Návrh koncepce pásového dopravníku s uzavřeným dopravním profilem a ocelovým lanem jako nosným elementem

Transkript

1 Návrh koncepce pásového dopravníku s uzavřeným dopravním profilem a ocelovým lanem jako nosným elementem Ing. David Pelc 1. Úvod Přeprava sypkých materiálů tvoří jeden z důležitých článků spojující jednotlivé zpracovatelské procesy především v oblasti průmyslu dobývání a zpracování nerostných surovin, průmyslu paliv a energetiky, zpracování odpadů, stavebním průmyslu, ale i v potravinářství a zemědělství. (Obr.1.1) V oblasti přepravy sypkých hmot mají své nezastupitelné místo dopravníky jako jednoúčelová zařízení speciálně navržená pro danou aplikaci. Vesměs se jedná o kontinuálně pracující stroje jejichž výhodou je zajišťění nepřetržitého a plynulého toku materiálu mezi místem nakládky a místem určení. Výsadní postavení pak zaujímá pásový dopravník, jehož charakteristickým rysem je kombinovaný tažný a nosný prvek v podobě nekonečného pryžového dopravního pásu pojíždějícího po dopravních válečcích. Přestože princip pásového dopravníku je znám již od druhé poloviny 19. století, kdy údajně roku 1868 G.F.Lyster v Liverpoolských docích poprvé použil systém pásového dopravníku pro nakládku obilí, stále jde o nejpoužívanější, nejoblíbenější a zároveň nejvariabilnější dopravní prostředek sypkých hmot pro kontinuální přepravu velkých objemů na krátké a střední vzdálenosti. Tech.1 Tech.2 Vstupní dopravník Předávací dopravník Výstupní dopravník Obr.1.1 Princip a základní funkční schéma klasické koncepce korýtkového pásového dopravníku se za dobu své existence prakticky nezměnilo a vývoj pouze kopíroval dosažené výsledky v souvisejích oborech, hlavně v oblastech vývoje konstrukčních materiálů, pohonných elementů a dopravních pásů, což umožnilo vývoj a výrobu větších, delších, rychlejších a výkonnějších dopravníků. Poněkud jiná situace nastala a v současné době panuje v oblasti vývoje a výroby různých derivátů pásových dopravníků a hybridních dopravních systémů, z nich některé postupem času definovaly vlastní skupinu dopravníků a princip dopravy.

2 2. Myšlenka Základní myšlenkou celého projektu je využití všech výhod, které poskytuje hadicový pásový dopravník s uzavřeným dopravním profilem v kombinaci s možností nasazení ocelového lana jako základního nosného prvku dopravníku Tím by došlo ke zkloubení ekonomických, ekologických a bezpečnostních výhod hadicového pásového dopravníku s potenciálně ekonomicky a technologicky velmi výhodnou nosnou konstrukcí reprezentovanou nosným, případně nosně-tažným, lanem. 3. Pásové dopravníky obecně Základním a původním tvarem dopravního pásu v příčném průřezu je koryto s rovným dnem a šikmými bočnicemi skloněnými v úhlu 20 nebo 30 (Obr.3.1), popř. koryto bez rovného dna s šikmými bočnicemi se stejnými úhly. Výhodou tohoto řešení je poměrně velká přepravní kapacita na šířku dopravního pásma a relativně nenáročná výroba, montáž a údržba. Obr.3.1-Klasický korýtkový dopravník Zdroj: Obr.3.2-Hadicový dopravník Zdroj: Hadicový pásový dopravník (Obr.3.2) představuje systém, odvozený z klasického pásového dopravníku, ovšem s několika konstrukčními vlastnostmi podstatně ovlivňujícími celkovou efektivitu a bezpečnost provozu. Společným prvkem je použití pryžového dopravního pásu jako tažného a nosného elementu a použití rotačních válečku jako podpěrných prvků v celé délce dopravní cesty. Zásadním rozdílem je potom dopravní profil. Většina výhod hadicového pásového dopravníku vyplývá z jeho uzavřeného profilu: Nedochází k vysypávání materiálu podél dopravní trasy a tím ke ztrátám samotného materiálu a ztrátám při čištění. Nedochází k nabalování materiálu na válečky. Na dopravníku lze realizovat zatáčky vertikální i horiznotální, a to s poměrně malým poloměrem. Dopravník lze postavit se sklonem téměř o 50% větším, než je běžně přípustný sklon klasického dopravníku. Přepravovaný materiál je uzavřen a tedy zcela chráněn před vlivy okolního prostředí, hlavně větru a deště, dopravník nevyžaduje zakrytí. Naopak okolí je chráněné před negativními vlivy dopravovaného materiálu, především prašností.

3 Naopak jako částečná nevýhoda se může jevit menší přepravní kapacita vzhledem ke klasickému dopravníku používajícímu stejně široký dopravní pás a nutnost použití většího množství rotačních nosných prvků-válečků pro udržení požadovaného uzavřeného kruhového profilu.(tab.3.1) Konstrukce Délka Rozteč horní Rozteč spodní Počet válečků Počet ložisek [m] [m] [m] [-] [-] Klasická, 3 válečky Uzavřená Tab.3.1-Počet rotačních dílů Následující tabulka (Tab.3.2) uvádí srovnání teoretických přepravních kapacit dopravníků klasické a hadicové konstrukce při použití pásu stejné šíře. Pro výpočet hodnot se uvažovala rychlost dopravníků 2m/s, sypný úhel materiálu 20, u korýtkového dopravníku jeho teoretické maximální naložení a u hadicového součinitel naplnění dopravního profilu 0,75. Z uvedené tabulky je patrné, že při stejné šířce pásu a rozdílném profilu je přepravní kapacita korýtkového dopravníku 2-3x vyšší než u dopravníku uzavřeného. Šíře pásu [mm] Průměr svinutého [mm] Hodinový výkon had.d. [m3/h] Hodinový výkon kl.d. [m3/h] Tab.3.2-Srovnání kapacity Pásový dopravník s uzavřeným profilem tedy logicky nebude předmětem aplikací vyžadujících maximální přepravní výkony, ale najde spíše uplatnění tam, kde je třeba více dbát na ekologii provozu, ochranu materiálu a okolí a z konstrukčního hlediska tam, kde není možné realizovat dopravník přímý. 4. Nová koncepce Nosnou konstrukci pásových dopravníku téměř vždy tvoří příhradová ocelová konstrukce z válcovaných otevřených nebo uzavřených profilů a je osazena dle typu dopravníku příslušnými válečkovými stolicemi s válečky, dle tab.3.1 ve značném množství. Nutností často bývá vybavení konstrukce dopravníku obslužnou ochozí lávkou a kryty dopravní trasy. Myšlenkou projektu hadicového dopravníku zavěšeného na laně je odstranění těchto těžkých ocelových konstrukcí a omezení počtu rotačních dílů, které jsou nejporuchovější částí celého systému. Tím se dosáhne radikálního snížení hmotnosti konstrukce dopravníku a podstatného snížení rizika defektu funkčních částí v délce dopravní cesty při zachování všech výhod, které přináší konstrukce dopravníku s uzavřeným profilem. Hlavní výhody této koncepce můžeme spatřovat především v těchto bodech: Radikální snížení hmotnosti a ceny konstrukce. Radikální snížení počtu pohyblivých dílů. Možnost vedení přes přírodní i technologické překážky. Podstatné snížení nutnosti údržby v dopravní trase. Kontroly a opravy lze téměř vždy vykonat v místě vratné nebo hnací stanice. Zachování výhod hadicového dopravníku a nižší energetická náročnost.

4 Z hlediska provedení se zjednodušeně řečeno jedná o syntézu hadicového dopravníku s pevnou konstrukcí a lanovkového dopravníku (Obr.4.1). Zdroj: ZAVĚŠENÝ HADICOVÝ DOPRAVNÍK 4.1. Technické řešení Obr.4.1-Syntéza konstrukčních prvků dopravníků Střední část Vratná/poháněcí stanice Nakládání a sbalování pásu (vratná stanice) Rozbalování a vykládka pásu (poháněcí stanice) Nový systém střední část zavěšena na ocelovém laně Klasická konstrukce formování tubusu Poháněcí/vratný buben Dopravní pás Nosné lano Obr Principielní schéma Obr ukazuje základní princip dopravníku. V prostoru vratné stanice má nejprve pás klasický korýtkovitý profil umožňující pohodlné nakládání materiálu, poté se pás začne pomocí vodících válečků formovat do tubusu a po sbalení do požadovaného tvaru je zavěšen na lano prostřednictvím závěsů, které jej nesou a drží v uzavřeném profilu. Proces na poháněcí stanici je stejný, pouze posloupnost je pochopitelne obrácená.

5 4.2. Možné varianty Pro technickou realizaci tohoto systému existuje více variant jednotlivých konstrukčních částí, což ve výsledku tvoří množství případných kombinací, více či méně technicky, technologicky nebo ekonomicky přijatelných. Použít nosné lano jedno a pojízdné závěsy (Obr.4.2.1) nebo jedno nosné a zároveň tažné lano a pevné závěsy?(obr.4.2.2) Obr Pojízdný závěs na jednom pevném laně Obr Pevný závěsna jednom tažném laně Použít nosná lana dvě a pojízdné závěsy (Obr.4.2.3) nebo dvě nosná a zároveň tažná lana a pevné závěsy? (Obr.4.2.4) Obr Pojízdný závěs na dvou pevných lanech Obr Pevný závěs na dvou tažných lanech Použít konfiguraci větví pod sebou (Obr.4.2.5) nebo vedle sebe? (Obr.4.2.6) Obr Větve pod sebou Obr Větve vedle sebe

6 Pouze z uvedených technických řešení je možné sestavit 8 kombinací možného provedení dopravníku Výběr řešení Větve Počet lan Závěs č. pod sebou 1 lano pojízdný 1 pevný 2 2 lana pojízdný 3 pevný 4 vedle sebe 1 lano pojízdný 5 pevný 6 2 lana pojízdný 7 pevný 8 Tab Kombinace možností Jako další směr vývoje a práce se po uvážení všech možností ukázala varianta označená v Tab jako č.5. V první fázi se vyloučily varianty s použitím dvou lan, protože se dá předpokládat, že by mohly nastat potíže se synchronizací nebo stabilitou při zamýšleném provedení, a to i přesto, že by tato varianta umožňovala relativně snadno použít konfiguraci větví pod sebou a odpadlo by tak dvojité obracení pásu při převádění vratné větve vedle nosné. Druhá fáze vyloučila variantu s jedním lanem a konfigurací větví pod sebou z důvodu složitého a prostorově náročného převádění závěsů z horní větve do spodní. Ze zbylých dvou variant se zatím lépe jeví právě varianta č.5, kdy závěsy jsou unášeny dopravním pásem. Bude však záležitostí reálného experimentu ověřit funkčnost a provozní spolehlivost vybrané varianty. Podotýkám, že naznačené varianty nejsou detailní technická provedení, ale spíše názorná principielní schémata Další postup Hlavním cílem je výstavba funkčního prototypu dopravníku ve skutečné velikosti a ověření funkčnosti, bezpečnosti a spolehlivosti vybraného řešení. Tomu předchází detailní návrh jednotlivých komponent systému a jejich počítačové namodelování a sestavení do kompletního celku, který by měl definovat podobu a funkci reálného zařízení. 5. Závěr Představená koncepce hadicového dopravníku zavěšeného na laně představuje zajímavé řešení dopravy sypkých materiálů především v aplikacích, kde hraje důležitou roli nízká hmotnost konstrukce, ochrana materiálu, ochrana prostředí, ekologie provozu, malé zástavbové rozměry, možnost snadného překonání terénních nerovnostní, nízká náročnost na údržbu. Toto řešení zřejmě bude materiálově a energeticky méně náročné jak při stavbě, tak i při provozu. Doufejme, že se nám podaří tyto pozitivní vlastnosti co nejdříve ověřit na konkrétním funkčním prototypu. Nositelem projektu je Ing. Jan Kuhn, CSc. a Ing. Pavel Pfleger, CSc, společnost TEDO s.r.o.