Динамічне пошкодження конвеєрної стрічки

В цілому можна сказати, що незворотні зміни, що виникають всередині конвеєрної стрічки, викликані фізичними, хімічними і біологічними впливами.

Одночасна дія цих трьох чинників викликає старіння верхньої і нижньої кришки конвеєрної стрічки. Руйнування гумових деталей конвеєрної стрічки внаслідок хімічного або фізико-хімічного впливу називається корозією. Процес корозії може бути прискорений внаслідок сонячного світла або температури. Небажана зміна хімічних характеристик в деяких частинах конвеєрної стрічки є ще одним негативним процесом, який називається деградацією. Питання зносу конвеєрної стрічки є специфічною областю досліджень, яка цікава як виробникам, так і користувачам конвеєрних стрічок. Виробники конвеєрної стрічки застосовують різні процедури для збільшення терміну служби конвеєрної стрічки [1].   

  Застосовуються спеціальні добавки, які здатні усунути або істотно сповільнити окремі небажані процеси. Застосовувані добавки - це, наприклад, антиоксиданти, антіозонанти , УФ-поглиначі, стабілізатори і т. Д Користувачі конвеєрних стрічок намагаються звести до мінімуму знос конвеєрної стрічки системою технічного обслуговування. Основним завданням такої системи технічного обслуговування є забезпечення умов експлуатації, здатних підтримувати процес зносу на прийнятному рівні [2,3]. Проте, необхідно застосовувати великий обсяг інформації, щоб застосувати ефективну систему обслуговування. Необхідна сума інформації необхідна для оцінки умов експлуатації конвеєрної стрічки або для попередження від ініціалізації можливих небажаних процесів [4]. Таким чином, оператор конвеєрної стрічки зможе вжити адекватних заходів для того, щоб зупинити або зменшити розвиток небажаних процесів до прийнятного рівня [5]. Вищезазначені питання актуальні для всіх типів конвеєрних стрічок, незалежно від конструкції конвеєрної стрічки, виду матеріалу, що транспортується або терміну служби [6,7]. Однак можливі також певні несприятливі робочі стану, які виникають тільки в разі стрічкового конвеєра певного типу, а для стрічкових конвеєрів інших типів вони практично незначні. Конкретний процес зносу типовий для сучасного та інноваційного типу систем безперервного транспортування, а саме для трубних конвеєрів. 

Конвеєрні стрічки в трубних конвеєрах

Резино -Текстильне конвеєрні стрічки використовуються для установки в трубних конвеєрах набагато більше, ніж конвеєрні стрічки зі сталевим кордом. Резино -Текстильне конвеєрні стрічки підходять для більшості установок трубних конвеєрів з урахуванням умов міцності під час роботи трубного конвеєра, а також з урахуванням інших обставин. Конвеєрні стрічки, встановлені в трубчастих конвеєрах, піддаються не тільки впливу, що транспортується, але також піддаються певному навантаженні, яка викликається циклічним процесом закриття конвеєрної стрічки в формі трубопроводу і подальшого його відкриття. в плоску форму. Важливими чинниками також є вплив умов експлуатації, якості технічного обслуговування і т. Д Всі ці факти здатні поступово викликати різні пошкодження конвеєрної стрічки (рис. 1). Мал. 1. Приклад пошкодження кромки труби конвеєрної стрічки. (Фотографії: © Технічний університет Кошице ) Іншим можливим негативним явищем, що виникають в роботі трубчастого конвеєра, є така ситуація, коли резинотканевая конвеєрна стрічка не має повного або стабільного контакту з усіма шістьма натяжними роликами, розташованими в шестигранному натяжному кожусі (рис. 2). Ця несприятлива ситуація виникає на прямих ділянках траєкторії трубного конвеєра, а також на ділянках, вигнутих по горизонталі і вертикалі. Негативним результатом цієї ситуації є деформована форма поперечного перерізу конвеєрної стрічки, тобто сплющена або навіть плоска форма поперечного перерізу конвеєрної стрічки , що означає, що конвеєрна стрічка не володіє необхідними динамічними властивостями і динамічно пошкоджена. Кінцевим результатом цієї небажаної ситуації є локальне збільшення інтенсивності процесу зносу конвеєрної стрічки, що призводить до пошкодження шарів покриття стрічки, більш високі опору руху і можливість розливу матеріалу по траєкторії транспортування. Всі ці факти призводять до небажаних технічним і економічним наслідкам для оператора або користувача трубного конвеєра. Мал. 2. Приклад ситуації, коли конвеєрна стрічка не має контакту з усіма натяжними роликами в корпусі шестигранною натяжна ленти.В рамках даного процесу дослідження був розроблений спеціальний аналіз, щоб описати вищезазначене небажану поведінку конвеєрної стрічки і спостерігати зміни, що відбуваються у внутрішній конструкції стрічки.   

Характеристики резинотекстильная труби конвеєрної стрічки з динамічним пошкодженням

Щоб дослідити індивідуальні механічні характеристики резинотекстильная конвеєрної стрічки, яка була пошкоджена динамічно, в рамках процесу дослідження було виконано ряд вимірювань, в той час як деякі з виміряних значень порівнювалися з контрольним зразком, тобто Зразок без динамічного пошкодження. Зразок аналізованої конвеєрної стрічки був розділений на дві частини (через можливість транспортування), які позначені A і B (рис. 3). Перший вимір було зазначено для визначення міцності ременя на розтягнення, виміряної в поздовжньому напрямку ( R m ), розширюваності ременя, виміряної в поздовжньому напрямку ( R e).) І відносне подовження при допустимому рівні натягу (σ) відповідно до стандарту STN ISO EN 283 - 1. Рис. 3. Позначення випробуваного зразка, обраного зі стрічки конвеєрної ленти.Не було зафіксовано будь-яких значущих відмінностей між окремими частинами аналізованої резинотекстильная конвеєрної стрічки щодо отриманих значень вищезазначених виміряних механічних характеристик (таблиця 1). Таблиця 1: Результати першого виміру аналізованого зразка.       

	зліва	право	B зліва	B справа
R м [Н / мм]	тисячу триста тридцять два	1336	1340	1342
R e [%]	16	16	16	16
σ [%]	0.9	1,0	0.9	0.8

Другий виміряний набір був орієнтований на визначення наступних механічних характеристик: еластичного подовження ( l p ), пластичного (довговічного) подовження ( t t ) і модуля пружності ε для окремих частин досліджуваної конвеєрної стрічки (таблиця 2). Таблиця 2: Результати другого виміру аналізованого зразка.      

	зліва	центр	право	B зліва	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

Згідно з результатами, наведеними в таблиці 2, видно значні відмінності між окремими вимірами значеннями, зокрема між окремими значеннями модуля пружності, вимірюваними на зразках для випробувань, відокремлених від різних частин аналізованого зразка конвеєрної стрічки. З цієї причини, а також з урахуванням вимог наступного аналізу був виконаний той же набір вимірювань, але на цей раз з використанням зразків для контрольних випробувань, які були відокремлені від зразка невикористаної резинотекстильная конвеєрної стрічки з ідентичним внутрішня конструкція. Результати цього виміру наведені в таблиці 3. Таблиця 3: Результати вимірювання порівняльного зразка.  

	залишив	центр	правильно
Я р [%]	0.8	0.8	0.8
т т [%]	0,5	0.6	0,5
ε [н / мм]	12820	11905	12195

Результати, отримані в результаті порівняльного вимірювання, підтвердили первинне припущення щодо значень модуля пружності. Відмінності між значеннями модуля пружності, які були виміряні на трьох випробувальних зразках, витягнутих з полів і з середини порівняльного зразка, незначні. Однак відмінності між значеннями модуля пружності, вимірюваними на зразках для випробувань, відокремлених від зразка гумовотканинної конвеєрної стрічки, який був пошкоджений динамічно, є значними. Іншим типом випробування, яке було виконано спочатку на аналізованому зразку конвеєрної стрічки, а потім на порівняльному зразку, було випробування на зносостійкість конвеєрної стрічки (таблиця 4). Таблиця 4: Результати тесту на зносостійкість конвеєрної стрічки, виконаного на уже згадуваному і порівняльному зразку.  

	зразок А	зразок Б	порівняльний зразок
Несправність [-]	0,206	0,235	0,335

Результати, отримані з тіста на зносостійкість конвеєрної стрічки, представляють відмінності між аналізованих і порівняльним зразком конвеєрної стрічки. Однак, якщо взяти до уваги той факт, що аналізована вибірка була розділена на дві частини, а порівняльна частина була твердою, ці результати можна не враховувати. Останнім набором виконаних випробувань було вимір міцності зчеплення між окремими конструктивними компонентами аналізованого і порівняльного зразка конвеєрної стрічки. Виміряні дані не продемонстрували яких-небудь істотних протиріч серед порівнюваних значень, отриманих з окремих виміряних зразків. Згідно з результатами, отриманими в результаті експериментальних вимірювань, був проведений аналіз за допомогою обчислювальної або імітаційної моделі з використанням FEM-процедури, заснованої на використанні програмного інструменту Abaqus . 
 

Модель FEM динамічно пошкодженої конвеєрної стрічки

Отримані експериментально результати створили базу даних для розробки та застосування обчислювальної моделі для проведення FEM-аналізу. Геометрія цієї моделі видно на рис. 4. Для реалізації цієї обчислювальної моделі було потрібно застосування препроцесора, який є базовою частиною програмного забезпечення Abaqus . В рамках геометрії обчислювальної моделі були змодельовані три проміжних корпусу зі зміщеним розташуванням направляючих роликів. Мал. 4. Геометрична модель, створена з використанням програмного забезпечення CAE Abaqus.Модель конвеєрної стрічки була розділена на шість осьових частин з урахуванням результатів, отриманих експериментально з аналізованого зразка. Поділ на шість частин було вибрано для того, щоб модель конвеєрної стрічки могла містити шість зон з різними значеннями модуля пружності відповідно до результатів, отриманими з окремих експериментальних вимірювань, зазначених для визначення модуля пружності. Дані зони характеризуються однаковими значеннями модуля пружності в поперечному напрямку, а також рівними значеннями щільності матеріалу, в той час як в поздовжньому напрямку окремі значення модуля пружності різні в кожній із зон. Граничні умови визначені таким чином, щоб кожен з направляючих валків видалив всі ступені свободи. Стрічковий конвеєр видалив три ступені свободи в середині у всіх напрямках, крім поздовжнього напрямку. Таке розташування дозволяє виконати необхідне переміщення конвеєрної стрічки в правильне положення в проміжному корпусі в рамках процесу розрахунку. Поля конвеєрної стрічки обмежені двома посилальними точками, і в цих довідкових точках розташовані допоміжні моменти, щоб сформувати трубчасту форму конвеєрної стрічки. Інша завантаження конвеєрної стрічки представляла силу тяжіння і силу натягу. Сітка кінцевих елементів була зібрана з використанням кінцевих елементів типу Shell з глобальної функцією контакту, певною між окремими парами контактів. Першою частиною обчислювального процесу було формування конвеєрної стрічки в формі труби за допомогою вищезазначених допоміжних моментів. Після цього трубообразний ремінь був правильно розміщений в шестигранному корпусі холостого ходу з використанням необхідного зсуву. Крім того, конвеєрна стрічка була звільнена після зняття допоміжних моментів так, щоб стрічка вступала в контакт з форм роликами. Нарешті, аналізований зразок був навантажений силою тяжіння і силою натягу.  

Результати розрахунків

Вищеописана модель була застосована для двох обчислювальних процедур. Перший обчислювальний процес був реалізований з різними значеннями модуля пружності в поздовжньому напрямку в розділених шести осьових зонах. У другому обчислювальному процесі використовувалися постійні значення модуля пружності в поздовжньому напрямку в усіх шести зонах. Всі інші матеріальні константи і граничні умови залишилися однаковими для обох обчислень. Основною метою цієї методології було порівняння отриманих результатів з метою виявлення змін в розподілі відносин напруга-деформація в обох обчислювальних моделях. Наступні малюнки (рис. 5, 6) ілюструють розрахункове розподіл полів напружень в конвеєрній стрічці з динамічним пошкодженням на внутрішній і зовнішній стороні труби конвеєрної стрічки в будь-якому місці прямого ділянки на траєкторії транспортування. Мал. 5. Розподіл результуючих полів напружень в трубчастої конвеєрній стрічці. Мал. 6. Розподіл результуючих полів напружень в осьовому напрямку всередині трубчастої конвеєрної ленти.Графікі на рис. 7 описують парціальні значення деформацій в разі трубчастого ременя в напрямку осей x, y, z. Графіки записують значення, отримані з обох обчислювальних прикладів. Графіки показують суттєві відмінності в розрахункових результатах між моделлю конвеєрної стрічки, яка динамічно пошкоджена, і моделлю неушкодженою конвеєрної стрічки. За отриманими результатами можна сказати, що якщо ремінь пошкоджений динамічно, він утворюється в корпусі натяжителя інакше, ніж повинно бути, в порівнянні з неушкодженим ременем. Точки контакту між стрічкою і формують роликами в корпусі гексагонального ролика також різні для обох типів конвеєрних стрічок. Мал. 7. Графіки деформацій конвеєрної стрічки для стрічки з динамічним пошкодженням Y і без динамічного пошкодження Y'в напрямку осей X, Y, Z.    

Висновок

Результати, отримані з експериментальних вимірювань і з розрахунків FEM, підтверджують первинне припущення, яке розглядалося до початку дослідницького процесу. Нестандартна поведінка конвеєрної стрічки для труб може бути пояснено розбіжністю характеристик матеріалу стрічки, і в результаті цього відбувається втрата контакту між конвеєрною стрічкою і направляючими роликами в корпусах холостого ходу, а також трохи сплющена форма стрічки. Одним з можливих небажаних наслідків такої ситуації є розлив що транспортується по траєкторії транспортування. Інші експлуатаційні аспекти деформованої конвеєрної стрічки (наприклад, опір руху, знос конструктивних деталей ременя) будуть досліджені з точки зору наступної, більш детальної дослідницької роботи. ■