Kompendium z transportu

Transport - łac. transportare, „przenosić, przeprawiać” - to celowe przemieszczanie osób i ładunków (materiałów, maszyn, urządzeń itp.) za pomocą odpowiednich środków, poruszających się po odpowiednich drogach.

Celem transportu jest bezpieczne i ekonomiczne realizowanie zadań transportowych w określonym obszarze i czasie.

W transporcie istotne jest: co transportujemy (jaki ładunek), czym transportujemy (jakim środkiem), po jakich drogach (jej długość i rodzaj, konfiguracja: nachylenie, krzywizny), za ile (koszty transportu), jaka jest organizacja transportu (aspekty prawne, logistyka, przepływ informacji o transporcie).

Zasady doboru środków transportu powinny czynić zadość kryteriom:

- bezpieczeństwa,

- eksploatacji (wydajności, prędkości i odległości transportowania, trwałości, niezawodności itd.),

- ekonomii.

Wydajność środka transportu można określić jako:

• objętościową np. [m³/h],

• masową np. [t/h],

• ciężarową np. [kN/h].

Wydajność środków transportu ciągłego nie zależy od odległości transportowania - a transportu cyklicznego - zależy.

Podstawą klasyfikacji transportu mogą być:

- rodzaje środków i urządzeń transportowych (np. ręczny, grawitacyjny, przenośnikowy, kołowy-szynowy i oponowy, linowy, hydrauliczny, wodny, lotniczy),

- zasięg terytorialny (stanowiskowy, zakładowy, zewnętrzny, międzynarodowy, międzykontynentalny),

- sposób transportowania (np. ciągły, cykliczny).

Transport obejmuje: przemieszczanie, załadunek, przeładunek i rozładunek.

Transport = droga przewozowa + środek transportu + organizacja i zabezpieczenie ruchu (także prawne).

Przedmiotem transportu są: osoby i ładunki:

- drobnica (oddzielne przedmioty)

- masówka (materiały sypkie).

Cechy materiałów sypkich:

- współczynnik tarcia zewnętrznego,

- współczynnik tarcia wewnętrznego,

- kąt naturalnego usypu,

- gęstość usypowa.

Jednostką pracy transportu jest: tkm

Dla analiz porównawczych ważnym wskaźnikiem jest jednostkowe zużycie energii: kWh/tkm.

Ogólny podział transportu

Transport grawitacyjny wykorzystuje główną siłę przyrody, tj. siłę ciężkości ciała, do jego przemieszczania po drogach pionowych lub odpowiednio nachylonych. Warunkiem koniecznym jego wykorzystania jest, by składowa styczna siły ciężkości ciała była większa o jego oporów ruchu (
).

W zakładach przemysłu surowcowego mogą być stosowane następujące rodzaje urządzeń transportu grawitacyjnego:

- ześlizgi, zsuwnie (proste, śrubowe, stopniowe-kaskadowe),

- zsypnie (zsuwnio-zsypnie),

- samotoki (wózkowe, wałkowe, krążkowe).

Schematy ześlizgów, zsuwni i zsypni:

a) kształty (1÷5) rynien; b) ześlizg;

c) zsuwnia z pomostów drewnianych; d) zsuwnia śrubowa osłonięta pojedyncza;

e) zsuwnia śrubowa podwójna otwarta; f) zsypnia w pokładzie węglowym;

g) zsypnia stopniowa.

Przenośniki o rynnach drgających

Wprawienie rynien do drgań umożliwia transport materiałów przy znacznie mniejszych nachyleniach „w dół” niż w przypadku transportu grawitacyjnego, a także możliwy jest transport „w górę”, co przyczyniło się do rozwoju i zastosowania przenośników o rynnach drgających: wstrząsanych i wibracyjnych.

Przenośniki wibracyjne wykorzystują prostoliniowe drgania harmoniczne do przemieszczania materiału w rynnach prostych i śrubowych. Materiał znajdujący się na rynnie przenośnika wibracyjnego, poddanej prostoliniowym drganiom harmonicznym na kierunku nachylonym względem jej osi pod kątem ostrym, jest okresowo podrzucany siłami bezwładności i  przemieszczany wzdłuż rynny.

Współczynnik podrzutu:  

jest wielkością charakterystyczną dla przenośników wibracyjnych. Podrzut ciała nastąpi wtedy, gdy

K > 1.

Elementami składowymi przenośnika wibracyjnego są:

• wibrator,

• rynna,

• elementy sprężyste podparcia, bądź podwieszenia rynny.

Przenośniki zgrzebłowe

Przemieszczają materiał w nieruchomym rynnociągu przez jego przesuwanie w sposób ciągły za pomocą zgrzebeł (zabieraków) przymocowanych w stałych odstępach do ruchomego cięgna łańcuchowego tworzącego kontur zamknięty w płaszczyźnie pionowej lub poziomej.

- przesuwające - przodkowe  - lekkie - jedno- - jedno-

- hamujące - pozaprzodkowe    - średnie - wielołańcuchowe - wielonapędowe

 - ciężkie

Ogólna klasyfikacja przenośników zgrzebłowych

Ogólna budowa przenośników zgrzebłowych

Przenośnik zgrzebłowy składa się z następujących, podstawowych zespołów:

• napędu (czołowego),

• ciągu rynien (rynnociągu, trasy),

• pasma łańcuchowego bez końca,

• zwrotni (z urządzeniem napinania łańcucha, często także z napędem pomocniczym).

Istotną rolę, zwłaszcza przy tzw. ciężkich rozruchach, spełnia sprzęgło hydrokinetyczne umożliwiające: płynny rozruch, wyrównanie obciążeń silników w napędach wielosilnikowych oraz zabezpieczające je przed przeciążeniem.

a) b)

Sprzęgło o stałym wypełnieniu: a) przekrój; b) charakterystyka mechaniczna.

Podstawowe obliczenia przenośników zgrzebłowych

W zakres podstawowych obliczeń parametrów przenośnika zgrzebłowego w ruchu ustalonym, o zadanej wydajności, długości i nachyleniu, wchodzą:

- obliczenie oporów ruchu materiału transportowanego (urobku) i cięgna łańcuchowego,

- obliczenie mocy napędu i dobór silnika,

- określenie maksymalnych sił rozciągających łańcuch i dobór jego parametrów

wytrzymałościowych.

Zakładając ciągłość strugi urobku wydajność masowa przenośnika wynosi:

gdzie: F - pole poprzecznego przekroju nominalnego rynny; m²

v - prędkość łańcucha; m/s

ρ - gęstość usypowa urobku; m³/h

ψ - współczynnik wypełnienia (0,4÷1,0)

Metoda obwiedniowa (konturowa) pozwala wyznaczyć opory ruchu i napięcia łańcucha w punktach charakterystycznych przenośnika.

Składowymi całkowitego oporu ruchu przenośnika są:

• składowe styczne siły ciężkości łańcucha ze zgrzebłami i urobku

• opory tarcia ciężkości łańcucha ze zgrzebłami i urobku

• opory tarcia na kołach łańcuchowych napędowych i zwrotnych

Schemat przenośnika

Napięcie wstępne łańcucha przenośnika w p. 1 S₁ = 500÷1 000 N

S₂ = S₁ + W_1-2

gdzie opory gałęzi próżnej:
; q_l [N/m]; L [m]

przy czym ciężar jednostkowy urobku:
N/m ; v [m/s]

S₃ = S₂ + W_2-3 ; opory na zwrotni:

S₄ = S₃ + W_3-4 ; opory gałęzi ładownej:

przy czym: współczynnik oporu ruchu urobku: f₂ = 0,35÷0,45

współczynnik tarcia łańcucha i zgrzebeł o rynny: f₁ = 0,25 ÷0,35

Siła obwodowa niezbędna dla utrzymania przenośnika w ruchu ustalonym musi pokonać całkowity opór ruchu przenośnika:

;

przy czym oporu na gwieździe napędowej:

a potrzebna moc silnika do napędu przenośnika:

kW , a przy przenośniku hamującym:

gdzie: W₀ [N]; v[m/s]; sprawność mechaniczna układu napędowego:

Graniczny kąt nachylenia trasy przenośnika dla którego:

↔ α = α_gr ; tg

Rozkład napięć w łańcuchu

Po wyznaczeniu niezbędnej mocy należy dobrać silnik z katalogu o mocy równej lub większej od obliczonej wartości N_s, pamiętając, że dobrany silnik o mocy większej niż jest niezbędna, może przy przeciążeniach, spowodować wystąpienie w łańcuchu sił większych niż założone w obliczeniach. Należy zatem sprawdzić jaka maksymalna siła w łańcuchu, w ruchu ustalonym, może się pojawić dla dobranej z nadmiarem mocy silnika.

[N]

gdzie: S_max - maksymalna siła w łańcuchu, [N]

N_dob - moc silnika dobranego, [kW]

η - sprawność napędu,

n - liczba łańcuchów,

v - prędkość łańcucha, [m/s],

k_p - współczynnik nierównomierności obciążenia pasm łańcuchów

k_p = 1 gdy n = 1

k_p = 1,04 gdy n = 2

k_p = 1,02÷1,08 gdy n= 3

Na podstawie obliczonej maksymalnej siły rozciągającej, dobieramy łańcuch z katalogu korzystając ze nierówności:

[N]

gdzie: S_zr - katalogowa siła zrywająca łańcuch [N]

k - współczynnik bezpieczeństwa (k = 4÷6).

Wartość współczynnika k zależy, między innymi, od sposobu rozruchu przenośnika.

Przenośniki zgrzebłowe znajdują głównie zastosowanie w górnictwie w odstawie przodkowej i pozaprzodkowej węgla przy nachyleniach α = -60 ÷ +18°.

Przenośniki taśmowe

należą do podstawowych, powszechnie stosowanych środków transportu materiałów sypkich i rozdrobnionych dzięki takim zaletom jak: prosta budowa, łatwość obsługi i automatyzacji, możliwość pokonywania dużych odległości i nachyleń oraz osiągania znacznych wydajności, wysokiej niezawodności i bezpieczeństwa pracy, łatwego za- i rozładunku w dowolnym miejscu oraz dostosowania do ukształtowania podłoża. Do podstawowych wad tych przenośników można zaliczyć: stosunkowo niską trwałość taśmy, konieczność prostoliniowej zabudowy trasy, trudności transportowania większych brył oraz stosunkowo niską niezawodność szeregowych układów przenośników.

Podstawowymi elementami składowymi konwencjonalnego przenośnika są:

• napęd (stacja napędowa zawierająca: silnik, sprzęgło, reduktor, hamulec),

• taśma (z rdzeniem przekładkowym lub stalowym),

• trasa (konstrukcji stalowej - z profili walcowanych -  lub linowej) wykonana z powtarzalnych elementów wyposażonych w zestawy krążnikowe górne i dolne,

• zwrotnia (stacja zwrotna) wraz z bębnem zwrotnym,

• mechanizm (układ) napinania taśmy,

• urządzenia czyszczące taśmę i bębny,

• urządzenia dodatkowe (np. do sygnalizacji, kontroli i sterowania pracą przenośnika).

1 - taśma, 2 - bęben napędowy (i zrzutowy), 3 - bęben zwrotny, 4 - zestawy krążnikowe,

5 - mechanizm (ciężarowy) napinania taśmy, 6 - kosz zasypowy, 7 - urządzenia czyszczące

Schemat przenośnika taśmowego

Od taśm przenośnikowych wymaga się następujących własności:

- dużej wytrzymałości na zrywanie, przy możliwie małej odkształcalności trwałej i sprężystej (dla ograniczenia skoku bębna napinającego taśmę),

• wysokich i stabilnych wartości współczynnika tarcia z nosiwem oraz z okładziną bębna napędowego,

• dużej odporności na ścieranie, przebicie i starzenie,

• dobrego układania się w nieckę,

• niepalności i antystatyczności (co jest istotne p. w górnictwie podziemnym),

• prostych technologii łączenia,

-  możliwie niskiej ceny.

Taśma przenośnikowa ma budowę warstwową i składa się z:

• rdzenia przekładkowego lub stalowego (wykonanego z linek, siatki lub taśmy stalowej),

• okładki nośnej kontaktującej z nosiwem,

• okładki dolnej współpracującej z powierzchniami bębnów,

- obrzeży.

1. b)

Elementy składowe taśm: a) przekładkowej, b) z linkami stalowymi

a) rdzeń tkaninowy b) rdzeń kordowy

c) rdzeń tkaninowy z osnową d) rdzeń jednolicie tkany

ułożoną prostoliniowo

e) rdzeń z linek stalowych f) rdzeń z linek stalowych tworzących siatkę

np. typu FLEXIMAT

Stosowane konstrukcje rdzeni taśm przenośnikowych

Sprzężenie cierne taśmy z bębnem napędowym przenośnika decyduje o jego możliwościach transportowych.

Pomiędzy siłami S₁ i S₂ istnieje znana zależność (Eulera-Eytelweina):

skąd użyteczna siła pociągowa bębna P, przy tarciu rozwiniętym, wynosi:

Z zależności powyższej zależności wynika, że siłę sprzężenia ciernego (napędzającą) P można zwiększyć trzema sposobami:

1) przez zwiększenie siły naciągu wstępnego S₂ za pomocą mechanizmów napinających taśmę, która wpływa liniowo na wartość siły P ,

2. przez zwiększenie współczynnika tarcia μ między taśmą, a bębnem dzięki zastosowaniu wysokociernych okładzin, a także urządzeń czyszczących taśmę i  bębny; współczynnik tarcia μ wpływa wykładniczo na wartość siły P,

3. przez zwiększenie kąta opasania α, dzięki zastosowaniu napędów wielobębnowych, bębnów odchylających; kąt opasania α wpływa wykładniczo na wartość siły P.

Jakość sprzężenia ciernego taśmy z bębnem napędowym, zależy w dużym stopniu od poprawności działania układu napinania taśmy.

Wśród stosowanych urządzeń napinających można wymienić następujące rozwiązania:

- ze stałym położeniem bębna napinającego podczas pracy przenośnika - tzw. sztywne urządzenie napinające,

- ze zmiennym położeniem bębna napinającego, a w tej grupie:

• ciężarowe,

• o stałym napięciu taśmy (hydrauliczne lub pneumatyczne,

• automatyczne,

• nadążne.

Obliczenia podstawowe przenośników taśmowych

Podstawowe obliczenia przenośników taśmowych dotyczą określenia ich:

- wydajności (gdy nie jest to wielkość zadana),

- oporów ruchu i mocy napędu.

Wydajność masową przenośnika można obliczyć ze wzoru:

[t/h]

gdzie: F - przekrój nominalny strugi nosiwa zależny od jego właściwości oraz geometrii niecki, m²

v - prędkość taśmy, m/s

ρ - gęstość usypowa nosiwa, t/m³

k_n, - współczynnik uwzględniający pochylenie trasy przenośnika,

k_z - współczynnik załadowania określający stopień wykorzystania przekroju nominalnego

(k_z = 0,6÷0,8).

Tabela 1. Wartości współczynnika k_n

α [°]	do 4	10	17	20
kn	1,0	0,95	0,88	0,81

Zapewnienie ruchu taśmy z określoną prędkością wiąże się z koniecznością przyłożenia do niej siły niezbędnej dla pokonania oporów ruchu. Na całkowite opory przenośnika taśmowego składają się:

1) opory główne, rozłożone w sposób ciągły wzdłuż przenośnika, są to:

- opory wgniatania taśmy w krążniki,

- opory ruchu krążników,

- opory przeginania taśmy na krążnikach,

- opory związane z deformacją strugi urobku na podporach krążnikowych,

2) opory skupione:

- opory w miejscu zasilania przenośnika urobkiem związane z jego przyspieszaniem, tarciem o ścianki ograniczeń bocznych oraz przeginaniem taśmy na bębnach,

3) opory związane z podnoszeniem urobku.

W zależności od przyjętej metodologii obliczeń rozróżnia się: metodę oporów jednostkowych oraz metodę podstawową (opartą na niemieckiej normie DIN 22101). Pierwsza z nich wymaga znajomości poszczególnych oporów składowych przenośnika (np. oporu przewijania taśmy na bębnach, wgniotu krążnika w taśmę itp.) i daje dobre wyniki pod warunkiem znajomości poszczególnych oporów. Metoda druga, zwana metoda podstawową, bazuje na prawach fizyki i określa opory łączne przenośnika.

Metoda podstawowa jest stosowana do obliczania przenośników o długości L = 60 ÷1000 m i nachyleniu trasy α ≤ 15°.

Schemat przenośnika taśmowego

Opory ruchu cięgna:

• górnego

[N]

• dolnego

[N]

gdzie: C - współczynnik oporów skupionych,

f - współczynnik oporów głównych (tab.3),

g - przyśpieszenie ziemskie, m/s²

m_T - jednostkowa masa taśmy, kg/m

m_K - masa krążników w górnych przypadająca na 1 m, kg/m

m_D - masa krążników dolnych przypadająca na 1 m, kg/m

m_n - jednostkowa masa nosiwa, kg/m

α - kąt nachylenia przenośnika, °

Wartość współczynnika oporów skupionych C zależy od długości przenośnika L (tab. 2).

Tabela 2. Wartości współczynnika C

L [m]	63	100	180	230	330	480	600	850	1000	2000	2500
C	2,0	1,75	1,5	1,4	1,3	1,2	1,15	1,1	1,08	1,045	1,04

Tabela 3. Wartości współczynnika oporów głównych f

Warunki eksploatacji	wysoki poziom	niski poziom
przenośniki transportu głównego w kopalniach podziemnych	f = 0,025 ÷ 0,027	f = 0,027 ÷ 0,028
pozostałe przenośniki w kopalniach podziemnych	f = 0,028 ÷ 0,030	f = 0,031 ÷ 0,033

- jednostkowa masa taśmy:

[kg/m]

gdzie: L - długość przenośnika, m

B - szerokość taśmy, m

m_t - masa 1 m² taśmy, kg/m²

- jednostkowa masa części obrotowych krążników górnych:

[kg/m]

- jednostkowa masa części obrotowych krążników dolnych:

[kg/m]

gdzie: z_g; z_d - liczby krążników w zestawie górnym i dolnym

m_kg - masa części obrotowej krążnika górnego, kg

m_kd - masa części obrotowej krążnika dolnego, kg

l_g - rozstaw podpór krążnikowych górnych, m

l_d - rozstaw podpór krążnikowych dolnych, m

- jednostkowa masa nosiwa:
[kg/m]

gdzie: Q - wydajność masowa przenośnika, t/h

v - prędkość taśmy, m/s

W ruchu ustalonym przenośnika opory całkowite wynoszą:

[N]

gdzie opór podnoszenia nosiwa:
[N]

a pionowa wysokość podnoszenia nosiwa:

[m]

W przenośnikach krótkich uwzględnia się dodatkowo:

- opory nosiwa o ograniczenia boczne:
[N]

- opory w miejscu załadunku nosiwa:
[N]

gdzie: L_o, B_o - długość i rozstaw ograniczeń bocznych, m; μ_o - współczynnik tarcia urobku o ścianki ograniczeń bocznych; v_o- składowa styczna prędkości nosiwa (względem prędkości taśmy v), m/s; ρ - gęstość usypowa urobku, kg/m³; g - przyspieszenie ziemskie, m/s²

Potrzebna moc silnika:

- w przypadku napędzania przenośnika:
[kW]

- w przypadku hamowania przenośnika:
[kW]

gdzie sprawność napędu η wynosi: 0,82 ÷0,87 przy sprzęgle hydrokinetycznym,

oraz 0,90 ÷092 przy sprzęgle podatnym.

W czasie rozruchu i hamowania przenośnika występują dodatkowo siły dynamiczne o charakterze falowym, których wyznaczenie wymaga uwzględnienia w modelu przenośnika własności układu napędowego (silnika, sprzęgła hydrodynamicznego, hamulca), taśmy oraz układu jej napinania.

W analizie takich stanów przydatne są metody symulacji komputerowej.

Dobór taśmy

Generalnie w przenośnikach krótkich i średniej długości (do 1000 m) zaleca się stosować tańsze taśmy z rdzeniem przekładkowym; w przenośnikach długich - taśmy z rdzeniem solid-woven lub z rdzeniem stalowym, a wyjątkowo aramidowym. Nominalna wytrzymałość taśmy:

[kN/m]

gdzie: S_{max r} - maksymalna siła w taśmie w czasie rozruchu, kN

S_{max r} = (1,3 ÷3,0) S_{max u}

k_e - współczynnik bezpieczeństwa,

k_e = 3,8 - 4,0 - 4,2 dla warunków eksploatacji: dobrych-przeciętnych -ciężkich;

k_b - współczynnik spiętrzenia naprężeń w złączu schodkowym,

k_b = 1,7 - 1,8 - 1,9 dla taśm: wysokiej - średniej - raczej złej jakości.

W przypadku taśm z linkami stalowymi w powyższym wzorze uwzględnia się dodatkowo współczynnik wytrzymałości zmęczeniowej k_w = 1,8 ÷ 2,2

Napięcie taśmy powinno być na tyle duże, by zabezpieczało dobre sprzężenie cierne z bębnem napędowym przenośnika oraz by ugięcia taśmy między krążnikami nie przekroczyły wartości dopuszczalnych. Napięcia taśmy w charakterystycznych punktach przenośnika można wyznaczyć metoda poruszania się po jego obwodzie.

Grubość okładek przyjmuje się:

• dla taśm tkaninowych h_m = 1 ÷ 3 mm

• dla taśm z linkami stalowymi h_m = 0,7 h_r (grubości rdzenia), lecz nie mniej niż 4 mm.

W mniejszym rozdziale podano jedynie podstawowe informacje dotyczące ogólnej budowy i obliczeń przenośników taśmowych. Istnieje w tym zakresie bogata literatura i wiele aktualnych informacji dotyczących konstrukcji, metod obliczeń, eksploatacji i badań tych przenośników można znaleźć przede wszystkim w następujących pozycjach.

Zastosowanie przenośników taśmowych: do transportu materiałów rozdrobnionych i pylistych, a także niezbyt ciężkich, ładunków jednostkowych.

TRANSPORT

Pneumatyczny

Hydrauliczny

Mechaniczny

Ręczny

Zgarniaki

Oponowy

- samochody

- ładowarki na podwoziu ogumionym

Szynowy

- koleje

- kolejki

Grawitacyjny

Cykliczny

Ciągły

Naporowy

Kołowy

Linowy

- szybowy

- koleje linowe

- dźwignice także linotorowe

- suwnice

PRZENOŚNIKI

Bezcięgnowe

Cięgnowe

Taśmowe

- klasyczne

- rurowe

- z linami pędnymi

- miotające

Grawitacyjne

- zsuwnie, zsypnie

- samotoki

- wózkowe

Wałkowe

- z napędem indywidualnym

- z napędem zespolonym

Zabierakowe

- zgrzebłowe

- talerzowe

Kubełkowe

Śrubowe

Członowe

- płytowe

- wózkowe

Wstrząsowe

- wstrząsane

- wibracyjne

Przepływowe

- cieczowe

- gazowe

Przenośniki zgrzebłowe

Liczba łańcuchów

Liczba napędów

Konstrukcja

Miejsce pracy

Sposób pracy

obudowa

s [%]

100

0

M

M_r

M_n

s_n

n₂

n₁

wirnik

pompowy

wirnik

turbinowy

5

bieżnik górny

obrzeże

bieżnik dolny

rdzeń

linka stalowa

c

a

b

ρ_u

ϕ

F

α

L

1

v

2

3

4

1 m

q_ł

q_u

q_ł

1 m

1

2

3

4

2L

S₁

S₂

S₃

S₄

S

H

v

α

L

---