Как купить конвейерную ленту для конвейера

Как купить конвейерную ленту для конвейера

Как купить конвейерную ленту на конвейере.

Введение

В идеале, конструкция системы ленточного конвейера включает в себя сочетание конструктивных параметров, которые сводят к минимуму потребление энергии и стоимость жизненного цикла. Слишком часто конструкция конвейера направлена ​​на минимизацию капитальных затрат, а не на общую стоимость владения. Выбор информированного компонента на этапе проектирования часто может привести к как экономически эффективному, так и энергоэффективному решению. Целью данной работы является определение ключевых параметров проектирования для энергоэффективной конструкции конвейера и помощь разработчикам в разработке более экономичных решений.

Некоторые авторы исследовали сопротивление движению ленточных конвейеров [1-6], в то время как другие специально исследовали методы минимизации энергопотребления [7,8,9]. Последняя работа определила ключевые области для минимизации потребления энергии, при этом сопротивление качению при вдавливании является основной областью интереса, поскольку она вносит значительный вклад в общее сопротивление движению. Обсуждается увеличение диаметра натяжного ролика, специальные конструкции ремней и крышки шкивов с низким сопротивлением качению [7]. Кроме того, энергетические и стоимостные преимущества увеличения расстояния между натяжителями хорошо документированы [8,9].

Несмотря на то, что было опубликовано много исследований по этой теме, эта статья надеется дополнить литературу, продемонстрировав, как данные лабораторных испытаний (охватываемых рядом стандартов и методик руководства) могут эффективно использоваться в процессе проектирования. Принятый подход заключается в исследовании отдельных компонентов сопротивления движению, представлении аналитических моделей для прогнозирования каждого компонента и, в сочетании с результатами лабораторных испытаний, демонстрации его применения для энергосберегающей конструкции конвейера.

На протяжении всей статьи обсуждается ряд стандартов тестирования и методических пособий, касающихся измерения сопротивления движению. В некоторых случаях данные, полученные этими методами, могут быть использованы непосредственно для проектирования конвейера. Однако другие предлагают только средства для сравнения и часто не могут использоваться непосредственно в процессе проектирования, поскольку параметры тестирования обычно отличаются от технических характеристик системы. В некоторых случаях результаты могут быть изменены для целей проектирования, но это должно быть сделано с тщательным рассмотрением основных взаимосвязей. Эта статья предназначена для того, чтобы привлечь внимание читателя к этим базовым отношениям и дать руководство по применению тестовых данных в процессе проектирования.

1. Фон

При проектировании системы ленточного конвейера, потребляемая мощность, натяжение при намотке и получающееся в результате распределение натяжения ремня плоского в установившемся режиме рассчитываются для диапазона условий нагрузки. Вывод различных компонентов сопротивления варьируется в зависимости от применяемого стандарта или метода проектирования, в то время как сопротивления склона обычно следуют той же процедуре. Для целей данной статьи предполагается прямой горизонтальный ленточный конвейер, как показано на рис. 1, в котором представлены компоненты сопротивления движению для горизонтального ленточного конвейера.

Рис. 1: Установленное распределение натяжения ремня для горизонтального ленточного конвейера Эти компоненты сопротивления заметно отличаются от таковых в DIN 22101 [10] и ISO 5048 [11], но аналогичны тем, на которые ссылаются в CEMA [12]. Компоненты сопротивления учитывают индивидуальный вклад, а не складывают несколько сопротивлений вместе. Компоненты сопротивления движению включают сопротивление качению при вдавливании, сопротивление изгибу ремня, сопротивление вращению натяжного ролика, сопротивление перекосу натяжного ролика и сопротивление изгибу сыпучего материала. Как и в стандартах DIN и ISO, совокупное сопротивление по длине ленточного конвейера рассчитывается путем наложения вкладов от каждого из сопротивлений движения, как показано на рис. 1. Вторичное сопротивление также может быть включено в качестве коэффициента длины на основе подхода подробно описано в DIN или ISO.

Со ссылкой на фиг.1, компоненты сопротивления изгибу ремня и сыпучего материала показаны (из-за масштабирования) линейно увеличивающимися с длиной и, следовательно, не зависящими от натяжения. На практике эти компоненты на самом деле уменьшаются на единицу длины по мере увеличения натяжения ремня. Все остальные компоненты сопротивления считаются независимыми от натяжения ремня при отсутствии каких-либо вертикальных и горизонтальных кривых.

Каждый из основных компонентов сопротивления обсуждается подробно, представлены аналитические модели и, в сочетании с данными лабораторных испытаний, выявлены тенденции к снижению сопротивления движению. Для целей данной статьи сопротивление рассогласованию роликов не будет обсуждаться, и читатель обратился к CEMA [12] за всесторонней обработкой этого компонента.

2. Сопротивление вращения ролика

Основная функция натяжных роликов в ленточной конвейерной системе состоит в том, чтобы поддерживать конвейерную ленту вдоль ее длины. Прогнозирование совокупного сопротивления натяжных роликов жизненно важно при расчете натяжения ремня и, следовательно, требований к мощности системы, особенно на длинных сухопутных конвейерах, где обычно имеется более тысячи натяжных роликов на километр ремня.

Сопротивление вращению натяжных роликов в системах ленточных конвейеров возникает из-за трения качающихся элементов в подшипниках, вязкого сопротивления смазки и трения контактных манжетных уплотнений. Сила сопротивления обычно составляет от 5 до 15% [6,7] сопротивления движению длинных горизонтальных ленточных конвейеров. Хотя это может считаться относительно небольшим вкладом, при рассмотрении систем ленточных конвейеров длиной в несколько километров точное определение этого сопротивления имеет жизненно важное значение для правильного выбора приводов и ремней.

Сопротивление вращению натяжных роликов в первую очередь зависит от типа и конфигурации уплотнения, типа подшипников, температуры смазочного материала и скорости вращения натяжного ролика. Контактные манжетные уплотнения и заполненные смазкой лабиринтные уплотнения обычно образуют границу, предотвращающую попадание пыли и воды в элементы качения подшипников. Лабиринтные уплотнения могут быть полностью заполнены смазкой для оптимизации эффективности уплотнения лабиринта, что приводит к вязкому сопротивлению, возникающему при сдвиге смазки между слоями вращающихся и неподвижных поверхностей.

Внешнее контактное манжетное уплотнение обычно образует первичную границу между внешними загрязнителями, входящими в лабиринтное уплотнение, в то время как внутреннее манжетное уплотнение содержит смазку в подшипнике. Внешние и внутренние контактные манжетные уплотнения увеличивают сопротивление вращающегося ролика из-за особенностей механизма уплотнения. В дополнение к сопротивлениям, связанным с уплотнением, в обычных натяжных роликах используются подшипники качения, в которых трение зависит главным образом от типа и размера подшипника, рабочей скорости, свойств и количества смазки и, в меньшей степени, в случае натяжных роликов. ролики, груз. Полное сопротивление вращению подшипника состоит из трения качения и скольжения между элементами качения и сепаратора и направляющей поверхности, а также внутреннего трения смазки [15].

2.1 Экспериментальные измерения
Существует несколько стандартов для измерения сопротивления вращению натяжных роликов [13,14], при этом методы измерения, рекомендуемые в этих стандартах, аналогичны. В методе SANS используется вращающийся диск, расположенный непосредственно над натяжным роликом, который, в свою очередь, вращает ролик со скоростью 750 об / мин и прилагает вертикальную нагрузку 250 Н при температуре 20 ° C. Вал натяжного ролика опирается на шарнир, который не вращается рычагом. Сопротивление вращению рассчитывается из момента, определяемого по длине рычага и силе, действующей на конец рычага рычага. Рис. 2 и 3 показывают общее сопротивление вращению и температуру подшипника для натяжного ролика Ø152 мм, работающего со скоростью 6 м / с при температуре окружающей среды 20 ° C и 0 ° C. Оба результата ясно демонстрируют снижение сопротивления вращению с течением времени,

Рис. 2: Сопротивление вращению натяжного ролика и температура подшипника в зависимости от времени для Ø152 мм при 6 м / с при температуре окружающей среды 20 ° C Рис. 3: Сопротивление вращению натяжного ролика и температура подшипника в зависимости от времени для Ø152 мм при 6 м / с при температуре окружающей среды 0 ° C
2.2 Теоретическое предсказание
Чтобы теоретически предсказать вращательное сопротивление натяжных роликов, каждый компонент, который вносит вклад в сопротивление, рассчитывается индивидуально. Основные компоненты сопротивления вращению, которые анализируются, включают вязкое сопротивление вследствие сдвига смазки в лабиринтном уплотнении lab , трение подшипников качения, создаваемое из компонентов brg , не зависящих от нагрузки и нагрузки , и сопротивление вращению контактных манжетных уплотнений ls .

2.2.1. Лабиринтная печать
Лабиринтные уплотнения состоят из неподвижной секции, прикрепленной к валу натяжного ролика, и вращающейся части, помещенной в натяжной кожух. Из-за особенностей механизма уплотнения в результате сдвига смазки между слоями вращающихся и неподвижных поверхностей образуется вязкое сопротивление. Величина замедляющего момента зависит от вязкости смазки, скорости вращения натяжного ролика и физической конфигурации лабиринтного уплотнения.

Устройство осевого уплотнения, схематически показанное на фиг. 4, можно упростить для анализа, игнорируя конечные эффекты дисков и рассматривая расположение как ряд концентрических цилиндров. В каждом слое лабиринта имеется одна неподвижная поверхность, прикрепленная к валу, и одна вращающаяся поверхность, прикрепленная к оболочке натяжного ролика. На рис. 4 также схематически показан упрощенный анализ и детализирован баланс сил на границе раздела уплотнения и смазки.

Рис. 4: Типичная конфигурация лабиринтного уплотнения и анализ сопротивления (Рисунок: © Wheeler [6])lab - момент, действующий из-за вязкого сопротивления лабиринтного уплотнения, Ω - угловая скорость натяжного ролика, а τ - напряжение сдвига, действующее на элемент смазки. Индексы представляют концентрические поверхности, помеченные от центра наружу.Смазка может считаться ньютоновской жидкостью при нормальных рабочих условиях, а баланс силы импульса для одномерного плоского потока определяется как

 
Напряжение сдвига τ yx, действующее на элемент жидкости, подвергается воздействию скорости сдвига d u / d y , где u - скорость смазки, а y - положение. Константа пропорциональности - это абсолютная или динамическая вязкость, µ. При условии, что динамическая вязкость консистентной смазки постоянна по всему лабиринтному уплотнению, общий момент, действующий из-за вязкого сопротивления, составляет

 
где n - число концентрических лабиринтных поверхностей. Сила сопротивления на один натяжной ролик, действующая в результате сопротивления лабиринтных уплотнений, определяется как

 
где D - диаметр натяжного ролика.

2.2.2 Трение шариковых и роликовых подшипников

Трение подшипников в шариковых и роликовых подшипниках возникает из-за гистерезиса, образованного в зоне контакта. Конвейерные роликоподшипники конвейера, как правило, смазываются консистентной смазкой благодаря относительно низким рабочим скоростям и возможности предварительной упаковки подшипников для продления срока службы. Смазка-смазка действует как передающий нагрузку элемент, который предотвращает контакт металла с металлом между элементами качения, и поэтому элементы качения испытывают сочетание гидродинамической и граничной смазки. Общий момент трения для подшипника в натяжном ролике определяется из суммы моментов, не зависящих от нагрузки и нагрузки. Потери на трение, связанные с подшипниками с консистентной смазкой в ​​условиях холостого хода, трудно точно предсказать, однако это приблизительное значение момента трения холостого хода M0 дано Палмгреном [15] как

 
При условии

 
где ν - кинематическая вязкость смазки, s - скорость вращения подшипника, а соотношение между динамической вязкостью µ и кинематической вязкостью ν, составляет

 
где ρ - плотность смазки. Кинематическая вязкость также известна как вязкость базового масла и обычно выражается в сСт, где 1 сСт = 1 · 10 -6 м 2 / с.
Кроме того, m - средний диаметр подшипника, представленный

 
где i - внутренний диаметр, а o - наружный диаметр подшипника. Кроме того, ƒ 0 в формуле. (4) является фактором, зависящим от конструкции подшипника и метода смазки, где ƒ 0  = 1,5-2,0 для однорядных радиальных шарикоподшипников.

Зависимый от нагрузки момент трения 1 , обусловленный сопротивлением скольжению и гистерезисным сопротивлением несущих элементов, дан Палмгреном [15] как

 
где r - радиальная составляющая динамической нагрузки на подшипник. Коэффициент трения, зависящий от нагрузки ƒ 1 , для радиальных шарикоподшипников серии 62 определяется как

 
и для шариковых подшипников серии 63

 
где 0 - статическая грузоподъемность подшипника, указанная производителем, а 0 - радиальный коэффициент, зависящий от конструкции подшипника. 0 = 0,6 для однорядных радиальных шарикоподшипников. Общий момент трения каждого подшипника brg может быть получен путем сложения момента 0 холостого хода и момента 1, зависящего от нагрузки, что дает

 
Сила сопротивления на один натяжной ролик, действующая из-за сопротивления качения подшипников brg, определяется как

 
2.2.3 Сопротивление манжетного уплотнения
Внешнее манжетное уплотнение образует первичную границу между внешними загрязнителями, входящими в лабиринтное уплотнение, а внутреннее манжетное уплотнение (если оно имеется) содержит смазку в подшипнике. Большинство манжетных уплотнений, используемых в натяжных роликах, изготовлены из нитрильного каучука или подобных соединений. Внешние манжетные уплотнения обычно крепятся к валу и трутся о внешнюю поверхность лабиринтного уплотнения без какой-либо смазки, тогда как конструкция внутреннего манжетного уплотнения значительно различается у разных производителей. Чтобы приблизить сопротивление вращению из-за манжетных уплотнений, следующее уравнение получено из графического представления потери мощности для контактных манжетных уплотнений [16]. Сила, действующая из-за сопротивления вращению манжетного уплотнения ls , аппроксимируется

 
где ls - диаметр контакта манжетного уплотнения. Eq. (13) следует рассматривать только как приблизительное из-за большого разнообразия используемых конструкций и конфигураций манжетных уплотнений, а также из-за отсутствия какого-либо температурного поправочного коэффициента или учета сухих или смазанных контактных поверхностей.

2.3 Особенности дизайна
На основании приведенных выше уравнений можно сделать несколько наблюдений в отношении уменьшения сопротивления вращению. Рис. 5 и 6 суммируется взаимосвязь между сопротивлением вращению натяжного ролика и температурой, демонстрируя вклад каждого компонента на фиг. 5 и, в качестве примера, измеренные данные для разных производителей на фиг. 6.

Рис. 5: Сопротивление вращения ролика холостого хода в зависимости от температуры Рис. 6: Сопротивление вращению натяжного ролика в зависимости от температуры. Измеренные данные
Трение манжетного уплотнения и трение подшипника, зависящее от нагрузки, считаются независимыми от температуры, в то время как лабиринтное уплотнение и трение подшипника без нагрузки зависят от внутреннего сдвига смазки и, следовательно, зависят от вязкости смазки и, следовательно, температуры. Уменьшение сопротивления вращению при увеличении температуры также видно на рис. 2 и 3.

Рис. На фиг.7 и 8 показано соотношение между сопротивлением вращению натяжного ролика, скоростью и нагрузкой. Трение манжетного уплотнения и трение подшипника, зависящее от нагрузки, считаются независимыми от скорости вращения, в то время как лабиринтное уплотнение и трение подшипника без нагрузки зависят от внутреннего сдвига смазки и, следовательно, зависят от скорости вращения. Как следует из названия, зависящее от нагрузки трение подшипника является единственным компонентом трения, на который влияет радиальная нагрузка, при условии, что индуцированные прогибы вала не являются чрезмерными.

Рис. 7: Сопротивление вращения ролика холостого хода в зависимости от скорости Рис. 8: Сопротивление вращения ролика холостого хода в зависимости от радиальной нагрузки
Хотя стандарты обеспечивают меру обеспечения качества и средства для сравнения одного натяжного ролика с другим, полученные данные, как правило, не имеют прямого отношения к конструкции конвейера. Это видно из рис. 5-8, что с точки зрения конструкции ролики холостого хода должны испытываться в зависимости от температуры окружающей среды (от зимних до летних условий) при требуемой скорости и нагрузке ремня. Если данные, соответствующие параметрам конструкции, недоступны, знание тенденций, представленных на рис. 5-8 в сочетании с предыдущими уравнениями может дать оценку. Например, если доступны данные для одной нагрузки (как правило, ниже из стандартных испытаний SANS и DIN), то сопротивление вращению при более высоких нагрузках можно экстраполировать путем расчета дополнительного зависимого от нагрузки трения подшипника по формуле. (8). Прогнозирование изменений скорости и температуры является более сложным, учитывая, что базовое трение из-за трения манжетного уплотнения и трения без нагрузки неизвестно. Как минимум, данные сопротивления вращению натяжного ролика должны предоставляться при скорости вращения, а также для более низких и более высоких рабочих температур.

Обсуждаемые теоретические приближения обеспечивают фундаментальную теорию не только для расчета сопротивления вращению, но также для минимизации сопротивления вращающихся натяжных роликов на этапе проектирования. Проектные соображения должны включать надлежащий выбор смазки для условий загрузки и температурного диапазона, в котором будет работать конвейер, в дополнение к эффективной конструкции лабиринтного уплотнения. В то время как рассчитанное вязкое сопротивление лабиринтного уплотнения является лишь приблизительным из-за сложных полей скоростей, теоретический анализ оказывается полезным для проектирования лабиринтного уплотнения. Например, лабиринтные уплотнения могут быть сконструированы эффективно, чтобы предотвратить проникновение загрязняющих веществ, но в то же время уменьшить вязкое сопротивление, обеспечивая небольшие зазоры между неподвижными и вращающимися поверхностями, расположенными ближе к валу для уменьшения крутящего момента.

Несмотря на то, что предыдущий анализ подчеркнул преимущества сниженного сопротивления вращению, надежность натяжного ролика одинаково важна, и следует также тщательно рассмотреть эффективность уплотнения, чтобы предотвратить загрязнение и преждевременный выход из строя подшипника.

3. Отступы конвейерной ленты, сопротивление качению и изгибу

Сопротивление качению при вдавливании возникает из-за деформации боковой крышки шкива конвейерной ленты, когда она зажата между каркасом и последующими натяжными роликами. Сопротивление изгибу ремня возникает из-за вертикального и поперечного смещения ремня между натяжными наборами. Оба сопротивления движению ленты являются результатом внутренних потерь энергии внутри конвейерной ленты, которые поглощаются лентой как тепло.

По мере того, как резиновый ремень проходит через натяжной ролик конвейера, крышка шкива имеет отступ от веса ремня и сыпучего материала. Цикл вдавливания включает сжатие крышки шкива, когда ремень движется в ролик, с последующим восстановлением, когда ремень движется по ролику, как показано на рис. 9. Поскольку ремень не может восстановиться с той же скоростью, что и при сжатии, из-за Вязкоупругие (зависящие от времени) свойства каучука формирует асимметричное распределение давления, что приводит к сопротивлению качению при вдавливании. На рис. 10 показано результирующее распределение давления смещения, которое приводит к сопротивлению качению при вдавливании.

Рис. 9: Сопротивление качению при вдавливании - модель основания Винкера Рис. 10: Сопротивление качению при вдавливании - модель конечных элементов [17]
Время восстановления резинового покрытия зависит от вязкоупругих свойств резины и, следовательно, зависит от температуры, скорости ленты и деформации. На рис. 11 показаны типичные данные модуля релаксации для состава покрытия шкива, испытанного при различных уровнях деформации.

Рис. 11: Данные по модулю релаксации для состава покрытия шкива при различной деформацииСопротивление изгибу конвейерной ленты происходит в результате циклического поперечного и продольного прогиба ленты между последовательными наборами холостого хода. Продольное отклонение происходит из-за провисания ремня, в то время как поперечное смещение происходит из-за открывания и закрывания ремня между натяжными наборами. Результирующие потери гистерезиса в крышках каркаса, переноски и шкива приводят к сопротивлению изгибу по всей длине конвейера.

CEMA [12] определяет два основных подхода к определению сопротивления качению при вдавливании, а именно методы для малых и больших образцов. В обоих случаях сопротивление качению при вдавливании выражается как функция нормальной нагрузки для конкретного состава крышки шкива, диаметра натяжного ролика, толщины крышки шкива, температуры и скорости ремня.

3.1 Метод малого образца
В методе малых образцов используется типичный размер образца 3 мм · 12 мм · 30 мм, из которого измеряются динамические физические свойства резины в диапазоне температур, деформаций и частот. В этих измерениях используется специализированное оборудование для динамического механического анализа (DMA) и получают модуль упругого накопления ( E ') и модуль потерь ( E)») Образца резиновой крышки. Измеренные динамические свойства затем используются в ряде теоретических подходов для расчета сопротивления качению при вдавливании как функции нормальной нагрузки, а затем на основе предполагаемого распределения нагрузки, используемого для расчета сопротивления качению при вдавливании для набора натяжных устройств. На рис. 12 показана основа одномерного основания Винклера с использованием обобщенной трехпараметрической вязкоупругой модели Максвелла, а на рис. 13 - метод конечных элементов. В последнем подходе силы, действующие на каждый элемент в зоне контакта, рассчитываются для определения асимметричного распределения давления, действующего на натяжной ролик через ремень.

Рис. 12: Сопротивление качению при вдавливании - модель основания Винкера Рис. 13: Сопротивление качению при вдавливании - модель конечных элементов [17]
3.2 Метод большой выборки
В методе большой выборки используется полная выборка ремня, включая крышки для туш, переноски и шкива, с указанными средствами измерения, показанными на рис. 14 и 15. Ремни имеют ширину приблизительно от 400 мм до 600 мм и длину 4 800 мм или 29 000 мм (бесконечная длина сращивания), в зависимости от машины. Установка, показанная на рис. 15, позволяет измерять как сопротивление качению при вдавливании, так и сопротивление изгибу конвейерной ленты. Изгиб ремня индуцируется в образец вследствие деформации ремня прижимными роликами, причем положение прижима определяется коэффициентом провисания ремня.

Рис. 14: Метод CEMA по сопротивлению качению при вдавливании для больших образцов - метод испытания больших образцов согласно DIN22123 (Изображение: © CEMA [12]) Рис. 15: Метод CEMA по сопротивлению качению при вдавливании для крупных образцов - альтернативный метод испытания больших образцов (Изображение: © CEMA [12])
Типичные данные метода испытания больших образцов, подробно описанные на рис. 15, показаны на рис. 16. Данные по сопротивлению качению при вдавливании в зависимости от нормальной нагрузки приведены для конкретной резины крышки шкива, диаметра ролика холостого хода, толщины крышки, температуры и скорости ремня для диапазона коэффициентов провисания ремня.

Рис. 16: Сопротивление качению при вдавливании и сопротивление изгибу ремня в зависимости от нормальной нагрузки для диапазона коэффициентов провисания ремня (диаметр натяжного ролика = 150 мм, температура = 40 ° C и скорость ремня = 4 м / с)Чтобы различать изгиб ремня и составляющие сопротивления качению при вдавливании, наименьший квадрат соответствует кривой уравнения. (14) выполняется

 
где I - точка пересечения y, I - множитель, n - нормальная сила, приложенная к поясу, и c - показатель степени, где обычно c  = 4/3.

Если бы испытания проводились без сгибания ленты над измерительным натяжным роликом, сопротивление было бы обусловлено исключительно сопротивлением качению при вдавливании, и экспериментальные данные проходили бы через начало координат. У -intercept Поэтому предполагается , следует отнести к сопротивлению ремня изгиба , в результате чего отношения

 
где

 
а также

 
3.3 Нормальное распределение силы
Сопротивление изгибу конвейерной ленты и сопротивление качению при вдавливании обычно измеряют для конкретной конструкции ремня и резины крышки шкива в зависимости от нормальной нагрузки. Чтобы рассчитать сопротивление качению при вдавливании для набора натяжных элементов, важно точно спрогнозировать распределение нагрузки по группе натяжных роликов из-за ремня и сыпучего материала.

CEMA [12] использует среднее распределение давления между ремнем и натяжным роликом на основе эквивалентного распределения нагрузки, тогда как в стандарте DIN 22123 [13] рассматривается нормализованное распределение усилия, включающее постоянное распределение усилия для центрального ролика и возрастающее линейное распределение для боковые ролики.

Для целей настоящей статьи компоненты нормальной силы, действующие благодаря ремню и сыпучему материалу, схематически показаны на рис. 17. Из этих сил определяется распределение силы по длине центрального и боковых натяжных роликов.

Рис. 17: Нормальные силы, действующие на боковые и центральные ролики из-за ремня и сыпучего материалаПри рассмотрении распределения силы в наборе холостых ходов из-за сыпучего материала важно учитывать увеличение нагрузки на боковые ролики, вызванное открытием и закрытием ремня между последовательными наборами холостых ходов. Открытие и закрытие происходит после вертикального отклонения ремня. Работа в этой области была впервые предпринята Краузе и Хеттлером [18], которые представили анализ полной силы, действующей на натяжные ролики в результате формирования активных и пассивных напряженных состояний в поперечном сечении объемного материала. Коэффициент активного давления для открытия конвейерной ленты a , выражается как

 
где φ w - угол трения между сыпучим материалом и конвейерной лентой, φ i - внутренний угол трения сыпучего материала, β - угол прогиба, а λ - угол наддува конвейера. Коэффициент пассивного давления для закрытия конвейерной ленты p , определяется как

 
Ilic [19] обнаружил в серии лабораторных и полевых экспериментов, что пассивное напряженное состояние в большинстве случаев не полностью развивается в объемном материале во время закрытия. Это связано, прежде всего, с относительно небольшим углом отклонения ремня в поперечном направлении - открытия и закрытия. На основании этих результатов коэффициент пассивности R был применен к коэффициенту пассивного давления p для закрытия конвейерной ленты. Коэффициент зависит от внутреннего угла трения объемного тела. Было обнаружено, что для сыпучих сыпучих материалов средней тяжести для обработки с внутренними углами трения до 45 ° значение 0,4 подходит, а для сыпучих материалов с внутренним углом трения более 45 ° выбран. Нормальная сила, Fм, нс действует на наклонную сторону ремня (боковые натяжные ролики) из-за сыпучего материала, поэтому

 
где a - расстояние между холостыми оборотами, ρ - объемная плотность, m, s - длина сыпучего материала, соприкасающегося с наклонной стороной конвейерной ленты, и предполагается, что активные и пассивные напряженные состояния действуют на половину шага холостого хода.

Нормальная сила, m, nc на центральном натяжном ролике из-за сыпучего материала, равна общей нагрузке сыпучего материала, действующей на расстояние между натяжными роликами, за вычетом вертикальных составляющих силы, действующей на боковые ролики.

 
где A - площадь поперечного сечения сыпучих материалов на конвейерной ленте.

В дополнение к нормальным силам, создаваемым сыпучим материалом, необходимо учитывать нормальные силы, вызванные весом ленты. Нормальная сила b, ns, действующая на боковой натяжной ролик из-за веса ремня, равна

 
где b, s - длина ремня, соприкасающегося с боковым натяжным роликом, w - ширина ремня, а b - масса ремня на единицу длины. Нормальная сила, b, nc, действующая на центральный ролик из-за веса ремня, равна

 
На рис. 17 показано типичное нормальное распределение силы, действующее на трехвалковый натяжной ролик, и результирующее сопротивление качению при вдавливании. Как отмечено в DIN 2123 [13], нормальное распределение силы может быть выражено как

 
где L - общая длина контакта сыпучего материала с лентой и определяется как

 
где c - длина контакта для центрального ролика и m, s для боковых роликов.

Сопротивление вдавливанию вдоль каждого натяжного ролика определяется по формуле. (17) и дается

 
Рис. 18 и 19 показывают, что распределение силы по длине центрального ролика является постоянным и представляет собой сумму силы, обусловленной ремнем b, c ( z ) и объемным материалом m, c ( z ), где

 
а также

 
Рис. 18: Нормальное распределение усилия и результирующее сопротивление качению при вдавливании для трехколесного проходного комплекта холостого хода - поперечное сечение, показывающее нормальное усилие между натяжными роликами и ремнем Рис. 19: Нормальное распределение силы и результирующее сопротивление качению при вдавливании для комплекта трехвалкового проходного желоба - вид снизу, показывающий распределение сопротивления вдавливанию
Из уравнения (26), поэтому сопротивление сопротивлению качению с отступом, действующее на центральный валок, определяется как

 
Распределение силы вдоль боковых натяжных роликов представляет собой комбинацию силы в результате ремня b, s ( z ) и линейно уменьшающейся нагрузки из-за сыпучего материала m, s ( z ), где

 
Принимая во внимание, что сила, обусловленная весом ремня, должна действовать на длину контакта сыпучего материала, а не на длину контакта ремня, чтобы упростить распределение нагрузки.

Линейно уменьшающаяся сила, связанная с объемным материалом, определяется выражением

 
Следовательно

 
Таким образом, общее сопротивление качению при вдавливании на один комплект

 
 
там, где нормальные силы зависят от ремня, геометрии натяжного ролика и свойств сыпучего материала, постоянные B и c зависят от измеренных характеристик сопротивления качению ленты при вдавливании.

3.4 Особенности проектирования
В предыдущем разделе были представлены методы для расчета сопротивления качению при вдавливании и сопротивления изгибу ремня на комплект натяжных роликов с точки зрения нагрузки, температуры, геометрии натяжного ролика, а также свойств сыпучего материала и ремня. Эти компоненты были рассчитаны с использованием измеренных сопротивлений качению при вдавливании и данных изгиба ремня.

Сопротивление качению при вдавливании зависит от резины крышки шкива, нормальной нагрузки, температуры, диаметра натяжного ролика, толщины крышки и скорости ремня. Сопротивление качению при вдавливании считается независимым от натяжения ремня и, следовательно, провисания ремня, и считается постоянным для каждого натяжного ролика, установленного по длине системы. Если присутствуют горизонтальные и / или вертикальные кривые, сопротивление качению при вдавливании изменяется в соответствии с изменяющимся профилем нагрузки.

Потеря энергии вследствие изгиба конвейерной ленты над каждым натяжным роликом зависит от конструкции ремня, температуры и степени изгиба, которая зависит от натяжения ремня и продольной жесткости. Сопротивление изгибу ремня обычно невелико по сравнению с сопротивлением качению при вдавливании, хотя более низкие нагрузки и низкие температуры могут привести к значительному изгибу ремня. Изгиб ленты изменяется по длине конвейера из-за изменений натяжения ленты, однако, поскольку это относительно небольшой вклад, его обычно можно считать постоянным.

Исходя из предыдущего анализа, очевидно, что у конструктора конвейера на этапе проектирования есть много вариантов снижения изгиба ленты и сопротивления качению при вдавливании. Некоторые из наиболее распространенных методов обсуждаются ниже.

3.4.1 Соединения крышки шкива с низким сопротивлением качению
Составы покрытия шкивов с низким сопротивлением качению предназначены для максимизации энергии, восстанавливаемой во время цикла восстановления. Значительная экономия энергии может быть достигнута при правильном выборе состава покрытия шкива, однако следует учитывать несколько факторов. При оценке использования соединений с низким сопротивлением качению рекомендуется анализировать потенциальную экономию энергии в диапазоне среднемесячных температур, поскольку соединения часто зависят от температуры [21]; Кроме того, соединения, которые зависят от температуры, также будут зависеть от скорости и должны быть испытаны при соответствующей скорости ленты. Чтобы максимизировать преимущества составов с низким сопротивлением качению, обороты ленты обычно используются на длинных ленточных конвейерах, чтобы получить преимущества на обратной стороне.

3.4.2 Ролики большого диаметра
Ролики большого диаметра имеют преимущество в том, что они уменьшают контактные напряжения на крышке шкива и поверхности раздела роликов, что снижает сопротивление качению при вдавливании. При одинаковом расположении подшипника и уплотнения большие натяжные ролики обеспечивают более низкое сопротивление вращению благодаря большему радиусу. Больший радиус также снижает угловую скорость, что приводит к снижению вязкостного сопротивления смазки в подшипниках и лабиринтных уплотнениях и дополнительно снижает сопротивление. В некоторых случаях оказалось более выгодным использовать натяжные ролики большего диаметра только для более нагруженного центрального ролика (см. Рис. 18). Выборочное использование роликов большего диаметра снижает инвестиционные затраты и ограничивает массу вращения.

3.4.3 Снижение вертикальной нагрузки
Уменьшение вертикальной нагрузки на ремень снижает сопротивление качению при вдавливании. Если, например, нагрузка уменьшается вдвое, то из уравнения. (17) сопротивление качению при вдавливании уменьшится на 2 с (т. Е. На 2 от степени с , где обычно с = 4/3) и приведет к непропорциональному уменьшению с нагрузкой [7]. Очевидно, что любое снижение нагрузки требует увеличения скорости ленты для поддержания постоянной несущей способности, что, в свою очередь, увеличивает сопротивление качению при вдавливании, но с меньшей скоростью.

3.4.4 Увеличенный интервал ожидания
Уменьшение количества раз отклонения ремня между наборами натяжных роликов по всей длине системы уменьшает общее сопротивление изгибу конвейерной ленты. Несмотря на то, что это обеспечивает экономию энергии, они относительно невелики по сравнению с другими компонентами, при этом наиболее значительными преимуществами являются увеличенные межзубные промежутки в результате уменьшения сопротивления изгибу сыпучего материала, что обсуждается в разделе 4.

3.4.5 Каркас ремня
Экспериментально было показано [7], что армированные тканью ремни проявляют большее сопротивление вдавливанию по сравнению с лентами со стальным кордом, в то время как ленты со стальным кордом с кабелями меньшего диаметра проявляют более низкое сопротивление качению при вдавливании, чем у кабелей с большим диаметром. Эти результаты доказывают, что каркас ремня играет важную роль в сопротивлении качению при вдавливании, и что любая модель или испытание должны учитывать элементы и конструкцию каркаса. Кроме того, каркас ремня значительно влияет на продольную жесткость ремня и, следовательно, на сопротивление изгибу ремня.

4. Изгиб материала Сопротивление изгибу

Сопротивление изгибу сыпучего материала возникает из-за продольного и поперечного смещения ремня и сыпучего материала между последовательными наборами холостого хода и связанных с этим внутренних потерь на трение внутри сыпучего материала. Как упоминалось ранее, ремень и объемный материал подвергаются сложным взаимодействиям, когда ремень открывается и закрывается в поперечном направлении и смещается вертикально из-за провисания ремня. Потери, связанные с сопротивлением изгибу сыпучего материала, не могут быть легко изолированы и измерены независимо от ремня, что делает этот компонент основного сопротивления наиболее трудным для количественной оценки и точного прогнозирования.

Несколько исследователей исследовали тему сопротивления изгибу материала. Исследования включали аналитические подходы [1,12,20], экспериментальные исследования [22] и др., Предоставившие комбинированные экспериментальные и численные методы [6,19]. Для простоты изложенный подход следует теоретическому подходу Спана [1]. Этот подход учитывает активные и пассивные напряженные состояния, которые претерпевает сыпучий материал, когда он перемещается от одного набора холостого хода к другому. Спанс [1] отмечает, что сопротивление изгибу сыпучего материала в основном определяется продольным прогибом, а не поперечным прогибом ремня. Он выводит изгиб продольного сыпучего материала m, изгиб , как

 
где EI - жесткость на изгиб конвейерной ленты, T - натяжение ленты, φ i - внутренний угол трения, h - средняя высота сыпучего материала над центральным натяжным роликом, a - расстояние между натяжителями, ω = √ ( T ⁄ EI ) и x - это расстояние от набора натяжных роликов, где жесткий пояс в форме желоба переходит в слабый и где радиус кривизны наименьший. Значения х обычно находятся в диапазоне 0,010 м <  х  <0,040 м и больше с увеличением угла прохода, более широких ремней, большего натяжения и жесткости каркаса ремня.

Соотношение, полученное Spaans [1], дает оценку, основанную на измеренных объемных материалах и свойствах ленты, а не на основе эмпирических приближений. Кроме того, отношения, вытекающие из уравнения. (35) соответствуют более сложным численным решениям и экспериментальным данным [6,19].

4.1 Особенности дизайна
Из уравнения (35) очевидно, что сопротивление изгибу сыпучего материала сильно зависит от геометрии поперечного сечения сыпучего материала, причем сопротивление изгибу увеличивается на высоту квадрата сыпучего материала. Кроме того, сопротивление изгибу сыпучего материала уменьшается на корень натяжения ремня, а это означает, что меньшее провисание приводит к меньшему прогибу ремня и сыпучего материала и, следовательно, к меньшему сопротивлению.

Чтобы рассмотреть коэффициент сопротивления изгибу сыпучих материалов, ƒ м, изгиб, ур . (35) делится на сумму веса сыпучего материала и ленты, чтобы дать

 
Чтобы проанализировать влияние внутреннего трения сыпучего материала и расстояния между ними, на рис. 20 показаны результаты уравнения. (36) для ленты шириной 1,2 м с коэффициентом провисания 1% транспортирующего материала с насыпной плотностью 1000 кг / м 3, Сразу становятся очевидными некоторые тенденции, в том числе увеличение коэффициента сопротивления изгибу сыпучего материала с внутренним углом трения и уменьшение с увеличением расстояния между холостым ходом. Что касается последнего, сопротивление изгибу сыпучего материала на комплект натяжных колес увеличивается с увеличением расстояния между натяжными роликами из-за увеличения объема работы. Однако работа на единицу длины уменьшается, что приводит к общему уменьшению коэффициента сопротивления изгибу сыпучего материала при увеличении межосевого расстояния. Кроме того, другие исследования [9] показали, что инвестиционные затраты, как правило, снижаются, поскольку, хотя затраты на ремни увеличиваются (из-за большей прочности ремней), увеличение затрат компенсируется более значительным снижением затрат благодаря меньшему количеству комплектов натяжных устройств.

Рис. 20: Коэффициент сопротивления изгибу сыпучего материала в зависимости от внутреннего угла трения и коэффициента прогиба (ширина ленты = 1,2 м, объемная плотность = 1000 кг / м 3 ) - коэффициент прогиба = 1% Рис. 21: Коэффициент сопротивления изгибу сыпучего материала в зависимости от внутреннего угла трения и коэффициента прогиба (ширина ленты = 1,2 м, насыпная плотность = 1000 кг / м 3 ) - внутренний угол трения = 35 °
На рис. 21 показан коэффициент сопротивления изгибу сыпучего материала в зависимости от отношения провисания для ленты шириной 1,2 м, плотность сыпучего материала 1000 кг / м 3 и внутренний угол трения 35 °. Как и ожидалось, коэффициент сопротивления изгибу сыпучего материала увеличивается с увеличением коэффициента провисания ремня из-за большей работы из-за увеличенного вертикального смещения сыпучего материала.

В целом, более широкое расстояние между промежуточными роликами и более высокое натяжение ремня снижает сопротивление изгибу сыпучего материала, в то время как сыпучие материалы с большим внутренним трением создают большее изгибание сыпучего материала. Аналогичным образом, более широкое расстояние между натяжными роликами имеет дополнительное преимущество, заключающееся в меньшем количестве роликов и рам, что обычно приводит к снижению инвестиционных затрат.

5. Заключение

Эта статья представила комбинацию теоретических моделей и измеренных данных, чтобы помочь в разработке энергоэффективных ленточных конвейеров. Ряд теоретических моделей для прогнозирования основных сопротивлений ленточных конвейеров был обсужден со ссылкой на стандарты испытаний и методы руководства. Посредством всестороннего анализа сопротивлений движению были определены ключевые параметры конструкции для энергоэффективной конструкции конвейера, что позволило дизайнерам выбрать комбинацию параметров, которые приведут к экономически эффективным энергосберегающим решениям.
Опубликовано: 13.06.2020 Статьи