Kapitola VI. Nové technologie v oblasti pásových dopravníku (ČÁST 1)

Úvod
Pásový dopravník je dopravník, jehož unášecím a tažným prvkem je nekonečný dopravní pás obíhající mezi hnacím a vratným bubnem doplněný dalšími konstrukčními prvky potřebnými pro provoz dopravníku. Je určen pro přímočarou vodorovnou a úklonnou dopravu sypkých hmot  (za určitých okolností i kusových materiálů nebo osob) na krátké, střední i dlouhé vzdálenosti (dálková pásová doprava). Výhodou oproti jiným dopravním zařízením je plynulá doprava s vysokým dopravním výkonem.

Pásové dopravníky patří mezi nejrozšířenější dopravní prostředky v různých průmyslových odvětvích. Díky tomuto faktu se velice rychle rozvíjí po stránce konstrukční (vzhledem k jejich výkonnosti) a nacházejí uplatnění v nejrůznějších provozních podmínkách, především v plynulé hromadné dopravě materiálů. Výhody pásových dopravníků vzhledem k jiným dopravním prostředkům, především co se týče výkonnosti, hospodárnosti provozu a údržby jsou stále větší.

Největšími subjekty v naší republice používajícími různé způsoby dopravy materiálu jsou mezi jinými především povrchové doly. Doprava na povrchových (ale též hlubinných) dolech představuje jeden z nejdůležitějších článků technologie dobývání, bez kterého nelze realizovat těžební proces. Charakter povrchového dobývání vyžaduje přemísťování velkého množství nadložních vrstev hornin na výsypku, obvykle na velké vzdálenosti a zároveň dopravu těžených užitkových nerostů k dalšímu zpracování či úpravě. V těžebním procesu povrchového dolu se v zásadě používají tři základní způsoby dopravy:

  • přetržitá (cyklická) doprava (kolejová, automobilová),
  • kontinuální doprava (pásová doprava, příp. hydraulická doprava),
  • kombinovaná doprava.

Všechny základní způsoby dopravy na povrchových dolech, tj. kolejová, automobilová a pásová mají své určité použití vyplývající jednak z jejich technických možností a předpokladů, jednak z ekonomiky provozu.

Po použití jednotlivých výše uvedených způsobů dopravy lze uvést následující přibližná kritéria:

  • kolejová doprava– vhodnáprostřední až větší hodinová dopravovaná množství (cca do max. 5 000 m3.h-1), velké dopravní vzdálenosti (5 – 15 km) a malá stoupání trasy (cca max. 4°). Stavební investice a náklady na údržbu jsou velké,
  • automobilová doprava- vhodnápro malá až střední hodinová dopravovaná množství (cca do max. 1 500 – 2 000 m3.h-1), malé až střední vzdálenosti (2 – 8 km) a střední stoupání trasy (cca max. 18°). Vhodné zejména pro krátkodobé akce,
  • pásová doprava- vhodnápro největšíhodinová dopravovaná množství (až do 20 000 m3.h-1 i větší), střední až velké dopravní vzdálenosti (3 – 15 km i větší) a velké stoupání trasy. Stavební investice (terénní úpravy) jsou poměrně malé.

V dalších kapitolách se budu zabývat posledně jmenovaným způsobem přepravy sypkých materiálů, neboť se pásová doprava postupem času ukázala být nejefektivnějším způsobem přepravy materiálů nejen na povrchových a hlubinných dolech. Pásové dopravníky postupem času získaly uplatnění také v dalších odvětvích lidské činnosti. Z tohoto důvodu je nezbytně nutné neustále zlepšovat jejich parametry a to jak z pohledu ekonomického tak také konstrukčního a tím zefektivňovat jejich provoz.

6.1       Rozdělení pásové dopravy

Pod pojmem pásová doprava je obecně zahrnována veškerá doprava sypkých materiálů prováděna pásovými dopravníky tvořícími funkční část jednotlivých strojů a zařízení. Rozdělení pásové dopravy lze v zásadě provést dle účelu nasazení do dvou základních skupin – pásové dopravy dálkové a technologické (viz tab. 6.1).

Dálková doprava se od technologické pásové dopravy v podstatě liší vyšší dopravní objemovou výkonností Qt > 1 000 m3.h-1 a vyšší rychlostí dopravního pásu v > 2,5 m.s-1.

Pásové dopravníky lze dále rozdělit s ohledem na jejich sklon, který významně ovlivňuje jejich řešení:

  • vodorovné (-3° < ε< 3°)
  • šikmé

•         dovrchní (3° < ε < 15° /18°/)

•         úpadní (ε < -3°)

•         strmé (ε > 20°)

Úpadními dopravníky nazýváme šikmé dopravníky, dopravující materiál směrem dolů, jejichž sklon je takový, že pro dopravu jmenovitého dopravního množství jsou odpory proti pohybu dopravního pásu menší, než příslušná složka tíhy dopravovaného materiálu ve směru pohybu, tj. že dopravník musí být trvale provozován jako motoricky brzděný a pracuje v generátorovém režimu.

Konstrukční schéma pásového dopravníku je znázorněné na obr. 6.1. Základními konstrukčními prvky jsou:

  • poháněcístanice,
  • vratnástanice,
  • napínacístanice,
  • nosnéválečky,
  • dopravnípás,
  • doplňujícía ochranné zařízení.

Všechny výše vypsané prvky jsou nesené nosnou konstrukcí pásového dopravníku. Pásové dopravníky mohou být stabilní, mobilní a přenosné. Každý z těchto typů dopravníků se vyznačuje určitými zvláštnostmi nosné konstrukce s ohledem na účel použití dopravního pásu.

6.2       Teorie přenosu síly třením

Je li tažný element (lano, dopravní pás) opásán kolem kotouče (bubnu) pod úhlem aa oba jeho konce jsou zatíženy sílami Fn, Fo, vzniká na povrchu kotouče (bubnu) tření, které do určité míry zabraňuje prokluzu tažného elementu.

Poměr sil, při kterém ještě nedojde ke smeknutí tažného elementu, je znázorněn na obr. 6.2

 

 

1.1       Výpočet pásových dopravníků

Při návrhu pásových dopravníků je účelné vycházet především z výpočtu potřebné obvodové síly na pohá­něcím bubnu a z toho plynoucího tahového namáhání pásu, neboť tyto hodnoty podstatně ovlivňují volbu pohonu a konstrukce pásu. Výkon pohonu se stanoví z obvodové síly na poháněcím bubnu a z rychlosti pásu. Potřebná šířka pásu se určuje na základě největšího objemového dopravovaného množství a případně podle kusovitosti dopravované hmoty. Je nutno věnovat pozornost řadě různých činitelů, které ovlivňují obvodovou sílu na poháněcím bubnu a ztěžují tak přesné stanovení výkonu. Výpočet výkonů a tahových sil pásových dopravníků upravuje norma ČSN ISO 5048, která nahradila normu ČSN 26 3102 z 14.7.1988. Některé dopravníky představují složité problémy, například dopravníky s více pohony nebo nepravidelným profilem trasy. Pro jejich výpočet, který není zahrnut ve zmíněné mezinárodní normě se doporučuje konzultace s příslušnými odborníky. Jedná se především pro dynamické jevy vzniklé při provozu dopravníku [4].

 

1.1.1        Dynamika pásového dopravníku při neustáleném provozu

Vyšetření dynamického chování pásového dopravníku jako celku při neustáleném provozu, tj. přechodových fázích rozběhu a brzdění je velmi složitou úlohou, kterou nelze exaktně vyřešit ani s pomocí výkonné výpočetní techniky. Nutno si uvědomit, že zásadní složitost řešení dynamiky pohybu vzniká v důsledku přenosu hnací síly na pružný dopravní pás působením tření, visko-elastických vlastností dopravního pásu, chování dopravovaného materiálu, průběhu hnací síly atd. Proto všechna řešení jsou nutně založena na větším či menším zjednodušení a mohou tedy zprostředkovat spíše kvalitativní než kvantitativní představu o probíhajících pochodech [4].

Vlastní dopravní pás představuje pružný člen v němž v průběhu neustáleného provozu dochází ke změnám tahu, které vyvolávají relativní posuvy v elementu pásu, tj. podélné kmitání (obr. 6.8).

V místech válečkových stolic a převáděcích bubnů nutno do pásu zavést účinky pasivních odporů a setrvačných sil od rotačních hmot a v místě hnacího bubnu pak navíc hnací obvodovou sílu pohonu. Aby bylo možno takovouto složitou mechanickou soustavu v reálném čase popsat, je nutné pracovat s náhradním mechanickým modelem, kde spojitě rozdělené hmoty a účinky jsou nahrazeny diskrétními. Náhradní model dopravního pásu lze pak v horní i dolní větvi dopravníku uvažovat dle obr. 6.10.

Řešením soustavy diferenciálních rovnic lze potom stanovit dynamické chování dopravního pásu při přechodovém stavu, tj. ve fázi rozběhu či brzdění. Je samozřejmé, že řešení dynamického chování dopravního pásu v přechodovém stavu při uvažování vícebubnového pohonu, napínacího režimu, podmínek přenosu třecí síly na hnacích bubnech (prokluzu), charakteristiky pohonu (průběhu hnacích momentů) aj. je podstatně složitější než bylo výše naznačeno. Samotné určení základních charakteristik dopravního pásu, tj. součinitele dynamické tuhosti a dynamického tlumení je velmi obtížné. Vytvoření obecného náhradního modelu pásového dopravníku se zahrnutím všech ovlivňujících činitelů je teoreticky i časově velice náročné. Běžně se proto v praxi tyto výpočty neprovádí. Pro obvyklé případy návrhů pásových dopravníků zcela postačuje používaný způsob statického řešení s uvažováním působení konstantního zrychlení (či zpoždění) v přechodových stavech, tj. rozběhu či brzdění. Komplexní výpočet včetně podrobného řešení dynamického chování se používá pouze v ojedinělých, technicky náročných případech návrhu pásových dopravníků zvláštního určení. Toto řešení slouží, jak již bylo dříve uvedeno spíše pro získání kvalitativních představ o chování pásového dopravníku v různých extrémních režimech provozu.Výše, stručně uvedené výpočty však neřeší komplexně výpočet parametrů pásového dopravníku pro jeho realizaci. Je nutné provést další potřebné kalkulace jako například výpočet požadované napínací síly, včetně maximálního a minimálního zdvihu napínacího zařízení, která samozřejmě závisí na umístění napínací stanice, dále pak přechodové stavy dopravníku (rozběh, doběh) a jejich vliv na jednotlivé parametry dopravníku (síly v pásu atd.) apod. Tyto okruhy řeší publikace: [1], [9], [11].

 

6.5       Bubny a jejich výpočet

Bubny pásových dopravníků současně s pásem jsou důležitými prvky celého strojního celku, které ovlivňují jeho parametry (dopravní výkon, potřebný příkon, bezpečnost provozu, apod.). Jejich dimenzování není jednoduché a to nejen z důvodu jejich konstrukce, ale také z důvodů pružnosti celého dopravního systému, především tedy dopravního pásu, který vnáší do tohoto strojního celku dynamické prvky, ovlivňující zatížení bubnů pásových dopravníků a to jak hnacích, tak i hnaných.

Výpočet bubnů je poměrně komplikovaný, neboť se jedná o strojní část, která je z hlediska pružnosti a pevnosti staticky neurčitá a to jak pro ohybové, tak také pro kroutící momenty. Níže uvádím základní body dvou různých výpočtů bubnů. Tím prvním je výpočet dle prof. Fuxy -  literatura [2]. Druhým pramenem pak je podniková norma [21], která byla v závislosti na vývoji výpočetní techniky základem pro zpracování elektronické verze výpočtu.

6.5.1        Výpočet dle Fuxy [2]

Tento výpočet je odvozen jak pro hnací, tak pro vratné - nepoháněné bubny pásových dopravníků. Je vhodný také jako názorný příklad filozofie výpočtu a může sloužit jako základ pro případné další úpravy a rozšiřování základních vztahů určených pro zjednodušené profily jednotlivých částí bubnu a dalších parametrů vstupujících do výpočtu.

Napěťové stavy strojních součástí obecně ovlivňuje:

  • konstrukčnířešení (typ a rozměry konstrukce, kvalita konstrukčního zpracování – zejména s ohledem na vrubové účinky),
  • zatížení(orientace a velikost tlaků, sil a momentů a jejich změny v závislosti na čase),
  • jakost výroby (vady materiálu, kvalita mechanického opracování, eventuelně „zbytková pnutí“ jako důsledek technologie svařování apod.

dopravník v ustáleném stavu. Plášť poháněcího bubnu je zatížen tlaky mezi pásem a pláštěm bubnu, třecími silami a kroutícím momentem. Tyto účinky jsou obecně známy ze vztahů pro pásové tření (Eulerovo řešení). V přechodovém stavu je buben navíc zatížen dynamickým momentem, který plyne z rozbíhání (brzdění) hmot v pohybu translačním a rotačním.
Buben rotuje určitou úhlovou rychlostí – z hlediska „pružnosti a pevnosti“ se tedy jedná o „rotující kotouč“. Při kinematických poměrech, za nichž jsou pásové dopravníky provozovány, je však vliv rotace na napěťový stav zanedbatelný.

Obecný bod bubnu mění za rotace vůči zatěžujícím účinkům svou polohu. Orientace zatížení je tedy vzhledem k libovolně zvolenému bodu bubnu v čase proměnná, což vede k únavovému namáhání materiálu bubnu.
Zátěžné účinky hnacího (hnaného) bubnu
Je uvažován pás dle obr. 6.13, nesoucí v horní větvi přepravovaný materiál, vysypávaný z poháněcího bubnu. Vratná větev je předepnuta závažím Z, jehož tíha je přenášena osou napínacího bubnu. Obdobně je zatížen vratný buben. Dále jsou řešeny zátěžné účinky poháněcího bubnu v ustáleném stavu (rychlost v pásu je konstantní).
Silové účinky bubnu na pás (pásu na buben) a pohonu na buben (bubnu na pohon) vyhovují principu akce a reakce, jak je naznačeno na obr. 6.14.

Poháněcí buben je tedy v ustáleném stavu zatížen kroutícím momentem MK, který celý působí na jedné straně jednomotorového pohonu bubnu (případně působí poloviční hodnotou na každé straně hřídele při dvoumotorovém pohonu) a silami T1 a T2. Toto schéma zatížení je však pro pevnostní výpočet poměrně zjednodušené, jak je patrné z následujícího odstavce.

 

Neustálený stav pásového dopravníku

Většinu pracovního času se pásový dopravník nachází v ustáleném režimu. Zátěžné účinky byly popsány v předchozích odstavcích a způsobují únavové namáhání bubnů (poháněcích, vratných i napínacích). Při rozběhu nebo brzdění se však zátěžné účinky mění, a to vlivem urychlování (zpožďování) pohybujících se hmot. Jde především o posuvný pohyb, závislý na hmotnosti přepravovaného materiálu (m0) a vlastního pásu (mP) a otáčivý pohyb, závislý na momentu setrvačnosti. rotoru elektromotoru (JM), spojky (JS1) mezi el. motorem a převodovkou, převodovky (JP), spojky (JS2) mezi převodovkou a poháněcím bubnem, poháněcího bubnu (JB), vratného bubnu (JV), napínacího bubnu (JN), opěrných válečků (JVA) apod. (obr. 6.17).Je-li kontaktní tření mezi pásem a pláštěm poháněcího bubnu dostatečné (nedochází-li k prokluzu), lze kinematické poměry (a odtud i dynamické zátěžné účinky) při rozběhu pásu stanovit z pohybové rovnice (obr. 6.17C):

There are currently no posts in this category.