(Última atualização em: 18 de maio de 2023)

Sob o pano de fundo que os moinhos usados na indústria de alumina tendem a ser de grande escala. Devido ao seu processo de moagem especial, a temperatura dentro do moinho é muito alta, o que pode facilmente causar a abertura da superfície da junta da engrenagem bipartida. Afeta o engrenamento normal da engrenagem aberta do moinho, causando vibração regular do moinho, afetando seriamente a vida útil do equipamento, podendo até quebrar os parafusos de fixação da engrenagem bipartida, causando acidentes de segurança.

A alumina é um elo importante na cadeia da indústria do alumínio. No processo de produção, grandes pedaços de bauxita precisam ser triturados e moídos em pequenas partículas. O equipamento de moagem é o equipamento chave na oficina de preparação de matéria-prima de alumina. Devido ao ambiente hostil de altas temperaturas e alto teor alcalino na preparação de matérias-primas de alumina, os moinhos usados na indústria de alumina precisam ter maior adaptabilidade, segurança e confiabilidade do que os moinhos de mineração comuns.

Atualmente, o problema pendente dos moinhos de alumina na indústria é que, com o desenvolvimento de moinhos em grande escala, o fenômeno de abertura da superfície da junta da engrenagem dividida do moinho está se tornando cada vez mais sério. O forte ambiente alcalino e de alta temperatura no moinho causa fluência e relaxamento do estresse do material da engrenagem do moinho e suas juntas aparafusadas, resultando em uma diminuição gradual na força de pré-aperto e fricção na conexão. Finalmente, a conexão do parafuso de fixação na superfície da junta da engrenagem grande falhará, o que afetará seriamente a operação segura e estável do moinho.

Portanto, a seleção de parafusos de fixação para a grande engrenagem do moinho de alumina é diferente daquela dos moinhos comuns.

1. Grande estrutura de engrenagem do moinho de alumina

Moinhos de grande escala, especialmente moinhos de bolas, têm grandes engrenagens com grandes aros e pequenos diâmetros de cilindro. Geralmente, 3 a 4 fileiras de parafusos são distribuídas uniformemente no sentido radial para fixação de engrenagens bipartidas, conforme mostra a Figura 1.

O papel do parafuso de conexão aqui é garantir a confiabilidade e o aperto da conexão da engrenagem dividida durante a operação do moinho, evitar lacunas ou deslizamento relativo na superfície da junta da engrenagem dividida e garantir a transmissão suave da engrenagem das engrenagens abertas e grandes. Como o flange da engrenagem da fresa é fixado ao corpo do cilindro e à tampa da extremidade em três partes, elas podem ser consideradas como um todo. Portanto, o método de cálculo dos parafusos de fixação da engrenagem bipartida da usina de mineração é resolver a força circunferencial da engrenagem da engrenagem e resolver uma carga de cada parafuso de acordo com a força do grupo de parafusos que carrega o momento de giro, de modo que para selecionar os parafusos.

A temperatura interna do moinho para alumina é de cerca de 95 °C, enquanto a temperatura da superfície da roda dentada é de cerca de 50 °C. Para materiais planos de placas finas, a fórmula de tensão térmica gerada pelo gradiente de temperatura é

Na fórmula:

Q é a tensão térmica (MPa).

E é o módulo de elasticidade (MPa).

α é o coeficiente de dilatação térmica.

ΔT é a diferença entre a temperatura inicial do material e a temperatura da superfície (°C).

µ é a razão de Poisson.

A tensão térmica da engrenagem do moinho do flange para a superfície do dente diminui gradualmente de grande para pequeno. Devido às características estruturais da engrenagem dividida, a rigidez do flange é maior devido à fixação de três corpos com o corpo do cilindro e a tampa da extremidade. A superfície da junta da superfície do dente da engrenagem dividida tem a rigidez mais fraca, que é a fonte de liberação de tensão térmica, resultando em deformação e deslocamento da engrenagem dividida, abertura em forma de cunha da superfície da junta durante a operação e deformação plástica da parafusos de fixação.

A tensão térmica no flange da engrenagem é maior. Em vista desse fenômeno, a superfície de junta da engrenagem bipartida é otimizada como um design de folga sem contato, de modo que o estresse térmico gerado durante a operação do moinho possa ser liberado a partir daqui. Após a análise do acoplamento termomecânico, a engrenagem bipartida otimizada para estrutura pode efetivamente reduzir a quantidade de abertura em 25,9%. Esta teoria é uma análise de simulação sob condições de carga extrema, e a operação real é melhor que este valor. No entanto, o problema trazido por esta otimização estrutural é o grupo de parafusos de fixação radial da engrenagem bipartida, e somente os parafusos próximos à raiz do dente podem ser efetivamente fixados. No entanto, as duas fileiras de parafusos perto do flange não podem ser apertadas de forma eficaz porque a superfície de conexão é um ajuste de folga. Portanto, se a força de pré-aperto do grupo de parafusos de conexão da engrenagem bipartida não for calculada corretamente, primeiro, o aperto dos parafusos de conexão não pode ser garantido e, segundo, a força de pré-aperto aplicada pelos parafusos traseiros fará com que a superfície da junta da engrenagem dividida para abrir durante o processo de instalação.

2. Desenvolvimento de programa de cálculo para parafusos de fixação de engrenagens divididas

De acordo com a particularidade da estrutura da engrenagem bipartida de óxido de alumínio, os parafusos de fixação da engrenagem bipartida são calculados. O processo de desenvolvimento do programa de cálculo para parafusos de fixação de engrenagens bipartidas é o seguinte: análise da força do parafuso—cálculo da força mínima de pré-aperto exigida pelos parafusos—seleção do tipo de parafuso—verificação da resistência do parafuso. Com base nisso, é estabelecido o modelo matemático de seleção dos parafusos e o modelo matemático da força máxima de pré-aperto que pode ser aplicada pelos parafusos. O moinho é um equipamento de impacto para serviço pesado. Ao analisar a força dos parafusos, apenas o grupo de parafusos efetivamente apertados e o estado com a maior força em condições extremas são considerados.

2.1 Estabelecimento de modelo matemático para seleção de parafuso

O estabelecimento do modelo matemático de seleção dos parafusos é baseado na solução da força mínima de pré-aperto necessária para o aperto dos parafusos. É necessário não apenas garantir o aperto entre as engrenagens divididas, mas também garantir que os parafusos não estejam sujeitos a força de cisalhamento durante a operação do moinho. O modelo matemático construído é o seguinte:

Na fórmula:

F0 é a força mínima de pré-aperto exigida pelo parafuso (kN).

K0 é o coeficiente de pré-carga.

Ft é a força circular (kN).

z é o número de parafusos seguidos na borda externa da engrenagem (peças).

Kn é o coeficiente de confiabilidade. αn é o ângulo de pressão normal da engrenagem (°).

β é o ângulo da hélice da engrenagem (°).

µ é o fator de atrito da superfície da junta da conexão pré-carregada.

P é a potência do motor principal do moinho (kW).

dr é o diâmetro do círculo primitivo do pinhão (mm).

n é a velocidade de rotação do motor principal (r/min).

2.2 Estabelecimento do modelo matemático da força máxima de pré-aperto que pode ser aplicada aos parafusos

De acordo com a força de pré-aperto mínima exigida dos parafusos, os parafusos são selecionados e, após a seleção, a resistência do parafuso é verificada de acordo com as especificações do parafuso para garantir que os parafusos não sofram deformação plástica durante a operação do moinho. O modelo matemático da força máxima de pré-aperto que pode ser aplicada ao parafuso é

Na fórmula:

F0max é a força máxima de pré-aperto que pode ser aplicada aos parafusos de fixação (kN).

σs é a tensão de escoamento do parafuso (MPa).

AS é a área da seção transversal de tensão nominal da rosca (mm2).

ns é o fator de segurança.

KC é o coeficiente de rigidez relativo do parafuso e das partes conectadas.

De acordo com o modelo acima, a seleção dos parafusos de fixação para a grande engrenagem do moinho de alumina está concluída.

3. Instalação dos parafusos de fixação da engrenagem bipartida

Devido ao transporte, instalação, limite de peso e outros motivos, as peças principais de equipamentos de grande escala não podem ser fabricadas como um todo, e a conexão do parafuso após a divisão torna-se o elo fraco das peças principais, onde ocorrem falhas com frequência e onde a manutenção deve ser dada atenção. A seleção razoável dos parafusos de fixação da engrenagem bipartida é apenas o primeiro passo para sua aplicação confiável, e a instalação também é uma parte importante. Um bom método de instalação trará grande comodidade ao uso e manutenção do equipamento.

Conforme mencionado acima, a estrutura especial da engrenagem bipartida para alumina torna o grupo de parafusos radialmente próximo ao flange e incapaz de ser apertado de acordo com a força normal de pré-aperto. Tendo em vista este problema, o método de instalação dos parafusos de fixação da engrenagem dividida é padronizado em combinação com o ajuste do salto do diâmetro final das engrenagens grandes e pequenas e a folga dos dentes durante o processo de instalação, de modo a evitar os problemas de operação da fábrica causados pela instalação inadequada do equipamento.

3.1 Método de instalação do grupo de parafusos

A Figura 2 mostra os grupos de parafusos principais para fixação de engrenagens divididas e reaperto sob condições térmicas usando um profissional chave de torque elétrica. Os grupos de parafusos nas duas superfícies de junta são os mesmos. Porque o aperto final dos parafusos de fixação de três corpos da engrenagem da fresadora, corpo do cilindro e tampa da extremidade ocorre após o salto do diâmetro final das engrenagens grandes e pequenas e o ajuste da folga lateral do dente. Portanto, a ordem na qual os grupos de parafusos 1, 2 e 3 são instalados é particularmente importante.

Conclua primeiro a instalação simétrica do grupo de parafusos #1. Aqui está um grupo de parafusos de fixação eficaz, que determina se a engrenagem dividida é confiável durante a operação. Ao definir o valor máximo de torque do parafuso no chave de torque elétrica para garantir a operação precisa do torque e verifique a centralização da engrenagem dividida e a folga da superfície da junta. Em seguida, conclua a instalação simétrica dos grupos de parafusos nº 2 e nº 3 e aperte de acordo com 30% ~ 55% do torque total para aumentar o aperto da engrenagem dividida.

3.2 Reaperto de parafusos a quente

Atenção especial deve ser dada ao fato de que o estado térmico do moinho após a operação afetará inevitavelmente o afrouxamento e a deformação dos parafusos de fixação, portanto, a fixação secundária é particularmente importante. No estado quente, use também uma chave de torque elétrica para reapertar os grupos de parafusos nº 1, nº 2 e nº 3. Primeiro, afrouxe os parafusos de fixação de três corpos (grupo de parafusos nº 4) da engrenagem, cilindro e tampa da extremidade. Quando a engrenagem bipartida estiver centralizada e a folga da superfície da junta estiver intacta, siga as etapas de instalação para reapertar os grupos de parafusos nº 1, nº 2 e nº 3. Após todos os reapertos, é necessário verificar novamente o salto do diâmetro final e a folga lateral dos dentes das engrenagens grande e pequena, podendo ser utilizado somente após todos os valores atenderem aos requisitos.

4. No final

Para a alta temperatura no moinho de alumina, é causado o problema de abertura na superfície da junta da engrenagem dividida. Selecionar os parafusos de fixação apropriados e usar as ferramentas e métodos de fixação corretos pode resolver bem esse problema. Torc StarkGenericName tem uma vasta experiência na resolução de problemas de aparafusamento. Para grandes estruturas, parafusos de alta resistência têm sido pesquisados por muitos anos, e ferramentas de fixação de parafusos de alta qualidade foram desenvolvidas. Se você tiver alguma dúvida sobre fixação de parafusos, bem-vindo ao contacte-nos para obter a resposta que pretende!