Como selecionar um redutor para transportadores helicoidais de materiais a granel

O transportador helicoidal é uma das poucas máquinas para materiais a granel cujo torque exigido no eixo de acionamento é definido pelo próprio material, e não pelo redutor. A massa específica aparente, o tamanho de partícula, a umidade, a abrasividade e a geometria da helicoide alteram o torque que o filete do parafuso solicita a cada volta. O redutor precisa absorver essa carga variável, o pico de partida, o efeito da inclinação em um transportador inclinado e a atmosfera abrasiva ou corrosiva dentro do canal.

Para fabricantes de equipamentos OEM, integradores de sistemas e engenheiros de compras no exterior, o redutor é selecionado a partir de um único documento: o cálculo de acionamento que informa o diâmetro do parafuso, o passo da helicoide, o grau de enchimento, a velocidade requerida, a potência no eixo e o fator de serviço aplicado a essa potência no eixo. A etapa de seleção do redutor é mecânica uma vez que esse documento exista. Os erros mais comuns na consulta são (a) omitir por completo o fator de serviço, (b) utilizar a potência nominal do motor em vez da potência requerida no eixo do parafuso, e (c) ignorar a condição de partida de parafusos inclinados ou inundados.

Nesta nota de aplicação utilizamos a faixa de potência de motor de 0,37 a 22 kW, a faixa de relação 5:1 a 40:1 e a faixa de diâmetro de parafuso Ø100 a Ø500 mm como a envolvente típica para parafusos de cimento, fertilizante, grão plástico, cereal, cinza volante, cal e minério. Fora dessa envolvente a lógica de seleção é a mesma, mas os redutores industriais H / B ou unidades cicloidais costumam ser a resposta adequada; isso está resumido na lista de verificação de consulta no fechamento.

Tipos de transportador helicoidal e condições de operação

Três arquiteturas de parafuso cobrem a maior parte das cotações OEM. O parafuso horizontal de canal, em U ou tubular fechado, opera a 15 a 90 rpm e exige torque constante para uma vazão fixa. O parafuso inclinado a 15° a 30° transporta o mesmo material, mas acrescenta uma componente gravitacional que eleva o consumo de potência entre 5 e 15 % e adiciona uma carga axial que o rolamento do acionamento deve reagir. O parafuso vertical eleva o material em um sem-fim dentro de uma carcaça; ele se comporta como uma bomba centrífuga com parafuso e consome muito mais potência para uma dada vazão do que a configuração horizontal.

A geometria da helicoide define o perfil de torque. Parafusos de passo padrão, nos quais o passo da helicoide é igual ao diâmetro do parafuso, fornecem a linha de base. Helicoides de passo curto a metade ou dois terços do diâmetro reduzem o enchimento e diminuem o consumo de potência. Helicoides de passo variável introduzem o material suavemente no canal e evitam surtos na partida. Helicoides em fita são usados para material aderente e também reduzem o torque exigido pelo parafuso. O grau de enchimento — a área da seção transversal do material no canal dividida pela área da seção transversal da helicoide — é a alavanca mais poderosa de que dispõe o integrador sobre a carga.

Como regra prática usada pela nossa equipe de engenharia de aplicação: um grau de enchimento de 10 a 25 % descreve uma carga leve e de bom comportamento em um parafuso horizontal para cereal, grão plástico ou cimento acabado; 30 a 45 % descreve uma carga pesada em parafusos inclinados, aderentes ou abrasivos que conduzem minério, cinza volante, cal ou fertilizante úmido. Essas duas faixas mapeiam diretamente as faixas de fator de serviço apresentadas na próxima seção, e a OEM deve especificar na consulta qual faixa se aplica.

Acionamento montado na extremidade do canal versus eixo passante e suspensão central

O posicionamento do redutor altera o arranjo mecânico e a família de redutor requerida. Um acionamento montado na extremidade do canal fica fora do canal, com o eixo do parafuso acoplado à saída do redutor por meio de corrente, acoplamento ou eixo flexível. Esse arranjo é o mais comum em parafusos de canal fornecidos por OEM porque o redutor pode ser deslocado lateralmente para manutenção, mas acrescenta uma corrente ou acoplamento que o integrador deve alinhar e proteger.

Um acionamento de eixo passante posiciona o redutor dentro do canal, com o eixo do parafuso atravessando uma saída de redutor de eixo oco e saindo pelo outro lado. Dois trechos do parafuso compartilham um único acionamento e o lado do canal fica disponível para tampas de inspeção. Esse arranjo reduz o espaço ocupado e o trabalho de alinhamento, mas deixa o redutor dentro da atmosfera abrasiva ou corrosiva, de modo que se aplicam as regras de proteção de superfície da Seção 8.

Um acionamento de suspensão central ou montado sobre eixo pendura o redutor no próprio eixo do parafuso, apoiado por um braço de reação fixado à estrutura do canal. Este é o arranjo mecânico mais limpo para um transportador helicoidal OEM, pois não há corrente, nem acoplamento, nem alinhamento a manter; o redutor passa a fazer parte da estrutura do transportador. A lógica de seleção para esse arranjo é tratada em detalhe na Seção 7, porque a interface mecânica do eixo oco e a força de reação do braço de reação conduzem a maior parte da escolha do modelo.

Fator de serviço para transportadores helicoidais

Fator de serviço (FS) é o multiplicador aplicado à potência calculada no eixo do parafuso antes da seleção do redutor. Ele absorve as parcelas da carga que o cálculo do parafuso não enxerga: inércia de partida, picos de carga, desgaste abrasivo que aumenta o atrito com o tempo, horas de operação anormais e a pequena incerteza de cálculo no grau de enchimento. O FS é selecionado a partir de uma tabela de fator de serviço, e não estimado pelo tamanho do motor.

Para transportadores helicoidais, as faixas comumente aceitas são: FS 1,0 a 1,6 para serviço leve — parafusos horizontais transportando cereal, grão plástico, cimento acabado ou açúcar, com alimentação estável, baixa frequência de partidas e 8 a 10 horas por dia; FS 1,4 a 1,6 situa-se no topo dessa faixa quando o material é levemente abrasivo ou quando ocorrem partidas várias vezes por hora. FS 1,6 a 2,5 para serviço pesado — parafusos inclinados ou verticais transportando minério, cinza volante, cal, fertilizante úmido, pó de clínquer ou areia, com alimentação variável, picos aderentes, alta frequência de partidas e operação em dois ou três turnos; FS 2,0 é o ponto típico para parafusos inclinados abrasivos; FS 2,5 é reservado para parafusos verticais ou aplicações sazonais fortemente carregadas, como cereal no período de colheita.

Aplique o fator de serviço à potência calculada no eixo do parafuso e, em seguida, verifique no catálogo do redutor a classificação com a relação imediatamente superior na faixa de 5:1 a 40:1 que ainda atenda à potência do motor e ao torque máximo do tamanho de carcaça escolhido. A lógica completa do fator de serviço e como ela altera o tamanho da carcaça está detalhada em «Como o fator de serviço afeta a seleção do redutor»; a comparação entre unidades das séries R, F, K e S é apresentada em «Diferenças entre motorredutores das séries R, F, K e S».

Seleção do helicoidal coaxial (R) e helicoidal cônico (K)

Para parafusos horizontais e levemente inclinados na faixa de 0,37 a 22 kW com relações na faixa de 5:1 a 40:1, a série helicoidal coaxial R e a série helicoidal cônica K cobrem a maior parte das cotações OEM em plantas de cimento, fertilizante e grão plástico. Ambas as famílias são montadas por pés ou por flange em qualquer das posições de montagem padrão M1 a M6, conforme tratado em «Posições de montagem de redutores industriais M1 a M6», e ambas aceitam entradas de motor padrão IEC ou NEMA.

Utilize a série R quando o parafuso operar na horizontal e o eixo do redutor puder ficar paralelo ao eixo do parafuso. A série R oferece a maior dispersão de relações em um único estágio e a maior eficiência entre as opções coaxiais; é também a família de menor custo entre as quatro linhas modulares padrão. Para transportadores helicoidais, a faixa prática de torque é de aproximadamente 100 a 5.000 Nm nos tamanhos de carcaça padrão da série R, o que atende a todos os parafusos de serviço leve e à maioria dos de serviço pesado na faixa.

Utilize a série K quando o parafuso estiver inclinado e o eixo do parafuso terminar em altura diferente da do motor, ou quando o arranjo do canal exigir um acionamento em ângulo reto. A série K também é preferida quando o parafuso opera em alta carga e o primeiro estágio helicoidal cônico oferece um engrenamento mais silencioso e robusto do que um par coaxial. Para parafusos inclinados abrasivos em plantas de cimento e fertilizantes, a série K é a seleção padrão acima de cerca de 5 kW. As regras de montagem e a orientação do respiro conforme a posição são detalhadas no artigo de posições de montagem referenciado acima.

Sem-fim (NMRV / CWU) para parafusos inclinados e de baixa saída

Os redutores de sem-fim — a linha NMRV e a combinação motorredutor de sem-fim CWU — se ajustam à extremidade inferior da envolvente do transportador helicoidal: parafusos pequenos de 0,37 a 5,5 kW, relações de 5:1 até 40:1 ou 60:1, e parafusos inclinados nos quais o acionamento em ângulo reto e a característica de autobloqueio do sem-fim são uma vantagem. A linha mecânica completa de NMRV e CWU, incluindo faixa de relações, flange de motor e opções de saída, é apresentada em «Seleção de redutor de sem-fim NMRV WP CWU».

A envolvente em ângulo reto é a principal razão pela qual unidades de sem-fim ainda são selecionadas para transportadores helicoidais, mesmo que a série K helicoidal cônica possa tecnicamente entregar a mesma faixa. As combinações CWU são fornecidas como um único motorredutor de sem-fim com entrada IEC compatível, o que reduz o tempo de montagem do integrador e elimina a etapa de alinhamento entre o motor e o redutor. O NMRV com motor separado e acoplamento é utilizado quando o integrador já tem um motor padrão selecionado para outras partes da máquina.

Dois pontos a observar em parafusos. Primeiro, redutores de sem-fim não toleram poeira abrasiva no retentor de saída; unidades de sem-fim de eixo passante e suspensão central devem adicionar uma proteção de feltro ou retentor de lábio na extremidade do canal. Segundo, o rendimento do sem-fim cai em relações altas — confirme que a potência nominal do redutor é comparada com a potência do parafuso com FS aplicado; se a capacidade térmica resultante ficar no limite, suba um tamanho de carcaça em vez de subir um passo de relação.

Eixo oco montado sobre o eixo com braço de reação

Para arranjos de suspensão central ou montagem sobre eixo, a seleção padrão é um redutor de eixo oco com disco de contração ou furo com chaveta e um braço de reação que devolve o torque da carcaça à estrutura do canal. A interface mecânica do eixo oco é documentada em detalhe em «Eixo maciço versus redutor de eixo oco»; para transportadores helicoidais, a opção de eixo oco é quase sempre escolhida, pois o eixo do parafuso pode ser inserido no redutor sem mover o conjunto de acionamento.

Utilize o disco de contração para parafusos acima de cerca de 5 kW onde haja possibilidade de cargas de choque ou operação reversa; um eixo oco chavetado com dois parafusos de fixação ou uma chaveta e um anti-retorno é aceitável em parafusos horizontais de serviço leve. Confirme que a estrutura do canal suporta a força de reação do braço de reação; em parafusos longos ou inclinados a força de reação pode chegar a várias centenas de newtons e deve ser fixada a uma parte rígida da estrutura, e não a uma proteção de chapa metálica. O braço de reação é parte do escopo da OEM, e não do escopo do redutor, e deve constar no desenho de conjunto geral do transportador.

Arranjos montados sobre eixo combinam bem com a série helicoidal cônica K em parafusos inclinados, com unidades cicloidais em parafusos inclinados ou verticais pesados acima de 22 kW, e com unidades de sem-fim CWU em parafusos inclinados pequenos. O trem cicloidal de pinos e ciclóide fornece uma opção de baixa rotação com densidade de torque muito alta para parafusos verticais nos quais o redutor fica na mesma zona abrasiva do eixo do parafuso; este é um dos casos em que a faixa de relações pode se estender bem além de 40:1 e o método de capacidade térmica substitui o dimensionamento mecânico.

Proteção de superfície para cimento, fertilizante e poeira abrasiva

Em plantas de cimento, fertilizante, cal, cinza volante, minério e similares, o redutor fica exposto a poeira abrasiva e corrosiva que ataca pintura, retentores e respiros. Especifique a proteção de superfície contra o ambiente real, não contra uma classificação genérica para exterior, pois a agressividade da poeira de cimento e da poeira de fertilizante é muito superior à da umidade externa isoladamente.

Para plantas de cimento, cal ou gesso seco: acabamento epóxi-poliuretano mais primer rico em zinco, placa de identificação em aço inoxidável ou zincada, bujão de respiro vedado em vez do respiro aberto padrão, e retentor de lábio contra poeira no eixo de saída. Para plantas de fertilizante úmido, grânulos de ureia ou sulfato de amônio: o mesmo sistema de revestimento, mais um retentor adicional de eixo em aço inoxidável e um respiro em aço inoxidável, pois o meio é simultaneamente abrasivo e levemente corrosivo. Para transportadores externos com exposição ao clima e poeira, prefere-se um teto ou cobertura; caso não seja possível, o redutor é fornecido com revestimento de grau marítimo e fixações em aço inoxidável na caixa de conexões.

A escolha do retentor de óleo e do respiro acompanha o revestimento. Retentores de lábio em nitrila ou FKM são padrão; FKM é exigido para poeira de fertilizante e minério acima de 60 °C de temperatura do redutor. O bujão de respiro deve estar na face superior da carcaça em todas as posições de montagem, incluindo M1 a M6, e deve ser montado remotamente ou com filtro se o redutor estiver dentro de um canal ou em uma zona carregada de poeira.

Invólucro OEM e notas de personalização

A maioria dos OEMs de transportadores helicoidais parte do redutor modular padrão e acrescenta três personalizações: uma cor de pintura e um rótulo específicos, um furo de saída ou disco de contração personalizado para o eixo do parafuso, e uma posição de montagem personalizada na carcaça do redutor. Essas personalizações são rotineiras e o prazo de entrega normalmente não é afetado.

Pintura: cinza neutro ou a cor corporativa do OEM aplicada sobre o acabamento epóxi padrão, com o número de peça do OEM e o número de série do transportador na placa de identificação. Rótulos: a marca do OEM na placa de dados, com a relação de transmissão, a posição de montagem, o grau e a quantidade de óleo para a posição de montagem real indicados na placa de classificação, para que o usuário final nunca tenha que adivinhar no primeiro abastecimento. Furo de saída: eixo oco usinado ao diâmetro do eixo do parafuso do integrador com rasgo de chaveta e disco de contração no lado do parafuso, ou com dois parafusos de fixação para parafusos de serviço leve.

Embalagem para exportação: caixa de papelão de parede tripla com saco de polietileno e sílica gel dentro, engradado de madeira ou compensado para transporte marítimo, e a etiqueta da placa de identificação repetida na parte externa da caixa. Para plantas de cimento e fertilizante com destino a climas tropicais ou úmidos, adicione um saco de alumínio termo-selado dentro do saco de polietileno para impedir que a umidade do ar salino alcance o respiro e os retentores durante a viagem.

Lista de verificação de consulta para transportadores helicoidais

Para uma cotação limpa, envie os itens a seguir para sales@chinfar.com, de modo que a seleção do redutor possa ser fechada em uma única rodada:

• Diâmetro do parafuso (mm), passo da helicoide (mm), tipo de helicoide e comprimento do canal.
• Material transportado, massa específica aparente (kg/m³), tamanho de partícula, umidade e abrasividade.
• Vazão requerida (t/h) e velocidade requerida do eixo do parafuso (rpm).
• Potência calculada no eixo do parafuso (kW) e fator de serviço aplicado (FS 1,0–1,6 leve, 1,6–2,5 pesado).
• Potência do motor, velocidade do motor, tamanho da carcaça do motor (IEC ou NEMA) e tensão / frequência de alimentação.
• Arranjo do acionamento: extremidade do canal, eixo passante ou montado sobre eixo com braço de reação.
• Ângulo de inclinação (0°, 15°, 30° ou vertical), posição de instalação (M1–M6) e condições do ambiente.
• Horas de operação por dia, partidas por hora, operação em dois ou três turnos e temperatura ambiente.
• Interface do lado da saída: furo do eixo oco (mm), rasgo de chaveta, disco de contração, corrente ou acoplamento.
• Proteção de superfície: epóxi padrão, revestimento aprimorado para cimento / fertilizante ou grau marítimo; atmosfera do ambiente (cimento, fertilizante, cinza volante, minério, açúcar, cereal, etc.).
• Posição de montagem do bujão de respiro (face superior em M1–M6), grau e quantidade de óleo na posição real.
• Para entregas OEM: cor de pintura requerida, marca e número de peça do OEM na placa de identificação, disposição dos rótulos, embalagem e porto de destino.

Envie desenhos ou fotografias do arranjo do canal quando disponíveis; um esboço com a altura do centro do motor, a posição da extremidade do canal e o ponto de reação do braço de reação economiza ao menos uma rodada de seleção do redutor.

A seleção de redutor para transportadores helicoidais é um exercício rotineiro de OEM uma vez que o cálculo do parafuso, a faixa de fator de serviço e o arranjo mecânico estejam claros. A marca conjunta HUIGUANG × CHENGFA Transmission — com a série R helicoidal coaxial, a série K helicoidal cônica e as unidades de sem-fim NMRV / CWU, respaldada por opções montadas sobre eixo e cicloidais para serviços mais pesados — cobre toda a faixa de 0,37 a 22 kW para cimento e fertilizante na faixa de relação de 5:1 a 40:1 com parafusos de Ø100 a Ø500 mm. A marca conjunta HUIGUANG × CHENGFA Transmission apoia fabricantes de equipamentos OEM, integradores de sistemas e engenheiros de compras no exterior em acionamentos de transportadores helicoidais para manuseio de materiais a granel em todo o mundo, com documentação de engenharia, etiquetagem OEM e embalagem para exportação organizadas como parte do processo padrão de consulta.