Volanta este o componentă cheie de stocare și transmisie a energiei în concasoarele cu fălci, montată pe arborele excentric pentru a echilibra fluctuațiile de sarcină, a stoca energie și a asigura o funcționare stabilă prin inerția sa de rotație. De obicei, are formă de disc, cu o gaură pe arbore (care se potrivește cu arborele excentric) și caneluri pentru scripeți, fiind realizată din fontă cenușie (HT250/HT300) sau fontă ductilă (QT450-10/QT500-7), în funcție de cerințele de sarcină.
Fabricația sa implică turnarea (turnare în nisip cu pregătirea matriței, topire/turnare la 1380–1450°C, tratament termic pentru detensionare), prelucrare mecanică (prelucrare brută/semi-finisare a cercurilor exterioare, găurilor interioare și a canelurilor scripeților, urmată de rectificare de precizie pentru a obține toleranța H7 și o rugozitate a suprafeței Ra ≤1,6 μm) și echilibrare dinamică (grad G6.3 pentru a asigura un dezechilibru rezidual ≤10 g·cm).
Controlul calității include inspecția materialelor (compoziția chimică și proprietățile mecanice), detectarea defectelor de turnare (MT/UT pentru fisuri/porozitate), verificări ale preciziei de prelucrare (toleranțe dimensionale/geometrice) și verificarea echilibrului dinamic final. Aceste măsuri asigură fiabilitatea volantei în rotația de mare viteză, cu o durată de viață de 8-10 ani, esențială pentru stabilitatea concasorului.
Introducere detaliată a componentei volante a concasoarelor cu fălci
Volanta este o componentă critică de transmisie și stocare a energiei la concasoarele cu fălci, montată de obicei la ambele capete ale arborelui excentric. Aceasta funcționează împreună cu fulia motorului pentru a acționa echipamentul. Funcția sa principală este de a stoca energie folosind inerția sa mare de rotație, de a echilibra fluctuațiile periodice de sarcină generate de arborele excentric în timpul rotației, de a reduce impactul asupra sarcinii motorului și de a asigura funcționarea stabilă a concasorului (în special prin amortizarea energiei între cursa de lucru atunci când falca mobilă zdrobește materialele și cursa de țeavă în timpul întoarcerii). În plus, volanta transmite puterea, transferând cuplul motorului către arborele excentric prin intermediul unei transmisii prin curea pentru a permite mișcarea de concasare alternativă a falcii mobile.
Volanții au în general formă de disc, cu caneluri pentru scripeți pe marginea exterioară (unele modele integrează volantul și scripetul). Centrul prezintă un orificiu pentru ax care se potrivește cu arborele excentric, iar pe ambele părți pot fi adăugate orificii de reducere a greutății sau nervuri de ranforsare (pentru a echilibra ușurința și rigiditatea). Greutatea lor variază în funcție de dimensiunea concasorului: 50–200 kg pentru mașinile mici și 500–2000 kg pentru cele mari. Materialul trebuie să ofere rezistență și tenacitate ridicate pentru a rezista la cupluri frecvente și forțe centrifuge.
I. Procesul de turnare a volantei
Volanții concasoarelor cu fălci sunt produși în mare parte prin turnare, folosind fontă cenușie (HT250, HT300) sau fontă ductilă (QT450-10, QT500-7). Fonta cenușie, cu cost redus, absorbție bună a șocurilor și ușurință în prelucrare, este potrivită pentru volante de dimensiuni mici și medii. Fonta ductilă, cu o rezistență mai mare (rezistență la tracțiune ≥450 MPa) și o tenacitate excelentă, este utilizată pentru volante mari sau rezistente la sarcini mari. Procesul specific de turnare este următorul:
Pregătirea mucegaiului
Se adoptă turnarea în nisip (nisip de rășină sau nisip de silicat de sodiu). Modelele din lemn sau metal (inclusiv detalii precum găurile arborelui, canelurile scripeților și găurile de reducere a greutății) sunt realizate pe baza desenelor volantei, cu o adaos de prelucrare de 3-5 mm (luând în considerare rata de contracție de ~1% a fontei cenușii).
Matrița de nisip este compactată la o densitate ≥85% pentru a asigura o suprafață netedă a cavității, prevenind găurile de nisip pe turnare. Pe suprafața de separare sunt adăugate caneluri de ventilație pentru a evita încorporarea gazului și porozitatea în timpul turnării.
Topire și turnare
Topirea fontei cenușii: Fonta brută, oțelul uzat și fierul uzat returnat sunt proporționate, topite într-un cubil sau cuptor de medie frecvență la 1400–1450°C. Compoziția chimică este controlată (C: 3,2–3,6%, Si: 1,8–2,2%, Mn: 0,6–0,9%, S ≤0,12%, P ≤0,15%) pentru a echilibra fluiditatea și rezistența.
Fonta ductilă necesită agenți de sferoidizare (de exemplu, aliaje de magneziu, aliaje de ceriu) și inoculanți (ferosiliciu) adăugați înainte de turnare. Turnarea se face rapid după sferoidizare (pentru a evita degradarea prin sferoidizare) la 1380–1420°C.
Un sistem de turnare de jos asigură un flux constant de metal, prevenind antrenarea zgurii. Coloanele verticale sunt utilizate pentru volante mari pentru a alimenta secțiuni groase (de exemplu, jante), evitând cavitățile de contracție și porozitatea.
Scuturare și curățare
Turnarea este dezumflată după răcire la sub 200°C. Coloanele verticale sunt îndepărtate (tăiere cu flacără pentru volantele mari, lovire manuală pentru cele mici), iar marcajele de deschidere sunt șlefuite și netezite.
Nisipul de suprafață și bavurile sunt curățate. Inspecția vizuală verifică dacă există fisuri sau închideri reci. Găurile de reducere a greutății și găurile arborelui sunt curățate preliminar.
Tratament termic
Volante din fontă gri: Recoacerea prin detensionare (încălzire la 550–600°C, menținere timp de 2–4 ore, răcire în cuptor la 200°C) elimină stresul din turnare, prevenind deformarea în timpul prelucrării.
Volante din fontă ductilă: Normalizarea (850–900°C timp de 1–2 ore, răcire cu aer) rafinează granulele, asigurând un conținut de perlită ≥80% și o duritate de 180–230 HBW.
II. Procesul de fabricație al volantei
Precizia de prelucrare afectează direct echilibrul dinamic al volantei și stabilitatea transmisiei. Mai multe etape de prelucrare asigură dimensiuni critice și toleranțe geometrice:
Prelucrare brută
Folosind cercul exterior și fața frontală a piesei turnate ca referințe, un strung (sau un strung CNC) strunjește degroșător cercul exterior al jantei, orificiul interior (potrivindu-se cu arborele excentric) și ambele fețe frontale, lăsând o adaos de finisare de 2-3 mm.
Găurile pentru reducerea greutății (dacă sunt proiectate) se găuresc cu un burghiu radial, cu o toleranță a diametrului găurii de ±0,5 mm și o rugozitate a suprafeței Ra ≤12,5 μm.
Semi-finisare
Strunjirea de precizie a găurii interioare: Folosind cercul exterior strunjit brut ca referință, un mandrin cu trei bacuri fixează volanta. Găurii interioare se strunjește aproape la dimensiunea proiectată (alocație 0,5–1 mm), asigurând o rotunjime ≤0,1 mm și un joc de potrivire cu arborele excentric conform toleranței H7/js6.
Strunjirea canalelor de roată: Pentru proiectele integrate volantă-roată, canelurile în V sunt prelucrate pe jantă cu o toleranță adâncime/lățime ±0,2 mm, rugozitatea suprafeței Ra ≤6,3 μm și abaterea unghiului canelurii ≤1°.
Finisare
Prelucrarea finală a găurii interioare: Alezarea sau rectificarea (rectificatoare interioare pentru volante mari) asigură toleranța H7, rugozitatea suprafeței Ra ≤1,6 μm și rectilinierea axei ≤0,05 mm/m.
Strunjire de precizie pe fețe frontale: Folosind gaura interioară ca referință, un comparator cu cadran aliniază volanta. Ambele fețe frontale sunt strunjite pentru a asigura perpendicularitatea față de axa găurii interioare ≤0,05 mm/100 mm și planeitatea ≤0,1 mm/m.
Echilibrare dinamică preliminară: Un stativ de echilibrare verifică echilibrul. Zonele grele sunt marcate, iar echilibrarea brută se face prin frezarea părții laterale a jantei (îndepărtând cantități mici de metal), limitând dezechilibrul rezidual la ≤50 g·cm.
Tratament de suprafață
Bavurile sunt îndepărtate. Suprafața interioară a găurii este fosfatată (îmbunătățind stabilitatea la fixare cu ajutorul tijei excentrice). Suprafața exterioară este vopsită (grund + strat de acoperire) cu o peliculă de 60–80 μm, atingând o aderență de gradul 1 conform GB/T 9286 (fără exfoliere în testele de tăiere transversală).
III. Procesul de control al calității volantei
Fiind o componentă rotativă de mare viteză, controlul calității acoperă materialul, precizia prelucrării și echilibrul dinamic:
Controlul calității materiilor prime și a turnărilor
Inspecția compoziției chimice: Un spectrometru verifică conținutul de C, Si, Mn. Testele de tracțiune (fontă ductilă: rezistență la tracțiune ≥450 MPa, alungire ≥10%) sunt efectuate pe probe.
Detectarea defectelor: testarea 100% cu particule magnetice (MT) pe zonele critice (margine, orificiu interior) verifică existența fisurilor sau a porozității. Testarea cu ultrasunete (UT) garantează absența defectelor interne ≥φ3 mm.
Inspecția de precizie a prelucrării mecanice
Toleranță dimensională: Sublerele și micrometrele verifică diametrul interior al găurii, cercul exterior al jantei și dimensiunile canelurii scripetelui. Un comparator cu cadran măsoară rotunjimea/cilindricitatea găurii interioare (eroare ≤0,03 mm).
Toleranță geometrică: O echeră și o calibră verifică perpendicularitatea feței frontale. Un interferometru laser verifică rectilinietatea axei.
Inspecția echilibrului dinamic
O mașină de echilibrat cu lagăre rigide efectuează o echilibrare de precizie la 50–100% din viteza de funcționare (300–600 r/min), necesitând un grad de echilibrare G6.3 (dezechilibru rezidual ≤10 g·cm în funcție de greutate).
După echilibrare, se găuresc găuri (sau se adaugă greutăți de echilibrare) în poziții grele, cu marcaje de echilibrare pentru alinierea cu arborele excentric în timpul asamblării.
Inspecția finală înainte de asamblare
Inspecție vizuală: Fără zgârieturi, vopsea uniformă și orificiu interior curat (fără ulei sau resturi). Alinierea cu fulia motorului se verifică prin intermediul firului de frânghie, cu o eroare ≤0,5 mm.
Montaj de probă: Testarea la rece a axului excentric asigură o suprafață de contact ≥80%. Volanta trebuie să se rotească liber fără a se bloca.
Aceste procese asigură că volanta îndeplinește cerințele de stabilitate în timpul funcționării la viteză mare, cu o durată de viață de 8-10 ani (corespunzând concasorului). Uzura sau defecțiunea echilibrării necesită înlocuirea sau reechilibrarea la timp pentru a preveni vibrațiile excesive sau supraîncălzirea rulmentului.
