Шта ради дробилица камена — и зашто њен погон на точкове подноси најгоре вибрације у пољопривреди
Дробилица камена за чишћење земљишта (такође названа дробилица камења, шумска малчер-дробилица или машина за припрему површине) је самоходна или тракторска машина која се вози по необрађеном или пољопривредном земљишту, дробећи површинско и уграђено камење у честице величине шљунка које се могу уградити у земљиште. Ротор за дробљење - масивни челични бубањ опремљен чекићима са врхом од волфрам-карбида или фиксним зупцима - ротира брзином од 800 до 1.500 о/мин и удара у камење са енергијом удара од 5 до 50 kJ по ударцу чекића.
Сваки удар чекића производи ударни талас који се шири кроз оквир машине до сваке монтиране компоненте - укључујући и планетарни мењач погона на точковеСпектар вибрација на тачки монтирања погона на точкове доминира фреквенцијом удара чекића (број обртаја ротора x број чекића = 100 до 500 удараца у секунди) која се надовезује на случајне ударе о камење који производе пролазне врхове убрзања од 5 до 20 g на прирубници за монтирање. Ово вибрационо окружење је 3 до 10 пута озбиљније од било које друге пољопривредне примене — и упоредиво је са нивоима вибрација грађевинске опреме на ударним ломачима и вибрационим ваљцима.
Самоходна дробилица камена је мања, окретнија варијанта — тежине од 8 до 25 тона са дробилицом интегрисаном у шасију. Погон на точкове обезбеђује и погон кретања и регулацију брзине кретања која одређује дубину дробљења и квалитет површинске обраде. Потребна брзина кретања је од 0,5 до 3,0 км/х — ултраниска, слично као код берача јабука, али са нивоима вибрација 50 до 100 пута већим. Погон на точкове мора да пружи исту прецизност при малој брзини као машина за воћњак, а да притом издржи ударно окружење рударске дробилице.
Дробилице за камен за чишћење земљишта користе се у три основне примене: мелиорација пољопривредног земљишта (претварање каменитих пашњака или шумског земљишта у обрадиво пољопривредно земљиште), припрема путева и градилишта (смањење површинског каменог камења на збијајући основни слој) и чишћење цевовода и комуналних коридора (припрема траке без камења за копање ровова). Свака примена излаже погон точкова истом вибрационом окружењу, али различитим условима терена - од релативно равног пашњака до стрмих падина са нагибима од 20 до 40%. Машина мора одржавати циљану брзину кретања по тлу без обзира на нагиб терена, јер су дубина дробљења и квалитет површинске обраде директно пропорционални брзини кретања по тлу при датој брзини ротора: брже кретање производи плићу, грубљу завршну обраду; спорије кретање производи дубљу, финију завршну обраду.
Процес дробљења такође генерише огромне силе отпора. Када ротор удари у велику стену (300 до 500 мм), машина мора да се помера напред супротно сили реакције дробљења — која може достићи 30 до 80 kN за тврду магматску стену. Овај захтев за потисак се суперпонира са нормалним отпором котрљања и силом пењања — стварајући укупне захтеве за обртним моментом погона точкова који скоче на 2 до 4 пута већи ниво од стабилног стања током 1 до 5 секунди током удара у стену. Погон точкова мора да испоручи ове скокове обртног момента без проклизавања точкова (што би променило дубину дробљења) и без оклевања брзине (што би оставило необрађен део на површини).
Дизајн отпоран на вибрације — инжењеринг грађевинског квалитета у пољопривредном пакету
Стандардни планетарни мењачи са погоном на пољопривредне точкове су пројектовани за нивое вибрација од 0,5 до 2 g на монтажној прирубници — што је довољно за комбајне, сејалице и расипаче који раде на релативно глатким пољопривредним површинама. Погон на точкове дробилице камена доживљава вршна убрзања од 5 до 20 g — што захтева отпорност на вибрације грађевинског или рударског нивоа од агрегата пољопривредне величине.
Вибрације утичу на сваку компоненту у погону точкова. Зупци зупчаника доживљавају микроосцилације на тачки контакта мреже — што ствара оштећења услед трења слична трењу током транспорта на дизалицама монтираним на камионе, али са већом амплитудом и фреквенцијом. Лежајеви доживљавају микрокретање изазвано вибрацијама између котрљајућих елемената и стаза — што ствара лажне Бринелове трагове који се развијају у љуштење услед замора у року од 500 до 1.500 сати ако преднапрезање лежаја није довољно да спречи микрокретање. Причвршћивачи (вијци кућишта, држачи заптивки, вијци за монтажу кочница) доживљавају олабављање вибрацијама — што захтева употребу средстава за осигуравање навоја или Nord-Lock подлошки на сваком критичном споју.
Најефикаснији приступ пројектовању је повећање преднапрезања лежаја изнад стандардне пољопривредне спецификације. Лежај преднапрегнут на 5 до 8% његовог динамичког номиналног оптерећења елиминише микрокретање које узрокује лажно Бринеловање — али повећава трење лежаја и радну температуру за 10 до 20%. Овај компромис (виша температура за дужи век трајања вибрација) је прихватљив на дробилици камена јер је радна брзина изузетно ниска (2 до 12 о/мин на излазу) и стварање топлоте лежаја при овим брзинама је минимално чак и са повећаним преднапрезањем.
Монтажни распоред кућишта такође мора бити отпоран на вибрације. Стандардни пољопривредни погони точкова причвршћени су за кућиште осовине са 4 до 8 вијака у кружном распореду. Погон точкова дробилице камена требало би да користи 8 до 12 вијака са комбинацијом клинова (како би се спречило померање кућишта под утицајем вибрација) и белвил подлошки (како би се одржала затегнутост вијака упркос микропомештању од поновљених удара). Без ових ојачања, кућиште се може померити 0,1 до 0,5 мм на свом носачу — што доводи до неусклађивања излазног вратила у односу на главчину гуме и стварања неравномерног оптерећења лежаја што убрзава оштећење лежаја изазвано вибрацијама.
На само уље утиче вибрационо окружење. Континуиране вибрације велике амплитуде убрзавају аерацију уља — микромехурићи ваздуха се убацују у уље вибрирајућом мрежом зупчаника, смањујући ефективну запремину уља и носивост уљног филма. Аерирано уље се компресује под притиском контакта зупчаника и зубаца — стварајући тањи филм од неаерираног уља исте вискозности. У тешким случајевима, аерација може смањити ефективну дебљину филма за 20 до 40% — померајући контакт зупчаника са хидродинамичког подмазивања пуним филмом на мешано или гранично подмазивање, са повезаним повећањем брзине хабања. Адитиви против пене у уљу за зупчанике смањују тенденцију аерације — али се морају допуњавати у краћим интервалима (сваких 500 сати у односу на 1.000 сати за примене без вибрација) јер вибрације убрзавају исцрпљивање адитива.
Заптивање камене прашине — честице финије од талка у праху при вибрацијама од 5 до 20 г
Процес дробљења генерише огромне количине фине камене прашине — честице величине од 1 до 100 микрона које су мање од размака између стандардне заптивке и њеног вратила. Ова прашина се покреће великом брзином помоћу ротора — обавијајући целу машину облаком који продире у сваки отвор. Прашина је такође изузетно абразивна: кречњачка прашина има тврдоћу по Мосовој скали од 3; гранитна прашина има тврдоћу по Мосовој скали од 6 до 7 — тврђа је од челика вратила (Мосова скала од 5 до 6) и знатно тврђа од материјала заптивке (Мосова скала од 1 до 2).
Комбинација ултрафине абразивне прашине и високих вибрација представља најтеже окружење за заптивање у пољопривредној опреми. Вибрације узрокују микроосцилације заптивне ивице у односу на вратило — а честице прашине које су продрле у лавиринтску претзаптивку бивају заробљене између осцилационе ивице и вратила, делујући као средство за лепљење. Стандардна пољопривредна заптивка која траје 3.000 до 5.000 сати на комбајну може трајати само 300 до 800 сати на дробилици камена — јер је стопа абразије појачана вибрацијама 5 до 10 пута већа.
Решење за заптивање погона точкова дробилица камена позајмљено је из рударске и грађевинске индустрије: двоструко-конусне металне заптивке (два прецизно преклопљена метална прстена која се окрећу један према другом, без контакта еластомера на вратилу), прочишћавање ваздухом под позитивним притиском (континуирано довод ваздуха у комору заптивке који ствара притисак у шупљини изнад притиска околне прашине, спречавајући улазак прашине) или комбинација лавиринтског + заптивка које пружају 3 до 5 узастопних баријера између облака камене прашине и... планетарни мењач погона на точкове уље.
Три начина отказа специфична за погоне точкова дробилице камена
Вибрација од 5 до 20 g са ротора дробилице узрокује микроосцилације котрљајућих елемената лежаја у односу на стазе на фреквенцији удара. Свака микроосцилација помера филм мазива и ствара контактни траг метал-метал. Током 500 до 1.500 сати, ови трагови се продубљују у видљиве лажне Бринелове удубљења која повећавају буку, храпавост и зазор лежаја. За разлику од правог Бринеловања (од једног преоптерећења), лажно Бринеловање се развија постепено и може се детектовати само праћењем вибрација или мерењем зазора лежаја — до тренутка када оператер чује лежај, оштећење стазе је већ непоправљиво. Развој лажног Бринеловања прати предвидљив образац: Фаза 1 (0 до 500 сати) — микротрагови се формирају, али не утичу на функцију лежаја; Фаза 2 (500 до 1.500 сати) — трагови се продубљују на 5 до 15 микрона, што производи мерљиво повећање зазора лежаја и амплитуде вибрација; Фаза 3 (1.500 до 3.000 сати) — трагови се развијају у места почетка љуштења услед замора, производећи чујну буку и убрзавајући раст зазора; Фаза 4 (преко 3.000 сати) — љуштење се шири по стази за трчање, узрокујући груб рад, прекомерни зазор и ризик од заглављивања лежаја. Оптимални интервал замене је током Фазе 2, пре почетка љуштења — што се може открити само квантитативном анализом вибрација или мерењем зазора лежаја, а не субјективним посматрањем оператера.
Гранитна прашина (Мосова скала 6 до 7) је тврђа од челика вратила (Мосова скала 5 до 6). Када ова прашина продре кроз лавиринтску претзаптивку и доспе до примарне заптивне усне, микроосцилације изазване вибрацијама притискају тврде честице на мекше површине вратила и заптивке — трошећи обе истовремено. Заптивна усна се троши за 300 до 800 сати, а површина вратила развија жлеб за хабање дубине од 0,05 до 0,15 мм у зони контакта заптивке. Замена заптивке без обнављања површине вратила (или уградње чауре вратила) доводи до тренутног поновног цурења јер нова заптивна усна не може да се прилагоди профилу истрошеног жлеба.
Континуирана вибрација од 5 до 20 g на монтажној прирубници систематски олабавља сваки вијчани спој на погону точка. Стандардни спојеви вијка и навртке губе преднапрезање брзином која зависи од амплитуде и фреквенције вибрација — а на нивоима вибрација дробилице камена, необрађени вијак M16 може изгубити 30 до 50% свог почетног преднапрезања у року од 200 до 500 сати. Када се вијци за монтажу кућишта олабаве, кућиште се помера на свом носачу — погрешно поравнава излазно вратило, мења преднапрезање лежаја и ствара ексцентрично оптерећење које истовремено убрзава све остале начине отказа. Један лабави вијак кућишта може покренути каскадни квар лежајева, заптивача и зупчаника у року од 100 до 200 сати континуираног рада. Отпуштање изазвано вибрацијама је прогресивно и самоубрзавајуће: како се преднапрезање вијка смањује, крутост споја се смањује — омогућавајући већа микропомештања која додатно убрзавају губитак преднапрезања. Вијак који изгуби 10% свог преднапрезања у првих 250 сати може изгубити 30% у наредних 250 сати и 60% у трећих 250 сати — пратећи експоненцијалну криву опадања. То значи да интервал провере обртног момента мора бити доследан (сваких 250 сати, а не „када је згодно“) — јер одложена провера од 100 до 200 сати може пропустити прелаз од надокнадивог губитка преднапрезања до структурног отказа вијка.
Економија одржавања — Зашто је најјефтинији погон на точкове у исто време најскупљи
Стандардни пољопривредни погон на точкове кошта 30 до 50% мање од вибрационо очврснуте спецификације дробилице камена — али је његов век трајања у окружењу дробилице 40 до 60% краћи. Укупни трошкови власништва током 6.000 радних сати: стандардни погон по цени од 2.500 УСД са интервалом замене од 1.500 сати = 4 замене = 10.000 УСД плус 4 дана застоја машине. Вибрационо очврснути погон по цени од 4.000 УСД са интервалом замене од 3.500 сати = 1,7 замена = 6.800 УСД плус 2 дана застоја. Виши почетни трошкови штеде 3.200 УСД и 2 дана застоја током животног века машине — што надоградњу спецификације чини једном од најјаснијих одлука о повраћају инвестиције у индустрији опреме за чишћење земљишта.
Често постављана питања
Кореа Евер-Пауер нуди погоне точкова за дробилице камена од 5.000 до 35.000 Нм са отпорношћу на вибрације рударског квалитета, двоструким конусним заптивањем и ојачаним монтажама.
Уредник: Cxm
