1. UVOD
Transportne trake svrstavaju se u kontinuirana transportna sredstva. Koriste se za prijenos komadne ili sipke robe (> 10.000 t/h) na različite udaljenosti (do 200 km). Mogu transportirati materijal horizontalno ili pod određenim kutom. Nagrafikonu 1 prikazana je shema transportne trake sa svim pripadajućim dijelovima.
U ovome radu prikazat će se proračun transportne trake za ugljenu prašinu, postupak proračuna osnovnih parametara transportne trake, poput brzine, sile koje djeluju na valjcima i pogonskom bubnju, potrebna snaga za pokretanje transportne trake. Kontrola proračuna izvest će se metodom obilaska po konturi. Traka se proračunava prema standardima koji zadovoljavaju potrebe iskrcaja brodova koji prevoze rasuti sipki teret za termoelektrane na ugljen.
2. PARAMETRI POTREBNI ZA KONSTRUKCIJU TRANSPORTNE TRAKE
Cilj ovoga istraživanja je proračunati i analizirati međusobni utjecaj parametara koji utječu na odabir i dizajn transportne trake. Početni parametri iz kojih se izračunava cjelokupna transportna traka jesu: transportna dužina L = 300 m, prosječni nagib trase β = 10 %, satni kapacitet prekrcane robe (učin) Q = 150 t/h te odabrani transportirani materijal ugljena prašina.
Dizajn transportne trake počinje s evaluacijom karakteristika materijala koji se transportira. Presjek prenošenog materijala računa se prema sljedećem izrazu:
gdje je:
- ρ = 0,4 - 2,4 t/m3 - ugljena prašina - odabrana srednja vrijednost 1,4 t/m3 (Korman, 2014), k1 = 0,9 - koeficijent smanjenja teoretskog kapaciteta zbog neravnomjernog nasipavanja, k2 = 0,95 - koeficijent smanjenja teoretskog kapaciteta zbog nagiba transportera (Gregorović, 2014:3), v = 1,70 - 3,35 m/s => odabrana srednja vrijednost 2,5 m/s - brzina gibanja trake (Mavrin, 1999).
Nagrafikonu 2 prikazan je shematski presjek transportne trake odabrane u istraživanju za prijenos ugljene prašine. Prema slici, b je stvarna širina transportne trake, b1 aktivna širina trake, a l1 označava potrebnu širinu nosivog valjka.
Aktivna širina trake:
gdje je f = 465 - faktor oblika trake, tj. presjeka materijala odabran je koritasti oblik, λ = 20° (Gregorović, 2014:5).
2.1 Snaga za pogon transportera
Snaga se izračunava prema izrazu:
gdje je: Pbo - snaga na osovini pogonskog bubnja (W), Fbo - vučna sila na obodu pogonskog bubnja (N). Vučna sila se izračunava prema:
gdje je:
- c = 1,29 - faktor povećanja vučne sile koji uzima u obzir sporedne otpore u pogonu transportera, odabire se prema ukupnoj dužini L transportera. Zadana je dužina L = 300 metara te premaKorman (2014), slijedi L = 320 => c = 1,29. Koeficijent trenja u ležajevima bubnjeva i valjaka, odabrano za ugljenu prašinu prema f = 0,023 (Rulmeca, 2003). Gt - masa pokretnih dijelova transportera (trake, valjaka) po jednom metru dužine transportera (kg/m), te se izračunava prema sljedećem izrazu:
gdje je:
- qt - masa trake (kg/m), - masa rotirajućih dijelova nosećih valjaka po jednome metru dužine transportera (kg/m), - masa rotirajućih dijelova povratnih valjaka po jednome metru dužine transportera (kg/m)
Masa trake qt izračunava se prema sljedećem izrazu:
gdje je:
- qu - masa svih uložaka u traci (kg/m2), - masa gumene obloge trake (kg/m2).
2.2 Vrsta tkanine za transportnu traku
Radi potrebe zadatka odabrano platno za koje je pretpostavljeno da će dati dobre rezultate pri transportu odabrane mase. Oznaka platna je RP 250 (R - Rayon, PA - Polyamid) širine b = 400 mm iztablice 1 i2. Upotrijebljeno je pet platna koja će se spojiti u zajedničku traku (Korman, 2014).
| Vrsta platna | Prekidna čvrstoća (N/m) | Težina platna (gr/m2) | Debljina platna (gr/m2) | |
| Uzdužno | Poprečno | |||
| RP-250 | 245175 | 78456 | 1800 | 2,3 |
Izvor:Korman (2014)
| Vrsta platna | Broj uložaka | ||||||
| 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
| RP - 250 | 4,60 | 6,90 | 9,20 | 11,50 | 13,80 | 16,10 | 18,40 |
Izvor:Korman (2014)
Iz odabranog slijedi da je masa svih uložaka za odabranu traku jednaka qu = 1800 ⋅ 5 = 9000 gr/m2 = 9 kg/m2.
Odabrana je kvaliteta obloge M za transportnu traku prematablici 3, za ugljenu prašinu potrebno je imati traku otpornu prema većim naprezanjima i velikom habanju. Za odabrani M 4/2 (4 mm debljina gornjeg sloja gume i 2 mm debljina donjeg sloja gume) = 6 mm debljine, masa gumene obloge trake je q0 = 6,72 kg/m2.
Masa trake qt:
| Debljina obloge (mm) | Kvaliteta gumene obloge | ||||
| M | N | VM | NZ | G | |
| 4/2 = 6 | 6,72 | 6,78 | 7,98 | 7,74 | 8,34 |
Izvor:Korman (2014)
Promjer nosivog valjaka odabran je iztablice 4, uzimajući u obzir kako odabran v = 2,5 m/s i b = 400 mm slijedi da je odgovarajući promjer nosivog valjaka Ø jednak 65 milimetara.
| v (m/s) | Širina trake b (mm) | |||||||||
| 300 | 400 | 500 | 650 | 800 | 1000 | 1200 | 1400 | 1600 | 1800 | |
| 2,09 | 51 | 65 | 90 | 108 | 108 | 100 | 108 | 108 | 133 | 133 |
| 2,62 | 65 | 65 | 90 | 108 | 108 | 108 | 108 | 108 | 133 | 159 |
Izvor:Korman (2014)
2.3 Noseći valjci
Izraz pomoću kojega se izračunava masa rotirajućih dijelova valjaka po jednome metru dužine transportera je:
gdje je: - masa rotirajućih dijelova nosećih valjaka u jednome slogu, prematablici 5 za promjer nosivog valjka od 65 milimetara, širinu trake od b = 400 milimetara i trodijelne valjke slijedi = 4,6 kg, n' - broj nosivih slogova, L - ukupna duljina transportera.
| Promjer nosećih valjaka (mm) | Tip nosećih valjaka | Širina trake b (mm) | |||||||||
| 300 | 400 | 500 | 650 | 800 | 1000 | 1200 | 1400 | 1600 | 1800 | ||
| 63 | Vodoravan | 2,2 | 2,6 | 3,0 | 3,7 | 4,4 | 5,4 | ||||
| Dvodijelni | 3,0 | 3,4 | 3,8 | 4,5 | 5,2 | 6,2 | |||||
| Trodijelni | 3,8 | 4,6 | 4,6 | 5,9 | 6,0 | 7,0 | |||||
Izvor:Korman (2014)
Broj nosećih slogova valjaka računa se prema:
gdje je: lv = 8 m - dužina utovarnog dijela transportera, l' => zbog nasipne gustoće od 1,4 t/m3 i širine trake od b = 400 mm prematablici 6 slijedi l' = 1,5 m, - slijedi da je 0,5 ·l' = 0,5·1,5 = 0,75 metara udaljenost slogova na utovarnome mjestu.
| Širina valjaka | < 1,2 (t/m3) | 1,2 - 2,0 (t/m3) | > 2,0 (t/m3) |
| 300, 400, 500, 650 | 1,65 | 1,50 | 1,40 |
| 800 | 1,50 | 1,35 | 1,25 |
| 1000 | 1,35 | 1,20 | 1,10 |
| 1200, 1400, 1600, 1800 | 1,20 | 1,00 | 0,80 |
| 2000, 2200 | 1,00 | 0,80 | 0,70 |
Izvor:Rulmeca (2003)
Slijedi da je masa rotirajućih dijelova nosećih valjaka prema izrazu (7) = 6,164 kg/m. Masu povratnih valjaka može se dobiti prema:
gdje je: - masa rotirajućih dijelova povratnih valjaka po jednome metru dužine transportera (kg/m), - - masa povratnih valjaka u jednome slogu prematablici 5 za vodoravne valjke promjera 60 mm slijedi = 2,6 kg, - - (2 do 3) · = 2 ·1,5 = 3 m => razmak slogova povratnih valjaka. Prema Rulmeci (2003) postoji preporuka korištenja udaljenosti od 3 m. Iz dobivenih podataka vrijedi za masu povratnih valjaka = 0,866 kg/m.
Budući da su izračunati svi dijelovi, izračunavaju se prema izrazu (5) Gt 19,606 kg/m. Konačni satni kapacitet izračunava se prema sljedećem izrazu:
što čini razliku naspram planiranog satnog kapaciteta Q = 150 t/h od + 16,76 %. Visina spuštanja ili podizanja tereta (visinska razlika) označava se sa H te slijedi iz izraza:
Vučna sila na obodu pogonskog bubnja se sada može izračunati te slijedi prema izrazu 4 Fbo = 13,346 kN.
2.4 Snaga na osovini pogonskog bubnja
Slijedi da je snaga na osovini pogonskog bubnja jednaka:
Dodatna snaga zbog otpora uzrokovanih postavljanjem čistača:
gdje je: broj čistača, odabrano = 2. Dodatna snaga zbog otpora uslijed bočnih vodilica:
gdje je: l1 = 8 metara - dužina vodilica. Potrebna snaga motora Pm za pogon transportera slijedi iz izraza:
gdje je: Pef - efektivna snaga motora za pogon transportera, η = 0,85 - koeficijent iskoristivosti mehaničkog prijenosa snage elektromotora na bubnju. Vučna sila u traci na bubnju iznosi:
Ukupna vučna sila u traci na punoj strani:
gdje je: μ = 0,30 prematablici 7, odabran je bubanj koji je glatko brušen, ima suhu površinu i radi u suhoj atmosferi, α = 210° odabrani kut obuhvata trake oko bubnja iz čega slijedi baza prirodnog algoritma e = 2,718, tj. iz tablice za odabrano trenje i kut vrijednost izraza jednaka je m = 0,50.
Prematablici 7 za odabrani kut od 210° te faktor trenja od 0,3 faktor prijenosa snage na bubanj je m = 0,499. Rezultirajuća snaga jednaka je:
gdje je:
Potrebni broj uložaka u traci slijedi prema:
gdje je: σm prekidna uzdužna čvrstoća izračunata iz tablice 10 te slijedi σm = 245175 N/m, a poprečna čvrstoća iznosi 78456 N/m. Kako je ranije odabran broj uložaka, iztablice 2 slijedi z = 5, a potreban broj je z = 3, može se reći da odabrana traka zadovoljava.
2.5 Uređaj protiv kretanja unatrag
Kako bi se osiguralo ravnomjerni tijek materijala, izračunat će se obodna sila kako bi se utvrdilo je li potreban uređaj protiv kretanja mase unatrag. Teoretska masa materijala po metru transportera qm može se izračunati iz sljedećeg izraza:
Obodna sila Fobv za slučaj vodoravne trake može se dobiti iz sljedećeg izraza:
Uređaj protiv kretanja unatrag nije potreban ako je obodna sila Fobv veća od sile koja je rezultat umnoška gravitacije, visine i teoretske mase materijala na transporteru, slijedi:
obodna sila je manja te je potreban uređaj protiv kretanja unatrag.
2.6 Odabir promjera pogonskog bubnja
Promjer pogonskog bubnja izračunava se prema sljedećem izrazu:
gdje je: p - tlak koji prijenosi silu s bubnja na traku, α - ranije odabrani obuhvatni kut od 210°. Iztablice 8 odabrana je vrsta prediva i time moć prenošenja sile slijedi pmin = 29400 N/m2 .
| Vrsta prediva | Tlak koji prenosi silu (N/m2) |
| Pamuk | p = 15700 do 19600 |
| Rejon, perlon | p = 24500 do 29400 |
| Čelik | p = 49050 do 58850 |
Izvor:Korman (2014)
U ovome radu odabrane su vrijednosti prema Rulmeci (2003). Vrijednosti za promjer D i dužinu L bubnja propisane su standardom, dok vrijednosti l1 za razmak ležajeva služe samo kao orijentacija te slijedi da je za pogonski bubanj tip A za dobiveni promjer D = 0,690 m prema standardu odabrano D = 800 mm. Kontrolira se postoji li zadovoljavajući odnos između promjera D i broja uložaka za rad u površinskim uvjetima: DA = D = 0,8 m > (0,125 - 0,18)·z = 0,125·5 = 0,65 m. DA = 0,8 > 0,65 m te je vidljivo da odabrani promjer zadovoljava uvjet. Broj okretaja bubnja za pogonski bubanj tip A može se dobiti prema:
Jedan od glavnih parametara pri određivanju životnog vijeka nosećih valjaka je brzina okretaja koja je u ovome istraživanju 50 min-1 , za to je važan dijagram balansiranja (Sandvik, 2014). Iznad 100 min-1 potrebno je statičko balansiranje, dok je s brzinama okretaja iznad 200 min-1 potrebno i dinamičko balansiranje. Očekivani rok trajanja nosivog valjka je 50 000 sati. Snaga po jednom okretaju bubnja:
Odabran je bubanj (tip A) sa sljedećim karakteristikama: DA = 0,8 m, L = 1150 mm je širina bubnja na koju naliježe traka, l1 = 1370 mm je širina bubnja s prirubnicama, s = 0,942 kW/(o/min), Fmaks = 88290 N je maksimalna sila koju bubanj može prenijeti. Važno je da sila na osi odabranoga bubnja zadovolji uvjet Fr < Fmaks kako bi se materijal transportirao.
gdje je: Ft - maksimalna vučna sila na punoj strani trake Ft = 22323 N, Fb - vučna sila u traci na bubnju Fb = 14882 N, F0 - maksimalna vučna sila na praznoj strani trake => F0 = Ft - Fb = 7441 N. Fr = 16970 N < Fmaks = 88290 N. Sile na osi zadovoljene su odabranim bubnjem.
2.7 Odabir bubnja bez pogona (tip B)
Uvjet koji mora biti zadovoljen je DB > (0,1 - 0,125) · z = 0,125 · 5 = 0,65 => DB > 0,65. Rezultanta sila za bubanj bez pogona:
Odabire se bubanj (tip B) sa sljedećim karakteristikama: DB = 800 m, L = 950 mm je širina bubnja na koju naliježe traka, l1 = 1160 mm je širina bubnja s prirubnicama, Fmaks = 32373 N je maksimalna sila koju bubanj može prenijeti.
3. KONTROLA PRORAČUNA METODOM OBILASKA PO KONTURI
Otpori Wt na punoj strani trake (grafikon 4) mogu se izračunati te slijedi:
Otpori W0 na praznoj strani trake:
Napinjanje trake u pojedinim točkama konture:
Izvor: obrada autora
| Točka | Oznaka sile |
| 1 | F1 = 9565,11 N. |
| 2 | F2 = F1 + W0 = 6968 N. |
| 3 | F3 = 1.05 · F2 = 7316 N. |
| 4 | F4 = F3 + Wt = 23241,4 N. |
Izvor: obrada autora
Potrebno je odrediti minimalnu silu napinjanja Fmin kako bi se osigurao dozvoljeni progib trake fdoz između dva noseća sloga (grafikon 5). Progib trake fdoz između dvaju nosećih slogova računa se prema:
Između točaka 3 i 4 djeluju sile F3 = 7316 N i F4 = 23241,4 N koje su veće od Fmin = 2730,19 N, što znači da napinjanje zadovoljava uvjet. Kontrola sigurnosti trake:
Uvjet da je K' > 9,8 je zadovoljen. Kontrola potrebnog broja uložaka:
slijedi da je z < od 5 te je uvjet zadovoljen. Vučna sila po obodu pogonskog bubnja:
Nagrafikonu 6 prikazana je shema rezultirajućih sila na konturi transportne trake.
4. ZAKLJUČAK
U radu je prikazan proračun trakastog transportera duljine 300 metara za prijenos minimalno 150 tona na sat ugljene prašine pri usponu od 10°. Proračun je napravljen za teške uvjete rada i za rad pri suhome zraku. U izradi proračuna koristila se stručna literatura te standardni katalozi. Proračunata je potrebna širina trake, noseći valjci, izračunata je snaga na osovini pogonskog bubnja. Napravljena je kontrola i ustanovljeno je da je potreban uređaj protiv kretanja unatrag. Izračunata je potrebna prijelazna duljina trake te je proračunat i odabran pogonski bubanj te bubanj bez pogona. Na kraju je provedena kontrola proračuna metodom obilaska po konturi, proračunom otpora i sila koje djeluju na traku. Utvrđeno je da je stvarni učin 175 tona po satu, da je potrebna snaga motora 43,74 kWh. Ustanovljeno je da je za odabrane parametre pri napinjanju potrebno zadovoljiti silu od Fmin = 2730,19 N koja nastaje zbog težine trake i materijala. Težina materijala i trake koji zajedno na metar duljine imaju je 25,72 kilograma, tj. djeluju silom od 252 N. Budući da je minimalna sila koja djeluje na obodu 6968 N, taj uvjet je zadovoljen. Najveća sila na kraju transporta koja je potrebna da se povuče traka iznosi F4 = 23241 N. Jedan od glavnih parametara pri određivanju životnog vijeka nosećih valjaka je brzina okretanja koja je u ovome istraživanju 50 min-1 . Iznad 100 min-1 potrebno je statičko balansiranje, dok je s brzinama okretaja iznad 200 min-1 potrebno i dinamičko balansiranje. Očekivani rok trajanja nosivog valjka je 50 000 sati.