Transportoare cu banda

Transportorul cu banda este unul dintre cele mai raspandite tipuri de instalatii de transport continuu, fiind destinat atat pentru deplasarea sarcinilor granuloase cat si pentru deplasarea sarcinilor individuale.

Ele se compun din urmatoarele parti principale (fig. 1.1):

elementul flexibil, care este banda de transport (1), ghidata de rolele de sustinere pe partea plina si goala (2);

tobe de actionare (4);

tobe de intoarcere (6);

dispozitiv de intindere (5);

dispozitiv de alimentare (7);

dispozitiv de descarcare si structura de traseu (3).

Fig. 1.1. - Structura transportorului cu banda

Structura de traseu, este determinata de forma de albiere a benzii si asigura sustinerea organului flexibil de tractiune prin intermediul rolelor.

Transportul cu banda se foloseste pentru deplasarea orizontala sau inclinata, sub unghi care nu trebuie sa fie mai mare decat unghiul pentru care sarcinile ce se deplaseaza incep sa alunece pe banda sub propria greutate.

Ramura incarcata a benzii fiind cea superioara, ghidarea se poate face prin dispozitive de sustinere cu o rola, in forma de jgheab cu doua role, trei role, sau mai multe role.

Fig. 1.2. - Sustineri de traseu

Cand reazemul are o singura rola el este drept si banda are o forma plata, cand el este alcatuit din doua, trei sau mai multe role care se rotesc pe axele asezate sub un unghi oarecare una fata de alta, banda capata forma unui jgheab.

Avantajul intrebuintarii pentru ramura de lucru a unui reazem cu role in forma de jgheab, consta in cresterea productivitatii transportului datorita maririi sectiunii curentului de material transportat, comparativ cu cel cu reazem drept.

Prezinta dezavantajul unei constructii mai complicate.

Rolele reprezinta elementul principal de care depind rezistentele specifice de transport, efortului din banda si consumul specific de energie.

Rolele de ramura plina pot fi din teava sau cu ax flexibil.

Rolele din teava sunt cel mai frecvent folosite, trebuie sa aiba suprafata perfect neteda si batai radiale cat mai mici. Diametrul rolelor se alege functie de natura materialului transportat si latimea benzii pentru a obtine rezistente cat mai mici la miscare si uzura redusa a benzii. Diametrul minim al rolelor este limitat si functie de viteza benzii.

Pe ramura de lucru a tranportoarelor cu banda cu trei role din teava de aceiasi constructie, cea mai solicitata este cea din mijloc car preia circa 70 % din greutate de material si de banda aferenta unui suport cu role.

Pasul rolelor de sustinere (fig. 1.1), este un parametru constructiv important a carui valoare se alege functie de: latimea benzii, zonele functionale ale transportorului, traseul si caracteristicile materialului transportat. Distanta dintre role este determinata si de sageata benzii care nu trebuie sa aiba valori mai mari de 2 3 %, din distanta intre role, pe ramura goala, distanta dintre role, l_rg, de obicei este egala cu 2 4 ori distanta dintre rolele de pe partea plina, valorile superioare fiind acceptate pentru latimi mari de banda si greutate specifica mare a materialului transportat.

Rolele din teava pe un suport se intalnesc fie montate individual in suporti rigizi, fie suspendate in ghirlanda. Folosirea rolelor montate in ghirlanda prezinta avantajul:

se reduc sarcinile dinamice determinate de bulgarii mari de material la trecerea peste role si la incarcare;

rolele pot avea constructie mai usoara, constructie de traseu metalica, etc.

Legatura intre role trebuie sa permita deplasari sub sarcina in planul ghirlandei, precum si usoare deplasari longitudinale pe rola.

Rolele cu ax flexibil pot avea axul din cablu de otel, din otel rotund sau din corzi de fibre artificiale pe care sunt fixate discuri din neopren, cauciuc sau aluminiu.

Distanta dintre primele trei discuri de la capetele rolei este micsorata pentru a proteja marginea benzii. Se intalnesc si role cu ax flexibil din cablu imbracat intr-o nervura spirala de cauciuc, care se infasoara in sensuri opuse pe cele doua jumatati ale rolei, contribuind la centrarea automata a benzii.

Rolele cu ax flexibil prezinta urmatoarele avantaje fata de cele din teava:

dau forma de albie benzii fara linii de frangere ceea ce reduce uzura benzii;

trecerea bucatilor mari peste role se face fara lovituri, ceea ce protejeaza banda;

forma transversala de arc a benzii dupa o raza optima asigura o sectiune mare a curentului de material;

banda se autocentreaza mai bine decat in cazul suprafetelor cu trei role.

Dezavantajul acestor role este ca cel cu discuri si cu nervuri elicoidale se curata greu daca pe ele se lipeste material, iar in cazul cand nu se rotesc, discurile si nervurile prin tocire isi formeaza muchii taietoare.

Rolele de pe ramura goala se monteaza de obicei cate una, iar la latimi ale benzii de peste un metru sunt montate si cate doua cu un unghi de inclinare de 10 12, care ajuta la centrare si da benzii rigiditate.

In cazul benzilor cu flexibilitate transversala mare, cum sunt cele cu insertii din fibre artificiale si cele cu cabluri din otel, se recomanda marirea unghiului de inclinare a rolelor laterale (β) pana la 40 45, in scopul cresterii debitului transportorului.

Cand banda are forma de albie, atat inainte cat dupa tobe este necesara o trecere treptata de la forma de albie la cea plata si invers, pentru a reduce tensiunile suplimentare care apar in marginile benzii si respectiv uzura acestuia.

Distanta minima de la toba la primul suport ce are rolele laterale inclinate normal se poate calcula cu expresia:

unde:

c - latimea de banda ce se deplaseaza pe o rola laterala inclinata [m];

β - unghiul de inclinare a rolelor laterale;

a - coeficient care tine seama de natura benzii.

Deplasarea laterala a benzii se datoreste:

montajul incorect a transportorului;

incarcarea incorecta a materialului;

rasucirii diagonale a suportilor cu role;

neperpendicularitatea tobelor (motoare si nemotoare) pe axul transporto-ruluri;

lipirii de material pe role, etc.

Fig. 1.3. - Suporti ficsi

Pentru centrarea benzii se folosesc suporti cu role laterale inclinate inainte, suporti oscilanti si role deflectoare. Suportii ficsi au rolele laterale inclinate diagonal inainte cu 2 3 fata de axul suportului, montati la 5 10 [m] (fig. 1.3).

Pentru autocentrarea benzii pe ramura inferioara, unele constructii au prevazuti suporti cu cate doua role inclinate catre interior in plan vertical cu 10 (la latimi mari de banda se poate ajunge la 15), ceea ce da benzii o usoara forma de albie.

Suportul trebuie sa permita reglarea lui fata de pozitia perpendiculara pe axul benzii, precum si usoara inclinare transversala in vederea centrarii benzii.

Teoria transmiterii efortului de tractiune prin frecare de la toba (tobele) motoare la banda se bazeaza pe ecuatia lui Euler:

sau:

unde:

S₀ - efortul maxim la limita de alunecare, ce se poate realiza in punctul de infasurare pe toba motoare;

S_d - efortul in banda in punctul de desfasurare de pe toba motoare;

- coeficientul de tractiune;

α - unghiul de desfasurare al benzii pe toba (tobele) motoare;

W_0max - forta maxima de frecare dintre banda si toba, respectiv forta maxima ce se poate transmite prin frecare de la toba (tobele) motoare la banda, la limita de alunecare.

In cazul in care toba (tobele) lucreaza ca frane, cum este cazul cand se transporta pe plan inclinat in jos, efortul maxim ce se poate dezvolta in banda la limita de alunecare in punctul de desfasurare de toba, se calculeaza expresia:

Cresterea capacitatii de transmitere a fortei de tractiune de la toba la banda se poate face prin cresterea unghiului de infasurare α, folosind doua sau mai multe tobe motoare si role de deviere a benzii.

Fig. 1.4. - Schema infasurare

Existenta a doua tobe motoare impune:

sincronizare perfecta a vitezei periferice a tobelor cu a benzii;

incarcarea egala a motoarelor;

asigurarea unui paralelism perfect al axelor tobelor;

toate acestea avand influenta asupra uzurii benzii.

Pentru aceasta se recomanda ca pe cat posibil sa fie folosite transportoarele cu o singura toba motoare (chiar marind forta de inchidere si trecand la o banda cu rezistenta la rupere mai mare) si numai cand conditiile de lucru sunt foarte dezavantajoase pentru coeficientul de frecare, sa fie folosite actionari cu doua tobe de actionare.

Constructia transportorului trebuie sa permita trecerea de la actionarea cu doua tobe la actionarea cu o toba si invers.

In majoritatea cazurilor actionarea se afla la capul de descarcare al transportorului. Numai cand transportul se face pe plan inclinat in jos, actionarea se face in capul superior de incarcare.

Daca rezistenta la miscare a benzii pe ramura goala are valoare relativ mare, transportoarele magistrale pot avea actionari la ambele capete, in care caz cel putin una dintre actionari sa fie cu reglare automata.

Schemele la care toba de antrenare nu este si de descarcare, se recomanda numai in cazurile cand aceasta toba trebuie scoasa in consola, pentru a putea descarcarea pe un alt utilaj si cand caracterul nestationar al transportorului nu permite montarea unor grupuri de actionare la aceasta toba.

Pentru distante mai mari de transport, atat pe orizontala cat si pe plan inclinat in sus, in scopul eliminarii punctelor de descarcare-incarcare (care apare in cazul folosiri in cazul mai multor transportoare in serie), precum si la reducerea cheltuielilor de achizitionare de cu rezistenta foarte mare la rupere, se folosesc transportoare cu actionari intermediare pe traseu.

Forta de tractiune se transmite de la benzile motoare la banda purtatoare de material, prin frecare.

Actionarea in aceasta situatie trebuie sa asigure reglarea vitezei, sincronizarea lucrurilor fiind asigurate de banda purtatoare.

Prin utilizarea actionarii de traseu, se reduce considerabil efortul in banda, fiind posibila utilizarea de benzi cu rezistenta mica la rupere.

Dispozitivul de intindere se utilizeaza pentru evitarea patinarii si compensarea alungirii benzii. Intinderea benzii, asigura realizarea in banda a unui efort suficient de mare in punctul de desfasurare de catre toba motoare, impus de conditia de transmitere a fortei de tractiune de la toba la banda, precum si a unui efort minim necesar pe ramura plina. Calculul fortei de intindere din conditia de transmitere a fortei de tractiune de la toba la banda se porneste de la indeplinirea conditiei:

unde:

S_d - efortul din banda la desfasurarea de pe toba motoare;

S_i - efortul din banda la infasurarea de pe toba motoare;

k = 1,15 1,25 - coeficientul de siguranta al transmiterii prin frecare.

Dispozitivul de incarcare asigura alimentarea cu material a transporto-rulai. Pentru a reduce uzura benzii si a elimina avariile ce pot apare, dispozitivul de incarcare trebuie sa indeplineasca conditiile:

sa elimine caderea perpendiculara a materialului pe banda;

sa amortizeze loviturile date de caderile materialului pe banda;

sa asigure unghiul de inclinare a peretilor palniei, mai mare decat unghiul de frecare a materialului pe palnia dispozitivului;

sa imprime curentul de material de alimentare, o viteza cat mai apropiata ca marime, directie si sens cu cea a benzii;

asigurarea unui debit constant de alimentare, corespunzator debitului transportorului;

curentul de material sa nu se formeze pe banda ci inainte, pe dispoziti-vul de alimentare;

asigurarea unei bune centrari a materialului pe banda;

alimentarea posibilitatilor aglomerarii materialului pe banda sau infundarea alimentatorului.

Intrucat la incarcare, materialul are viteza mai mica decat viteza benzii, are loc un proces de polizare al invelisului benzii pana ce viteza materialului si viteza benzii ajung sa fie egale.

Dispozitivul de descarcare este utilizat pentru dirijarea materialului de pe banda in directiile dorite. Descarcarea se poate face la capatul transportorului, sau in mai multe puncte intermediare. Cand descarcarea se face in mai multe puncte intermediare, se utilizeaza descarcatoare cu tamburi sau pluguri.

Calculul transportoarelor cu banda pe role

Schema de functionare a transportorului este prezentata in figura 1.5.

Fig. 1.5. - explicativa calcul transportor cu banda

Debitul de material transportat se determina cu relatia:

[kg/s].

unde:

- suprafata sectiunii curentului de material, [m²];

v - viteza de transport [m/s];

γ - greutatea specifica a materialului afanat, [kg/m³].

Uzual, in practica, pentru debit se utilizeaza ca unitate de masura [t/h].

Viteza transportorului, este determinata de latimea benzii si natura materialului transportat, alegerea corecta a vitezei de transport influentand productivitatea transportului. Prin cresterea vitezei, se reduce latimea benzii si efortul din banda, fiind necesara o banda cu rezistenta mai mica la rupere.

Sectiunea curentului de material este in functie de latime, forma de albie a benzii precum si de unghiul ρ de taluz in miscare, care este egal cu 0,45 0,65 % din unghiul de taluz natural ρ₀.

Suprafata sectiunilor, debitul si latimea necesara benzii, se calculeaza pentru diferitele forme de albie a benzii.

Fig. 1.6. - Forma si parametrii sectiunii transversale

Pentru transportoarele cu sectiune pe trei role se obtine:

, [m²];

, [m²];

unde:

, [m];

, [m²].

Inlocuind, se obtine aria sectiunii curentului de material transportat:

Prin derivare si anularea derivatei, se obtin valorile corespunzatoare pentru maximul ariei sectiunii curentului de material transportat.

Cunoscand aria si introducand-o in expresia debitului se poate obtine dependenta intre latimea incarcata, respectiv latimea benzii si debitul transportat:

pentru material nesortat cand bucatile de marime maxima nu depasesc 15% din masa materialului:

, [m];

pentru material sortat:

, [m];

unde:

a_max - marimea maxima a bucatilor de material;

a_md - marimea medie a bucatilor de material.

La deplasarea benzilor cu reazeme pe role, rezistenta la inaintare este determinata de frecarea in lagarele rolelor si de frecare cu rostogolire a benzii pe role. Rezistenta in lagare si cea de rostogolire depind de presiunea pe role produsa de greutatea benzii si a sarcinii in cazul ramurii incarcate si numai de greutatea benzii in cazul ramurii descarcate.

Asupra lagarelor actioneaza si presiunea produsa de greutatea proprie a rolelor.

Considerand q in [kg/m], in incarcarea pe unitatea de lungime a transporto-rului, L - lungimea de deplasare in [m] si w - coeficientul de rezistenta, greutatea sarcinii ce se deplaseaza este qL, iar rezistenta la inaintarea sarcinii:

Tinand seama de frecarea cu alunecare in lagare, μ, se obtine:

si de frecarea cu rostogolire, f, se obtine:

Tinand seama de particularitatile continuu cu banda si schema de functionare, se pot determina rezistentele la miscare ale benzii.

Pe ramura plina la rezistenta de deplasare se calculeaza cu expresia:

unde:

q - greutatea materialului pe metru liniar de banda, [N/m];

q_b - greutatea unui metru de banda, [N/m];

q_r - greutatea pe metru liniar a rolelor de pe ramura plina, [N/m];

L - lungimea transportorului, [m];

β - unghiul de inclinare al transportorului;

w - rezistenta specifica a benzii.

Rezistenta specifica la miscare a benzii pe ramura plina este determinata de:

formarea curentului de material;

rotirea rolelor in lagare;

presarea stratului de cauciuc de catre rola;

incovoierea benzii.

Intrucat rezistentele datorate curentului de material si incovoierii benzii reprezinta 50 70 % din rezistenta specifica totala, rezulta ca ea scade odata cu micsorarea sagetii benzii intre role, respectiv cu cresterea efortului din banda.

Rezistenta la miscare pe ramura goala se calculeaza cu relatia:

unde:

q_r - greutatea pe metru liniar pe ramura goala.

Termenul al doilea din W_p se ia cu (+) si din al lui W_g cu (-) cand transportul se face in sus si invers cand transportul se face in jos.

Rezistenta la inaintare datorita sarcinilor suplimentare pe role se calculeaza cu expresia:

unde:

S_i - efortul din banda la intrarea in curba;

α - unghiul format de cele doua directii orizontale de transport;

ω - rezistenta specifica a benzii in miscare.

Rezistentele la miscare ale tobelor care nu sunt motoare si ale infasurarii benzii pe aceste tobe se calculeaza cu relatia:

unde:

k = f(t) - coeficient determinat de unghiul de infasurare.

Efortul din banda S_i intr-un punct oarecare, este egal cu efortul din punctul anterior la care se adauga rezistentele la miscare , dintre doua puncte. Pornind de la efortul din banda din punctul de desfasurare de pe toba motoare, se obtine:

.

.

.

Cum S₁ nu poate avea o valoare arbitrara, ci marimea lui minima se stabileste pentru fiecare caz din ecuatia de transmitere a fortei de tractiune de la toba la banda prin frecare rezulta:

S_n = F(S₁).

In acelasi timp, din ecuatia lui Euler, se obtine:

unde:

k_f = (1,2 1,3) - coeficient de rezerva teoretica a fortei de frecare.

Prin rezolvarea sistemului se calculeaza S₁ si S_n. Valoarea obtinuta pentru S₁ va fi minima, intrucat reprezinta valoarea minima necesara transmiterii fortei de tractiune prin frecare.

Cunoscand S_imin se determina toate eforturile din banda in toate punctele de pe contur, pentru a verifica daca se obtin valori pozitive, intrucat banda fiind organ flexibil poate lucra numai la intindere.

Conditia de sageata pe care o face banda intre role rezulta:

Se obtine:

Integrand rezulta:

unde:

l - distanta dintre role.

Cand transportul se face pe plan inclinat in jos, transportul lucrand in regim de frana, efortul din banda din punctul de desfasurare de pe toba motoare S_d, este mai mic decat in punctul de infasurare. In acest caz pentru calculul eforturilor din banda pe contur si de verificare a nealunecarii benzii pe toba se pune conditia ca:

In acest caz S_i = S_m.

Diferenta eforturilor intre doua puncte externe, determina forta de tractiune W₀ pe care o preia toba sau tobele motoare:

Forta de tractiune pentru o prima aproximatie poate fi calculata cu relatia:

unde:

, - este suma rezistentelor la miscare calculate, pentru portiunile cu acelasi unghi de inclinare de pe ramura goala si plina;

k_s - coeficient care tine seama de ponderea rezistentelor suplimentare date de tobele si rolele de infasurare si de deviere a carui valoare scade cu cresterea lungimii transport.

Puterea necesara instalata a transportorului este:

, [w];

in care:

k_r = (1,1 1,2) - coeficient de rezerva a puterii instalate;

η_r - randamentul transmisiei.

Dupa alegerea grupurilor de actionare, se recalculeaza forta de tractiune:

Cunoscand diagrama eforturilor din banda, se ia din aceasta valoarea efortului maxim S_max, in functie de care se face verificarea la rupere a benzii:

unde:

S_max.adm - efortul maxim admisibil;

S_r - rezistenta la rupere a benzii;

k_s - coeficientul de siguranta la rupere: 8 11 (pentru benzi cu insertie) si 7 9 (pentru cele cu cabluri din otel).

La transportoarele cu lungime mica, frecventa infasurarii pe tobe si a trecerii benzii prin punctele de incarcare si curatare este mare, banda fiind solicitata la oboseala si la uzura mai mult decat la un transportor cu lungime mare.

Este importanta si frecventa pornirilor si opririlor prin solicitarile dinamice ce apar in aceste perioade.

Cunoscand valorile eforturilor in banda se poate stabili forta necesara de intindere a benzii.

In punctele de schimbare a unghiului de inclinare in zone cu curbura in jos, in care ar putea apare pericolul ridicarii benzii de pe role, se calculeaza raza minima a curburii in plan vertical:

unde:

S - efortul din banda in zona curburii;

q_b - greutatea benzii pe metru liniar;

β - unghiul de schimbare a directiei.

Raza minima, in zone cu curburi in sus, cand apar forte suplimentare pe role, iar bordurile benzii sunt suprasolicitate se determina cu relatia:

1.2. Alegerea transportorului cu banda. Determinarea elementelor de calcul

Se va proiecta un transportor pentru urmatoarea schema de traseu:

Fig. 1.7. - Schema de traseu a transportorului

L₁ = 50 m

L₂ = 20 m

L₃ = 100 m

H = 5 m

B = 1 m

a) Banda de transport aleasa este cu insertie textila tip PES/PA 400 poliester poliamida cu urmatoarele caracteristici:

b - latimea incarcata a benzii, care pentru se determina cu formula:

A - aria sectiunii curentului de material transportat, pentru un unghi de inclinare a rolelor laterale cu 30 si un unghi al taluzului in miscare, ρ = 15.

β - unghiul de inclinare al benzii; tangenta unghiului de inclinare;

, pentru nisip umed

, pentru nisip uscat

;

b) Viteza de deplasare a benzii v, in functie de:

- diametrul tobei motoare: D_tm = 800 [mm];

- raportul de transmitere total al reductorului: i_T = 7,875;

- turatia motorului de antrenare: n = 735 [rot/min].

, ω_m - viteza unghiulara a arborelui motorului;

c) Debitul transportorului sau productivitatea

[kg/s]

[t/h]