Această lucrare oferă o prezentare generală detaliată a pinionului concasorului conic, o componentă critică a transmisiei care se angrenează cu angrenajul pivotant pentru a transfera puterea motorului către ansamblul excentric, permițând mișcarea oscilantă a conului în mișcare. Aceasta detaliază funcțiile pinionului, inclusiv transmiterea puterii, amplificarea cuplului și angrenarea de precizie. Compoziția și structura sunt detaliate, constând din dinții angrenajului, corpul arborelui, fusurile lagărelor, umeri/gulere, găuri de lubrifiere și canelură/canelă, împreună cu caracteristicile lor structurale. Pentru pinioanele de mari dimensiuni, este descris procesul de turnare, acoperind procesul de prelucrare a materialului, realizarea modelului, turnarea, topirea și turnarea, răcirea și dezmembrarea, tratamentul termic și inspecția. Pentru pinioanele forjate, este descris procesul de prelucrare și fabricație, inclusiv forjarea, prelucrarea brută, tratamentul termic, prelucrarea finisată și debavurarea/lustruirea. În plus, sunt specificate măsuri de control al calității, cum ar fi validarea materialelor, verificările preciziei dimensionale, testarea durității și a microstructurii, testarea performanței dinamice, testarea nedistructivă și inspecția finală. Aceste procese asigură că pinionul atinge rezistența, precizia și durabilitatea necesare, garantând o transmisie fiabilă a puterii în operațiunile de concasare solicitante.
Introducere detaliată a componentei pinionului concasorului conic
1. Funcția și rolul pinionului
Pinionul concasorului conic (numit și pinion de acționare sau angrenaj mic) este o componentă critică de transmisie în sistemul de alimentare al concasorului, angrenând direct cu angrenajul mare pentru a transfera energia de rotație de la motor la ansamblul excentric. Funcțiile sale cheie includ:
Transmisie de putereConversia rotației de mare viteză a motorului (de obicei 1450 rpm pentru motoarele electrice) într-o mișcare de cuplu mare și viteză redusă necesară angrenajului rotativ, acționând mișcarea oscilantă a conului în mișcare.
Amplificarea cupluluiAcționând ca un reductor de viteză (raport de transmisie de la 5:1 la 8:1) pentru a multiplica cuplul, permițând concasorului să manipuleze materiale dure precum granitul sau bazaltul.
Plasare de precizieMenținerea unei angrenări stabile cu angrenajul pivotant pentru a asigura o funcționare lină, reducând vibrațiile și zgomotul în timpul concasării.
Datorită rolului său în funcționarea continuă și la solicitări mari, pinionul trebuie să echilibreze rezistența ridicată, rezistența la uzură și precizia dimensională pentru a evita defectarea prematură.
2. Compoziția și structura pinionului
Pinionul este o roată dințată cilindrică de dimensiuni mici, cu un arbore plin sau gol, care prezintă următoarele componente și detalii structurale:
Dinți de angrenajDinți evolvenți externi (modul 6–16, în funcție de dimensiunea concasorului) cu un unghi de presiune de 20°, concepuți să se angreneze cu roata dințată. Profilul dintelui include o rază de racordare la rădăcină pentru a reduce concentrarea tensiunii.
Corpul arboreluiUn arbore cilindric integrat cu angrenajul, cu un capăt conectat la motor printr-un cuplaj (de exemplu, cuplaj flexibil sau fluid) și celălalt susținut de rulmenți (cu role sau cu bile). Diametrele arborelui variază de la 50 mm la 300 mm, cu canale de pană sau caneluri pentru transmiterea cuplului.
Jurnalele rulmențilorSecțiuni cilindrice prelucrate cu precizie pe arborele unde sunt montați rulmenții, cu toleranțe strânse (IT5–IT6) pentru a asigura o rotație lină și o bătaie minimă.
Umeri sau gulereProiecții axiale pe arbore care poziționează rulmenții și împiedică deplasarea axială în timpul funcționării.
Găuri de lubrifiereGăuri mici perforate care duc la dinții angrenajului și lagărele, prin care se furnizează ulei sau vaselină pentru a reduce frecarea și uzura.
Canal de cheie sau canelurăO fantă sau o serie de creste pe capătul arborelui care se îmbină cu cuplajul motorului, asigurând transferul cuplului fără alunecare.
3. Procesul de turnare a pinionului (pentru pinioane de dimensiuni mari)
În timp ce pinioanele mici sunt adesea forjate, pinioanele mari (diametrul arborelui 150 mm) pot fi turnate pentru rentabilitate, urmând următorii pași:
Selecția materialelor:
Se preferă oțelul turnat aliat de înaltă rezistență (ZG40CrNiMo), care oferă o rezistență la tracțiune ≥800 MPa și o tenacitate la impact ≥60 J/cm² pentru a rezista la sarcini ciclice.
Crearea de modele:
Se creează un model la scară completă din spumă sau lemn, replicând dinții angrenajului, arborele și fusurile. Se adaugă adaosuri de contracție (2–2,5%) pentru a ține cont de contracția prin răcire.
Turnare:
Matrițele de nisip lipite cu rășină sunt formate în jurul modelului, cu un miez de nisip pentru arborele gol (dacă este cazul). Cavitatea matriței este acoperită cu o soluție refractară pentru a asigura o suprafață netedă.
Topire și turnare:
Aliajul este topit într-un cuptor cu arc electric la 1550–1600°C, cu o compoziție chimică controlată la C 0,38–0,45%, Cr 0,8–1,1%, Ni 1,2–1,5% și Mo 0,2–0,3%.
Turnarea se efectuează la 1500–1530°C folosind o polonic de turnare de jos pentru a minimiza turbulențele, asigurând umplerea completă a matriței.
Răcire și agitare:
Piesa turnată este răcită în matriță timp de 48-72 de ore pentru a reduce stresul termic, apoi îndepărtată prin vibrații. Reziduurile de nisip sunt curățate prin sablare.
Tratament termic:
Normalizarea (880–920°C, răcire cu aer) rafinează structura granulelor, urmată de revenire (600–650°C) pentru a obține o duritate de 220–250 HBW, îmbunătățind prelucrabilitatea.
Inspecția turnării:
Inspecția vizuală și testarea cu lichide penetrante (DPT) verifică dacă există fisuri sau găuri la suprafață.
Testarea cu ultrasunete (UT) detectează defecte interne, cu limite stricte (fără defecte de peste φ2 mm în dinții angrenajului sau miezul arborelui).
4. Prelucrare și proces de fabricație (pinioane forjate)
Majoritatea pinioanelor sunt forjate pentru o rezistență mai mare, cu următorii pași de fabricație:
Forjare:
O țaglă de oțel (40CrNiMoA) este încălzită la 1100–1200°C și forjată într-o formă brută de arbore dințat folosind o presă hidraulică, îmbunătățind curgerea fibrelor și proprietățile mecanice.
Prelucrare brută:
Semifabricatul forjat este strunjit pe un strung CNC pentru a prelucra diametrul exterior al arborelui, umerii și fusurile lagărelor, lăsând o adaos de finisare de 2-3 mm.
Dinții angrenajului sunt prelucrați brut folosind o mașină de frezat angrenaje, cu o adaos de 0,5 mm pentru finisare.
Tratament termic:
Cementare: Dinții angrenajului și suprafața arborelui sunt carburate la 900–930°C timp de 6–10 ore pentru a crea un strat dur (grosime de 0,8–1,2 mm), care sporește rezistența la uzură.
Călire și revenire: Călită în ulei la 850–880°C, apoi revenită la 180–200°C pentru a obține o duritate superficială HRC 58–62 (dinți) și o duritate a miezului HRC 30–35 (ax).
Prelucrare de finisare:
Dinții angrenajului sunt rectificați folosind o mașină de polisat roți dințate cu precizie AGMA 7–8, cu o abatere a profilului dintelui ≤0,015 mm și o rugozitate a suprafeței Ra0,8 μm.
Fuliile rulmenților sunt rectificate cu precizie la toleranța IT5, cu rotunjime ≤0,005 mm și rugozitate suprafață Ra0,4 μm pentru a asigura o funcționare lină a rulmentului.
Canalele de pană sau canelurile sunt broșate la toleranțe strânse (lățime ±0,01 mm) pentru o cuplare sigură.
Debavurare și lustruire:
Marginile dinților sunt debavurate folosind o perie sau o roată abrazivă pentru a preveni concentrarea stresului.
Orificiile de lubrifiere sunt conice și lustruite pentru a evita obstrucționarea curgerii uleiului.
5. Procese de control al calității
Validarea materialelor:
Analiza chimică (spectrometrie) confirmă compoziția aliajului (de exemplu, 40CrNiMoA: C 0,37–0,44%, Ni 1,25–1,65%, Mo 0,15–0,25%).
Testarea la tracțiune pe probe forjate verifică rezistența la curgere (≥835 MPa) și alungirea (≥12%).
Verificări ale preciziei dimensionale:
O mașină de măsurat în coordonate (CMM) inspectează parametrii angrenajului: eroarea de pas (≤0,02 mm), grosimea dinților (±0,01 mm) și bătaia arborelui (≤0,02 mm).
Fuliile lagărelor sunt verificate pentru concentricitate cu axa angrenajului (≤0,01 mm) folosind un comparator cu cadran.
Testarea durității și a microstructurii:
Duritatea superficială a dinților se măsoară folosind un aparat de testare Rockwell (este necesar HRC 58–62).
Analiza metalografică asigură o adâncime uniformă a stratului de carburare și absența unui exces de austenită reținută.
Testarea dinamică a performanței:
Test de angrenare: Pinionul este asociat cu o roată dințată pivotantă pe un banc de testare pentru a măsura zgomotul (≤80 dB la turația nominală) și vibrațiile (≤0,05 mm/s).
Test de suprasarcină: Funcționare la un cuplu nominal de 120% timp de 2 ore pentru a verifica deformarea dinților sau supraîncălzirea rulmentului.
Testare nedistructivă (NDT):
Testarea cu particule magnetice (MPT) detectează fisurile superficiale ale dinților, umerii axului și canelurile de pană.
Testarea cu ultrasunete (UT) inspectează miezul arborelui pentru defecte interne (fără defecte >φ2 mm).
Inspecția finală:
Un audit complet al rapoartelor de testare, inclusiv certificatele de materiale și înregistrările dimensionale, este efectuat înainte de aprobare.
Pinionul este marcat cu numărul piesei, duritatea și data inspecției pentru trasabilitate.
Prin aceste procese riguroase, pinionul concasorului conic atinge rezistența, precizia și durabilitatea necesare, asigurând o transmisie fiabilă a puterii și o durată lungă de viață în medii de concasare solicitante.
