Studium Podyplomowe

Transkrypt

1 Katedra Maszy Góriczych, Przeróbczych i Trasportowych Studium Podyplomowe Przeośik taśmowy cz.4 Dobór przeośików taśmowych - dobór mocy apędu i wytrzymałości taśmy przeośika Dr iż. Piotr Kuliowski piotr.kuliowski@agh.edu.pl tel. (617) 3 74 B-2 parter p.6 Literatura Literatura podstawowa 1. MURZYŃSKI Z.: Wytycze doboru taśm, Bełchatowskie Zakłady Przemysłu Gumowego Stomil Bełchatów S.A. 2. Żur T., Hardygóra M.: Przeośiki taśmowe w górictwie. Wydawictwo Śląsk sp. z o. o., Katowice 1996 r. 3. Norma Gurtförderer für Schüttgüter - DIN Literatura uzupełiająca 1. Alles R. Főrdergurte Berechuge Trasportbad-Diest. CotiTechik, Editio Haover 1985 r. 2. Atoiak J.: Urządzeia i systemy trasportu podziemego w kopaliach. Wydawictwo Śląsk, Katowice 199 r. 3. Atoiak J.: Przeośiki taśmowe. Wprowadzeie do teorii i obliczeia. Wydawictwo Politechiki Gliwickiej, Gliwice 24 r. 4. Atoiak J.: Systemy trasportu przeośikami taśmowymi w górictwie. Wydawictwo Politechiki Gliwickiej, Gliwice 25 r. 5. Breidebach H.: Foerdergurt - Techik, Projektierug ud Berechug, BTR DUNLOP BELTING GROUP 6. Gładysiewicz L.: Przeośiki taśmowe.teoria i obliczeia. Wrocław 23. 1

2 Wykaz ważiejszych symboli i ozaczeń B szerokość taśmy, [mm] C współczyik uwzględiający skupioe opory ruchu przeośika przy omialym obciążeiu, f współczyik oporów ruchu przeośika przy omialym obciążeiu, H wysokość podoszeia lub opuszczaia materiału trasportowaego, [m] (różica poziomów między bębem czołowym i zwrotym) K jedostkowa siła rozciągająca taśmę, [N/mm] L długość przeośika, [m] N moc apędu, [kw] P siła obwodowa a bębie w ruchu ustaloym, [kn] Q wydajość masowa, [t/h] S siła rozciągająca taśmę, [kn] v prędkość taśmy, [m/s] W opory ruchu, [N] α kąt opasaia, [º] δ kąt achyleia przeośika, [º] η sprawość, µ współczyik tarcia, Obliczaie przeośików taśmowych metodą podstawową W ruchu ustaloym (v=cost) P u = W C v P u mgsiδ m v P δ mg mgcosδ P = W = µ m g cos δ + m g si δ Siła tarcia Siła ciężkości W przeośiku taśmowym: µ f m Σmi Pu = WC = f mi g cos δ + mi g si δ [N] 2

3 Masy elemetów ruchomych przeośika Do obliczeń oporów ruchu muszą być zae masy wszystkich elemetów ruchomych a trasie przeośika. Masę ruchomą staowi ie tylko materiał trasportoway, ale także masa taśmy i masa obracających się części krążików. Masa urobku obciążającego 1 [m] długości taśmy przeośika może być wyliczoa z wydajości przeośika i prędkości taśmy według poiższego wzoru: Q m l = 3.6 v Masę obrotowych części krążików przypadających a 1 [m] długości przeośika oblicza się wzorem: ' ' m ' zkg mzkd mk = + [kg/m] l l kg kd Masę taśmy przypadającą a 1 [m] długości przeośika oblicza się wzorem: m t = B 1 m tj [kg/m] Opory ruchu Źródła oporów ruchu przeośika. 1. Opory ruchu krążików. 2. Opory przegiaia taśmy. 3. Opory związae z falowaiem urobku. 4. Opory w miejscu załaduku związae z rozpędzaiem ładuku. 5. Opory w miejscu załaduku związae z tarciem. 6. Opory urządzeń czyszczących. 7. Opory przegiaia taśmy a bębach. 8. Opory związae z podoszeiem urobku. W G -główe W S - skupioe W H - podoszeia 3

4 Współczyiki oporów ruchu - f Fikcyjy współczyik tarcia f określay jako współczyik oporu ruchu obejmuje łączie opory ruchu górej i dolej gałęzi przeośika. Wartości współczyika f podae w tablicy dotyczą obciążeia przeośika ładukiem w zakresie 7 11% ustaloego obciążeia omialego i strzałki ugięcia taśmy ie przekraczającej 1%. Wzrost aciągu taśmy i zmiejszeie strzałki ugięcia, podobie jak i zwiększeie średicy krążików, powoduje zmiejszeie wartości f. Dobrae z tablicy wartości współczyika f+ (taśma apędzaa silikiem) i f- (taśma hamowaa geeratorowo) ależy pomożyć przez współczyik c T > 1 zwiększając go przy spadku temperatury otoczeia. Przeośiki wzoszące, poziome lub iezaczie opuszczające Waruki eksploatacji przeośika f + w zależości od prędkości taśmy v [m/s] Wykoaie ormale, ładuek z przeciętym tarciem wewętrzym,16,165,17,18,2,22 Dobre ułożeie przeośika, krążiki lekko obracające się, ładuek z małym tarciem wewętrzym,135,14,15,16,17,19 Niekorzyste waruki ruchowe, ładuek z dużym tarciem wewętrzym,23,27 Przeośiki oddziałowe w górictwie podziemym,27,3 Przeośiki trasportujące silie w dół Waruki eksploatacji przeośika Dobre ułożeie przeośika przy ormalych warukach ruchowych, ładuek z małym do średiego tarciem wewętrzym f --,12,16 Współczyiki oporów ruchu - C(L) Do obliczeia oporów skupioych potrzeba jest wartość współczyika C. Opory skupioe są wywoływae przede wszystkim siłami bezwładości i siłami tarcia występującymi w rejoie puktu załadowczego. Wartości współczyika C w zależości od długości przeośika L (wg DIN 2211) zestawioo w tablicy. Za pomocą tego współczyika moża dość dokładie obliczać przeośiki o długości powyżej 8 [m]. Wsp. długości C 2, 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1,5 1,3 1, Długość przeośika L [m] 4

5 Opory ruchu W = W + W + W + W C Opory główe wyliczae są z wzoru: W G = f L Opory skupioe określae są przy użyciu współczyika C. W S = G S ' ' [ m + ( 2 m + m ) cos δ] g [N] k ( C 1) W [N] Opory podoszeia określae są zależością: ' WH = H ml g [N] G t l H D Rozdzielając opory ruchu a gałąź górą i dolą musimy uwzględić zróżicowae wartości f. Opory te będą zatem określae zależościami: W = C f L g W = C f L d g d ' ' ' [ m + ( m + m ) cos δ] g + H ( m + m ) g [N] kg t l ' [ m + m cos δ] g H m g [N] kd t t t l Obliczeie i dobór mocy apędu Niezbędą moc potrzebą do apędu przeośika, która poprzez jede lub jedocześie kilka bębów apędowych musi być przekazaa taśmie, wyzaczają całkowite opory ruchu W C. W N = C v 1 [kw] N C N = lub NC = N η + η [kw] Rodzaj apędu apęd jedobębowy η + apęd wielobębowy η + apęd hamujący η - Elektrobębe,96 Elektromechaiczy,94,92 Elektromechaiczy + sprzęgło hydrokietycze,9,85,95 1, Hydrauliczy,86,8 5

6 Obliczeia sił w taśmie Wc kp S2 = e µα 1 S = S Wd S 4 = S 3 S + 1 = S4 Wg korekta ze względu a zwis taśmy i wyzaczeie S max = MAX(S 1 ; S 2 ; S 3 ; S 4 ) [N] S 1 1 kn 5 S 4 5 S 2 S 3 Dobór wytrzymałości taśmy W ajszerszym zakresie dobór taśmy przedstawia orma DIN Metoda doboru wytrzymałości taśmy według tej ormy uwzględia astępujące czyiki: spadek wytrzymałości statyczej w złączu taśmy r p, maksymala siła w taśmie w ruchu ustaloym S max, współczyik bezpieczeństwa w ruchu ustaloym λ u, Dobieraa wytrzymałość taśmy musi spełić astępujące zależości: K N λu > 1 r p S B max [kn/m] Materiał przekładek rdzeia B baweła P poliamid E poliester Rodzaj połączeia połączeia zakładkowe w taśmach wieloprzekładkowych * połączeie bez straty przekładki taśma jedoprzekładkowa rozbierale mechaicze Straty wytrzymałości r p 1/z **,3 >.4 Materiały przekładek Baweła, Poliamid, Poliester, Stal Waruki pracy dobre średie złe Ruch ustaloy λ u 6,7 8, 9,5 St stal 2 3,5( - 2) 6

7 Symulacyjy model systemu trasportowego A 43 t/d (brutto) A2 A1 A3 57 t/d (brutto) A4 B B1 A5 A6 B2 E E3 E2 E1 A7 D2 D D1 B4 B5 B3 E4 ZR1 5 t/d (brutto) C4 C3 5 t/d Przeośik taśmowy C C1 C2 Pukt załadowczy Zbiorik retecyjy Zapis kofiguracji ciągu przeośików taśmowych B moduł QNK-B2 B=12 v=2,56 [m/s] L=35 [m] α=+5 [ ] moduł QNK-B4 B=12 v=2.56 [m/s] L=21 [m] α=+6 [ ] D moduł QNK-B1 B=12 v=2 [m/s] L=55 [m] α=+6 [ ] moduł QNK-B3 B=12 v=2,56 [m/s] L=27 [m] α=+3 [ ] moduł QNK-B5 B=12 v=2.56 [m/s] L=27 [m] α= [ ] 7

8 Wskaźiki wstępej ocey poprawości doboru przeośików wq, wn, wk Qv (t) wq = Q max, wskaźik wypełieia przekroju iecki wn = N(t) N ist, wskaźik wykorzystaia mocy apędu K(t) wk = K om, wskaźik wykorzystaia wytrzymałości taśmy Badaia symulacyje wq wn wk 1 V [m 3 5 ] t[mi] t[mi] wq wn wk 1 Zbiorik t[mi] 8

9 W poprawie skostruowaym przeośiku muszą istieć właściwe relacje między: taśmą, urządzeiem apiającym, apędem. Waruki Waruki pracy pracy przeośika przeośika Taśma Taśma Urządzeie apiające Napęd Napęd QNK Pro Program QNK Pro wykorzystuje algorytm obliczeń bazujący a ormie DIN 2211, a jego zakres obejmuje wyzaczeie: Y Q [t/h] - maksymalej wydajości masowej przeośika wyzaczoej dla zaistalowaej mocy silików lub wyzaczoej dla określoego kształtu, prędkości strugi i rodzaju materiału trasportowaego, Y W[N] -oporów ruchu przeośika, z uwzględieiem oporów skupioych występujących w miejscu załaduku przeośika i oporów cetrowaia biegu taśmy, Y N[kW] -mocy apędu, iezbędej do utrzymaia przeośika w ruchu ustaloym, Y S[N] -sił występujących w taśmie w ruchu ustaloym, podczas rozruchu i hamowaia przeośika dla dowolego stau obciążeia materiałem trasportowaym, Y L [godz] - trwałości obliczeiowej łożysk krążików z uwzględieiem ich obciążeia wyikającego z działaia sił ciężkości i sił wzdłużych w taśmie, Y K[kN/m] -wytrzymałości taśmy dla założoych współczyików bezpieczeństwa 9

10 Jak poprawie dobrać taśmę przy pomocy programu QNK? zebraie iformacji weryfikacja uzyskaych daych i obliczeia parametry podstawowe - wydajość przeośika współczyik oporów ruchu współczyik bezpieczeństwa taśmy rozruch przeośika aaliza wyików obliczeń, komuikaty QNK Pro 1

11 I II III IV V VI Rozruch Ruch ustaloy Hamowaie 1 kn Model strukturaly przeośika taśmowego Zwrotia Trasa Wysięgik pukt załadowczy System podparcia taśmy System apiaia taśmy Układ apędowy pukt rozładowczy 11

12 12

13 13

14 Dobór średic bębów Izotropowy model taśmy zgiaej a bębie h og h r σ r σ zg l 1 l O h od D b oś obojęta Grubość taśmy rdzeń l l1 lo hr εmax = = = l lo Db + 2hod + hr K zg max = E d ε max [N/mm] 14

15 grupa A: bęby apędowe i wszystkie ie usytuowae w obszarze dużych wartości sił rozciągających taśmę w przeośiku, grupa B: bęby zwrote w obszarze małych wartości sił rozciągających taśmę w przeośiku, grupa C: bęby odchylające (kierujące) zmieiające kieruek biegu taśmy o kąt 3. Dobór średic bębów Do określeia miimalej średicy bęba ormy podają prosty wzór: D b = c h r [mm] gdzie: c - współczyik średicy bęba, wartość dobieraa jest z tablicy, h r - grubość rdzeia taśmy, mm. Np. dla EP D b = 18 1 mm = 18 Db = 125 [mm] Materiał przeoszący siły wzdłuże w rdzeiu taśmy B - baweła P - poliamid E - poliester St - liki stalowe [mm] c

16 miimala średica bęba w mm (bez okładziy cierej) D b = c h r poad 1% Wskaźik obciążeia bęba = 6% 1% K K max 8 1% 3% 6% % 3% Bębe grupy Bębe grupy Bębe grupy Bębe grupy A B C A B C A B C A B C Wyzaczeie maksymalej siły w taśmie S r max a podstawie oszacowaej wartości siły rozruchowej P r S S S z µ α e R b α P S z S r max k p P r 1+ e 1 = µα gdzie: α -kąt opasaia bębów apędowych [rad] µ -współczyik tarcia między taśmą a bębem k p -współczyik zabezpieczeia przed poślizgiem S z, -siła w taśmie zbiegającej i abiegającej [N] 16

17 Wyzaczeie rozkładu sił w taśmie podczas rozruchu przeośika QNK Pro S max Model jedomasowy dyamiki przeośika taśmowego v m rg +m rd υ p P u r v t k v a = t = ( m + m ) r r υ p 1 P u rg rd gdzie: υ p stosuek pociągowej siły rozruchowej do siły iezbędej do utrzymaia przeośika w ruchu ustaloym P u siła obwodowa w ruchu ustaloym taśmy rówa oporom ruchu przeośika k współczyik uwzględiający wpływ elastyczości podłużej taśmy 17

18 Wielomasowy dyskrety model przeośika taśmowego M Mot ω Mot ω Ma I Mot M Ma I Ma M Mot ω Mot M Ma I Mot Redukcja mas elemetów ruchomych j Zredukowaa masa odcika trasy 18

19 x j Model reologiczy taśmy σ j Zredukowaa masa odcika trasy E a σ σ Model reologiczy taśmy Ev η v Ev η v E a σ Stadard Hooke & Kelvi-Voigt σ Kelvi-Voigt σ Hooke Przemieszczeie, prędkość, przyspieszeie x 1 x δ x x 2 j-1 x x x -1 j+1 Zredukowaa masa odcika trasy Model reologiczy taśmy x i Przemieszczeie 19

20 j j j j Siły biere W x 1 x δ W W x 1 x x 2 j-1 W W 2 j-1 x x -1 j+1 W W -1 j+1 W x Zredukowaa masa odcika trasy Model reologiczy taśmy Siły biere (hamulce, opory ruchu) W i(x) x i Przemieszczeie Siły ciężkości W x 1 x δ W G W G x 1 1 x x 2 j-1 W G W G x x W G W G -1 j j-1 j-1-1 j+1-1 j+1 W x Zredukowaa masa odcika trasy Model reologiczy taśmy Siły biere W i(x) x i Przemieszczeie Siły ciężkości G i 2

21 j j j Siły czye P i W x 1 x P δ W P 1 P W G x G 1 1 x x P W G P W G x x W W 2 j j-1 j-1 j-1-1 j+1 P G P G -1 j j+1 j+1 P W x Zredukowaa masa odcika trasy Siły czye (układ apędowy i apiający) P i Model reologiczy taśmy Siły biere W i(x) x i Przemieszczeie Siły ciężkości G i Siła apędowa P i model apędu uproszczoe modele układów rozruchowych M [Nm] P i [N] M kr = M z M r = M z M z [mi -1 ] v i [m/s] 21

22 Silik dwubiegowy Cotroller t p t [s] p(t) M [Nm] Drive M [mi -1] Coveyor Model of belt coveyor M Tyrystorowy układ rozruchowy Cotroller t U [V] t [s] U(t) M [Nm] Drive M [mi -1] Coveyor Model of belt coveyor M 22

23 Styczikowo-oporowy oporowy układ rozruchowy Cotroller t R[Ω] t [s] R(t) M [Nm] Drive M [mi -1] Coveyor Model of belt coveyor M Przemieik częstotliwości Cotroller t f [Hz] t [s] R(t) M [Nm] Drive M [mi -1] Coveyor Model of belt coveyor M 23

24 Sprzęgła hydrokietycze Cotroller t fg[%] t [s] fg(t) M [Nm] Drive M [mi -1] Coveyor Model of belt coveyor M Badaia symulacyje v i W(x i ) m i x i δ i P i Gi j Badaia symulacyje przeprowadzoe a takim modelu umożliwiają aalizę wpływu a parametry pracy przeośika: dowolych charakterystyk apędów usytuowaych w różych miejscach trasy przeośika, charakterystyk hamulców, zastosowaia dowolych typów urządzeń apiających, własości reologiczych taśmy składającej się z różych odcików, zmieego obciążeia przeośika materiałem trasportowaym. 24

25 Weryfikacja modelu wielomasowego q [kg/s] v [m/s] v 5 [m/s] x w [m] N 1 [kw] I 1 [A] U 1 [V] N 2 [kw] I 2 [A] U 2 [V] Pomiar elektryczych parameterów: prąd, apięcie, moc, cosϕ, mechaiczych parametrów: przemieszczeie wózka prędkość taśmy w dwóch puktach trasy Rozruch przeośika - zestaw doly 25

26 Weryfikacja modelu wielomasowego - PT-2 (TVVS) V 5 [m/s] V [m/s] Pomiary [s] Badaia symulacyje [s] Weryfikacja modelu wielomasowego - PT-2 2 (TVVS) 12 Pomiary Badaia symulacyje A D B C I B [A], I C [A] I A [A], I D [A] [s] [s] 26

27 Weryfikacja modelu wielomasowego - PT-2 x x [m] Pomiary Badaia symulacyje [s] DyaBelt Program DyaBelt jest przezaczoy do aalizy wyików badań symulacyjych przeprowadzoych a dyskretym, wielomasowym modelu przeośika. Aaliza wyików obejmuje cztery podstawowe, wyikowe parametry pracy modelu przeośika: siły w taśmie przyspieszeia taśmy prędkości taśmy przemieszczeia taśmy oraz trzy dowolie wybrae wielkości określoe podczas badań symulacyjych 27

28 aimoway, dyamiczy wykres sił w taśmie, wykresy statycze, aaliza dyamicza, siły miimale i maksymale, wskaźiki jakości rozruchu aaliza poprawości budowy modelu. Aaliza dyamicza - wykresy sił Wskaźiki ocey pracy ieustaloej przeośika (t) (i) 28

29 Wskaźiki ocey pracy ieustaloej przeośika (1) w (i) 1 = S max, mi tr w 2(i) = S S dt dop i t r (i) Wartość maksymalej i miimalej siły w taśmie w czasie rozruchu lub hamowaia Wskaźik obiektywej jakości rozruchu wg Vierliga S w 3(i) = S max dop (i) Wskaźik określający stosuek siły maksymalej do siły dopuszczalej S P i d u z mi, max dop tr -siła rozciągająca taśmę [N], -siła apędowa [N], - idetyfikator miejsca, puktu a trasie przeośika, - ideks ozaczający, że wartość parametru dotyczy dyamiczego, ieustaloego stau pracy p. rozruchu, hamowaia, - ideks ozaczający okres pracy ustaloej przeośika, - ideks ozaczający wartość siły w taśmie abiegającej a bębe apędowy, - ideks ozaczający wartość siły w taśmie zbiegającej z bęba apędowego, -wartość miimala, maksymala w aalizowaym okresie pracy -wartość dopuszczala - czas rozruchu [s] Wskaźiki ocey pracy ieustaloej przeośika (2) S(t) w 4(t) = S (t) e z P d(t) w 5(t) = P u Ed(t) w 6(t) = E u µα Wskaźik poślizgu - stosuek wartości sił w taśmie abiegającej i zbiegającej z bębów apędowych do założoej (jako bezpieczej) wartości e µ. Wskaźik adwyżki dyamiczej - stosuek siły rozruchowej P r do siły apędowej podczas ruchu ustaloego P u Wskaźik w 6 - stosuek sprężystej eergii potecjalej gromadzoej w taśmie podczas aalizowaego, ieustaloego czasu pracy do sprężystej eergii potecjalej zmagazyowaej w taśmie podczas pracy ustaloej S P i d u z mi, max dop tr -siła rozciągająca taśmę [N], -siła apędowa [N], - idetyfikator miejsca, puktu a trasie przeośika, - ideks ozaczający, że wartość parametru dotyczy dyamiczego, ieustaloego stau pracy p. rozruchu, hamowaia, - ideks ozaczający okres pracy ustaloej przeośika, - ideks ozaczający wartość siły w taśmie abiegającej a bębe apędowy, - ideks ozaczający wartość siły w taśmie zbiegającej z bęba apędowego, -wartość miimala, maksymala w aalizowaym okresie pracy -wartość dopuszczala - czas rozruchu [s] 29

30 Aplikacje Preprocessor QNK Pro Solver e.g. Matlab, TUTSIM,... Postprocessor Aplikacje Q ax = v = B = L = δ = γ = N z = ST x125 t/h m/s mm m kg/m 3 kw A C B 3

31 Aplikacje L = 25 m, poziomy ST 315 kn/m, Q=215 t/h, 4 x 125 kw + 2 x 125 kw Układ rozruchowy oporowostyczikowy C 1 B 1 A 1 Momet [Nm] Siły w taśmie [N] Prędkość [m/s] C 2 B 2 A 2 Time [s] Aplikacje L = 25 m, poziomy ST 315 kn/m, Q=215 t/h, 4 x 125 kw + 2 x 125 kw Przemieik częstotliwości brak układu regulacji mometu apędowego M A max = 1Nm, M B max = 9Nm, M C max = 52Nm C 1 B 1 A 1 Momet [Nm] Siły w taśmie [N] Prędkość [m/s] C 2 B 2 A 2 Time [s] 31

32 Aplikacje L = 25 m, poziomy ST 315 kn/m, Q=215 t/h, 4 x 125 kw + 2 x 125 kw DTPKL sprzęgła hydrodyamicze M A max = 715Nm, M B max = 65Nm, M C max = 52Nm Sekwecyjy start silików C 1 B 1 A 1 Momet [Nm] Siły w taśmie [N] Prędkość [m/s] C 2 B 2 A 2 Time [s] Aplikacje L = 1625 m,δ = -3.7, v = 3.15 m/s Q = 16 t/h, 2 x 132 kw Power [kw] Time [s] 32

33 H12_2UN_AB - rozruch, praca ustaloa i hamowaie przeośika przeośika, z dwoma hydrauliczymi, stałociśieiowymi urządzeiami apiającymi taśmę B A Przeośik taśmowy z pętlicowym adążym urządzeiem apiającym taśmę usuięcie drugiego wózka apiającego wyelimiowaie układu zliowaia (li i krążków) możliwość zrezygowaia z dodatkowego zasobika taśmy dwukrote obiżeie prędkość jazdy wózka apiającego 33

34 1B_SH_WC_Q1% Rozruch Praca ustaloa Hamowaie B_SH_UNN_Q1% Rozruch Praca ustaloa Hamowaie S 2 [N] S 3 [N] przemieszczeie wózka [m] prędkość wózka [m/s] 34