamento, velocidade do motor, tamanho de carcaça (IEC ou NEMA) e tensão / frequência de alimentação. (7) Número de estações de acionamento, posição ao longo do canal e tiro de corrente nominal em cada estação. (8) Velocidade de saída, torque de saída, faixa de relação. (9) Fator de serviço aplicado pelo OEM, ou confirmação de que a faixa padrão de 1,5 a 2,5 para transportadores de arraste é aceitável. (10) Interface no lado da saída — eixo oco com disco de contração, eixo oco com chaveta, eixo maciço com acoplamento. (11) Tipo de partida suave — direta on-line, acoplamento hidráulico, partida suave eletrônica, inversor de frequência ou motor de rotor bobinado com anéis. (12) Requisitos de freio e retenção — nenhum, sprag integrado, freio a disco hidráulico ou combinado. (13) Horas de operação por dia, temperatura ambiente, nível de poeira, exposição a água ou produtos químicos, zona ATEX / IECEx, se aplicável. (14) Proteção de superfície, cor e etiqueta do OEM, país de destino para certificação.

Envie os desenhos de layout da estação de acionamento e do arranjo do sprocket quando disponíveis; um esboço com altura ao centro do motor, posição de montagem do redutor, arranjo do eixo de saída, diâmetro do eixo do sprocket e interface de freio / retenção economiza pelo menos uma rodada de seleção do redutor. Para projetos de substituição, forneça o desenho original ou as dimensões de montagem e o arranjo existente do motor e do acoplamento.