Bu makale ilk olarak şu adreste yayınlanmıştır: Avustralya Toplu Taşıma İncelemesi.
Newcastle Üniversitesi ve Elastotec'ten uzmanlar, kasnak sürtünmesiyle ilgili ortaya çıkan sorunları, sorunun karmaşıklığını ve ortaya çıkabilecek arızaları araştırıyor.
Bantlı konveyörler kritik bir rol oynar malzeme taşıma sürecinin bir parçası olup, uzun mesafelerde yüksek tonajlı dökme malzemelerin taşınmasında tercih edilen teknoloji olarak kendilerini kanıtlamışlardır.
Yeni madencilik faaliyetlerinin ölçeği artmaya devam ettikçe, bu sistemlere yönelik, malzemeyi daha uzağa, daha hızlı ve daha yüksek kotlara taşıma yönünde benzeri görülmemiş bir talep ortaya çıktı.
Kayışların çekme dayanımında önemli iyileştirmeler ve başlangıç ve durdurma koşulları altında geçici gerginlikleri değerlendirmek için dinamik modellerin iyileştirilmesi, azaltılmış güvenlik faktörleri, daha büyük taşıma mesafesi ve kaldırma kuvveti ve daha hızlı kayış hızları sağlamıştır. Bu başarıları mümkün kılan önemli miktarda araştırmaya rağmen, tahrik sistemlerinin bu sistemler tarafından artık ihtiyaç duyulan büyük miktardaki gücü iletmedeki etkinliğini anlamak için hala çok fazla iyileştirme alanı bulunmaktadır.
Tahrik sistemi, konveyörü başlatmak ve durdurmak için gereken kuvveti iletme ve sabit bir çalışma hızını koruma görevini üstlenen herhangi bir bant konveyörünün kritik bir bileşenini oluşturur. Etkin bant gerginliği olarak bilinen bu kuvvet, geleneksel olarak bir tahrik kasnağı aracılığıyla, kasnak gecikmesine (takılıysa), konveyör bandının kauçuk alt kapağına ve sonunda konveyör bandı içindeki takviye karkasına (çelik kordon veya kumaş) iletilir. Bu iletim etkinliği, nihayetinde konveyör bandı ile tahrik kasnağı yüzeyi arasındaki sürtünmeli temasla tanımlanır.
Mevcut tasarım yöntemlerinin gözden geçirilmesi
Tahrik sistemi tasarımı, tahrik kasnağının her iki tarafındaki ilgili kayış gerginliğine dayanır ve T1'i sıkı taraf gerginliği, T2'yi ise gevşek taraf gerginliği olarak gösterir. Bu ikisi arasındaki fark, yukarıda belirtilen etkin gerginliği (Te) ve kayışın çalışmasını sağlamak için tahrik sistemi üzerinden iletilmesi gereken kuvveti temsil eder. Tasarım yöntemi, aşağıda tanımlanan Euler'in klasik 'halat sürtünmesi' modeline dayanarak iyi anlaşılmıştır.
T1/T2 =eμθ
Burada, µ = kayış ile kasnak yüzeyi arasındaki sürtünme katsayısı ve
θ = kayışın kasnak etrafındaki sarım açısı
Bu modelin basitliği doğal olarak karşılık gelen sınırlamalara sahiptir ve bunların çoğu endüstri tarafından da anlaşılmıştır. Sürtünmenin temas yayı etrafında tam olarak geliştiği varsayımı yalnızca sert gövde temasıyla ilgilidir ve kasnak yüzeyi etrafındaki her temas noktasının eşit bir sürtünme katsayısı sergilediği anlamına gelir. Bu, kaymadaki viskoelastik bir tahrik mekanizması için mümkün değildir. Tahrik kasnağı etrafındaki kayış gerginliğindeki kademeli artış, değişen normal kuvvetle (bkz. Şekil 1) birleştiğinde, temas içinde değişen derecede viskoelastik kaymaya ve dolayısıyla değişen bir sürtünme katsayısına neden olur. Viskoelastik yüzeyler için sürtünme, yalnızca kayış kaydığında veya kaymanın eşiğindeyken gerçek anlamda maksimum kinetik değerine ulaşabilir. ISO5048 ve DIN22101 gibi tasarım standartları, gecikme türüne ve kirlenme derecesine bağlı olarak 0.45'e kadar muhafazakar bir sürtünme katsayısı kullanarak bunu telafi ederken, seramik gecikme için geleneksel kinetik sürtünme değerleri 0.8 kadar yüksek olabilir [1].
Kasnak yayı etrafındaki gerçek sürtünme davranışı
Birkaç araştırmacı, kasnak yayı etrafındaki gerçek sürtünme davranışını araştırmıştır. Harrison [2] tarafından yürütülen çalışma, yay etrafındaki gerginlikteki değişimi belirlemek için kasnak yayı etrafındaki konveyör bandının bir FEM modelini ve statik ve kinetik sürtünme için sırasıyla 0.9 ve 0.7'lik standart giriş değerlerine dayalı etkili bir sürtünme katsayısını geliştirmiştir. Çalışması, kasnak etrafındaki kayış gerginliğinin, Şekil 2'de gösterildiği gibi, oran temelinde bir s-eğrisi tepkisi gösterdiği sonucuna varmıştır.
k= T1 /T2
, etkin sürtünme katsayısı bu orana bağlıdır.
Verilen bir değer
k= T1/T2
Harrison, sistemdeki gerilime bağlı olarak 0.32 ila 0.84 arasında etkili bir sürtünme katsayısı belirledi. Genellikle daha düşük gerilimlere karşılık gelen bir kumaş kayış, daha yüksek gerilimli bir çelik kordon kurulumuna kıyasla daha düşük bir etkili değer üretir.
Peki kasnak yüzünde durum ne?
Daha yakın zamandaki bir gelişme, kasnak yüzeyindeki sürtünme davranışının derinlemesine anlaşılmasına duyulan ihtiyaçtır. Euler denklemi ve mevcut araştırmaların çoğu, temas yayı etrafındaki davranışı anlamaya odaklanır ve viskoelastik davranışın ve dolayısıyla sürtünme katsayısının kasnak genişliği boyunca düzgün olduğu varsayımıyla çalışır. Yeni bir kurulum için bu varsayım geçerlidir, ancak kayış ve geri tepme aşındıkça kayış kalınlığı ve/veya kasnak çapı daha az düzgün hale gelir ve kayış içindeki gerilim konsantrasyonlarının kasnak geri tepmesine aktarılmasına yol açar. Geri tepmeli yüzeylerin birikmesi veya kirlenmesi aynı etkiye sahiptir.
Konveyör bantları her iki tarafta da çeşitli nedenlerle aşınır. Bandın taşıma tarafı (üst kapak) genellikle en çok merkeze doğru, dökme malzemeyle temas eden yüzeyde aşınır. Benzer şekilde, dönüş tarafı (alt kapak) genellikle kanat gergi basıncı, gergi bağlantı aşınması, gergi eğikliği veya düzensiz bir kapak kalınlığıyla sonuçlanan herhangi bir kombinasyonla ilişkili yerel aşınma sergiler. Aşınmış bir çelik kordonlu bant bir kasnak etrafında hareket ettiğinde, her bir çelik kordonun yay uzunluğu bant genişliği boyunca değişecektir ve bu da kordonlar ve ek yerlerinde yerel gerilimlere neden olacaktır. Bu gerilim daha sonra gecikmeye ve kasnağa bağlanmasına iletilir.
Ortaya çıkan kordon gerilimleri, beklenebileceği gibi ark uzunluğuna doğrudan orantılı değildir. Kayış boyunca toplam yükü korumak için, yük taşıma kapasitesi azaltılmış olanlara bitişik kordonlar, aşınmış bölümlerin yük kapasitesindeki azalmayı telafi ederek, aşınma bağlantısında bir tepe 'anahtar' gerilimine yol açar. Bu gerilim daha sonra kasnak gecikmesine ve nihayetinde bağlama yöntemine iletilir ve potansiyel olarak gecikmeli tahrik veya yüksek gerilimli bükme kasnaklarında arızalara ve kayış eklerinin kullanım ömrünün azalmasına yol açar.
Overland Conveyor ve Elastotec [4] tarafından yürütülen araştırma, Hedgepeth'in kablo yük paylaşımı modeline [5] dayanarak, kablolar arasındaki eşit olmayan yük paylaşımından kaynaklanan stres artışını tahmin etmek için bir model geliştirdi. Bu araştırmadan bir örnek aşağıda verilmiştir ve genişliği boyunca 1800 kordondan oluşan 120 milimetre genişliğindeki bir bant için kordonlar arasındaki yük paylaşımını açıklamaktadır. Taşıma tarafındaki aşınmayı simüle etmek için, merkezinde 10 milimetre derinliğinde bir parabolik aşınma deseni, kayışın orta üçte birinden kaldırılmıştır.
Bu araştırmadan da görüleceği üzere, anahtar gerilimi aşınma birleşim noktasında yer almakta olup, bu durumda, düzgün kordon geriliminin yaklaşık iki katı kadardır.
Kasnak tasarımına ilişkin çıkarımlar
Tahrik ve yüksek gerilimli bükme kasnakları genellikle bir konveyör sistemindeki en yüksek gerilimi deneyimler ve bu nedenle, kaplama aşınması veya kasnak kirlenmesi nedeniyle kordon yolu uzunluğundaki küçük değişiklikler, kordonlar arasındaki yük paylaşımında önemli değişikliklere yol açar. Aşağıda bazı örnekler vurgulanmıştır.
Yüksek gerilimli bükme kasnağı: demir cevheri
Yüksek gerilimli bir bükme kasnağındaki seramik gecikmesi, kasnağın merkez hattı boyunca erken hasar göstermeye başladı. Takılan kayış, toplu malzemeden kaynaklanan aşınma nedeniyle taşıma tarafının merkez bölümü boyunca kaplama aşınması sergiledi. Kayış kalınlığındaki bu değişiklik, yüksek gerilimli bükme kasnağının merkez hattı boyunca artan bir gerilime ve ardından seramik bağlamanın bozulmasına neden oldu.
Yüksek gerilimli bükme kasnağı: bakır
Bir bakır madeninde, yüksek gerilimli bir bükme kasnağının merkez hattı boyunca fiziksel hasar ve delaminasyon belirtileri, üç aylık çalışmadan sonra görülmeye başlandı. Takılan kayış, taşıma tarafının merkez bölümü boyunca kaplama aşınması sergiledi ve bu da yüksek gerilimli bükme kasnağının merkez hattı boyunca artan gerilimlere neden oldu. Bu gerilim artışı, aşınmanın artmasına ve ardından gecikmenin delaminasyonuna yol açtı.
Tahrik kasnağı: Altın
Bir altın madenindeki bir konveyör bandının daha yüksek bir mukavemete yükseltilmesi, aynı gecikmenin önceki bantta başarıyla kullanılmasına ve konveyörün aynı çalışma koşullarına rağmen, gecikme aşınmasında önemli bir artışa neden oldu. Tahrik ve gecikme tasarımı, mevcut tasarım özellikleri dahilindedir. Bu arızanın nedeni hala araştırılırken, konveyör bandının yükseltilmesinden kaynaklanan bir stres artışının gecikmeye aktarıldığına inanılmaktadır.
Çelik kordlar arasında eşit olmayan yük paylaşımının varlığı muhtemelen iki şekilde belli belirsiz bir şekilde ortaya çıkacaktır; kasnaklarda eşit olmayan gecikmeli aşınma ve/veya konveyör bandının yanlış izlenmesi. Bu zamanla gelişecektir ve tek tek kordların kopması veya hasar görmesi olmaksızın, mevcut bant izleme sistemleri tarafından tespit edilmesi olası değildir. Bunun daha erken tespit edilmesi, tek tek kordların ve ek yerlerinin yorulmasını en aza indirmeye ve bandın hizmet ömrünü uzatmaya yardımcı olacaktır.
Araştırmanın geleceği
Bu vakalara yanıt olarak Elastotec, bir kasnak teması içindeki sürtünme davranışının anlaşılmasını daha da geliştirmek için Newcastle Üniversitesi ile ortaklık kurdu. Her iki şirketin deneyimi, viskoelastik cisimlerin sürtünmesi söz konusu olduğunda, statik veya sert cisim dinamiklerini kullanan testlerin hatalı sonuçlara yol açabileceğini ve özellikle kavisli yüzeylerin düz yüzeylere kıyasla farklı davrandığını göstermiştir. Bu davranışı tamamen anlamak için, şu anda tam ölçekli bir test tesisi tasarlanıyor ve Newcastle Üniversitesi'nde, kasnak çevresi etrafındaki ve kasnak yüzü boyunca önemli özellikleri ölçme kapasitesine sahip olacak şekilde inşa edilecek. Normal yük/basınç, kesme kuvveti ve kayış gerginliği gibi parametreler, belirli bir kayış gerginliği, gecikmeli yüzey ve sarma açısı için ölçülecek parametrelerden sadece birkaçıdır. Testler, kurulu çalışma gerginliklerinde gerçekleştirilecektir. Testler, yeni ve kullanılmış kayış numuneleri üzerinde çeşitli gecikme tipleri için tamamlanacaktır. Buna ek olarak, kullanılmış kayış numuneleri, taşıma tarafıyla temas halinde olan yüksek gerilimli bir bükme kasnağı etrafındaki gerilimleri ölçmek için her iki tarafta test edilecektir.
Genişletme yoluyla, temas içindeki gerilim profili anlaşıldığında, mevcut gecikmeli kurulumları incelemek ve bu malzemelerde sergilenen maksimum gerilimi belirlemek mümkün olacaktır. Bu bilgi, her gecikmeli malzeme için bir performans zarfının tanımlanmasına ve planlanan test tesisi kullanılarak doğrulanmasına olanak tanıyacaktır. Ayrıca, belirli bir tahrik tasarımı için izin verilen güç aktarımının sınırına kadar ekstrapolasyon yapmak da mümkün olacaktır.
son sözler
Basit bir Euler sürtünme modelinin bir kasnak etrafındaki sürtünme davranışını tahmin etmedeki yetersizliği uzun zamandır biliniyordu, ancak bu yanlış anlaşılmanın boyutu ancak şu anda gün yüzüne çıkıyor. Bir tahrik kasnağında kayış kaymasını önlemenin bir yolu olarak başlayan, tahrik çekişinin anlaşılmamasıyla ilişkili komplikasyonlar kayış kapaklarının ve geciken malzemelerin arızalanmasına yol açabilir ve yol açmaktadır.
Bu makalenin amacı, kasnak sürtünmesi, sorunun karmaşıklığı ve ortaya çıkabilecek arızalar etrafında ortaya çıkan sorunlar hakkında farkındalık yaratmaktır. Sürtünme ve ortaya çıkan gerilimler hakkında daha derin bir anlayış, gecikmeli malzemelerin mühendislik tasarımına ve gecikmeli seçimi optimize etmeye olanak tanıyacaktır. Konveyörler uzunluk ve verim açısından büyümeye devam ettikçe, tasarımcılar gecikmeli seçime ve yeni ve eski koşullar altındaki performansına güven duyacaktır. Bu konular devam eden araştırmaların konusudur.
Referanslar
1 A. Tiwari ve BNJ Persson, “Konveyör Bant Tahrik Sürtünmesi: Kauçuk Bant Üzerinde Kayan Seramik Lego.” PGI-1, FZ Juelich, Almanya.
2 A. Harrison, “Tahrik Tamburu Etrafındaki Kayış Geriliminin Modellenmesi”, Toplu Katı Madde Taşımacılığı, cilt 18, no. 1, s. 75–79, 1998.
3 P. Robinson, C. Wheeler, V. Agarwal, W. Srinivas ve J. Guo, “Torba konveyör tahrik sistemi dinamikleri,” Int. J. Mech. Mater. Des., cilt 17, no. 1, s. 187–199, 2021.
4 A. Reicks, “Ar-Ge Raporu – Kayış Aşınmasının Gecikmeli Gerilim Üzerindeki Etkilerini Değerlendirmek İçin Teorik Model.” Overland Conveyor Company, Elastotec Pty Ltd.
5 JM Hedgepeth, Filament yapılarda stres konsantrasyonları. Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi, 1961.
