Pásové dopravníky patria  kvôli svojej jednoduchosti a výkonnosti k najrozšírenejším dopravným priemyselným systémom pre kontinuálnu prepravu materiálu rôznej fragmentácie [1], [2]. Zaradzujeme ich k veľmi obľúbeným a účinným dopravným systémom pri kontinuálnej preprave sypkého materiálu predovšetkým na krátke a stredné vzdialenosti [3].

Kľúčovým prvkom každého pásového dopravníka je samotný dopravný pás, bez ohľadu na konštrukciu a jeho pohon. Napriek tomu, že princíp pásovej dopravy je jednoduchý, samotná konštrukcia pásového dopravníka s ohľadom na množstvo rotujúcich komponentov je veľmi zložitá, obsahuje veľké počty rôznych kategórií konštrukčných častí, ktoré podliehajú opotrebeniu. Jeho spoľahlivosť je dôležitým  faktorom pri nepretržitej  prevádzke. Pri jej hodnotení sa môžeme zamerať buď na samotný dopravný pás alebo jeho jednotlivé konštrukčné prvky[4], [5], [6].

Spoľahlivosť konštrukčných prvkov je mnohokrát závisla od pravidelnej údržby. S údržbou dopravných systémov úzko súvisia aj plánované vačšie či menšie opravy a modernizácie [7]. Úspešná modernizácia niektorého z prvkou pásového dopravníka prinesie mnohokrát významne zlepšenie prevadzkových vlastností, predlženie životnosti a v mnohých prípadoch aj predĺženie intervalu údržby [8], [9].

Hlavným objektom ďalej opísanej modernizácie a jej prínosu bol pásový dopravník pri ktorom nastávala systematická porucha pohonu. Pásový dopravník, v ktorom dochádzalo k poruche slúžil v triediarni na prepravu kameniva frakcie 0 ÷ 63 mm. Pásový dopravník pracoval denne, v teplotnom rozsahu -20 ÷ 35°C. Dopravník bol podľa potreby odstavovaný a spúšťaný aj v zaťaženom stave.

Pohon dopravníka pozostával z elektromotora o výkone 55 kW, ktorý pomocou spojky č.1 bol spojený s kužeľovočelnou prevodovkou s prevodovým pomerom i = 22,5. Prevodovka bola spojená s hnacím bubnom pásového dopravníka pomocou reťazovej spojky č.2., na ktorej dochádzalo k systematickým  poruchám. Súčasťou modernizácie bola aj analýza príčin poruchovosti a v rámci modernizácie návrh iného, vhodnejšieho druhu spojky č.2. Cieľom príspevku je prezentovať odbornej verejnosti modernizáciu existujúceho pohonu pásoveho dopravníka použitím pneumatickej pružnej spojky.

Popis modernizácie dopravníka

Pôvodné technické riešenie, súčasťou ktorého bola reťazová spojka č.2 pre spojenie prevodovky s hnacím bubnom pásového dopravníka, je na Obr.1. Modernizovaným technickým riešením je zmena typu spojky č.2 . Na toto spojenie bola použitá pneumatická pružná spojka na Obr.1.

Pneumatická pružná spojka bola inštalovaná medzi výstupný hriadeľ prevodovky a hnací bubon pásového  dopravníka, kde nahradila pôvodnú reťazovú spojku.  V uvedenom pohone dopravníka bola použitá pneumatická pružná spojka Obr.1, typ 3-2/130-T-C, ktorá bola vyvinutá a navrhnutá na našom pracovisku. Pneumatická pružná hriadeľová spojka bola navrhnutá tak, aby bolo zabezpečené vyladenie pohonu mechanickej sústavy s dôrazom na zníženie vibrácií. Na základe dynamickej analýzy pohonu dopravníka bola stanovená potrebná torzná tuhosť pneumatickej pružnej spojky na hodnotu k = 17000Nm/rad.  Požadovanej hodnote torznej tuhosti spojky zodpovedá tlak vzduchu v spojke p = 450kPa. Menovitý krútiaci moment spojky je Mk_m= 6000Nm. Maximálny krútiaci moment ktorý je spojka schopná prenášať je Mk_max = 9000Nm.

Po inštalovaní nového typu spojky č.2 do pásového doprasvníka sme pristúpili ku verifikácii vhodnosti riešenia. Na verifikáciu sme použili metódu merania celkových vibrácií na ložiskách. Tento spôsob je vysoko účinný, vhodný pre diagnostikovanie už aj vznikajúcej poruchy, údaje sa dajú porovnávať a táto metóda je aj aplikovateľná na rôzne zariadenia pásovej dopravy [10], [11]. Na pohone pásového dopravníka bol na ložisku výstupného hriadeľa prevodovky, Obr. 1, umiestnený snímač vibrácií. Snímač vibrácií bol napojený do on-line monitorovacej aparatúry. Prenos údajov z on-line aparatúry bol ďalej zabezpečený bezkontaktne do vyhodnocovacej a zobrazovacej jednotky. Pomocou tohto meracieho reťazca boli mapované signály v časovej oblasti. Analýza signálu sa dá vhodne využiť aj pre prechodové stavy. Z časového signálu sa dajú komfortne určiť celkové vibrácie stroja.

Fig. 7. Schéma on-line monitoringu pohonu pásového dopravníka.

Analýzou časového signálu sme určili efektívnu hodnotu rýchlosti, označovanú RMS. Tento parameter vhodne vyjadruje energiu, ktorá sa premení na vibrácie a preto je dôveryhodným indikátorom stavu strojného zariadenia z pohľadu veľkosti vibrácií. S efektívnou hodnotou vbrácií pracuje aj norma ISO 10816 ktorá túto hodnotu definuje ako referenčnú hodnotu pre stanovenie technického stavu technických zariadení [12].

Pre posudenie vhodnosti modernizácie pohonu pásoveho dopravníka sme preto využili kritéria ktoré definuje norma ISO 10816. V prípade normy ISO 10816 je možné mechanické pohony hodnotiť podľa typických pásiem nasledovne:

Pásmo A: Do tohto pásma možno bežne začleniť hodnoty kmitania preberaných nových strojov.

Pásmo B: Stroje, ktorých hodnoty kmitania sa začleňujú do tohto pásma, sú bežne určené na neobmedzene dlhodobú prevádzku.

Pásmo C: Stroje s hodnotou kmitania v tomto pásme sa pri normálnych okolnostiach považujú za nevyhovujúce na dlhodobú nepretržitú prevádzku. Tieto stroje sa môžu všeobecne prevádzkovať v obmedzenom časovom intervale do vhodnej príležitosti na opravu.

Pásmo D: Hodnoty kmitania v tomto pásme sa bežne považujú za neprípustné zapríčiňujúce poškodenie stroja.

Skúmaný pasový dopravník bolo možné zaradiť podľa normy ISO 10816 do triedy II, do ktorej sa zaradzujú: Stredne veľké stroje (typicky elektrické motory s výkonom od 15 kW do 75 kW) bez špeciálnych základov, pevne uložené motory alebo stroje (do 300 kW) na špeciálnych základoch.

Výsledky a diskusia

Z meracích miest na prevodovke boli on-line zaznamenávané časové signály vibrácií. Kvôli prehľadnosti prezentovania dosiahnutých výsledkov sme vytvorili združený obrázok obr.2. Na tomto združenom obrázku sú farebne vyznačené pásma definované normou ISO10816 pre triedu II. strojných zariadení. Do týchto pásem sme zobrazili spojky ktoré boli použité pred a na modernizáciu. K spojkam sú priradené časové priebehy vibrácií namerané pri ich aplikácií.  Umiestnenie spojok a nameraných signálov je v oblastiach v ktroých boli hodnoty RMS podľa normy ISO 10816.

Z vizuálného porovnania časových priebehov vibrácií uvedených na Obr.2 je viditeľná zmena časového signálu po modernizácií pohonu. Rozptyl signálu pri pôvodnom riešení dosahuje hodnotu rýchlosti vibrácií viac ako 90mm/s. Po modernizácií tento rozptyl poklesol 6 násobne a hodnota rýchlosti vibrácií roptylu je do 15 mm/s.

Obr. 2. Efektívnej hodnoty vibrácií RMS pred modernizáciou a po modernizácií pohonu.

Z Obr.2. je zrejmé, že po modernizácii pohonu pásového dopravníka použitím pneumatickej pružnej spojky došlo k poklesu energie vibrácií. Efektívna hodnota vibrácií RMS poklesla okamžite o 70%. Počas celej doby nasledovného monitorovania  čo bolo 12000 hodín prevádzky nedošlo ku výraznejšiemu zvýšeniu hodnoty RMS.

Počas celej doby monitorovania pásový dopravník s modernizovaným pohonom nevykázal žiadnu chybu hnacieho zariadenia. Aj po uplynutí doby monitorovania  pásový dopravník naďalej pracoval bez poruchy a nevyskytol sa žiaden havarijný stav pohonu a na pohone bola vykonávaná len plánovaná údržba.

Záver

Pásové dopravníky patria k najrozšírenejším dopravným zariadeniam v oblasti kontinuálnej prepravy. Je nevyhnutné, aby bola ich prevádzka bez neplánovaných odstávok a havárií. Pásový dopravník, ktorý bol predmetom modernizácie, pracuje v náročných podmienkach triediarne kameniva. Jeho systematická poruchovosť sa nepriaznivo prejavovala na výkonnosti celej triediarne.

Identifikovali sme príčinu a miesto poruchovosti – reťazová spojka č.2, spájajúca prevodovku s hnacím bubnom dopravníka. Následne bola navrhnutá vhodná alternatíva pre modernizáciu technického zariadenia, ktorá spočívala v nahradení reťazovej spojky č.2 za pneumatickú pružnú spojku.

Využitím experimentálnych metód merania časových priebehov vibrácií bol počas 12000 hodín prevádzky on-line monitorovaný stav pohonu pásového dopravníka. Vyhodnotením časových priebehov vibrácií boli získané hlavné porovnávacie parametre, ktorým bola efektívna hodnota vibrácií RMS. Počas sledovaného obdobia nedošlo k vzniku poruchy. Počas doby monitorovania bolo zariadenie odstavované, vizuálne kontrolované a zoraďované, len plánovanou údržbou. On-line monitorovanie potvrdilo vhodnosť navrhnutej modernizácie pre využitie a aplikáciu v oblasti pohonov pásovej dopravy.

Táto práca vznikla s podporou projektov  VEGA 1/0473/17, KEGA 041TUKE-4/2017.

Literatúra

[1]        D. Mazurkiewicz, Analysis of the ageing impact on the strength of the adhesive sealed joints of conveyor belts, J. Mater. Process. Technol. 208 (2008) 477–485.

[2]        R.S. Gurjar, Failure analysis of belt conveyor system, Int. J. Eng. Soc. Sci. 2 (2012) 11–23. http://gjmr.org/IJESS/vol2issue10/2.pdf.

[3]        Z. Lihua, Typical Failure Analysis and Processing of Belt Conveyor, Procedia Eng. 26 (2011) 942–946.

[4]        P. Czech, G. Wojnar, R. Burdzik, J. Konieczny, Łukasz Warczek, Application of the discrete wavelet transform and probabilistic neural networks in IC engine fault diagnostics, J. Vibroengineering. 16 (2014) 1619.

[5]        B. Łazarz, G. Wojnar, P. Czech, Early fault detection of toothed gear in exploitation conditions, Maint. Reliab. 1 (2011) 68–77.

[6]        J. Kuľka, M. Mantič, M. Kopas, E. Faltinová, Necessity of Wire Rope Replacement in Crane Lifting Equipment After Change of Crane Operational Parameters, Adv. Sci. Technol. Res. J. 11 (2017) 226–230. doi:10.12913/22998624/71180.

[7]        Y.G.Y. Guo, K.H.K. Hu, P.W.P. Wang, Y.W.Y. Wang, Dynamic simulation of belt conveyor based on virtual prototyping, in: Mech. Autom. Control Eng. MACE 2010 Int. Conf., 2010: pp. 5–7. doi:10.1109/MACE.2010.5536884.

[8]        P. Kaššay, J. Homišin, M. Urbanský, R. Grega, Transient torsional analysis of a belt conveyor drive with pneumatic flexible shaft coupling, Acta Mech. Autom. 11 (2017) 69–72. doi:10.1515/ama-2017-0011.

[9]        J. Homišin, Characteristics of Pneumatic Tuners of Torsional Oscillation as a Result of Patent Activity, Acta Mech. Autom. 10 (2016) 316–323. doi:10.1515/ama-2016-0050.

[10]      J. Homišin, P. Kaššay, M. Puškár, M. Moravič, Continuous tuning of ship propulsion system by means of pneumatic tuner of torsional oscillation, Te Int. J. Marit. Eng. 158 (2016) 231–238.

[11]      J. Krajnak, Influence of gaseous media on damping of pneumatic couplings, Sci. J. Silesian Univ. Technol. Transp. 85 (2014) 83–87.

[12]      ISO 10816-1:1995 Mechanical vibration - Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating parts - Part 1: General guidelines, n.d.

doc. Ing. Robert Grega, PhD., doc. Ing. Peter Kaššay, PhD., Ing. Matej Urbanský, PhD., doc. Ing. Jozef KUĽKA, PhD., Ing. Jozef Krajňák, PhD., 

Katedra konštrukčného a dopravného inžinierstva, Strojnícka fakulta, Technická univerzita v Košiciach