Как выбрать редуктор для винтовых конвейеров для сыпучих материалов

Винтовой конвейер — одна из немногих машин для сыпучих материалов, крутящий момент на приводном валу которой определяется самим материалом, а не редуктором. Насыпная плотность, размер частиц, влажность, абразивность и геометрия витка изменяют момент, который винтовая лопасть требует на каждом обороте. Редуктор должен воспринимать эту переменную нагрузку, пусковой пик, влияние наклона на наклонном конвейере, а также абразивную или коррозионную среду внутри желоба.

Для OEM-производителей оборудования, системных интеграторов и зарубежных инженеров по закупкам редуктор подбирается по единственному документу: расчёту привода, в котором указаны диаметр винта, шаг витка, коэффициент заполнения, требуемая частота вращения, мощность на валу и коэффициент эксплуатации, применяемый к этой мощности на валу. Выбор редуктора становится механической задачей, когда такой документ имеется. Наиболее частые ошибки в запросе: (а) полностью опустить коэффициент эксплуатации, (б) использовать номинальную мощность двигателя вместо требуемой мощности на валу винта и (в) игнорировать пусковой режим наклонных или заполненных винтов.

В настоящей методической записке диапазон мощности двигателя 0,37–22 кВт, диапазон передаточных отношений 5:1–40:1 и диапазон диаметров винта Ø100–Ø500 мм приняты как типовая область применения для шнеков цементных, удобрительных, пластмассовых гранул, зерна, золы-уноса, извести и рудных конвейеров. За пределами этой области логика выбора остаётся той же, однако правильным решением обычно становятся промышленные редукторы серий H / B или циклоидальные мотор-редукторы; это кратко изложено в итоговом контрольном списке запроса.

Типы винтовых конвейеров и условия эксплуатации

Три архитектуры винта охватывают большинство OEM-запросов. Горизонтальный желобчатый винт — U-образного или закрытого трубчатого типа — работает при 15–90 об/мин и требует постоянного момента для фиксированной производительности. Наклонный винт под 15°–30° перемещает тот же материал, но добавляет гравитационную составляющую, которая повышает потребляемую мощность на 5–15 %, а также осевую нагрузку, которую должен воспринимать подшипник привода. Вертикальный винт поднимает материал на шнеке внутри кожуха; он действует подобно центробежному насосу с винтом и потребляет значительно больше мощности при той же производительности, чем горизонтальная компоновка.

Геометрия витка определяет профиль момента. Винты со стандартным шагом, при котором шаг витка равен диаметру винта, дают базовую отправную точку. Витки с укороченным шагом в половину или две трети диаметра снижают заполнение и уменьшают потребляемую мощность. Витки с переменным шагом плавно вводят материал в желоб и предотвращают скачки нагрузки при пуске. Ленточные витки применяются для липких материалов и также снижают момент, требуемый от винта. Коэффициент заполнения — отношение площади поперечного сечения материала в желобе к площади поперечного сечения витка — это самый мощный рычаг воздействия интегратора на нагрузку.

В качестве рабочего правила, применяемого нашей группой прикладных инженеров: коэффициент заполнения 10–25 % описывает лёгкую, хорошо управляемую нагрузку на горизонтальном винте для зерна, пластмассовых гранул или готового цемента; 30–45 % описывает тяжёлую нагрузку на наклонных, липких или абразивных винтах, перемещающих руду, золу-унос, известь или влажное удобрение. Эти два диапазона напрямую соответствуют диапазонам коэффициента эксплуатации, приведённым в следующем разделе, и OEM-производитель должен указать в запросе, какой диапазон применим.

Привод на торце желоба против сквозного вала и подвеса по центру

Расположение редуктора изменяет механическую компоновку и определяет требуемое семейство редукторов. Привод, установленный на торце желоба, размещается снаружи жёлоба, при этом вал винта соединяется с выходным валом редуктора цепью, муфтой или гибким шпинделем. Такая компоновка наиболее распространена для желобчатых винтов OEM-поставки, поскольку редуктор можно сместить в сторону для обслуживания, однако она добавляет цепь или муфту, которую интегратор должен выставить и оградить.

Привод со сквозным валом размещает редуктор внутри жёлоба, при этом вал винта проходит через полый выходной вал редуктора и выходит с другой стороны. Два участка винта используют один привод, а боковая сторона желоба остаётся свободной для смотровых люков. Эта компоновка сокращает занимаемую площадь и объём работ по выверке, но помещает редуктор в абразивную или коррозионную среду, поэтому применяются правила защиты поверхности, приведённые в разделе 8.

Привод с центральной подвеской или насадкой на вал навешивает редуктор непосредственно на вал винта с опорой на реактивную штангу, закреплённую на раме желоба. Это наиболее чистая механическая компоновка для OEM-винтового конвейера, поскольку здесь нет ни цепи, ни муфты, ни необходимости в обслуживании соосности; редуктор становится частью рамы конвейера. Логика выбора для этой компоновки подробно рассмотрена в разделе 7, поскольку механический интерфейс полого вала и реактивное усилие реактивной штанги определяют большую часть выбора модели.

Коэффициент эксплуатации для винтовых конвейеров

Коэффициент эксплуатации (SF) — это множитель, применяемый к расчётной мощности на валу винта перед выбором редуктора. Он воспринимает те составляющие нагрузки, которые расчёт винта не учитывает: пусковую инерцию, пиковые нагрузки, абразивный износ, увеличивающий трение со временем, ненормативные часы работы и небольшую погрешность расчёта коэффициента заполнения. SF выбирается по таблице коэффициентов эксплуатации, а не оценивается по типоразмеру двигателя.

Для винтовых конвейеров общепринятыми являются следующие диапазоны: SF 1,0–1,6 для лёгкого режима — горизонтальные винты для зерна, пластмассовых гранул, готового цемента или сахара, со стабильной подачей, малой частотой пусков и 8–10 часами работы в сутки; SF 1,4–1,6 находится в верхней части этого диапазона, когда материал умеренно абразивен или пуски происходят до нескольких раз в час. SF 1,6–2,5 для тяжёлого режима — наклонные или вертикальные винты для руды, золы-уноса, извести, влажного удобрения, клинкерной пыли или песка, с переменной подачей, скачками липкого материала, высокой частотой пусков и работой в две-три смены; SF 2,0 — типовое значение для наклонных абразивных винтов; SF 2,5 резервируется для вертикальных винтов или сильно нагруженных сезонных применений, например для зерна в период уборки.

Примените коэффициент эксплуатации к расчётной мощности на валу винта, затем проверьте по каталогу редуктора номинал с ближайшим большим передаточным числом в диапазоне 5:1–40:1, который по-прежнему удовлетворяет мощности двигателя и максимальному моменту выбранного типоразмера. Полная логика коэффициента эксплуатации и его влияние на типоразмер подробно описаны в статье «Как коэффициент эксплуатации влияет на выбор редуктора»; сравнение моделей серий R, F, K и S приведено в статье «Различия между мотор-редукторами серий R, F, K и S».

Выбор соосного цилиндрического (R) и цилиндро-конического (K)

Для горизонтальных и слегка наклонных винтов в диапазоне 0,37–22 кВт с передаточными числами 5:1–40:1 соосная цилиндрическая серия R и цилиндро-коническая серия K охватывают большинство OEM-запросов для цементных, удобрительных заводов и линий пластмассовых гранул. Оба семейства монтируются на лапах или на фланце в любом из стандартных монтажных положений M1–M6, как описано в статье «Монтажные положения промышленных редукторов M1–M6», и принимают стандартные входы двигателей IEC или NEMA.

Применяйте серию R, когда винт работает горизонтально и вал редуктора может быть расположен параллельно валу винта. Серия R обеспечивает наибольший диапазон передаточных чисел в одной ступени и наивысший КПД среди соосных вариантов; кроме того, это самое экономичное семейство из четырёх стандартных модульных линий. Для винтовых конвейеров практический диапазон момента составляет приблизительно 100–5 000 Нм в стандартных типоразмерах серии R, что покрывает все лёгкие и большинство тяжёлых винтов в данном диапазоне.

Применяйте серию K, когда винт наклонён и вал винта заканчивается на высоте, отличной от высоты двигателя, или когда компоновка желоба требует привода под прямым углом. Серия K также предпочтительна, когда винт работает при высокой нагрузке и первая цилиндро-коническая ступень обеспечивает более тихое и надёжное зацепление, чем соосная пара. Для наклонных абразивных винтов на цементных и удобрительных заводах серия K является выбором по умолчанию при мощности свыше приблизительно 5 кВт. Правила монтажа и ориентация сапуна в зависимости от положения подробно описаны в указанной выше статье о монтажных положениях.

Червячный (NMRV / CWU) для наклонных и маломощных винтов

Червячные мотор-редукторы — серия NMRV и комбинация червячного мотор-редуктора CWU — подходят для нижней части области применения винтового конвейера: малые винты мощностью 0,37–5,5 кВт, передаточные числа от 5:1 до 40:1 или 60:1, а также наклонные винты, где привод под прямым углом и свойство самоторможения червячной передачи являются преимуществом. Полный механический модельный ряд NMRV и CWU, включая диапазон передаточных чисел, фланец двигателя и варианты выходного вала, приведён в статье «Выбор червячного редуктора NMRV WP CWU».

Компоновка под прямым углом — главная причина, по которой червячные мотор-редукторы по-прежнему выбираются для винтовых конвейеров, несмотря на то что цилиндро-коническая серия K технически способна обеспечить тот же диапазон. Комбинации CWU поставляются как единый червячный мотор-редуктор с согласованным входом IEC, что сокращает время сборки у интегратора и устраняет этап соосной выверки двигателя и редуктора. NMRV с отдельным двигателем и муфтой применяется, когда интегратор уже выбрал стандартный двигатель для других частей машины.

Два момента, на которые следует обратить внимание в случае винтов. Во-первых, червячные редукторы не переносят абразивную пыль на выходном уплотнении; червячные мотор-редукторы со сквозным валом и центральной подвеской должны иметь дополнительную защиту из фетра или манжетного уплотнения на стороне желоба. Во-вторых, КПД червячной передачи снижается при высоких передаточных числах — убедитесь, что номинальная мощность редуктора сравнивается с мощностью винта с учётом SF; если полученная тепловая мощность оказывается пограничной, перейдите на один больший типоразмер, а не на один шаг передаточного числа.

Полый вал с реактивной штангой при насадке на вал

Для компоновок с центральной подвеской или насадкой на вал стандартным выбором является редуктор с полым валом со стяжной втулкой или шпоночным отверстием и реактивной штангой, передающей реактивный момент корпуса на раму желоба. Механический интерфейс полого вала подробно описан в статье «Сплошной вал против полого вала редуктора»; для винтовых конвейеров вариант с полым валом почти всегда предпочтителен, так как вал винта можно вставить в редуктор без перемещения приводного узла.

Применяйте стяжную втулку для винтов мощностью свыше приблизительно 5 кВт, где возможны ударные нагрузки или реверсивные режимы; шпоночный полый вал с двумя установочными винтами или шпонкой и обгонной муфтой допустим на горизонтальных винтах лёгкого режима. Убедитесь, что рама желоба способна воспринять реактивное усилие реактивной штанги; на длинных или наклонных винтах реактивное усилие может составлять несколько сотен ньютонов и должно передаваться на жёсткий участок рамы, а не на ограждение из листового металла. Реактивная штанга относится к объёму поставки OEM, а не к объёму поставки редуктора, и должна быть указана на сборочном чертеже конвейера общего вида.

Компоновки с насадкой на вал хорошо сочетаются с цилиндро-конической серией K на наклонных винтах, с циклоидальными мотор-редукторами на тяжёлых наклонных или вертикальных винтах мощностью свыше 22 кВт, а также с червячными мотор-редукторами CWU на малых наклонных винтах. Циклоидальная планетарная передача с цевочным зацеплением обеспечивает тихоходный вариант с очень высокой плотностью момента для вертикальных винтов, где редуктор находится в той же абразивной зоне, что и вал винта; это один из случаев, когда диапазон передаточных чисел может быть существенно шире 40:1, а метод теплового расчёта заменяет механический расчёт.

Защита поверхности для цемента, удобрений и абразивной пыли

На цементных, удобрительных заводах, заводах по производству извести, золы-уноса, руды и аналогичных производствах редуктор подвергается воздействию абразивной и коррозионной пыли, разрушающей лакокрасочное покрытие, уплотнения и сапуны. Задавайте защиту поверхности под реальные условия эксплуатации, а не под общую маркировку для наружной установки, поскольку агрессивность цементной и удобрительной пыли значительно выше одной лишь наружной влажности.

Для заводов сухого цемента, извести или гипса: финишное покрытие эпоксид-полиуретан плюс грунт с высоким содержанием цинка, табличка из нержавеющей стали или оцинкованная, герметичный сапун вместо стандартного открытого сапуна и пылезащитное манжетное уплотнение на выходном валу. Для заводов влажных удобрений, гранул мочевины или сульфата аммония: та же система покрытия плюс дополнительное уплотнение вала из нержавеющей стали и сапун из нержавеющей стали, поскольку среда одновременно абразивна и умеренно коррозионна. Для наружных конвейеров с атмосферным воздействием и пылью предпочтительна крыша или кожух; в противном случае редуктор поставляется с покрытием морского класса и крепежом из нержавеющей стали на клеммной коробке.

Выбор уплотнений и сапунов согласуется с покрытием. Манжетные уплотнения из нитрила или FKM стандартны; FKM требуется для удобрительной и рудной пыли при температуре редуктора свыше 60 °C. Сапун должен располагаться на верхней грани корпуса во всех монтажных положениях, включая M1–M6, и должен выноситься наружу или оснащаться фильтром, если редуктор находится внутри жёлоба или в запылённой зоне.

OEM-исполнение и примечания по индивидуальной доработке

Большинство OEM-производителей винтовых конвейеров берут стандартный модульный редуктор и добавляют три вида доработок: конкретный цвет окраски и этикетку, индивидуально обработанное отверстие выходного вала или стяжную втулку под вал винта и индивидуальное монтажное положение на корпусе редуктора. Эти доработки являются стандартными и обычно не влияют на сроки поставки.

Окраска: нейтральный серый или корпоративный цвет OEM поверх стандартного эпоксидного финишного покрытия, с указанием номера детали OEM и серийного номера конвейера на табличке. Этикетки: торговая марка OEM на шильдике, с указанием передаточного числа, монтажного положения, марки и объёма масла для фактического монтажного положения на заводской табличке, чтобы конечный пользователь никогда не гадал при первой заправке. Отверстие выходного вала: полый вал, расточенный под диаметр вала винта интегратора, со шпоночным пазом и стяжной втулкой со стороны винта, либо с двумя установочными винтами для винтов лёгкого режима.

Экспортная упаковка: трёхслойный картонный короб с полиэтиленовым пакетом и силикагелем внутри, деревянная или фанерная обрешётка для морской перевозки и дублирование стикера с табличкой на внешней стороне короба. Для цементных и удобрительных заводов, поставляемых в тропические или влажные климатические зоны, добавьте термосвариваемый пакет из алюминиевой фольги внутрь полиэтиленового пакета, чтобы предотвратить попадание влаги солёного воздуха в сапун и уплотнения во время транспортировки.

Контрольный список запроса для винтовых конвейеров

Для получения точного коммерческого предложения отправьте следующие данные на sales@chinfar.com, чтобы выбор редуктора мог быть завершён за один раунд:

• Диаметр винта (мм), шаг витка (мм), тип витка и длина желоба.
• Перемещаемый материал, насыпная плотность (кг/м³), размер частиц, влажность и абразивность.
• Требуемая производительность (т/ч) и требуемая частота вращения вала винта (об/мин).
• Расчётная мощность на валу винта (кВт) и применяемый коэффициент эксплуатации (SF 1,0–1,6 лёгкий, 1,6–2,5 тяжёлый).
• Мощность двигателя, частота вращения двигателя, типоразмер корпуса двигателя (IEC или NEMA) и напряжение / частота питания.
• Компоновка привода: торец желоба, сквозной вал или насадка на вал с реактивной штангой.
• Угол наклона (0°, 15°, 30° или вертикально), монтажное положение (M1–M6) и условия окружающей среды.
• Часы работы в сутки, число пусков в час, двух- или трёхсменный режим работы и температура окружающей среды.
• Интерфейс выходного конца: отверстие полого вала (мм), шпоночный паз, стяжная втулка, цепь или муфта.
• Защита поверхности: стандартная эпоксидная, усиленное покрытие для цемента / удобрений или морской класс; среда эксплуатации (цемент, удобрение, зола-унос, руда, сахар, зерно и т. п.).
• Монтажное положение сапуна (верхняя грань в M1–M6), марка и объём масла в фактическом положении.
• Для OEM-поставок: требуемый цвет окраски, марка и номер детали OEM на табличке, расположение этикеток, упаковка и порт назначения.

По возможности направьте чертежи или фотографии компоновки желоба; один эскиз с высотой оси двигателя, положением торца желоба и точкой реакции реактивной штанги экономит как минимум один раунд подбора редуктора.

Выбор редуктора для винтовых конвейеров становится стандартной задачей OEM, когда расчёт винта, диапазон коэффициента эксплуатации и механическая компоновка ясны. Совместная марка HUIGUANG × CHENGFA Transmission — соосная цилиндрическая серия R, цилиндро-коническая серия K и червячные мотор-редукторы NMRV / CWU, при поддержке исполнений с насадкой на вал и циклоидальных вариантов для более тяжёлых режимов — охватывает весь диапазон 0,37–22 кВт для цемента и удобрений в диапазоне передаточных чисел 5:1–40:1 для винтов диаметром от Ø100 до Ø500 мм. Совместная марка HUIGUANG × CHENGFA Transmission оказывает поддержку OEM-производителям оборудования, системным интеграторам и зарубежным инженерам по закупкам в области приводов винтовых конвейеров для перемещения сыпучих материалов по всему миру, включая техническую документацию, OEM-маркировку и экспортную упаковку, организуемые в рамках стандартного процесса запроса.