Wybór koła pasowego przenośnika: konstrukcja wału, naprężenie paska, otulina i przewodnik po trybach awaryjnych

Koło pasowe przenośnika nie jest elementem towarowym. W systemie transportu materiałów sypkich, w którym przemieszcza się rudę żelaza lub węgiel z szybkością 3000 ton na godzinę, koło pasowe przenosi setki kilowatów mocy przez wał, który może być poddawany łącznym momentom zginającym przekraczającym 500 kN·m i naprężeniom pasa wynoszącym 200–500 kN z każdej strony. Wał za mały o jedną standardową średnicę — lub dobór otuliny umożliwiający poślizg taśmy w wilgotnych warunkach — przekłada się bezpośrednio na zatrzymanie przenośnika, które kosztuje tysiące dolarów na godzinę w postaci utraty produkcji. Jednak koła pasowe przenośnika są rutynowo określane wyłącznie na podstawie szerokości pasa, bez obliczania rzeczywistych naprężeń na wale, bez sprawdzania ugięcia w gniazdach łożysk i bez dopasowywania typu otuliny do rzeczywistych warunków pracy.

Ten przewodnik zapewnia kompletne ramy inżynieryjne dotyczące doboru i specyfikacji kół pasowych przenośnika — obejmujące typy kół pasowych i ich funkcje, dziewięcioetapowy proces wyboru od długości czołowej do typu otuliny, metodologię projektowania wałów pod kątem łącznego zginania i skręcania, wybór profilu korony oraz tryby awarii wynikające z niedostosowania specyfikacji lub nieprawidłowego otuliny. Został napisany dla inżynierów zajmujących się przenośnikami, inżynierów utrzymania ruchu i kierowników ds. zaopatrzenia, którzy muszą określić nowe lub zamienne koła pasowe do systemów transportu ciężkich materiałów sypkich.

Część 1: Typy i funkcje kół pasowych przenośnika

System przenośników taśmowych wykorzystuje wiele typów kół pasowych, każdy zaprojektowany do określonej funkcji i poddawany różnym warunkom obciążenia. Określenie prawidłowego typu koła pasowego dla każdej pozycji jest pierwszym krokiem w wyborze koła pasowego.

1.1 Koło napędowe (głowica).

Koło pasowe napędowe jest głównym elementem przenoszącym moc przenośnika. Znajduje się on na końcu wylotowym (głowicy) przenośnika i jest napędzany przez przekładnię przenośnika i silnik poprzez sprzęgło wału. Koło napędowe:

• Przenosi moment napędowy na pasek poprzez tarcie pomiędzy powierzchnią koła pasowego (lub otuliną) a paskiem

• Obsługuje najwyższe naprężenia pasów w systemie — napięcie po stronie napiętej (

  

  ) i napięcie po stronie luźnej (

  

  ) oba działają jednocześnie na wał koła pasowego napędowego

• Czy koło pasowe jest najbardziej narażone na poślizg paska, jeśli współczynnik tarcia pomiędzy otuliną a pasem jest niewystarczający?

Koła napędowe są zawsze opóźnione — koła pasowe z gołej stali mają niewystarczający współczynnik tarcia (μ ≈ 0,35 na sucho, ≈ 0,05 na mokro), aby przenieść wymaganą siłę napędową bez poślizgu. Otulina gumowa podnosi μ do 0,40–0,45 (na sucho) i 0,35 (na mokro); otulina ceramiczna podnosi μ do 0,45–0,50 (na sucho) i 0,40–0,45 (na mokro).

1.2 Koło ogonowe

Koło ogonowe znajduje się na końcu załadowczym przenośnika. Przekierowuje pas z biegu powrotnego z powrotem do biegu nośnego. Koło ogonowe:

• Przenosi niższe napięcie paska niż koło pasowe napędowe (zwykle tylko napięcie po luźnej stronie

  

  plus napięcie odbioru)

• Czy pierwsze koło pasowe styka się z paskiem po biegu powrotnym — nagromadzenie materiału na powierzchni czołowej tylnego koła pasowego powoduje nieprawidłowe prowadzenie paska i nierówne zużycie paska

• Może być otulony (zwykła guma), aby zapobiec gromadzeniu się materiału; tylne koła pasowe skrzydełkowe służą do samooczyszczania w zastosowaniach z lepkimi materiałami

1.3 Kółko podnoszące

Koło pasowe podnoszące utrzymuje prawidłowe napięcie paska w całym systemie przenośnika, zapewniając kontrolowaną siłę napinającą. Zwykle znajduje się w pobliżu tylnego końca przenośnika i jest zamontowany w ramie przesuwnej lub grawitacyjnej, która umożliwia osiowy ruch koła pasowego podczas rozciągania paska.

Napięcie odbierające musi być wystarczające, aby:

• Zapobiegaj ślizganiu się paska na kole napędowym w najgorszych warunkach rozruchu i obciążenia

• Ogranicz zwis pasa pomiędzy nośnymi kołami napinającymi do dopuszczalnej wartości (zwykle 1,5–2,0% rozstawu kół napinających)

• Zapewnij wystarczające napięcie paska, aby mógł on pokonywać pionowe łuki bez konieczności zdejmowania kół napinających

1.4 Koło pasowe

Koło pasowe napinające jest umieszczone blisko koła pasowego napędowego, aby zwiększyć kąt opasania paska wokół koła pasowego napędowego. Zwiększanie kąta opasania bezpośrednio zwiększa maksymalną przenoszoną siłę tarcia (a tym samym maksymalną siłę napędową) bez zwiększania napięcia paska.

Zależność między kątem opasania a maksymalnym współczynnikiem naprężenia wyraża równanie Eulera-Eytelweina:

Gdzie:

= napięcie po stronie napiętej (N)

= napięcie po stronie luźnej (N)

= współczynnik tarcia pomiędzy otuliną a pasem

= kąt opasania paska wokół koła pasowego napędowego (radany)

= liczba Eulera (2,718)

Przykład: Z otuliną gumową (μ = 0,40) i owinięciem 180° (π radianów):

Dodanie koła pasowego w celu zwiększenia owinięcia do 220° (3,84 radiana):

Ten 32% wzrost współczynnika naprężenia oznacza, że ​​przenośnik może przenieść o 32% większą siłę napędową przy tym samym naprężeniu po stronie luźnej lub utrzymać tę samą siłę napędową przy naprężeniu mniejszym o 24%.

1.5 Zginane koło pasowe

Koła pasowe przekierowują ścieżkę taśmy w punktach pośrednich — zazwyczaj u dołu łuku pionowego lub w punkcie przenoszenia przenośnika. Przenoszą jedynie obciążenie naciągu paska (bez momentu napędowego) i zazwyczaj nie są opóźnione. Koła pasowe zginane są określone na podstawie naprężenia paska w miejscu zgięcia i kąta zgięcia — wał musi być zaprojektowany na siłę wypadkową dwóch naprężeń paska działających pod kątem zgięcia.

Część 2: Dziewięcioetapowy proces wyboru koła pasowego

Krok 1: Określ długość twarzy

Długość czoła koła pasowego musi być szersza niż długość paska, aby zapewnić, że pasek nie będzie stykał się z tarczami końcowymi koła pasowego podczas normalnej pracy (łącznie z nieprawidłowym prowadzeniem). Standardowa zasada brzmi:

W przypadku pasów szerszych niż 1200 mm należy dodać 75 mm na stronę (łącznie 150 mm). W przypadku przenośników o słabym prowadzeniu taśmy lub dużych siłach poprzecznych (przenośniki zakrzywione, przenośniki szybkie) należy dodać 100 mm na stronę.

Standardowe wytyczne dotyczące długości twarzy:

Krok 2: Określ napięcie paska

Napięcie paska jest najważniejszym czynnikiem wpływającym na konstrukcję wału koła pasowego. Naprężenia paska działające na wał koła pasowego wynoszą:

Napięcie po stronie ścisłej (

): Napięcie paska po stronie wysokiego napięcia koła pasowego napędu. Jest to suma naprężenia efektywnego (siły napędowej) i naprężenia po stronie luźnej.

Napięcie po stronie luźnej (

): Napięcie paska po stronie koła pasowego napędu o niskim naprężeniu. Jest to określane przez system pobierania i musi być wystarczające, aby zapobiec poślizgowi.

Efektywne napięcie (

): Siła napędowa netto przenoszona przez koło pasowe:

Efektywne napięcie oblicza się z sił oporu przenośnika:

Gdzie:

= współczynnik sztucznego tarcia (0,017–0,025 dla dobrze utrzymanych przenośników; typowo 0,020)

= długość przenośnika (m)

= 9,81 m/s⊃2;

= masa pasa na jednostkę długości (kg/m)

= masa materiału na jednostkę długości (kg/m) =

= masa obrotowa krążników na jednostkę długości (kg/m)

= wysokość podnoszenia przenośnika (m) — dodatnia dla przenośników nachylonych

Krok 3: Określ średnicę koła pasowego

Minimalną średnicę koła pasowego regulują dwa wymagania:

Zmęczenie paska podczas zginania: Gdy pasek owija się wokół koła pasowego, osnowa paska ulega wygięciu. Powtarzające się zginanie koła pasowego o małej średnicy powoduje zmęczenie osnowy paska. Minimalna średnica koła pasowego pozwalająca uniknąć zmęczenia paska jest określana przez producenta paska na podstawie konstrukcji paska i jego naciągu (zwykle wyrażana jako PIW – funty na cal szerokości paska).

Ugięcie wału: Większa średnica koła pasowego zwiększa odległość między punktami styku paska a środkami łożysk, co zwiększa moment zginający na wale. Jednakże większa średnica koła pasowego zapewnia również większy otwór wału, co pozwala na większą średnicę wału, co z nawiązką kompensuje zwiększony moment.

Wytyczne CEMA dotyczące minimalnej średnicy koła pasowego:

W przypadku pasów z linkami stalowymi (pasy ST) o bardzo wysokim naprężeniu (> 1000 PIW) powszechne są koła pasowe o średnicach 48–60” (1200–1500 mm).

Krok 4: Określ styl połączenia koncentratora

Piasta łączy tarczę końcową koła pasowego z wałem i przenosi moment napędowy. Style połączeń koncentratora obejmują:

• Otwór na wpust (prosty lub stożkowy): Najprostszy i najczęstszy; klucz przenosi moment obrotowy pomiędzy wałem a piastą. Nadaje się do umiarkowanych momentów obrotowych. Koncentracja naprężeń w rowku wpustowym zmniejsza wytrzymałość zmęczeniową wału.

• Pasowanie wciskowe (pasowanie wciskowe): Piasta jest dociskana do wału w sposób pasowany z wciskiem; tarcie przenosi moment obrotowy. Brak koncentracji naprężeń w rowku wpustowym — preferowany w zastosowaniach wymagających dużego zmęczenia.

• Tuleja stożkowa / QD: Dzielona tuleja stożkowa jest dokręcana do wału za pomocą śrub, tworząc pasowanie z wciskiem o wysokim tarciu. Umożliwia łatwą instalację i demontaż bez użycia sprzętu prasującego — preferowane w przypadku wymiany w terenie.

• Bezkluczowy zespół ryglujący (tarcza skurczowa): Hydrauliczne lub mechaniczne urządzenie blokujące zapewnia bardzo duże pasowanie wciskowe pomiędzy piastą a wałem. Stosowany do najwyższych momentów obrotowych (duże koła pasowe napędowe w przenośnikach wysokiego napięcia).

Krok 5: Określ konfigurację koła pasowego

Konfiguracje powłoki koła pasowego obejmują:

• Koło pasowe bębna (standard): Cylindryczny płaszcz stalowy przyspawany do tarcz końcowych i piasty. Najpopularniejsza konfiguracja dla wszystkich typów kół pasowych.

• Koło pasowe: konstrukcja z otwartym skrzydłem, bez ciągłej skorupy – pas styka się z szeregiem stalowych skrzydeł. Samoczyszczący – materiał przedostaje się przez szczeliny pomiędzy skrzydełkami. Stosowany do kół pasowych tylnych i kół powrotnych w zastosowaniach z lepkimi lub mokrymi materiałami.

• Spiralne koło pasowe bębna: Para stalowych prętów owiniętych spiralnie wokół koła pasowego bębna. Działanie spiralne powoduje rozładowywanie materiału na boki przenośnika podczas obrotu — zapewnia działanie czyszczące bez wibracji paska koła pasowego skrzydełkowego.

Krok 6: Określ profil korony

Korona (lub wygięcie) powierzchni koła pasowego to niewielki wzrost średnicy w środku powierzchni czołowej w stosunku do krawędzi. Koronka pomaga wycentrować pasek na kole pasowym i zapobiega błędnemu prowadzeniu paska. Style koron obejmują:

• Powierzchnia płaska (bez korony): Stosowana do pasów szerokich (> 1200 mm) i pasów z kordem stalowym — pas jest zbyt sztywny, aby dopasować się do powierzchni czołowej z koroną, a korona powodowałaby nierówne napięcie paska na całej szerokości.

• Korona trapezowa: płaska część środkowa ze zwężającymi się krawędziami. Najpopularniejszy styl korony dla przenośników o średnim obciążeniu.

• Korona promieniowa (pełna korona): Ciągła krzywa od krawędzi do środka. Zapewnia płynne prowadzenie taśmy i jest preferowany w przypadku przenośników o dużej prędkości oraz zastosowań wymagających precyzyjnego centrowania taśmy.

Wytyczne dotyczące wysokości korony:

Krok 7: Określ typ opóźnienia

Otulina to pokrycie nakładane na powierzchnię koła pasowego w celu zwiększenia współczynnika tarcia pomiędzy kołem pasowym a pasem, ochrony płaszcza koła pasowego przed zużyciem i poprawy prowadzenia paska. Wybór otuliny jest jedną z najważniejszych decyzji w specyfikacji koła pasowego.

(Zobacz część 3, aby uzyskać pełne wskazówki dotyczące wyboru otuliny.)

Krok 8: Określ materiał i średnicę wału

Projekt wału jest najważniejszym obliczeniem inżynieryjnym w specyfikacji koła pasowego. Wał musi być zaprojektowany na łączny efekt zginania (od naprężenia paska) i skręcania (od momentu napędowego na kole pasowym napędowym).

(Patrz Część 4, aby zapoznać się z pełną metodologią projektowania wałów.)

Krok 9: Sprawdź wymagania wydajnościowe

Końcowe kontrole weryfikacyjne obejmują:

• Naprężenie powłoki pod połączonym napięciem paska i ciężarem koła pasowego

• Dobór łożyska i trwałość L10 przy prędkości roboczej i obciążeniu

• Wymagania dotyczące równowagi dynamicznej (ISO 1940/1 klasa G6.3 dla standardowych przenośników; G2.5 dla szybkich przenośników > 5 m/s prędkość taśmy)

• Wymagania ochrony antykorozyjnej dla środowiska pracy

Część 3: Dobór otuliny – Dopasowanie powierzchni do zastosowania

3.1 Dlaczego opóźnienie ma znaczenie

Siła tarcia, jaką koło pasowe napędowe może przenieść na pasek, wynosi:

Siła ta musi być równa lub większa od efektywnego naprężenia

wymagane do napędzania przenośnika. Jeżeli współczynnik tarcia

jest zbyt nisko (np. gołe stalowe koło pasowe w wilgotnych warunkach), pasek ślizga się na kole pasowym, powodując szybkie zużycie zarówno paska, jak i powierzchni koła pasowego, przegrzanie i potencjalne uszkodzenie paska.

3.2 Typy opóźnień i wydajność

Zwykła gumowa otulina:

• Materiał: Kauczuk naturalny lub SBR (kauczuk butadienowo-styrenowy), twardość 60–70 Shore A

• Grubość: 6–25 mm w zależności od zastosowania

• Współczynnik tarcia: μ = 0,40–0,45 (na sucho); μ = 0,30–0,35 (na mokro)

• Zastosowania: Standardowe koła pasowe napędowe w warunkach suchych i umiarkowanie wilgotnych; koła pasowe tylne i zginane

• Zalety: Niski koszt, łatwa wymiana, dobra amortyzacja

• Ograniczenia: Niewystarczające tarcie w stale mokrych warunkach; narażone na zużycie ścierne spowodowane przenoszeniem materiału

Rowkowana otulina gumowa:

• Zwykła guma z rowkami w kształcie rombu lub jodełki wyciętymi na powierzchni

• Rowki odprowadzają wodę ze strefy styku paska z kołem pasowym, utrzymując wyższy efektywny współczynnik tarcia w wilgotnych warunkach

• Współczynnik tarcia: μ = 0,35–0,40 (na mokro) — znacznie lepszy od zwykłej gumy w wilgotnych warunkach

• Standardowa specyfikacja dla kół pasowych napędowych w przenośnikach zewnętrznych lub w środowiskach technologicznych mokrych (płucznie węgla, zakłady przeróbki minerałów)

• Wzór rowka: Rowek diamentowy jest najczęstszy; rowek w jodełkę zapewnia lepsze działanie samooczyszczające

Otulina ceramiczna:

• Płytki ceramiczne z tlenku glinu (Al₂O₃), zwykle o czystości 92–96%, uformowane na gumowym podłożu

• Powierzchnia płytek ceramicznych zapewnia bardzo wysoki współczynnik tarcia: μ = 0,45–0,50 (na sucho); μ = 0,40–0,45 (na mokro)

• Płytki ceramiczne są wyjątkowo twarde (9 Mohsa) i odporne na zużycie — otulina ceramiczna wytrzymuje 3–5 razy dłużej niż otulina gumowa w warunkach ściernych

• Zastosowania: Koła napędowe w przenośnikach wysokiego napięcia, w warunkach mokrych i błotnistych (rudy żelaza, węgiel, piaski mineralne), przenośniki z dużym przenoszeniem materiału

• Ograniczenia: wyższy koszt niż guma; płytki ceramiczne mogą pęknąć, jeśli koło pasowe zostanie poddane silnemu obciążeniu udarowemu; nie zaleca się do przenośników z częstymi nawrotami

Otulina poliuretanowa:

• Odlewany lub formowany poliuretan o twardości 80–95 Shore A

• Doskonała odporność na ścieranie — 3–4 razy lepsza niż kauczuk naturalny

• Dobry współczynnik tarcia: μ = 0,35–0,45 w zależności od receptury

• Zastosowania: Koła pasowe tylne i zginane w środowiskach ściernych; koła pasowe napędowe, gdzie głównym wymaganiem jest odporność na ścieranie

• Zalety: Bardzo długa żywotność w warunkach ściernych; można odlać na miejscu na skorupie koła pasowego

Otulina do spawania (napawanie):

• Napawanie z węglika chromu lub węglika wolframu przyspawane bezpośrednio do płaszcza koła pasowego

• Niezwykle wysoka odporność na zużycie – stosowana w najbardziej ściernych środowiskach (rudy żelaza, twarde skały, ścierne piaski mineralne)

• Brak gumowego podkładu — nie zapewnia amortyzacji

• Nie nadaje się do kół pasowych napędowych – twarda powierzchnia nie zapewnia odpowiedniego tarcia z paskiem

3.3 Opóźniona macierz wyboru

Część 4: Projekt wału — krytyczne obliczenia inżynieryjne

4.1 Siły działające na wał koła pasowego

Wał koła pasowego poddawany jest trzem jednoczesnym obciążeniom:

1. Moment zginający od naciągu paska:

Dwa naprężenia paska (

I

) działają na koło pasowe w punktach styku paska. Ich wypadkowa siła działa na wał w środku koła pasowego:

Do koła pasowego napędowego o kącie opasania 180° (

):

Moment zginający w przekroju krytycznym (zwykle w piaście lub w gnieździe łożyska) wynosi:

Gdzie

jest odległością od środka łożyska i

jest długością czoła koła pasowego.

2. Moment skręcający od momentu napędowego (tylko koło pasowe):

Gdzie

jest efektywnym napięciem i

jest średnicą koła pasowego.

3. Ciężar własny wału (dla dużych kół pasowych):

W przypadku dużych kół pasowych (średnica > 800 mm, długość czołowa > 1500 mm) ciężar własny koła pasowego zwiększa istotny element zginający, który należy uwzględnić w projekcie wału.

4.2 Wybór materiału wału

Trzy najczęściej stosowane materiały na wały w kołach pasowych przenośników to:

Dopuszczalne naprężenia wymienione powyżej uwzględniają już dopuszczalny współczynnik bezpieczeństwa zmęczeniowego. Norma branżowa stosuje dodatkowe współczynniki obciążenia w celu uwzględnienia efektów dynamicznych:

• Współczynnik obciążenia

  

  = 1,5 do 1,75 (w odniesieniu do momentu zginającego)

• Współczynnik momentu obrotowego

  

  = 1,25 do 1,40 (w odniesieniu do momentu skręcającego)

4.3 Obliczanie średnicy wału

Wał musi spełniać trzy niezależne kryteria, a decyduje największa uzyskana średnica:

Kryterium 1 – Średnica oparta na skręcaniu (wzór gościa):

Gdzie

jest dopuszczalnym naprężeniem ścinającym (MPa) i

jest równoważnym skręcaniem (N·m).

Kryterium 2 – Średnica oparta na zginaniu (wzór Rankine’a):

Gdzie

jest dopuszczalnym naprężeniem zginającym (MPa) i

jest równoważnym momentem zginającym:

Kryterium 3 – Średnica oparta na ugięciu:

Ugięcie wału w miejscu osadzenia łożyska nie może przekraczać dopuszczalnej wartości granicznej. Maksymalne dopuszczalne ugięcie, zgodne ze standardem branżowym, wynosi od 0,0015 do 0,0017 radianów (około 5–6 minut kątowych) w gnieździe łożyska:

Gdzie:

= wypadkowe napięcie paska (kN)

= odległość od środka łożyska do środka piasty (mm)

= rozstaw piast (mm)

= Moduł Younga dla stali = 206 000 MPa

= dopuszczalne ugięcie (w radianach) = 0,0015–0,0017

Ostateczna średnica wału jest największa

,

, I

, zaokrąglone w górę do następnego standardowego rozmiaru wału.

4.4 Przykład praktyczny: Konstrukcja wału koła pasowego napędowego

Dany:

• Szerokość pasa: 1200 mm → Długość czoła: 1400 mm

• Naprężenia paska:

  

  = 180 kN,

  

  = 60 kN

• Efektywne napięcie:

  

  = 120 kN

• Średnica koła pasowego: 630 mm

• Kąt opasania: 200° (3,49 rad)

• Materiał wału: EN19 (σ = 83 MPa, τ = 83 MPa)

• Środki łożysk: 1800 mm; rozstaw piast: 1400 mm

= (1800 - 1400)/2 = 200 mm

• Współczynnik obciążenia

  

  = 1,5; Współczynnik momentu obrotowego

  

  = 1,25

Krok 1: Wynikowe napięcie paska

Krok 2: Moment zginający

Krok 3: Moment skręcający

Krok 4: Równoważny moment zginający

Krok 5: Średnica oparta na zgięciu

Krok 6: Średnica oparta na ugięciu

Kryterium rządzące: Średnica oparta na zgięciu = 226 mm → Wybierz standardową średnicę wału: 240 mm (EN19)

Ten przykład ilustruje, że w przypadku kół pasowych wysokiego napięcia moment zginający, a nie ugięcie, zazwyczaj decyduje o średnicy wału.

Część 5: Projekt skorupy i tarczy końcowej

5.1 Naprężenie powłoki (obręczu).

Pancerz koła pasowego poddawany jest:

• Naprężenie obręczy spowodowane ciśnieniem wewnętrznym wytwarzanym przez naprężenie paska owiniętego wokół koła pasowego

• Naprężenie zginające od obciążenia naciągu paska rozłożonego na całej długości skorupy

• Naprężenie spoiny na końcowym spoinie tarcza-płaszcz — najczęstsze miejsce awarii w kołach pasowych bębna

Maksymalne naprężenie obręczy w skorupie wynosi:

Gdzie

to grubość ścianki skorupy (mm).

Dla skorupy ze stali EN8 (granica plastyczności 430 MPa) dopuszczalne naprężenie obwodowe przy współczynniku bezpieczeństwa 3 wynosi około 143 MPa. Ustawia minimalną grubość ścianki skorupy dla danego napięcia paska i średnicy koła pasowego.

5.2 Projekt tarczy końcowej

Tarcza końcowa przenosi obciążenie paska z panewki na piastę i wał. Awarie tarcz końcowych — zazwyczaj pęknięcia na spoinie piasty lub spoiny płaszcza — są najczęstszym rodzajem uszkodzeń konstrukcyjnych kół pasowych bębna.

Profilowane tarcze końcowe (wykonane z litej płyty stalowej z piastą zintegrowaną z tarczą) eliminują spoiny piasty z tarczą, które są głównym miejscem awarii w kołach pasowych ze spawaną piastą. Profilowane tarcze końcowe są standardem w krążkach linowych wysokiego napięcia (efektywne napięcie > 300 kN) oraz w krążkach kopalnianych, gdzie niezawodność ma kluczowe znaczenie.

Część 6: Analiza stanu awarii koła pasowego przenośnika

6.1 Poślizg paska na kole napędowym

Wygląd: Pasek ślizga się na kole napędowym podczas rozruchu lub pod obciążeniem szczytowym; otulina gumowa wykazuje szybkie zużycie; powierzchnia paska nosi ślady przypaleń.

Przyczyny pierwotne:

• Niewystarczający kąt opasania — owinięcie paska poniżej 180° zapewnia niewystarczającą siłę tarcia

• Nieprawidłowa otulina — goła stal lub zużyta otulina gumowa w wilgotnych warunkach

• Niewystarczające napięcie naciągu —

  

  zbyt niska, aby zapobiec poślizgowi zgodnie z równaniem Eulera-Eytelweina

• Przenośnik przeciążony – napięcie efektywne

  

  przekracza maksymalną przenoszoną siłę tarcia

Działanie naprawcze:

• Dodaj koło pasowe, aby zwiększyć kąt opasania do 200–220°

• W przypadku mokrych warunków należy zastąpić rowkowaną gumą lub otuliną ceramiczną

• Zwiększ napięcie nawijacza (sprawdź, czy system nawijania działa prawidłowo)

• Sprawdź, czy przenośnik nie jest przeciążony — porównaj rzeczywisty tonaż z wydajnością projektową

6.2 Złamanie wału

Wygląd: Całkowite pęknięcie wału koła pasowego, zwykle w piaście lub w gnieździe łożyska. Katastrofalna awaria – koło pasowe opada, a pasek ulega zniszczeniu.

Przyczyny pierwotne:

• Za mały wał: średnica wału niewystarczająca w stosunku do rzeczywistego naprężenia paska — najczęstsza przyczyna wymiany kół pasowych określana wyłącznie na podstawie szerokości paska bez obliczenia rzeczywistych naprężeń wału

• Koncentracja naprężeń wpustowych: Rowek wpustowy tworzy koncentrację naprężeń, która zmniejsza efektywną wytrzymałość zmęczeniową wału o 30–50% — wały z rowkami wpustowymi muszą wykazywać niższe dopuszczalne naprężenia niż wały gładkie

• Zmęczenie korozyjne: Wżery korozyjne na powierzchni wału inicjują pęknięcia zmęczeniowe przy niższych poziomach naprężeń

Działanie naprawcze:

• Przeliczyć średnicę wału metodą trzech kryteriów (skręcanie, zginanie, ugięcie)

• Określ materiał wału EN19 lub 42CrMo do zastosowań wymagających wysokich napięć

• Aby wyeliminować koncentrację naprężeń w rowku klinowym, należy zastosować pasowanie wciskowe lub zamek bezkluczowy zamiast otworu wpustowego

• Nałożyć zabezpieczenie antykorozyjne (cynkowanie, powłoka epoksydowa) na powierzchnie wałów w wilgotnym środowisku

6.3 Pękanie spoiny końcowej tarczy

Wygląd: Pęknięcia na spoinie pomiędzy tarczą końcową a panewką lub pomiędzy piastą a tarczą końcową. Wyciek oleju lub smaru z obudowy łożyska wskazuje, że ugięcie wału uszkodziło uszczelnienie łożyska.

Przyczyny pierwotne:

• Spawana konstrukcja piasty pod dużym obciążeniem: spoina piasta-tarcza charakteryzuje się koncentracją naprężeń podatnych na zmęczenie — nieodpowiednią do zastosowań wymagających wysokich napięć

• Rezonans: Koło pasowe pracuje z częstotliwością własną lub w jej pobliżu, powodując zwiększone obciążenia dynamiczne na spoinach

• Nieprawidłowa procedura spawania: Niewystarczająca penetracja spoiny lub nieprawidłowe podgrzanie powoduje powstanie słabej spoiny, która pęka pod wpływem cyklicznego obciążenia

Działanie naprawcze:

• Określ konstrukcję profilowanej tarczy końcowej (piasta obrobiona w tarczę, bez spawu piasty) dla kół pasowych o efektywnym napięciu > 200 kN

• Sprawdź, czy prędkość robocza koła pasowego nie jest zbliżona do częstotliwości drgań własnych koła pasowego

• Określ spoiny o pełnej penetracji z podgrzewaniem wstępnym i obróbką cieplną po spawaniu dla wszystkich spoin konstrukcyjnych

6.4 Rozwarstwienie opóźnione

Wygląd: Otulina gumowa lub ceramiczna oddziela się od płaszcza koła pasowego fragmentami; odsłonięta goła stalowa skorupa; zaczyna się ślizganie paska.

Przyczyny pierwotne:

• Nieodpowiednie przygotowanie powierzchni: Osłona koła pasowego nie została odpowiednio piaskowana i zagruntowana przed nałożeniem otuliny – wiązanie klejowe zanika pod wpływem naprężenia ścinającego podczas trakcji paska

• Przenoszenie materiału: Materiał uwięziony pomiędzy taśmą a otuliną tworzy siłę klinującą, która stopniowo podnosi otulinę

• Cykle termiczne: W przenośnikach zewnętrznych cykle rozszerzalności i kurczenia termicznego powodują zmęczenie wiązania klejowego pomiędzy otuliną a powłoką

Działanie naprawcze:

• W przypadku kół pasowych napędowych wysokiego napięcia należy wybrać otulinę wulkanizowaną na gorąco (klejoną pod wpływem ciepła i ciśnienia) zamiast otuliny wiązanej na zimno w przypadku kół pasowych napędu wysokiego napięcia — wulkanizowana otulina ma 3–5 razy lepszą siłę wiązania

• Bezpośrednio przed nałożeniem otuliny należy upewnić się, że powierzchnia powłoki została wypiaskowana do Sa 2,5 (prawie biały metal).

• Zamontuj przyrządy do czyszczenia paska, aby ograniczyć przenoszenie materiału na koło pasowe

6.5 Awaria łożyska

Wygląd: Hałas i wibracje z obudowy łożyska koła pasowego; wzrost temperatury łożyska; ewentualne zajęcie.

Przyczyny pierwotne:

• Nadmierne ugięcie wału: Ugięcie wału przekraczające dopuszczalną granicę (0,0015–0,0017 rad) powoduje obciążenie łożyska spowodowane niewspółosiowością, drastycznie zmniejszając trwałość łożyska

• Wnikanie zanieczyszczeń: Kurz i wilgoć omijają uszczelkę łożyska, zanieczyszczając smar

• Niewystarczający rozmiar łożyska: Nośność dynamiczna łożyska jest niewystarczająca w stosunku do rzeczywistego obciążenia wału i wymaganej trwałości L10

Działanie naprawcze:

• Sprawdź, czy ugięcie wału w gnieździe łożyska nie przekracza 0,0015–0,0017 radianów — przelicz ponownie, biorąc pod uwagę rzeczywiste napięcie paska

• Ulepsz uszczelnienia obudów łożysk do zastosowań w środowiskach zapylonych lub wilgotnych

• Sprawdź, czy obliczenia trwałości łożyska L10 uwzględniają wszystkie obciążenia (promieniowe od naprężeń paska + osiowe od niewspółosiowości)

Często zadawane pytania

P1: Jak wybrać pomiędzy otuliną gumową a ceramiczną dla koła pasowego napędowego?

Do standardowych zastosowań w warunkach suchych i umiarkowanie wilgotnych należy stosować otuliny gumowe (rowkowane) — jest to tańsze i łatwiejsze do wymiany. Określ otuliny ceramiczne, gdy: (1) przenośnik pracuje w sposób ciągły w warunkach wilgotnych lub błotnistych (płukanie węgla, przeróbka minerałów); (2) napięcie paska jest wysokie i ryzyko poślizgu jest znaczne; (3) przenoszenie materiału jest poważne i powoduje szybkie zużycie gumowej otuliny. Otulina ceramiczna zapewnia μ = 0,40–0,45 w wilgotnych warunkach w porównaniu z μ = 0,30–0,35 dla gumy rowkowanej — ta różnica może stanowić margines między niezawodnym działaniem a chronicznym poślizgiem paska.

P2: Jaki jest właściwy materiał wału dla koła pasowego napędowego przenośnika kopalnianego o dużej wytrzymałości?

W przypadku kół pasowych napędu kopalnianego o naprężeniach efektywnych powyżej 150 kN należy określić materiał wału ze stali stopowej EN19 (709M40) lub 42CrMo. EN19 ma dopuszczalne naprężenie zginające wynoszące 83 MPa — prawie dwukrotnie więcej niż 43 MPa w przypadku stali miękkiej EN3 — co pozwala na mniejszą średnicę wału przy tym samym obciążeniu lub zapewnia znacznie większy margines bezpieczeństwa dla tej samej średnicy. Zawsze używaj bezkluczowych zespołów blokujących (tarczy skurczowych) zamiast otworów wpustowych w kopalnianych kołach pasowych wysokiego napięcia — koncentracja naprężeń w rowku wpustowym zmniejsza efektywną wytrzymałość zmęczeniową o 30–50%.

P3: Jak obliczyć minimalną średnicę wału dla koła pasowego przenośnika?

Oblicz trzy średnice i wybierz największą: (1) średnicę bazującą na skręcaniu, korzystając ze wzoru Guesta z efektywną średnicą naprężenia i koła pasowego; (2) średnica oparta na zginaniu według wzoru Rankine’a z równoważnym momentem zginającym (uwzględniającym współczynnik obciążenia).

= 1,5–1,75 i współczynnik momentu obrotowego

= 1,25–1,40); (3) średnica oparta na ugięciu zapewniająca, że ​​ugięcie wału w miejscu osadzenia łożyska nie przekracza 0,0015–0,0017 radianów. W przypadku kół pasowych wysokiego napięcia zazwyczaj decyduje średnica zginania.

P4: Co powoduje poślizg paska na kole napędowym i jak go skorygować?

Poślizg paska ma miejsce, gdy efektywne napięcie (wymagana siła napędowa) przekracza maksymalną siłę tarcia, jaką może przenieść koło pasowe:

. Opcje korekcji w kolejności preferencji: (1) zwiększenie kąta opasania poprzez dodanie koła pasowego (najbardziej skuteczne); (2) ulepszenie otuliny ze zwykłej gumy na gumę rowkowaną lub ceramikę (wzrost μ); (3) zwiększyć napięcie odbioru (wzrosty

). Nie należy po prostu zwiększać naciągu bez usunięcia przyczyny — nadmierne naprężenie zwiększa obciążenie zginające wał i skraca żywotność łożyska.

P5: Jak często należy wymieniać otulinę koła pasowego przenośnika?

Otulinę gumową należy wymienić, gdy zużycie zmniejszy grubość otuliny do 50% oryginalnej (zwykle 3–5 lat w przypadku zastosowań standardowych; 1–2 lata w przypadku zastosowań ściernych). Otulinę ceramiczną należy wymienić, jeśli więcej niż 10–15% płytek ceramicznych jest pękniętych lub ich brakuje — koło pasowe z brakującymi płytkami powoduje nierówne obciążenie paska i nieprawidłowe prowadzenie paska. Co kwartał sprawdzaj otulinę pod kątem rozwarstwień, pęknięć i zużycia — wcześnie wykryte rozwarstwienie często można naprawić poprzez ponowne sklejenie; rozwarstwienie, które przeszło do powłoki, wymaga całkowitego ponownego otuliny.

P6: Jaka jest różnica między kołem podnoszącym a kołem zginanym?

Koło pasowe napinające zostało specjalnie zaprojektowane do utrzymywania napięcia paska poprzez poruszanie się osiowo w ramie naciągającej (nawijanie grawitacyjne lub śrubowe). Musi być zaprojektowany na siłę podnoszenia i napięcie paska po obu stronach. Koło pasowe po prostu przekierowuje ścieżkę paska w ustalonym miejscu — nie porusza się i nie zapewnia naprężenia. Koła pasowe zginane przenoszą jedynie wypadkową dwóch naprężeń pasów pod kątem zgięcia i zazwyczaj nie są opóźnione. Koła pasowe odbierające mogą być otulone (zwykła guma), aby zapobiec gromadzeniu się materiału na powierzchni koła pasowego.

Yile Machinery: Koła pasowe przenośników zaprojektowane na zamówienie

Yile Machinery projektuje i produkuje niestandardowe koła pasowe przenośników do zastosowań w transporcie materiałów sypkich w górnictwie, cementowni, stali i energetyce. Nasze koła pasowe są projektowane pod kątem rzeczywistego naprężenia paska i warunków pracy w każdym zastosowaniu — nie są wybierane ze standardowego katalogu wyłącznie na podstawie szerokości paska.

Nasze możliwości produkcyjne kół pasowych przenośnika:

• Typy kół pasowych: koła napędowe/głowicowe, koła tylne, koła pasowe odbierające, koła pasowe, koła pasowe zginane, koła pasowe skrzydełkowe, koła pasowe bębna spiralnego

• Szerokości taśm: 500 mm do 2400 mm; niestandardowe szerokości na zamówienie

• Średnice kół pasowych: 300 mm do 1500 mm; koła pasowe klasy inżynieryjnej do 2000 mm

• Materiały powłoki: Stal konstrukcyjna (Q345B / A572 Gr.50); konstrukcja o grubych ścianach przeznaczona do pracy w kopalniach

• Materiały wału: EN8 (080M40) standardowe obciążenie; EN19 (709M40) / 42CrMo do zastosowań ciężkich i kopalnianych

• Połączenia piasty: otwór wpustowy; tuleja stożkowa / QD; zespół ryglujący bezkluczykowy (tarcza skurczowa)

• Otulina: Guma wulkanizowana na gorąco (gładka i rowkowana); płytka ceramiczna; poliuretan; łączone na zimno w celu wymiany w terenie

• Konstrukcja tarczy końcowej: Standardowa piasta spawana; profilowana tarcza końcowa (piasta obrobiona w tarczę) do zastosowań wymagających wysokich napięć

• Dokumentacja inżynierska: Raport z obliczeń naprężeń wału; obliczenie trwałości łożyska L10; weryfikacja ugięcia; certyfikat równowagi dynamicznej (ISO 1940/1)

Powiązane produkty i zasoby techniczne:

• Indywidualne koło pasowe bębna napędowego przenośnika — strona produktu z pełną specyfikacją

• Poradnik doboru rolek napinających przenośnika — seria CEMA, nośność i trwałość łożysk rolek napinających

• Przewodnik po wyborze przemysłowych przekładni walcowych i stożkowo-walcowych — dobór przekładni napędu przenośnika i metodologia współczynnika usług

• Sprzęgło bębnowe do napędów dźwigów i wciągników — sprzęgła napędowe do wałów kół pasowych głowicy przenośnika

• Wały kute i staliwa do kruszarki — materiał wału i odniesienie do procesu kucia

• Odkuwki niestandardowe — wały, półfabrykaty przekładni i odkuwki pierścieniowe — kute wały i piasty kół pasowych

• Rozwiązania dla przemysłu górniczego i cementowego — kompletna dostawa komponentów do przenośników dla górnictwa i cementowni

• Rozwiązania do przetwarzania stali i metalu — elementy przenośników do transportu materiałów w hutach stali

Aby otrzymać ofertę, podaj:

• ✅ Typ koła pasowego (napęd / ogon / odbiór / zadarcie / zgięcie)

• ✅ Szerokość taśmy (mm) i prędkość taśmy (m/s)

• ✅Naprężenia pasów:

  

  I

  

  (kN) lub wydajność i długość przenośnika do obliczeń

• ✅ Wymagana średnica koła pasowego i długość czołowa (lub wskaźnik napięcia paska PIW)

• ✅ Wymagany rodzaj otuliny (guma / guma rowkowana / ceramika / poliuretan)

• ✅ Materiał wału i sposób połączenia piasty

• ✅ Warunki środowiskowe (mokry / zakurzony / korozyjny / zakres temperatur)

• ✅Ilość i wymagany termin dostawy

• ✅ Istniejący rysunek koła pasowego lub dane z tabliczki znamionowej do wymiany

E-mail: sales@yilemachinery.com

Prześlij zapytanie ofertowe: www.yilemachinery.com/contactus.html

Na wszystkie zapytania techniczne odpowiedź otrzymujemy w ciągu 24 godzin. Raporty z obliczeń naprężenia wału dostarczane z każdym zamówieniem koła pasowego.

Powiązane zasoby techniczne

• Wybór rolki napinającej przenośnika: seria CEMA, przewodnik po nośności i trwałości łożysk

• Przewodnik po wyborze przemysłowych przekładni zębatych walcowych i stożkowo-walcowych

• Sprzęgło bębna do dźwigu i wciągnika: Przewodnik dotyczący momentu obrotowego i wyboru

• Krążek linowy: Przewodnik po projektowaniu rowków i współczynniku D/d

• Walce do walcowni: Przewodnik po wyborze materiałów walców roboczych i rolek zapasowych

• Wały kute a wały ze staliwa do kruszarki

• Odkuwki niestandardowe — półfabrykaty przekładni, odkuwki pierścieniowe i wały

• Rozwiązania dla przemysłu wydobywczego i cementowego