鉱山現場やセメント工場に足を踏み入れると、重量が数百トンあり、1 日 24 時間稼働し、単一の巨大な歯車に依存して回転し続ける回転装置を見つけることができます。その歯車はリング歯車 - で、ガース歯車 - とも呼ばれ、重工業の縁の下の力持ちです。 1 つに障害が発生するとライン全体が停止し、ダウンタイムのコストは 1 時間あたり数万ドルに達する可能性があります。
リングギアの実際の働き
リングギアは、回転するドラムまたはキルンシェルの周囲にボルトで固定された大径のギアです。{0}ギアボックスを介して電気モーターによって駆動される 1 つまたは 2 つの小さなピニオンと噛み合います。モーターはピニオンを回転させ、ピニオンはリングギアを回転させ、リングギアはシェル全体 - を通常 1 ～ 20 RPM の速度で回転させます。
デザインはシンプルですが、非常に効果的です。ギアをドラム自体に巻き付けることで、このサイズでは実用的ではない巨大な中心シャフトとベアリングが不要になります。リングギヤは駆動力を全周に分配します。これは、鉱石と鋼球が詰まった 500 トンのボールミルを回転させるときに不可欠です。
リングギアは巨大です。一般的なモジュールの範囲は 20 ～ 50 で、最大の粉砕機では直径が 14 メートルを超える場合があります。これらは一体的に鋳造されるか、輸送や設置のために 2 つ以上のセグメントに分割されます。材料はほとんどの場合、鋳鋼 - ZG45、42CrMo、または類似の合金 - で、表面硬度と中心部の靭性の適切なバランスを達成するために熱処理が施されています。
採掘: あらゆる種類の粉砕機
採掘におけるリングギアの主な仕事は、粉砕機 - を回転させることです。この機械は、鉱物の回収に必要な細かい粒子サイズまで鉱石を粉砕する機械です。
ボールミルは最も一般的な用途です。部分的に鋼球が入った水平鋼製シリンダーが軸を中心に回転し、衝撃と摩耗によって鉱石を転がして粉砕します。サイズは、小規模事業の直径数メートルから、大規模な銅鉱山や金鉱山の直径 8 メートルを超えるものまで多岐にわたります。大型ボールミルのリングギアは単体で 30 トン以上の重さになることがあります。
SAG ミル（半自動粉砕）と AG ミル（自動粉砕）はこれをさらに一歩進めたものです。{0} SAG ミルは少量の鋼球とともに鉱石そのものを粉砕媒体として使用しますが、AG ミルは完全に鉱石に依存しています。これらのミルはボール ミルよりもさらに大きく、直径 10 ～ 12 メートルのものが一般的であり、これを駆動するリング ギアもそれに応じて巨大です。ここでの負荷は極端です。フル装備の SAG ミルの重量は 1,000 トンを超える場合があり、リングギアは歯に衝撃負荷を与えることなくその質量をスムーズに起動および停止する必要があります。
ロッドミル、ペブルミル、タワーミルは、採掘用途を完成させます。サイズと負荷プロファイルは異なりますが、それぞれリング ギア ドライブを使用しています。これらすべてに共通しているのは、あらゆるものに侵入する粉塵、振動、研磨鉱石の粒子が絶え間なく続く過酷な動作環境です。-。鉱山におけるリングギアには、摩耗に耐えるための高い表面硬度と、繰り返しの負荷による疲労に耐えるための頑丈な歯根が必要です。
セメント: 窯、ミル、乾燥機
セメント業界もリングギアを大量に使用している業界であり、ここでの要求は異なりますが、同様に厳しいものではありません。
ロータリー キルはセメント工場の心臓部です。通常、直径 4 ～ 6 メートル、長さ 60 ～ 100 メートルの長く、わずかに傾斜した鋼製シリンダー - が 1 ～ 4 RPM で回転し、下端の炎が材料を 1,400 度以上に加熱します。石灰石と粘土が上部から供給され、セメントクリンカーが下部から出てきます。リングギアは通常、排出端近くに取り付けられており、キルンシェルが数センチメートル熱膨張しても、ピニオンとの正確な噛み合いを維持する必要があります。この熱膨張は、セメントキルンのリングギアの設計上の最大の課題の 1 つです - ギアは、ほとんどの機械が歪む温度範囲にわたって位置合わせを維持する必要があります。
セメントボールミルは鉱山用ボールミルと同じ原理で動作し、クリンカーをセメントとなる微粉末まで粉砕します。これらのミルは分離器を備えた閉回路で稼働することが多く、リング ギア ドライブは速度の変動を最小限に抑えて連続運転を処理する必要があります。セメントミルは最大の鉱山用 SAG ミルよりも小さい傾向がありますが、何年も停止することなく稼働するため、信頼性と耐摩耗性が最も重要です。
ロータリー乾燥機と冷却機は、3 番目に主要なセメント用途です。乾燥機は原料がキルンに入る前に水分を除去し、クーラーはキルンから出た後の熱いクリンカーを取り扱い温度まで下げます。どちらもキルンと同様のリングギアドライブを使用しますが、負荷と温度は低くなります。ここで重要なのは一貫性です。- 不均一な回転は不均一な乾燥や冷却を引き起こし、製品の品質に影響を与えます。
デザインと材料の考慮事項
20 年使用できるリングギアと 5 年で故障するリングギアの違いは、デザイン、素材、製造品質にあります。
歯の輪郭は重要です。最新のリングギアのほとんどは、真っ直ぐな平歯ではなく、はすば歯を使用しています。ねじれ角により負荷が複数の歯に同時に分散されるため、衝撃が軽減され、騒音が低減され、歯車はハンマーを打つことなく低 RPM でメガワット級のトルクを伝達できるようになります。{2}}はすば歯車は軸方向の推力を生成するため、ミルのサポート ローラーで吸収する必要がありますが、ヘビーデューティー用途ではトレードオフの価値があります。-
材料の選択は用途によって異なります。熱と熱サイクルが主な懸念事項となるセメント窯の場合、42CrMo や AISI 4140 などの合金は高温でも強度を維持します。摩耗が優勢な鉱山工場では、表面硬化（多くの場合、高周波焼入れや火炎焼入れによる）を施した高炭素鋳鋼を使用すると、歯の寿命が長くなります。{4}熱処理プロセスは非常に重要です - 硬すぎると衝撃を受けると歯が割れてしまいます。柔らかすぎると数年で磨耗してしまいます。
製造精度は最終的な部分です。歯は正確な輪郭に合わせて切断され、ギアは完全に真円であり、ボルト穴はドラム フランジと正確に位置合わせされている必要があります。振れや位置ずれがあると、歯に不均一な負荷がかかり、摩耗が促進され、致命的な歯の破損につながる可能性があります。高品質のメーカーは、出荷前に鋳物に対して超音波検査を実施し、三次元測定機で歯形をチェックし、ピニオンのフルメッシュテストを実施します。
メンテナンスと耐用年数
-適切に設計され、適切に取り付けられたリングギアは、交換が必要になるまで 15 ～ 25 年間使用できます。-重要なのは潤滑と監視です。
ほとんどのリングギアは、オープンギア潤滑--を使用しています。これは、自動スプレー システムまたはオペレータによる手動で適用される高濃度グリースまたはアスファルト ベースの化合物です。{2}}潤滑剤は、遠心力下でも歯に留まり、水や粉塵による流出に耐え、極度の圧力に耐える必要があります。一般的な塗布量は毎分数グラムで、回転するピニオンにスプレーされます。不十分な潤滑は、リングギアの早期故障の最大の原因です-。潤滑膜が破壊されると、歯が摩耗し、傷がつき、摩耗が急速に進みます。
定期的な検査により、問題が故障する前に発見されます。メンテナンスチームは、歯の摩耗パターンをチェックし、歯の表面に穴や剥離がないか探し、バックラッシュを測定し、異常な騒音を聞きます。歯の片側に集中している摩耗パターンは、通常、ピニオンの中心がずれているか、ギアがドラム上でずれているかのいずれかのミスアライメントを示しています。-この問題を早期に発見して調整し直すと、ギアの寿命を何年も延ばすことができます。-
リングギアが寿命に達した場合、交換は大掛かりな作業となります。製粉機または窯を停止し、古い歯車のボルトを外して切断し（多くの場合、部分的に取り外します）、新しい歯車を取り付けて位置合わせする必要があります。これには、数日から数週間の計画的なダウンタイムがかかる可能性があるため、ほとんどの工場では予備のリングギアを棚に保管し、何年も前から交換の計画を立てています。
結論
リングギヤは、あらゆる産業作業において最大かつ最も負荷のかかる機械コンポーネントの 1 つです。採掘では、鉱石を回収可能なサイズに縮小する粉砕機、- ボールミル、SAG ミル、AG ミル、ロッドミルを駆動します。これらのミルは、しばしば直径 10 メートルを超え、1,000 トンを超える荷重を処理します。セメントでは、1,400 度でクリンカーを生成するロータリー キルン、クリンカーを粉砕して粉末にするボール ミル、プロセスをサポートする乾燥機と冷却器を駆動します。
動作条件はほとんど異なります - 採掘には摩耗と衝撃荷重が関係し、セメントには熱と熱膨張が関係します - しかし、要件は同じものに収束します。つまり、最小限の注意で数十年間稼働できる、正確に製造され、適切に潤滑され、慎重に調整されたリングギアです。これを正しく行うと、背景に消えていき、確実にその役割を果たします。間違えると、現場で最も高価な文鎮になってしまいます。
