Повышение ресурса зуба приводной шестерни открытой передачи мельниц барабанного типа

С.П. Подхалюзин — генеральный директор ООО «Техпартнер», г. Санкт-Петербург.

Вращение барабана осуществляется приводом, который состоит из электродвигателя, приводной шестерни и соединяющей их упругой муфты с промвалом, через зубчатый венец, закрепленный на фланце разгрузочной цапфы. Модуль зубьев открытой зубчатой передачи в зависимости от типо-размера мельницы m = 14…20 мм, при ширине зубчатого венца ‚ = 600…800 мм, а его диаметр достигает 6 м. Практика эксплуатации показывает, что их работа проходит в тяжелых условиях — повышенная вибрация, запыленность, влажность и т.п. Зубчатый венец барабанных мельниц устанавливается непосредственно на цапфе или на барабане мельницы, что обусловливает значительные торевые и радиальные биения, а так как открытые зубчатые передачи барабанных мельниц являются регулируемыми — неизбежны неточности монтажа, что обусловливает неравномерность распределения нагрузки между зубьями и ведет к интенсивному износу открытых зубчатых передач приводов этих мельниц.

Для повышения долговечности открытой зубчатой передачи по износу, а также контактной прочности зубьев возможно повысить твердость их рабочих поверхностей. Однако, повышение твердости рабочих поверхностей зубьев снижает скорость их приработки и приводит к длительной работе при значительной неравномерности распределения нагрузки по длине контактных линий, что снижает усталостную прочность зубьев, удорожает стоимость зубчатой передачи, требует значительного изменения технологии изготовления зубчатых венцов. Тем не менее, мировые лидеры по производству барабанных мельниц оборудуют их открытыми зубчатыми передачами, имеющими твердость рабочих поверхностей зубьев шестерни и венца соответственно HB1 = 550-600, HB2 = 23-305, что значительно превышает аналогичный показатель для мельниц, изготовленных в России и на Украине, где HB1 = 260-300, HB2 = 180-200.

Другим способом, который способен существенно снизить износ элементов открытой зубчатой передачи, и как следствие повысить ее надежность и срок службы, является качественное улучшение процесса смазки.

Схема системы распыливания смазки на одном каскаде (4 мельницы)

Автоматическая централизованная система смазки обеспечивает гарантированную подачу заданного количества масел или пластичных смазок к любому числу точек в заданное время и централизованным контролем его подачи.

Применение способа смазки «Система распыливания густой смазки», по сравнению с остальными, позволяет значительно увеличить срок службы приводной шестерни открытой переда5 чи. Это обуславливается, прежде всего, тем, что в момент приработки ведущей и ведомой шестерни такие способы смазки как «Масло-Воздух» и полив жидкой смазки не обеспечивает наличия масляной плёнки, необходимой для снижения ударных нагрузок, возникающих при приработке зубчатого зацепления. Такие способы смазки как, «Масло-Воздух» и «Полив жидкой смазки на зуб приводной шестерни» эффективны при очень небольших скоростях и малых модулях зубчатого зацепления. При больших скоростях, что имеет место на мельницах барабанного типа, полив масла на ведущую шестерню или подача масла с воздухом имеет место отскакивания масляных капель от зуба и, тем самым, созданием масляного тумана, эффект которого очень низкий при столь больших нагрузках на контактные места ведущей и ведомой шестерён. Применение жидких смазок в открытых зубчатых передачах (венец мельниц — приводная вал шестерня) имеет ряд существенных недостатков:

• большие сжимающие нагрузки при малых окружных скоростях выдавят масляную пленку;
• невозможность создания устойчивой пленки из смазочного материала с заранее заданными параметрами;
• большой расход сжатого воздуха;
• большой вред экологии;
• пожароопасность;
• для смазки подшипниковых узлов необходимо предусмотреть дополнительные уплотнения.

Для оценки эффективности применения данного способа смазки на зубчатую передачу привода мельницы МШЦ 4500Х6000 УХЛ4 №112 Полтавского ГОКа была установлена автоматическая централизованная система распыления смазки (АЦСРС) фирмы «LINCOLN GmbH», после чего в течение полугода производился ее мониторинг. В качестве базовой была принята аналогичная мельница №132. Обе мельницы были включены в технологическую цепь после капитального ремонта.

При работе АЦСРС смазочный материал насосом Р-215, через прогрессивные распределители SSV-6, при помощи воздуха, нагнетаемого под давлением 4,5-6 кг/см² подается в эжектор и дозировано распределяет его между форсунками распыления, которые под специально выставленным углом в свою очередь наносят заданный тонкий слой смазки на всю рабочую поверхность зуба шестерни. Воздух предварительно проходит очистку и удаление влаги в блоке подготовки воздуха и подается в воздушную магистраль. Периодичность включения и длительность работы системы задается блоком управления в зависимости от потребности передачи в смазке и составляла более 60 раз в сутки. В эксперименте время подачи смазки АЦСРС в зону зацепления определялось из расчета обеспечения гарантированного смазывания рабочих поверхностей зубьев венцового колеса за его полный оборот и равнялось четырем секундам. Таким образом, при каждом включения системы весь смазочный материал, нанесенный на зуб вал-шестерни, поступал в зону зацепления зубчатой передачи при этом, работа системы смазки строго детерминировалась с работой мельницы.

Время приработки зубьев вал-шестерни и венца составило два месяца. В этот период наблюдался повышенный износ зубьев, затем скорость износа снизилась. Учитывая тот факт, что измерения износа проводились в районе полюса зацепления, износ в первую очередь был вызван попаданием абразива в смазку. При этом при использовании АЦСРС фирмы Lincoln за счет постоянного обновления смазочного материала и обеспечения рациональных условий смазки рабочих поверхностей зубьев интенсивность изнашивания элементов открытой передачи значительно снизилась.

Шкаф управления

Результатом применения АЦСРС стало снижение скорости износа зубьев вал-шестерни мельницы №112 по сравнению с мельницей №132 в 7 раз, скорость износа зубьев венца мельницы снижена в 1,6 раза, что приведет к соответственному увеличению периода эксплуатации. Это также положительно скажется на сокращении простоев и ремонтов мельницы.

После успешных испытаний АЦСРС на Полтавском ГОКе предприятием ООО «ТЕХПАРТНЕР» были проведены монтаж и пуско-наладочные работы по вводу в эксплуатацию единого комплекса аналогичных систем смазки фирмы «LINCOLN» открытых зубчатых передач с одновременной смазкой опорных подшипников 175ти мельниц барабанного типа МШР 3,6х5,0 и МСЦ 3,6х4,5 и автоматический заправочный комплекс 10-ти насосных станций обогатительного комплекса ОАО «Ковдорский ГОК». Эта работа получила высокую оценку — Диплом 2 степени и серебряную медаль, в номинации «Лучший инновационный проект в области передовых технологий машиностроения и металлурги», конкурса «Лучший инновационный проект и лучшая научно-техническая разработка года», проходившего в рамках «Петербургской технической ярмарки — 2009».

Данный комплекс состоит из 55-ти комплектов смазочного оборудования. Каждый комплект предназначен для независимого обслуживания для 45х мельниц и включает в себя систему распыления смазки вязкостью 0 (для открытой передачи) и систему подачи густой смазки классом консистенции 2 и 3 (для опорных подшипниковых). Расход смазки может регулироваться в пределах от 25 до 100 % от полной производительности, а общий объем — за счет изменения продолжительности ра5 боты насоса. При отключении одной из мельниц электромагнитный клапан перекрывает подачу смазки к форсункам, что способствует экономии смазки и предотвращает загрязнение.

Смазочный материал (ADDINOL HAFTSCHMIERSTOF OG 0) подается на зубья шестерни каждой мельницы, шестью форсунками. Заданный расход смазки соответствует расходу 1см³ на длину зуба (800мм) приводной шестерни за 1 час работы. Ориентировочный расход смазки для одной мельницы составляет 1,351,7 кг в сутки. Консистентная смазка (ADDINOL MEHRZWECKFETT L2 MO, молибденовая) подается в подшипниковые узлы к пресс-масленкам от насоса Р-215 через прогрессивные распределители SSV-6 по трубопроводам. В системе использованы прецизонные металлические трубы высокого давления диаметром 6, 10 и 15мм. Трубы выведены из защитного шкафа и укреплены спецкрепежом к полу и проведены по полу вдоль стены, а также вдоль мельниц и закрыты защитой от механических повреждений. Защитный шкаф для каскада из 45-х мельниц, с двумя насосами Р-215 и блоком подготовки воздуха, установлен посередине, между двух мельниц. Блок управления системой (SPS) установлен рядом с защитным шкафом.

Насосы автоматической заправки комплекса

Все насосы 55-ти каскадов (17 мельниц) объединены системой автоматической централизованной заправки насосных станций комплекса. После поступления сигнала от одного из насосов Р-215 о том, что смазка в нем достигла нижнего уровня, общий блок управления открывает электро-магнитный гидравлический клапан этого насоса и включает насосную станцию. Смазка по трубопроводу поступает в указанный насос.

После поступления сигнала о достижении верхнего уровня, блок управления закрывает электромагнитный гидравлический клапан и выключает насосную станцию. Для контроля давления в магистрали наполнения, непосредственно после насоса, встроено цифровое реле давления.

Данный технологический комплекс смазки 17 шаровых мельниц, типа МШР 3,6х5,0; МСЦ 3,6х4,5, работает в едином автоматическом режиме.

Переход от применения жидкой смазки к консистентной и строго дозированной автоматической подаче смазки на каждый узел трения в значительной степени снижается загрязнение окружающей среды. Упрощается способ утилизации остатков, их объем уменьшается. Нет создания масляного тумана, что обеспечивает охрану здоровья и безопасности персонала. Насосы заправочного комплекса полностью очищают емкости (200-литровые бочки) от смазки. Значительно снижается пожароопасность.

Результаты эксплуатации данного комплекса (по данным за первые 3 квартала) показали:

1. В результате ввода в эксплуатацию АЦСС наблюдается общая стабилизация состояния зубчатых зацеплений и подшипников качения на мельницах барабанного типа участка обогащения обогатительного комплекса.
2. Уменьшилась замена, по сравнению с среднеквартальным расходом вал шестерен и подшипников:

• Вал шестерен Z 22 на 21,2%,
• Вал шестерен Z 26 на 63,6%.
• Подшипников 3652 на 38,5%.
• Уменьшилась скорость износа зубьев венцов не менее, чем в 1,5 раза.

4. За счет уменьшения простоя на ремонт получено более 160 часов работы мельниц.
5. Срок окупаемости проекта (только по статье ТМЦ) по предварительным оценкам составляет менее 2 х лет.

Таким образом, примененный метод гарантированно обеспечит увеличение срока эксплуатации зубчатых венцов и приводных шестерней, исключит возможные потери производства, за счет сокращения количества остановок мельниц связанных с внеплановой заменой приводных шестерней, сократит материальные затраты на приобретение запасных частей.

Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 2 (5)/апрель 2009 г.