POINT.X (2018-19)
Google překladač: English Deutsch

Exkluzivní partner sekce

Siemens

GOPAS - CAD kurzy

Více kurzů

StreamTech.tv

streamtech tv-logo

Analýza korečkového dopravníku v programu Abaqus

Autor článku: Gabriel Fedorko – Peter Barňák   

Tags: Abaqus | Analýza | dopravník | Simulace

koreckovy dopravnikKorečkové elevátory nejsou nový vynález. Tento typ dopravníku je pravděpodobně nejstarší známá forma dopravníku. Jeho historii můžeme sledovat v době Babylónu, kde otroci pomocí proutěných košů připevněných k lanům tahali vodu do zavlažovacích příkopů. Elevátory jsou modernější obdobou kola a jsou opatřeny na svém obvodu kbelíky. Sloužily už kdysi dávno např. k dopravě vody, resp. jako nejstarší vodní motor. Vývoj od kola k elevátoru byl dán požadavky stále větší dopravní výšky a souvisejícími rostoucími rozměry kola. Zásadní impulz rozvoje korečkových dopravníků byl dán v mlýnském oboru. Asi od počátku 20. století pak sloužily např. i na svislou dopravu uhlí.

Dytron

Charakteristika korečkového dopravníku

Korečkové dopravníky, elevátory (obr. 1) jsou mechanické dopravníky, které svým technologickým řešením umožňují vertikální přepravu materiálů, případně přepravu pod úhlem a do teploty max. 170 °C. Dopravním elementem tohoto dopravníku je dopravní pás nebo řetěz s otevřenými nádobami, tzv. korečky. Korečky jsou kbelíky, které nabírají přepravovaný materiál a přepravují ho směrem nahoru do místa výsypky. Tyto sběrné nádoby jsou upevněny na tažném prostředku. Korečkové dopravníky jsou určeny především k dopravě obilí, obilného šrotu, krmných směsí a jiných komponentů v zemědělských a zpracovatelských závodech. Mohou se také uplatnit i v jiných průmyslových odvětvích, při dopravě sypkých a drobných kusových, málo abrazivních materiálů.

koreckovy dopravnik01Obr. 1 Korečkový dopravník [1]

Tato přeprava je prováděna obvykle ve spojení s jinými druhy dopravníků, které obstarávají například vodorovnou dopravu. Dopravovanými materiály převážně bývají vápno, cement, vápenec, písek, štěrk, uhlí, železná ruda, osivo, krmné směsi apod. Jsou to materiály o velikosti zrna do 100 mm. Vlhkost práškových materiálů nesmí přesáhnout 1 % H2O. Materiál se dopravuje šetrně s malým nárokem na energii. Konstrukce korečkového dopravníku zajišťuje úsporu prostoru. Vzhledem k jeho jednoduché konstrukci a rozměrům má velký výkon a může nabírat i tužší materiály. Korečkový dopravník může pracovat jak v interiéru, tak v exteriéru. Nesmí přepravovat materiál, který rozměrově nedokáže projít přes násypku. Tyto elevátory mají poměrně malou provozní spolehlivost a životnost. Celý dopravník je zakryt krytem, čímž se zamezuje prašnosti. Korečkový dopravník je stavebnicové konstrukce a je vyskládaný z modulů.

Tažný prostředek korečkového dopravníku

Tažný prostředek korečkového elevátoru slouží k dopravě přepravovaného materiálu zdola nahoru, prostřednictvím korečků, které jsou k tažnému prostředku připevněny. U korečkových elevátorů se používají nejčastěji dva typy tažných prostředků, a to řetěz a dopravní pás.

Tažný prostředek – řetěz

U tohoto typu tažného prostředku jsou korečky dopravující materiál upevněny k jedné nebo dvěma větvím řetězu (obr. 2). Řetěz může být článkový, případně sponový. Běžně se používá dvojice klasických řetězů se svařovanými články. Mezi další příslušenství řetězu patří řetězová kola se zuby i bez nich, spojky řetězu nebo upevňovací prvky pro korečky. Existuje velké množství různých uchycení korečků k dopravnímu elementu, v tomto případě k řetězu.

koreckovy dopravnik02

Obr. 2 Řetězový elevátor [2]

Řetězové elevátory jsou používány při dopravě materiálů s vysokou teplotou, materiálů s relativně velkou kusovitostí a také materiálů, které jsou lepivé či abrazivní. Přepravní rychlost se pohybuje od 0,25 do 1,6 ms-1 a dopravní výkonnost může být až 160 m3.h-1. Vysokovýkonné elevátory však dosahují dopravní výkonnosti až několik 100 m3.h-1. Dopravní výška řetězových korečkových dopravníků je omezena pevností tažného prostředku a dosahuje až 90 metrů.

Řetězové korečkové elevátory nejsou používány tak běžně. Pásový elevátor je obvykle jednodušší, a tím pádem i levnější.

Tažný prostředek – dopravní pás

Při přepravě rozličných materiálů či surovin prostřednictvím korečkového elevátoru se jako dopravní element využívá obvykle dopravní pás (obr. 3). Na dopravní pás jsou pomocí speciálních šroubů namontovány korečky. Dopravní pásy známe zejména ocelokordové, PVC a gumotextilní. Ocelokordové dopravní pásy mají své využití zejména u vysokovýkonných elevátorů (např. H = 100 m, Q = 1000 t/h). Při ohledu na přepravu potravinářských produktů (obilí, mouka) je možné v některých případech použít i dopravní pás z PVC. V souvislosti s přepravou prostřednictvím korečkových elevátorů převažuje používání gumotextilních dopravních pásů.

Mezi korečkem a pásem je umístěna distanční podložka výšky cca 7 mm. Jejím úkolem je zabránit namáhání spoje. Pro zmenšení námahy spoje při dopravě ve stoupající větvi je na korečku ještě upevněna dvojice gumových opěr. Materiál, který se dostane za koreček, může mezerou přepadávat. Jeho kusovitost musí být proto malá.

Přepravní rychlost může být do 3,15 ms-1 a dopravní výkonnost do 80 m3.h-1. Dopravní výška pásových korečkových elevátorů je omezena prokluzem tažného prostředku na poháněcím bubnu a dosahuje nejvýše 35 m. Pás se spojuje pomocí spon, případně se lepí za studena, resp. za tepla. Dopravní pásy jsou zde vyráběny v užších rozměrech než u běžných dopravních pásů. Jsou k dispozici standardní šířky, např. 150 mm, 200 mm, 250 mm, pak i přednostní šířky.

koreckovy dopravnik03Obr. 3 Pásový korečkový elevátor [3]

FEM analýza korečkového dopravníku v programu Abaqus

V rámci FEM analýzy korečkového dopravníku jsme se zaměřili na zkoumání jednoho korečku, který se nachází v libovolném místě přepravní tratě pásového korečkového elevátoru.

Geometrický 3D model korečku byl vytvořen v softwaru Pro/Engineer a následně přes formát Parasolid byl načten do preprocesoru Abaqus, kde byl využit k definování dalších parametrů potřebných pro výpočet (obr. 3).

koreckovy dopravnik04Obr. 4 Geometrický model korečku připevněného na gumotextilním pásu

Materiálové charakteristiky jednotlivých komponent výpočetního modelu byly přiřazeny tak, že všechny kovové části měly definovaný modul pružnosti 210 000 MPa, Poissonovo číslo 0,3 a hustotu 7,85 e-9 t.mm-3. Všechny kovové díly byly modelovány jako homogenní objemová tělesa.

Gumotextilní dopravní pás měl materiálové konstanty předepsané jako izotropní elastický materiál, jehož modul pružnosti byl 393 MPa, Poissonovo číslo 0,499 a hustota materiálu byla 1,9 e-9 t.mm-3. Stejné materiálové konstanty byly přiřazeny i k gumovým podpěrám umístěným mezi korečkem a dopravním pásem.

Síť konečných prvků výpočetního modelu byla generována kombinací solid prvků TET a QUAD. Prvky QUAD byly použity na síť konečných prvků korečků a matice. Ostatní komponenty výpočetního modelu mají vytvořenou síť z konečných prvků QUAD.

koreckovy dopravnik05Obr. 5 Vygenerovaná síť konečných prvků

Výsledky analytického výpočtu v programu Abaqus

V rámci FEM analýzy byl zkoumán jeden koreček připevněný k dopravnímu pásu. Během analýzy byl koreček zatížen tak, že na něj působí gravitační síla a zároveň bylo simulováno zatížení od přepravovaného materiálu.

Místa s největším tlakem na sestavě se vyskytují v okolí spoje korečku s podložkou (obr. 6). Velikost tohoto napětí se postupně s narůstající vzdáleností od tohoto spoje zmenšuje.

koreckovy dopravnik06Obr. 6 Rozložení napětí na analyzovaném korečku

Část napětí z okolí šroubových spojů se přenáší i na distanční podložky. Jejich úkolem je v podstatě zmírnit napětí vyvíjené na korečkové šrouby a podložky s maticemi. Porovnání modelu distanční podložky před a po realizaci výpočtu zatížením korečku je znázorněno na obr. 7.

koreckovy dopravnik07Obr. 7 Porovnání napětí na distanční podložky před a po zatížení

Mezi nejvíce zatížené přídavné díly patří podle předpokladů distanční podložka. Místa s největším napětím na tomto modelu jsou zejména v okolí jejích záhybů, z jejich vnitřní strany (obr. 8). Velikost tohoto napětí je ve výši 4,631 e-1 MPa. Tlak je na tento komponent vyvíjen ze zadní stěny korečku. Podložka tlumí napětí působící na spojovací segmenty a zabraňuje tak nežádoucím kolizím během dopravy, např. i vytržení korečku z dopravního pásu.

koreckovy dopravnik08Obr. 8 Rozložení napětí na distanční podložce

Síly působící na komponenty sestavy způsobují deformace různých velikostí. Největší deformace se vyskytují na nabírající hraně korečku (obr. 9). Deformace, tedy změna geometrického tvaru tělesa v důsledku působení vnější síly, se v těchto bodech vyšplhala na hodnotu 2,191 e-2 mm. Výška této deformace se na korečku ve směru k dopravnímu pásu postupně zmenšuje (obr. 9). O něco menší deformace vznikají také na ostatních dílech sestavy, zejména na podložce a distanční podložce.

koreckovy dopravnik09Obr. 9 Celková deformace sestavy analyzovaného korečku

koreckovy dopravnik10
Obr. 10 Zobrazení deformace ve směru osy x

Co se týče velikosti parciálních deformací ve směru jednotlivých os, při analýze výsledků osy x vznikají největší deformace na vrchní části bočních stěn korečku (obr. 10). Velikost této deformace je 2,304 e-3 mm. Naopak nejmenší deformace se vyskytují na dně korečku. Ve směru osy y jsou znázorněny největší deformace na modelu šroubu, matici a dopravním pásu (obr. 11). Výška největší deformace na celé sestavě má hodnotu –1,820 e-3 mm. Nejméně deformovaným komponentem je ve směru osy y koreček s hodnotou –2,185 e-2 mm.

koreckovy dopravnik11Obr. 11 Zobrazení deformace podle osy y

Závěr

Prezentovaný výpočetní model korečkového dopravníku nabízí širokou škálu různých informací, které mohou být užitečné pro jejich konstruktéry a provozovatele. Při pohledu na všechna vypočtená napětí a deformace je nutno konstatovat, že na výběr vhodných součástí korečkového dopravníku musí být kladen velký důraz. Potřebné je především volit vhodné a kvalitní materiály a mít propracovanou koncepci vyskládání elevátoru z jednotlivých jeho modulů.

koreckovy dopravnik12

Obr. 12 Gumotextilní dopravní pás určený pro korečkové dopravníky

Dalšími možnostmi pro aplikování uvedeného modelu je například vývoj nových konstrukčních řešení gumotextilních dopravních pásů (obr. 12) určených pro korečkové dopravníky.

V rámci dalšího výzkumu problematiky provozování korečkových dopravníků a přepravy sypkých substrátů bude prezentovaný geometrický model aplikován v kombinaci s analýzou metodou konečných elementů (DEM). Cílem výzkumu bude sledovat průběh vysypávání přepravovaného materiálu z korečku, sledování materiálového toku a jeho optimalizace s cílem zvýšení celkové účinnosti korečkového dopravníku.

Článek je součástí řešení grantového projektu VEGA 1/0922/12, VEGA 1/0184/12 a projektu VEGA 1/0036/12.

Literatura

  • [1] http://img.directindustry.com/pdf/repository_di/6191/beumer-high-capacity-belt-bucket-elevators-5449_4b.jpg
  • [2] http://www.pewag.cz/Produkty/Dopravníkové-řetězy/Korečkové-elevátory/Systémy-korečkových-elevátorů/BDD-S-Systém.aspx
  • [3] http://www.go4b.co.uk/gfx/slideshow/bucket-elevator-1.jpg
  • [4] Spišák, E., Fabian, M.: Strojárske technológie s CAx podporou, Košice: elfa – 2010, 379 s., ISBN 978-80-8086-136-0
  • [5] Barňák, P.: Výpočet korčekového dopravníka, DP, F BERG TU Košice 2013, 98 s.
  • [6] Fabian, M., Ižol, P., Fabianová, J: Optimalizácia frézovania dutiny formy, 2009. In: Ai Magazine. Roč. 2, č. 1 (2009), s. 52–54. – ISSN 1337-7612
  • [7] Sobotová, L., Majerníková, J., Ižol, P. – Viňáš, J.: Strojárske technológie a materiály 2, TU Košice 2010, 256 s., ISBN 978-80-553-0390-1

Mohlo by vás zajímat:
 

Přidat komentář

Bezpečnostní kód
Obnovit