Динамическое повреждение конвейерной ленты

Динамическое повреждение конвейерной ленты

Износ конвейерной ленты является необратимым процессом без возможности избежать его в процессе работы ленточного конвейера, то есть во время транспортировки материала с использованием ленточных конвейеров.

В целом можно сказать, что необратимые изменения, возникающие внутри конвейерной ленты, вызваны физическими, химическими и биологическими воздействиями.

Одновременное действие этих трех факторов вызывает старение верхней и нижней крышки конвейерной ленты. Разрушение резиновых деталей конвейерной ленты вследствие химического или физико-химического воздействия называется коррозией. Процесс коррозии может быть ускорен вследствие солнечного света или температуры. Нежелательное изменение химических характеристик в некоторых частях конвейерной ленты является еще одним негативным процессом, который называется деградацией.

Вопрос износа конвейерной ленты является специфической областью исследований, которая интересна как производителям, так и пользователям конвейерных лент. Производители конвейерной ленты применяют различные процедуры для увеличения срока службы конвейерной ленты [1]. Применяются специальные добавки, которые способны устранить или существенно замедлить отдельные нежелательные процессы. Применяемые добавки - это, например, антиоксиданты, антиозонанты, УФ-поглотители, стабилизаторы и т. Д. Пользователи конвейерных лент стараются свести к минимуму износ конвейерной ленты системой технического обслуживания.

Основной задачей такой системы технического обслуживания является обеспечение условий эксплуатации, способных поддерживать процесс износа на приемлемом уровне [2,3]. Тем не менее, необходимо применять большой объем информации, чтобы применить эффективную систему обслуживания. Требуемая сумма информации необходима для оценки условий эксплуатации конвейерной ленты или для предупреждения от инициализации возможных нежелательных процессов [4]. Таким образом, оператор конвейерной ленты сможет принять адекватные меры для того, чтобы остановить или уменьшить развитие нежелательных процессов до приемлемого уровня [5].

Вышеупомянутые вопросы актуальны для всех типов конвейерных лент, независимо от конструкции конвейерной ленты, вида транспортируемого материала или срока службы [6,7]. Однако возможны также определенные неблагоприятные рабочие состояния, которые возникают только в случае ленточного конвейера определенного типа, а для ленточных конвейеров других типов они практически незначительны. Конкретный процесс износа типичен для современного и инновационного типа систем непрерывной транспортировки, а именно для трубных конвейеров.

Конвейерные ленты в трубных конвейерах

Резино-текстильные конвейерные ленты используются для установки в трубных конвейерах гораздо больше, чем конвейерные ленты со стальным кордом. Резино-текстильные конвейерные ленты подходят для большинства установок трубных конвейеров с учетом условий прочности во время работы трубного конвейера, а также с учетом других обстоятельств. Конвейерные ленты, установленные в трубчатых конвейерах, подвергаются не только воздействию транспортируемого материала, но также подвергаются определенной нагрузке, которая вызывается циклическим процессом закрытия конвейерной ленты в форме трубопровода и последующего его открытия. в плоскую форму. Важными факторами также являются влияние условий эксплуатации, качества технического обслуживания и т. Д. Все эти факты способны постепенно вызывать различные повреждения конвейерной ленты (рис. 1).

Рис. 1. Пример повреждения кромки трубы конвейерной ленты. (Фотографии: © Технический университет Кошице)Другим возможным негативным явлением, возникающим в работе трубчатого конвейера, является такая ситуация, когда резинотканевая конвейерная лента не имеет полного или стабильного контакта со всеми шестью натяжными роликами, расположенными в шестигранном натяжном кожухе (рис. 2). Эта неблагоприятная ситуация возникает на прямых участках траектории трубного конвейера, а также на участках, изогнутых по горизонтали и вертикали. Негативным результатом этой ситуации является деформированная форма поперечного сечения конвейерной ленты, то есть сплющенная или даже плоская форма поперечного сечения конвейерной ленты, что означает, что конвейерная лента не обладает требуемыми динамическими свойствами и динамически повреждена. Конечным результатом этой нежелательной ситуации является локальное увеличение интенсивности процесса износа конвейерной ленты, что приводит к повреждению слоев покрытия ленты, более высокие сопротивления движению и возможность разлива материала по траектории транспортировки. Все эти факты приводят к нежелательным техническим и экономическим последствиям для оператора или пользователя трубного конвейера.

Рис. 2. Пример ситуации, когда конвейерная лента не имеет контакта со всеми натяжными роликами в корпусе шестигранной натяжной ленты.В рамках данного процесса исследования был разработан специальный анализ, чтобы описать вышеупомянутое нежелательное поведение конвейерной ленты и наблюдать изменения, происходящие во внутренней конструкции ленты.

Характеристики резинотекстильной трубы конвейерной ленты с динамическим повреждением

Чтобы исследовать индивидуальные механические характеристики резинотекстильной конвейерной ленты, которая была повреждена динамически, в рамках процесса исследования был выполнен ряд измерений, в то время как некоторые из измеренных значений сравнивались с контрольным образцом, т.е. Образец без динамического повреждения. Образец анализируемой конвейерной ленты был разделен на две части (из-за возможности транспортировки), которые обозначены A и B (рис. 3). Первое измерение было указано для определения прочности ремня на растяжение, измеренной в продольном направлении ( m ), расширяемости ремня, измеренной в продольном направлении ( e).) и относительное удлинение при допустимом уровне натяжения (σ) в соответствии со стандартом STN ISO EN 283 - 1.

Рис. 3. Обозначение испытуемого образца, выбранного из ленты конвейерной ленты.Не было зафиксировано каких-либо значимых различий между отдельными частями анализируемой резинотекстильной конвейерной ленты в отношении полученных значений вышеупомянутых измеренных механических характеристик (таблица 1).

Таблица 1: Результаты первого измерения анализируемого образца.
 
слева

право
B
слева
B
справа
м [Н / мм] 1332 1336 1340 1342
e [%] 16 16 16 16
σ [%] 0.9 1,0 0.9 0.8
Второй измеренный набор был ориентирован на определение следующих механических характеристик: эластичного удлинения ( p ), пластического (долговечного) удлинения ( t ) и модуля упругости ε для отдельных частей исследуемой конвейерной ленты (таблица 2).

Таблица 2: Результаты второго измерения анализируемого образца.
 
слева

центр

право
B
слева
B
центр
B
справа
Я р [%] 0,5 0,4 0,3 0,3 0,3 0,4
т т [%] 0.7 0,5 0,5 0.6 0.6 0.6
ε [н / мм] 13889 18519 20000 17241 17857 17241
Согласно результатам, приведенным в таблице 2, видны значительные различия между отдельными измеренными значениями, в частности между отдельными значениями модуля упругости, измеренными на образцах для испытаний, отделенных от различных частей анализируемого образца конвейерной ленты. По этой причине, а также с учетом требований следующего анализа был выполнен тот же набор измерений, но на этот раз с использованием образцов для контрольных испытаний, которые были отделены от образца неиспользованной резинотекстильной конвейерной ленты с идентичным внутренняя конструкция. Результаты этого измерения приведены в таблице 3.

Таблица 3: Результаты измерения сравнительного образца.
  Оставил Центр Правильно
Я р [%] 0.8 0.8 0.8
т т [%] 0,5 0.6 0,5
ε [н / мм] 12820 11905 12195
Результаты, полученные в результате сравнительного измерения, подтвердили первичное предположение относительно значений модуля упругости. Различия между значениями модуля упругости, которые были измерены на трех испытательных образцах, извлеченных из полей и из середины сравнительного образца, незначительны. Однако различия между значениями модуля упругости, измеренными на образцах для испытаний, отделенных от образца резинотканевой конвейерной ленты, который был поврежден динамически, являются значительными.

Другим типом испытания, которое было выполнено сначала на анализируемом образце конвейерной ленты, а затем на сравнительном образце, было испытание на износостойкость конвейерной ленты (таблица 4).

Таблица 4: Результаты теста на износостойкость конвейерной ленты, выполненного на анализируемом и сравнительном образце.
  Образец А Образец Б Сравнительный
образец
Неисправность [-] 0,206 0,235 0,335
Результаты, полученные из теста на износостойкость конвейерной ленты, представляют различия между анализируемым и сравнительным образцом конвейерной ленты. Однако, если принять во внимание тот факт, что анализируемая выборка была разделена на две части, а сравнительная часть была твердой, эти результаты можно не учитывать.

Последним набором выполненных испытаний было измерение прочности сцепления между отдельными конструктивными компонентами анализируемого и сравнительного образца конвейерной ленты. Измеренные данные не продемонстрировали каких-либо существенных противоречий среди сравниваемых значений, полученных из отдельных измеренных образцов.

Согласно результатам, полученным в результате экспериментальных измерений, был проведен анализ с помощью вычислительной или имитационной модели с использованием FEM-процедуры, основанной на использовании программного инструмента Abaqus.

Модель FEM динамически поврежденной конвейерной ленты

Полученные экспериментально результаты создали базу данных для разработки и применения вычислительной модели для проведения FEM-анализа. Геометрия этой модели видна на рис. 4. Для реализации этой вычислительной модели потребовалось применение препроцессора, который является базовой частью программного обеспечения Abaqus. В рамках геометрии вычислительной модели были смоделированы три промежуточных корпуса со смещенным расположением направляющих роликов.

Рис. 4. Геометрическая модель, созданная с использованием программного обеспечения CAE Abaqus.Модель конвейерной ленты была разделена на шесть осевых частей с учетом результатов, полученных экспериментально из анализируемого образца. Разделение на шесть частей было выбрано для того, чтобы модель конвейерной ленты могла содержать шесть зон с различными значениями модуля упругости в соответствии с результатами, полученными из отдельных экспериментальных измерений, указанных для определения модуля упругости. Данные зоны характеризуются одинаковыми значениями модуля упругости в поперечном направлении, а также равными значениями плотности материала, в то время как в продольном направлении отдельные значения модуля упругости различны в каждой из зон.

Граничные условия определены таким образом, чтобы каждый из направляющих валков удалил все степени свободы. Ленточный конвейер удалил три степени свободы в середине во всех направлениях, кроме продольного направления. Такое расположение позволяет выполнить необходимое перемещение конвейерной ленты в правильное положение в промежуточном корпусе в рамках процесса расчета.

Поля конвейерной ленты ограничены двумя ссылочными точками, и в этих ссылочных точках расположены вспомогательные моменты, чтобы сформировать трубчатую форму конвейерной ленты. Другая загрузка конвейерной ленты представляла силу тяжести и силу натяжения. Сетка конечных элементов была собрана с использованием конечных элементов типа Shell с глобальной функцией контакта, определенной между отдельными парами контактов.

Первой частью вычислительного процесса было формирование конвейерной ленты в форме трубы с помощью вышеупомянутых вспомогательных моментов. После этого трубообразный ремень был правильно размещен в шестигранном корпусе холостого хода с использованием необходимого смещения. Кроме того, конвейерная лента была освобождена после снятия вспомогательных моментов так, чтобы лента вступала в контакт с формующими роликами. Наконец, анализируемый образец был нагружен силой тяжести и силой натяжения.

Результаты расчетов

Вышеописанная модель была применена для двух вычислительных процедур. Первый вычислительный процесс был реализован с различными значениями модуля упругости в продольном направлении в разделенных шести осевых зонах. Во втором вычислительном процессе использовались постоянные значения модуля упругости в продольном направлении во всех шести зонах. Все остальные материальные константы и граничные условия остались одинаковыми для обоих вычислений. Основной целью этой методологии было сравнение полученных результатов с целью выявления изменений в распределении отношений напряжение-деформация в обеих вычислительных моделях.

Следующие рисунки (рис. 5, 6) иллюстрируют расчетное распределение полей напряжений в конвейерной ленте с динамическим повреждением на внутренней и внешней стороне трубы конвейерной ленты в любом месте прямого участка на траектории транспортировки.

Рис. 5. Распределение результирующих полей напряжений в трубчатой ​​конвейерной ленте.Рис. 6. Распределение результирующих полей напряжений в осевом направлении внутри трубчатой ​​конвейерной ленты.Графики на рис. 7 описывают парциальные значения деформаций в случае трубчатого ремня в направлении осей x, y, z. Графики записывают значения, полученные из обоих вычислительных примеров. Графики показывают существенные различия в расчетных результатах между моделью конвейерной ленты, которая динамически повреждена, и моделью неповрежденной конвейерной ленты. По полученным результатам можно сказать, что если ремень
поврежден динамически, он образуется в корпусе натяжителя иначе, чем должно быть, по сравнению с неповрежденным ремнем. Точки контакта между лентой и формирующими роликами в корпусе гексагонального ролика также различны для обоих типов конвейерных лент.

Рис. 7. Графики деформаций конвейерной ленты для ленты с динамическим повреждением Y и без динамического повреждения Y´ в направлении осей X, Y, Z.

Вывод

Результаты, полученные из экспериментальных измерений и из расчетов FEM, подтверждают первичное предположение, которое рассматривалось до начала исследовательского процесса. Нестандартное поведение конвейерной ленты для труб может быть объяснено расхождением характеристик материала ленты, и в результате этого происходит потеря контакта между конвейерной лентой и направляющими роликами в корпусах холостого хода, а также уплощенная форма ленты. Одним из возможных нежелательных последствий такой ситуации является разлив транспортируемого материала по траектории транспортировки. Другие эксплуатационные аспекты деформированной конвейерной ленты (например, сопротивление движению, износ конструктивных деталей ремня) будут исследованы с точки зрения следующей, более детальной исследовательской работы. ■
Опубликовано: 10.06.2020 Статьи