Úvod Dopravní a manipulaþní zaĝízení II Dopravní a manipulaþní zaĝízení Dopravní zaĝízení Doprava v dolech a lomech Manipulace s materiálem

9\VRNiãNRODEiĖVNi±7HFKQLFNiXQLYHU]LWD2VWUDYD )DNXOWDVWURMQt     

     '235$91Ë$0$1,38/$ý1Ë=$ěË=(1Ë ,,           -DURPtU3ROiN  .DUHO%DLORWWL  -LĜt3DYOLVND  /HRSROG+UDERYVNê          2VWUDYD

  5HFHQ]HQW  3URI,QJ$ORLV'DQČN'U6F9\VRNiãNRODEiĖVNi±7HFKQLFNiXQLYHU]LWD2VWUDYD                                           ¤-DURPtU3ROiN.DUHO%DLORWWL-LĜt3DYOLVND/HRSROG+UDERYVNê  ,6%1



2EVDK  ÒYRG  5R]GČOHQtGRSUDYQtFK]DĜt]HQt  3iVRYpGRSUDYQtN\ +ODYQtþiVWLSiVRYpKRGRSUDYQtNX 3ĜtVOXãHQVWYtSiVRYêFKGRSUDYQtNĤ 6SHFLiOQtSiVRYpGRSUDYQtN\ 9êSRþHWSiVRYpKRGRSUDYQtNX  /DQRSiVRYpGRSUDYQtN\ +ODYQtþiVWLODQRSiVRYpKRGRSUDYQtNX =iNODG\YêSRþWXODQRSiVRYpKRGRSUDYQtNX  .RUHþNRYpHOHYiWRU\ +ODYQtþiVWLNRUHþNRYêFKHOHYiWRUĤ =iNODG\YêSRþWXNRUHþNRYêFKHOHYiWRUĤ  ěHWČ]RYpGRSUDYQtN\ ýOiQNRYpGRSUDYQtN\ +ODYQtþiVWLþOiQNRYêFKGRSUDYQtNĤ =iNODG\YêSRþWXþOiQNRYêFKGRSUDYQtNĤ 5HGOHURYpGRSUDYQtN\ +ODYQtþiVWLUHGOHURYêFKGRSUDYQtNĤ =iNODG\YêSRþWXUHGOHURYêFKGRSUDYQtNĤ +ĜHEORYpGRSUDYQtN\ +ODYQtþiVWLKĜHEORYpKRGRSUDYQtNX =iNODG\YêSRþWXKĜHEORYêFKGRSUDYQtNĤ 3RGYČVQpGRSUDYQtN\ +ODYQtþiVWL]iYČVRYpKRGRSUDYQtNX =iNODG\YêSRþWXSRGYČVQêFKGRSUDYQtNĤ  âQHNRYpGRSUDYQtN\ =iNODGQtþiVWLSiVRYpKRGRSUDYQtNX 9êSRþHWãQHNRYêFKGRSUDYQtNĤ  9LEUDþQtGRSUDYQtN\ +ODYQtþiVWLYLEUDþQtKRGRSUDYQtNX =iNODG\YêSRþWXYLEUDþQtKRGRSUDYQtNX  'RSUDYQtWUDWČ 9iOHþNRYpWUDWČJUDYLWDþQt 9êSRþHWYiOHþNRYpJUDYLWDþQtWUDWL 9iOHþNRYpWUDWČSRKiQČQp 9êSRþHWSRKiQČQpYiOHþNRYpWUDWL  'RSUDYDYODVWQtWtKRX -HGQRGXFKpDORPHQpVNOX]\





6NOX]\DåODE\ORPHQp 6NOX]\DåODE\ãURXERYp 'RSUDYDYHVSiGRYêFKSRWUXEtFK  'RSUDYDYSRWUXEt +\GUDXOLFNiGRSUDYD 6\VWpP\K\GUDXOLFNpGRSUDY\ =iNODG\YêSRþWXK\GUDXOLFNpGRSUDY\ 3QHXPDWLFNiGRSUDYD 7HFKQRORJLFNi]DĜt]HQtSQHXPDWLFNpGRSUDY\ =iNODG\YêSRþWXSQHXPDWLFNpGRSUDY\  3RXåLWiOLWHUDWXUD                  



Úvod Manipulace s materiálem, jehož významnou þástí je právČ doprava, je neoddČlitelnou souþástí prakticky každého technologického procesu. VýraznČ ovlivĖuje kvalitu, ekonomiku i bezpeþnost práce ve strojírenství, stavebnictví, tČžebním prĤmyslu, ale i v jiných aktivitách lidské þinnosti. Skriptum Dopravní a manipulaþní zaĜízení II navazuje na I. díl stejnojmenných skript a zabývá se podrobnČji problematikou dopravních zaĜízení pro plynulou dopravu. Je urþeno pro výuku pĜedmČtĤ Dopravní a manipulaþní zaĜízení ve 2. a 3. roþníku Fakulty strojní, Dopravní zaĜízení a Doprava v dolech a lomech ve 3. roþníku Fakulty hornicko-geologické a Manipulace s materiálem ve 3. roþníku Fakulty stavební. Skriptum obsahuje princip dopravy, hlavní þásti a základy výpoþtu nejbČžnČji používaných dopravníkĤ s tažným prvkem nebo bez tažného prvku, dopravních tratí, dopravy vlastní tíhou a dopravy potrubní. První dva díly budou doplnČny o další dva díly zabývající se dopravními prostĜedky pro pĜerušovanou dopravu a zvedacími a manipulaþními zaĜízeními.

1

1. RozdČlení dopravních zaĜízení Dopravní zaĜízení je dle ýSN 260001 zaĜízení urþené k vodorovnému, úklonnému a svislému pĜemísĢování nákladu, který je na zaĜízení pĜiveden jiným mechanismem nebo ruþnČ, pĜi pĜemisĢování se obvykle nemČní jeho fyzikální vlastnosti a struktura. Podstatná þást zaĜízení je v klidu, pohybuje se náklad a þást zaĜízení – unášecí prostĜedek. Unášecí prostĜedek se pohybuje s nákladem, pĜenáší zatížení od nákladu do nosné konstrukce a pĜedává nákladu energii potĜebnou k pohybu. Tažný prostĜedek (prvek) je þást dopravníku pĜedávající energii z pohonu na unášecí prostĜedek. V nČkterých pĜípadech, napĜ. dopravní pás, unášecí a tažný prostĜedek jsou identické. Dopravní zaĜízení jsou spojena s dopravou plynulou aĢ už s plynulým tokem materiálu (sypké materiály) nebo v pravidelných dávkách (sypké i kusové hmoty). Dopravní zaĜízení se dají rozdČlit z nČkolika hledisek napĜ. podle unášecího prostĜedku, konstrukþního uspoĜádání apod. Pro úþely tČchto skript uvedeme toto zjednodušené rozdČlení: a) dopravníky

s tažným prvkem

pásové dopravníky lanopásové dopravníky ĜetČzové dopravníky koreþkové elevátory podvČsné dopravníky

bez tažného prvku

šnekové dopravníky vibraþní dopravníky

b) dopravní tratČ

pohánČné nepohánČné

c) doprava vlastní tíhou

skluzy pĜímé skluzy šroubovicové

d) doprava v potrubí

hydraulická pneumatická

2

2. Pásové dopravníky Pásový dopravník je dopravník, jehož unášecím prostĜedkem je nekoneþný dopravní pás obíhající mezi pohánČcím a vratným bubnem a doplnČný dalšími konstrukþními prvky potĜebnými pro provoz dopravníku. Je urþen pro pĜímoþarou vodorovnou a úklonnou dopravu sypkých materiálĤ (za urþitých okolností i kusových materiálĤ a osob) na krátké, stĜední i dlouhé vzdálenosti (nČkolik kilometrĤ). BČžné sypké materiály je možno dopravovat dovrchnČ do 18°, úpadnČ do -12°. Výhodou pásových dopravníkĤ je plynulá doprava s velkým dopravním výkonem, vhodnost pro pĜepravu prakticky všech sypkých materiálĤ, malé pohybové odpory, bezhluþný chod, bezpeþný a spolehlivý provoz a jednoduchá konstrukce se snadnou montáží a demontáží. Urþitou nevýhodou je velký poþet rotujících þástí (údržba) a urþité problémy s abrazivními a lepivými materiály. Pásové dopravníky dČlíme do dvou základních skupin: - pásové dopravníky pro dálkovou dopravu - pásové dopravníky pro technologickou dopravu. Dopravníky pro dálkovou dopravu jsou charakterizovány velkým dopravním výkonem, velkou dopravní délkou, vČtší šíĜkou dopravního pásu, vČtší dopravní rychlostí a umístČním na volném terénu. Dopravníky druhé skupiny jsou charakterizovány dopravou nákladĤ mezi výrobními, skladovacími, vykládacími a jinými charakteristickými místy výrobního procesu. ObČ skupiny pak dČlí dopravníky ještČ na stabilní a pĜemístitelné (pĜesuvné). PĜíklad stabilního dopravníku je na obr.2.1, pĜíklad pĜemístitelného dopravníku na obr.2.2. Stabilní pásové dopravníky pro technologickou dopravu ještČ dČlíme na dopravníky vodorovné, úklonné, strmé a speciální.

1 – pohánČcí stanice, 2 – vratná stanice, 3 – nosná konstrukce pásového dopravníku, 4 – dopravní pás, 5 – napínací zaĜízení, 6 - násypka Obr.2.1 Stabilní úklonný pásový dopravník pro technologickou dopravu

3

Obr.2.2 Pojízdný pásový dopravník 2.1 Hlavní þásti pásového dopravníku Z obr.2.1 je patrné, že pásový dopravník má tyto hlavní þásti: - pohánČcí stanici - vratnou stanici - nosnou konstrukci - dopravní pás - napínací zaĜízení - pĜíslušenství PohánČcí stanice slouží k pĜemČnČ toþivého momentu pohonu na tažnou sílu v dopravním pásu. Tato pĜemČna je zajišĢována tĜením mezi povrchem bubnu a dopravním pásem. Silové pomČry na povrchu hnacího bubnu viz, obr.2.3.

Obr.2.3 PrĤbČh tahových sil v dopravním pásu na hnacím bubnu Pro daný pĜípad platí Eulerovy vztahy pro vláknové tĜení, tj. mezi nabíhající a odbíhající silou platí vztah [2.1] Fn = F0 .eµα kde α ∈ <0, αG> To znamená, že podmínkou pĜenosu tažné síly tĜením je, aby Fn ≤ e µ .α G pro F > 0 [2.2] Fo Fo ≤ e µ .α G pro F < 0 [2.3] Fn Mezní síla, která mĤže být tĜením pĜenesena do dopravního pásu je

4

Fmax = F0 .e µ .α G − F0 = F0 .(e µ .α G − 1) [N] [2.4] Ta pak slouží pro definování statické bezpeþnosti proti prokluzu jako pomČr mezi touto mezní silou (pĜenosovou schopností pohonu) a obvodovou silou, která se skuteþnČ pĜenáší F F .(e µ .α G − 1) pro F > 0 [2.5] ks = max = 0 F F F0 .(e µ .α G − 1) ks = pro F < 0 [2.6] F U vícebubnových pohonĤ (viz dále) je faktor tĜení µ. αG roven ¦ (µ .α G ) na jednotlivých bubnech. Na obr.2.4 jsou schématicky znázornČny nČkteré typy uspoĜádání pohánČcí stanice: a) jednobubnová bez výložníku b) jednobubnová s výložníkem c) dvoububnová bez výložníku d) dvoububnová s výložníkem tzv. S pohon e) dvoububnová s dvČma pĜevádČcími bubny a s výložníkem tzv. Ω pohon

Obr.2.4 NČkteré typy pohánČcí stanice pásových dopravníkĤ U jednobubnových pohánČcích stanic bývá úhel opásání 180 až 250°, u dvoububnových až 2 x 220°. Provedení s výložníkem má výhodu v tom, že pohánČcí stanice mĤže být samostatnČ zakotvena bez ohledu na provedení pĜesypu (výložník je vČtšinou stavitelný). Nevýhodou S-pohonu je skuteþnost, že dopravní pás nabíhá na zadní buben svou nosnou, více zneþištČnou stranou a tudíž souþinitel tĜení mezi tímto bubnem a pásem je menší než u pĜedního bubnu. Tuto nevýhodu odstraĖuje, za cenu dalších ohybĤ pásu, Ω-pohon. TĜíbubnová pohánČcí stanice mĤže vzniknout ještČ pohonem výsypného nebo vratného bubnu.

5

Na obr.2.5 je schématicky znázornČn pohon hnacího bubnu. MĤže být jednostranný nebo oboustranný (jen u podélného uspoĜádání pohonu). Pro pohon hnacích bubnĤ se nejþastČji používají þtyĜpólové asynchronní motory s kotvou nakrátko 1, které pĜes pružnou spojku 2 (napĜ. Tschan nebo Periflex), mechanickou pĜevodovku 4 a nepružnou (napĜ. pĜírubovou nebo zubovou) spojku 5 pĜenáší toþivý moment na hnací buben 6. Pokud je to nutno, je na vstupní stranČ pĜevodovky umístČna brzda 3. PohánČcí stanice anebo výsypný buben v uspoĜádání s výložníkem musí být vybaven þistiþem pásu.

a) pĜíþné uspoĜádání pohonu

b) podélné uspoĜádání pohonu

Obr.2.5 Schéma pohonu hnacího bubnu Hnací buben (obr.2.6) je zpravidla svaĜované konstrukce. Ohybem pásu, pĜes buben vzniká pĜídavné namáhání pásu, které závisí na rozmČrech (tloušĢka nosné kostry) a materiálových vlastnostech pásu a rozmČrech bubnu. Doporuþené nejmenší prĤmČry bubnĤ dle ýSN 26 0378 jsou uvedeny v tab.2.1.

Obr.2.6 Hnací buben pásového dopravníku Souþinitel tĜení mezi pásem a povrchem bubnu závisí na materiálu pásu, provedení a stavu povrchu bubnu, na mČrném tlaku a rychlosti pásu. Orientaþní hodnoty souþinitele tĜení µ mezi gumovým pásem a povrchem bubnu jsou uvedeny v tab.2.2. U PVC pásu je nutno uvažovat hodnoty o nČco menší.

6

Tab.2.1 Doporuþené nejmenší prĤmČry bubnĤ dle ýSN 26 0378

Tab.2.2 Orientaþní hodnoty souþinitele tĜení µ povrch bubnu

ocelový hladký

suchý mokrý, þistý mokrý, zneþištČný

0,3 – 0,4 0,1 – 0,2 0,05 – 0,1

pogumovaný hladký 0,63 – 0,72 0,21 – 0,28 0,06 – 0,1

pogumovaný drážkovaný 0,67 – 0,80 0,29 – 0,36 0,20 – 0,26

pogumovaný s keramickými vložkami 0,74 – 0,83 0,48 – 0,78 0,42 – 0,51

Vratná stanice (obr.2.7) je koneþným þlánkem dopravníku na vratném konci. Vratný buben mČní smČr pohybu pásu. Je uložen v jednoduché konstrukci na valivých ložiskách a vČtšinou se dá stĜedit pomocí stavČcích šroubĤ. Vratná stanice musí být vybavena þistiþem pásu ve vratné vČtvi pĜed nábČhem pásu na buben (dvoububnový pohon). U kratších dopravníkĤ se vratné stanice využívá k napínání pásu, napĜ. právČ pomocí zmínČných stavČcích šroubĤ.

Obr.2.7 Vratná stanice Nosná konstrukce tvoĜí traĢ pásového dopravníku mezi vratným a výsypným bubnem. Slouží zejména pro podepĜení a vedení dopravního pásu v horní i spodní vČtvi. Je tvoĜena stojany, podélnými nosníky s podpČrami a váleþky horní a spodní vČtve. Typická nosná konstrukce sestává z þlánkĤ trati, které se navzájem spojují šrouby. Na obr. 2.8 je pĜíklad þlánku trati odpovídající normČ DIN 2211 a na obr.2.9 pĜíklad uspoĜádání nosných váleþkĤ v obou vČtvích dopravníku. KromČ nejbČžnČjšího tĜíváleþkového provedení 7

horní vČtve, se používá i provedení jedno nebo dvouváleþkové, anebo ve speciálních pĜípadech tzv. girlandové provedení s váleþky zavČšenými na nosné konstrukci (obr. 2.10). Korýtkové provedení horní vČtve má dvČ výhody: - zvyšuje prĤĜez náplnČ pásu a tím i dopravní výkon dopravníku - zajišĢuje lepší vedení dopravního pásu. Naproti tomu pĜíþným ohybem pásu se silnČ ovlivĖuje jeho životnost. NejvČtší používaný úhel sklonu boþních váleþkĤ je 40°. Ve spodní vČtvi se používá jedno, nebo pro lepší vedení pásu, dvouváleþkové provedení. Váleþky jsou jednou z nejdĤležitČjších þástí pásového dopravníku a mají znaþný vliv na jeho provozní vlastnosti. StandardnČ se vyrábí z neopracovaných jakostních ocelových trubek se zalisovanými þely a s prĤbČžnou osou uloženou v pĜesných kuliþkových ložiskách s tukovou náplní uzavĜenou tČsnČním (viz obr.2.11).

Obr.2.8 ýlánek trati odpovídající normČ DIN 2211

Obr.2.9 PĜíklad uspoĜádání váleþkĤ horní a spodní vČtve

a) girlandová váleþková stolice, b) váleþek girlandové stolice

8

1 – nosné lano, 2 – krajní závČsné ložisko, 3 – nosná konstrukce, 4 – nosný váleþek, 5 – pouzdro ložiska, 6 – valivé ložisko, 7 – pojistná matice, 8 – labyrintové tČsnČní Obr.2.10 PĜíklad uspoĜádání váleþkĤ girlandové stolice Mazací tuková náplĖ je trvalá pro celou dobu životnosti váleþku. Osa váleþku vþetnČ vnitĜního kroužku ložiska je pevná a na ní se otáþí vlastní váleþek. Pro lepší vedení pásu se váleþky horní vČtve umísĢují ve tvaru šípu (obr.2.12), i když vzhledem ke zvýšeným dopravním odporĤm se toto Ĝešení zaþíná nahrazovat samostavitelnými nosnými podpČrnými váleþky.

Obr.2.11 ěez váleþkem

Obr.2.12 UspoĜádání váleþkĤ horní vČtve

NejbČžnČjší prĤmČry váleþkĤ jsou 89, 108 a 133 mm. Ve stavebnictví se používá i prĤmČru 76 mm. Délky váleþkĤ pro jedno až tĜíváleþkové uspoĜádání v závislosti na šíĜce pásu jsou uvedeny v tab.2.3. Tab.2.3 Délky nosných váleþkĤ ŠíĜka pásu [mm] 500 650 800 1000 1200 1400

UspoĜádání [mm] Dvouváleþkové 315 380

Jednováleþkové 600 750 950 1150 1400 1600

TĜíváleþkové 315 380 465 530

Dopravní pás tvoĜí nekoneþný prvek obíhající okolo koncových bubnĤ, plnící funkci nesení materiálu, bĜemen a osob na dopravní délce a souþasnČ plnící také funkci tažného prvku, který pĜenáší všechny pohybové odpory vznikající pĜi jeho obČhu. Dopravní pás je tvoĜen nosnou kostrou, která pĜenáší veškerá tahová namáhání a horními a dolními krycími vrstvami s boþními okraji. Nosná kostra je vČtšinou složena z textilních vložek (polyamid, polyester apod.), dopravní pás je zhotoven z gumy nebo PVC. Pro pĜenos vČtších tahĤ je kostra tvoĜena vysokopevnostními ocelovými lanky, pak je dopravní pás zhotoven z gumy. Blíže o dopravních pásech a jejich rozdČlení viz [1]. Protože se dopravní pásy vyrábí a dopravují v urþitých délkách, musí se pro použití u dopravníku jednotlivé díly navzájem spojovat. Spoje dopravních pásĤ jsou v podstatČ dvojí: - rozebíratelné

9

- nerozebíratelné.

Obr.2.13 Mechanické spoje dopravních pásĤ Do první skupiny patĜí mechanické spojování, které se provádí rĤznými druhy mechanických spon. Používá se tam, kde se pĜedpokládá zmČna umístČní a délky pásu a kde nejsou ocelové spony na závadu zejména z dĤvodu možnosti poškození bubnĤ. Výhodou tČchto spojĤ je jejich pomČrnČ rychlé provedení, nevýhodou snížená pevnost spoje (požadavek je, aby pevnost byla vČtší než 50% jmenovité pevnosti pásu) a zneþišĢování spodní vČtve pásu propadem jemného materiálu pĜes vČtšinu provedení mechanických spojĤ. PĜíklady mechanických spojĤ viz obr.2.13 Do druhé skupiny patĜí spojování dopravních pásĤ za studena lepením a nebo za tepla vulkanizací (želatinací u PVC pásĤ). Výhody a nevýhody obou tČchto zpĤsobĤ jsou pĜesnČ opaþné než u mechanického spojování. Nerozebíratelné spoje obou provedení jsou dvou typĤ: - prstové spoje - spojení pĜeplátováním.

Obr.2.14 Prstové spoje dopravních pásĤ Prstové spoje (obr.2.14) se vČtšinou používají u jednovložkových pásĤ, pĜeplátované spoje (obr.2.15) u vícevložkových pásĤ. Mezi takto upravené konce se vloží surová masa, odpovídající složením materiálu dopravního pásu a takto upravený spoj se vloží mezi topné

10

desky. Za urþitého tlaku a po urþitou dobu se spoj zahĜívá za pĜesnČ stanovené teploty. Uvedené parametry závisí na druhu spoje a zejména provedení dopravního pásu. Pro kvalitní spoj musí být tato technologie velmi pĜesnČ dodržována. PĜíprava spojĤ pro spojování lepením je identická jako pro spojování za tepla. Spojované plochy je ale nutno chránit proti vlhkosti a je nutno je odmastit acetonem. K lepení je možno použít jednosložkových (optimální doba schnutí spoje 24 hod.) nebo dvousložkových (doba schnutí 12 hod.) lepidel. Mezi nejznámČjší lepidla patĜí þeské VULKOPLAST nebo nČmecké NILOS TOPGUM TL-W.

Obr.2.15 PĜeplátované spoje dopravních pásĤ Napínací zaĜízení zajišĢuje pĜedpČtí dopravního pásu, potĜebné pro pĜenos tažné síly tĜením z hnacího bubnu a pro zamezení nadmČrného prĤhybu dopravního pásu mezi váleþkovými podpČrami. PotĜebná velikost napínací síly se urþuje výpoþtem, viz kapitola 2.4, nebo (1), kap. 8. Napínací zaĜízení dČlíme principiálnČ do dvou skupin (obr.2.16): a) zaĜízení kompenzující jen trvalé prodloužení pásu (s pevným napínacím bubnem) b) zaĜízení kompenzující trvalé i pružné prodloužení pásu (s posuvným napínacím bubnem). První skupina napínacích zaĜízení je vhodná jen pro kratší dopravníky (pĜibližnČ do 100 m délky) a napínání se provádí pohybem vratného bubnu. Napínací síla se vyvodí buć pomocí šroubĤ (obr.2.16,a) anebo pomocí ruþního kladkostroje (obr.2.16,b). Napnutí pásu musí být již za klidu takové, aby zajistilo pĜenos sil na hnacím bubnu nejen za ustáleného chodu, ale i pĜi rozbČhu dopravníku. Podstatné pro tuto skupinu napínacích zaĜízení je, že po pĜedepnutí dopravního pásu vratný buben již nemČní svou polohu a proto pĜi rozbČhu dopravního pásu (zvČtšení tahĤ v pásu o dynamické síly a tím jeho prodloužení) dojde k odlehþení odbíhající síly pĜi F > 0 nebo nabíhající síly pĜi F < 0. 11

Obr.2.16 Typy napínacího zaĜízení dopravních pásĤ Pro druhou skupinu napínacích zaĜízení je charakteristické, že napínací buben se pĜi zmČnČ tahĤ v dopravním pásu pohybuje a tím kompenzuje zmČnu jeho délek. ZajišĢuje tak v podstatČ konstantní velikost odbíhající (nabíhající) síly za všech provozních režimĤ dopravníku. Nejjednodušší je vyvození konstantní napínací síly pomocí závaží (obr.2.16,c-e). Jak již bylo uvedeno, nejvhodnČjší je napínat dopravní pás v místČ nejmenšího tahu, aby napínací závaží bylo co nejmenší. Do druhé skupiny napínacích zaĜízení patĜí i poslední tĜi typy dle obr.2.16. Ty umožĖují zajistit stálou nebo i regulovatelnou napínací sílu. Pneumatické napínací zaĜízení (obr.2.16,f) se používá zejména u dĤlních dopravníkĤ, kde je k dispozici rozvod stlaþeného vzduchu. Souþasné provedení má zdvih 2,9 m, ale dá se dle potĜeby spojovat do série, takže zdvih je pak násobkem 2,9 m. ZaĜízení používané v našich dolech vyvozuje konstantní napínací sílu. PĜi napínání pásu pomocí elektrického vrátku (obr.2.16,g) je možno napínací sílu regulovat buć ruþnČ nebo automaticky. Pro napínání slouží elektrický vrátek, pomocí kterého se nastavuje požadovaná napínací síla, kontrolovaná dynamometrem. Používá se rovnČž þasto u dĤlních dopravníkĤ.

12

U elektrohydraulického napínacího zaĜízení (obr.2.16,h) se napínací síla vyvozuje pĜímoþarým hydraulickým motorem, který pĜi použití kladkového pĜevodu mezi válcem a napínacím bubnem mĤže být pomČrnČ krátký. PĜi rozbČhu se napínací síla zvČtší asi o 50 % oproti ustálenému chodu. Toto zaĜízení není u nás rozšíĜeno.

Obr.2.17 Násypka

2.2 PĜíslušenství pásových dopravníkĤ -

K pĜíslušenství pásových dopravníkĤ patĜí: zaĜízení pro pĜivádČní materiálu na pás zaĜízení pro odvádČní materiálu z pásu zaĜízení pro þištČní pásu.

a) pĜímý

b) boþní

Obr.2.18 PĜesyp pásového dopravníku

13

Materiál je pĜivádČn na pás v násypkách. PĜitom jsou dopravní pás a jeho podpČrné prvky vystaveny úþinkĤm padajícího materiálu a musí pohltit znaþné množství kinetické energie. DĤležité proto je, aby pádová výška byla co nejmenší a aby materiál byl pĜivádČn pokud možno ve smČru dopravy a dopravní rychlostí.

Obr.2.19 PĜesyp boþní Ostroj Opava a.s. BČžné provedení násypky je patrné z obr.2.17. Boþnice násypky usmČrĖují pĜivádČný materiál v poþáteþní fázi jeho pohybu na pásu. Vzdálenost mezi boþnicemi bývá 0,6 až 0,7 šíĜky pásu, délka násypky v závislosti na rychlosti pásu 2 až 3 krát vČtší než šíĜka pásu. Váleþkové podpČry horní vČtve jsou zhuštČny na 0,4 až 0,5 vzdálenosti používané na trati. Pro snížení úþinkĤ dopadajícího materiálu bývají váleþky pogumovány anebo pružnČ uloženy. Materiál se z dopravního pásu odebírá na výsypném bubnu anebo v libovolném místČ pomocí shrnovaþe anebo shazovacího vozu. První pĜípad je nejrozšíĜenČjší. Pokud je materiál pĜedáván na další dopravník hovoĜíme o pĜesypu, pokud doprava konþí hovoĜíme o výsypu. PĜesypy mĤžou být pĜímé (obr.2.18,a) nebo boþní (obr.2.18,b). Je zĜejmé, že þastí pĜesypu u dopravníku pĜebírajícího materiál je právČ násypka. Podmínku dobrého navádČní materiálu na pás splĖuje napĜ. segmentový pĜesyp Ostroje Opava a.s. dle obr.2.19.

Obr.2.20 Shrnovaþ

14

Shrnovaþe (obr.2.20) jsou jedno nebo oboustranné. Jsou lokalizovány na jedno místo pásového dopravníku a dle potĜeby jich mĤže být na trati nČkolik. Do nepracovní polohy se zvedají pomocí pneumatických nebo hydraulických pĜímoþarých motorĤ. Používají se napĜ. na dopravnících zauhlovací služby na elektrárnách. PotĜebujeme-li odvádČt materiál po celé délce pásového dopravníku napĜ. na havarijní nebo homogenizaþní skládce, musí se použít shazovací vĤz. Jeho princip je patrný z obr.2.21. Shazovací vĤz má vlastní pohon podvozku pojízdného buć po trati dopravníku, po kolejích anebo po pneumatikách po zemi. Pomocí dvou pĜevádČcích bubnĤ vytváĜí pĜesyp na pĜíþnČ umístČný pomocný pásový dopravník, který je souþástí shazovacího vozu a který materiál z dopravníku odvede do strany.

Obr.2.21 Shazovací vĤz Na pásových dopravnících se þasto dopravuje vlhký a lepivý materiál, který vytváĜí nežádoucí nálepy na pásu, bubnech a váleþcích. Nálepy na bubnech a váleþcích vznikají od primárnČ zneþištČného pásu a proto je nutno þistit pĜímo dopravní pás. StČraþe bývají již také vzhledem k odvádČní seškrabaného materiálu, umístČny pĜímo na výsypným bubnu anebo v jeho bezprostĜední blízkosti. VČtšinou staþí þistit pás škrabkou s pryžovou hranou, která je pĜitlaþována k pásu závažím nebo pružinou. ÚþinnČjší je segmentové provedení této škrabky (obr.2.22). Pro silnČ ulpívající materiály byly úspČšnČ odzkoušeny ocelové bĜity na tČchto stČrkách. Jiné typy þistiþĤ pásĤ, jako rotaþní, kartáþové apod. se pĜíliš neosvČdþily. Jak ukazuje obr.2.22 je nutné þistit i spodní vČtev dopravního pásu, aby se materiál propadlý napĜ. mechanickými spojkami dopravního pásu, nedostal mezi pás a vratný buben.

Obr.2.22 Segmentový stČraþ pásu Vrhová parabola materiálu z výsypného bubnu se dá odvodit z obr.2.23. Pro zjednodušení zanedbáme tĜení mezi materiálem a povrchem pásu. Pak k odpoutání materiálu dojde v bodČ B, pro který platí rovnost odstĜedivé síly pĤsobící na materiál a dostĜedné složky tíhy materiálu m.v 2 = m.g .sin α B [2.7] R z toho pak vyplývá velikost úhlu ĮB 15

α B = arc sin

v2 g.R

[2.8 ]

Obr.2.23 Vrhová parabola Úhel teþny k vrhové parabole urþíme ze vztahu: β = 90° − α B [2.9] Pohyb materiálu si vyjádĜíme v parametrickém tvaru ve smČru osy x a y. Za kladný smČr budeme na ose y považovat smČr dolĤ. x = v.cos β .t g .t 2 2 Po dosazení za parametr t z první rovnice, dosazení do druhé a její úpravČ dostaneme rovnici vrhové paraboly g .x 2 [2.10] y = x.tg β + . 1 + tg 2 β ) 2 ( 2.v y = v.sin β .t +

2.3 Speciální pásové dopravníky V této kapitole budou oznaþovány za strmé a svislé dopravníky všechny typy dopravníkĤ, urþené pro dopravu sypkých i kusových materiálĤ s úhly pĜesahujícími mezní úhly, pĜi kterých dopravovaný materiál ještČ nedosáhne relativního pohybu vĤþi pásu v dĤsledku gravitaþních sil. Strmé a svislé dopravníky je pro znaþné množství provedení nejvýhodnČji klasifikovat dle konstrukþních a funkþních vlastností zaĜízení, zabezpeþujících setrvání dopravovaného materiálu na dopravním pásu. Je nutno dodat, že každý typ dopravníku má Ĝadu shodných konstrukþních prvkĤ. Podle principu zvýšení sklonu pásové dopravy jsou speciální typy pásových dopravníku þlenČny na: 1) pásové dopravníky umožĖující zvýšení mezního úhlu sklonu zvČtšením souþinitele tĜení dopravovaného materiálu vĤþi nosnému povrchu dopravního pásu, 2) pásové dopravníky využívající pĜítlaku materiálu vĤþi dopravnímu pásu (pásové dopravníky s krycím pĜíp. pĜítlaþným pásem),

16

3) pásové dopravníky zamezující zpČtnému pohybu zrn materiálu po povrchu dopravního pásu (dopravní pásy s pĜíþnými pĜepážkami, dopravní pásy s pĜíþnými pĜepážkami a zvlnČnými boþními okraji), 4) trubkové (hadicové) pásové dopravníky, 5) pásové dopravníky se zavČšenými pásy. Ad 1) Pásové dopravníky využívající zvýšení souþinitele tĜení dopravovaného materiálu vĤþi nosnému povrchu dopravního pásu: a) Adhezní síla dopravovaného materiálu vĤþi hladkému povrchu dopravního pásu mĤže být zvýšená pomocí doplĖkové drsnosti. Za tímto úþelem je nosná pryžová vrstva dopravního pásu opatĜena kompaktní vrstvou zrnitého materiálu (písku, jemnČ mletého tĜídČného štČrku apod.). Tento zpĤsob povrchové úpravy pásu umožĖuje zvýšit souþinitel tĜení mezi pásem a dopravovaným materiálem v papírových kartonech a dĜevČných paletách, pro který je mezní úhel sklonu dopravního pásu cca 16°. PĜedností tohoto zpĤsobu úpravy pásu je možnost nanesení doplĖkové vrstvy materiálu po montáži pásu na dopravník. b) Mimo zpĤsoby spojené s nanášením kompaktních vrstev na povrchy dopravních pásĤ, nebo pĜidáváním abrazivních materiálĤ do pryžové krycí nosné vrstvy, se využívá také zpĤsobu získání potĜebné drsnosti nosných povrchĤ pásĤ speciálním opracováním pásĤ v prĤbČhu jeho výroby. NapĜíklad užití rýhovaných, vroubkovaných forem pĜi vulkanizaþních procesech výroby pásĤ, umožĖuje získat na jejich pracovních površích rĤzné profily výstupkĤ a prohlubní. RozmČry výstupkĤ a jejich vzájemné rozteþe se konstruují s ohledem na fyzikálnČ - mechanické vlastnosti dopravovaných materiálĤ.

Obr.2.24 Dopravní pás s tvarovými výstupky c) Profily rýhovaných, vroubkovaných drážek na pracovním povrchu pásu jsou lisovány, v prĤbČhu výroby vulkanizací z mČkké pryže a vykazují se zvýšeným souþinitelem tĜení, což umožĖuje dopravu kusových materiálĤ pod úhly sklonu do 30°, viz obr.2.24. Dopravní pásy tohoto typu mohou být instalovány na bČžném dopravním zaĜízení s pĜímými nebo žlabovými váleþkovými podpČrami. Ad 2) Pásové dopravníky využívající pĜítlaku materiálu vĤþi dopravnímu pásu (pásové dopravníky s krycím pĜíp. pĜítlaþným pásem) Zvýšení mezního úhlu sklonu pásového dopravníku bČžné konstrukce mĤže být dosaženo pomocí doplĖkového tzv. krycího pásu, který je veden paralelnČ s vČtví nosného pásu. Krycí pás vytváĜí vlastní tíhou a vynucenou silou nezbytný tlak na materiál, zvyšuje jeho pĜilnavost a soudržnost s nosným pásem, viz obr.2.25.

17

Je známo nČkolik konstrukþních návrhĤ strmých dvoupásových dopravníkĤ. V závislosti na druhu zvoleného dopravního pásu a použitých pĜítlaþných zaĜízeních jsou tyto pásové dopravníky schopny dopravovat sypkou hmotu pĜi úhlech sklonu znaþnČ pĜevyšujících mezní úhly pásové dopravy. 8 10 6 5 12 3 14 9

11

13 2 1

7

1. vratný napínací buben 2. pĜevádČcí buben 3. vodící buben 4. vodící buben 5. vodící buben 6. vodící buben 7. pohánČcí buben nosného pásu 8. pohánČcí buben krycího pásu 9. vodící a dopínací buben krycího pásu 10. napínací buben krycího pásu 11. nekoneþný nosný pás 12. nekoneþný krycí pás 13. násypka 14. pĜítlaþné váleþky

4

Obr.2.25 Konstrukce pásového dopravníku s krycím (pĜítlaþným) pásem PĜedností dvoupásových dopravníkĤ je možnost dopravy sypkého materiálu pod úhlem sklonu do 90°, vysoká rychlost dopravy, dosahující až 6 m.s-1, nezávislost dopravního výkonu na úhlu sklonu dopravy a možnost hermetického dopravování sypkých materiálĤ, což má specifický význam pĜi dopravČ prašných a toxických materiálĤ. Nedostatkem dvoupásových dopravníkĤ je mnohdy vyšší konstrukþní složitost (obr.2.26), zvýšené opotĜebení pásĤ a vyšší spotĜeba energie ve srovnání s klasickým pásovým dopravníkem.

Obr.2.26 PĜíþný prĤĜez dopravní štČrbinou pásového dopravníku s krycím (pĜítlaþným) pásem Ad 3) Pásové dopravníky zamezující zpČtnému pohybu zrn materiálu po povrchu dopravního pásu (dopravní pásy s pĜíþnými pĜepážkami, dopravní pásy s pĜíþnými pĜepážkami a zvlnČnými boþními okraji)

18

Pro zvýšení úhlu sklonu dopravy na 60÷70° se užívá dopravních pásĤ s pĜepážkami. Ve srovnání s dopravními pásy s výstupky mají dopravní pásy s pĜepážkami výšku pĜepážek 50÷300 mm, viz obr.2.27 a obr.2.28. Strmé pásové dopravníky s pĜíþnými pĜepážkami získaly široké využití v rĤzných odvČtvích prĤmyslu, i pĜes urþité nevýhody v porovnání s klasickým dopravníkem, jako je napĜ. složitost technologie výroby pásu, která se odráží ve vyšší poĜizovací cenČ pásu, obtížnost þištČní nalepujících se þástic dopravovaného materiálu, možnost použití pouze jednobubnových pohonĤ, složitost konstrukce podpČrných váleþkĤ vratné vČtve dopravníku, nemožnost zámČny pĜepážek pĜi jejich poškození pĜi uchycení pĜepážek vulkanizací, narušení pevnosti a celistvosti dopravního pásu pĜi mechanickém upevnČní pĜepážek, vznik doplĖkových pnutí v páse, zvýšení pĜíþné tuhosti a tím omezení realizace korýtkové konstrukce podpČrné váleþkové podpČry.

Obr.2.27 Konstrukce dopravního pásu s pĜíþnými pĜepážkami

Obr.2.28 Konstrukce dopravního pásu typu Flexowell s pĜíþnými pĜepážkami Ad 4)Trubkové (hadicové) pásové dopravníky Trubkový dopravník byl vyvinut v roce 1970 japonskou firmou PIPE CONVEYOR Co. Ltd. První fungující instalace byla provedena v roce 1979. Princip je relativnČ jednoduchý. Pás se u klasického dopravníku tvaruje pouze do korýtka, u trubkového dopravníku je tvarován do uzavĜeného tvaru (trubky), viz obr.2.29. V místČ nakládky je pás otevĜen, jakmile projde pĜes soustavu váleþkových podpČr, je sbalen do tvaru trubky. Pás se pohybuje po celé délce dopravníku ve tvaru trubky, ale jakmile dosáhne místa výsypu, vrací se do otevĜené polohy. Materiál opouští dopravník obvyklým zpĤsobem pĜes výsypný buben. Pás po 19

opuštČní výsypu, se ve spodní vČtvi opČt vrací do uzavĜeného tvaru a v tomto tvaru setrvá až do dosažení místa nakládky. Výhody trubkového dopravníku a) dopravovaný materiál je v pásu zcela uzavĜen, což zabraĖuje úletu a spadu dopravovaného materiálu, jeho ztrátám a zneþišĢování okolí. ZároveĖ je materiál chránČn pĜed vlivem okolního prostĜedí, b) váleþky jsou ve styku pouze s þistou stranou dopravního pásu, což podstatnČ pĜispívá ke snížení valivého odporu a zvýšení celkové životnosti, c) plocha styku pásu s materiálem je vČtší, lze proto dosáhnout vyššího dovoleného stoupání (až o 50% oproti klasickým dopravníkĤm), d) dopravník lze vést v oblouku jak ve vodorovné, tak i ve svislé rovinČ, což umožĖuje snížení pĜedávacích míst na trase, e) doprava je možná i ve spodní vČtvi, f) pĜi stejných kapacitách je celková šíĜka trubkového dopravníku ve stĜední þásti, kde je pás svinutý o 30 až 50% menší než u klasického dopravníku.

Obr.2.29 Dopravník typu PIPE CONVEYOR, f-y KOCH Nevýhody trubkového dopravníku a) vČtší poþet váleþkĤ, nutnost peþlivé kontroly a seĜízení b) vyšší poĜizovací cena c) nároþnČjší údržba d) problémy s otáþením pásu e) problémy v zimním období (nesmí se zastavit, musí bČžet i naprázdno) Ad 5) Pásové dopravníky se zavČšenými pásy PodvČsné pásové dopravníky je možno rozdČlit do dvou základních skupin podle zpĤsobu pohybu nosného dopravního pásu po délce dopravní trasy a to na: & dopravníky, jejichž pás je zavČšen vĤþi pohyblivým váleþkĤm, nebo pomocí pružných elementĤ s podvozky, pĜepravujících se po podvČsných trasách, & dopravníky, jejichž pás se pohybuje v podvČsném stavu po stacionárních váleþkových podporách. RozšíĜení získaly podvČsné dopravníky s pohybujícími se váleþky a podvozky obr.2.30. Nosný prvek mĤže být vytvoĜen z plochých profilĤ, kolejnic, dvou T profilĤ, úhelníkĤ, trubek pĜípadnČ lan. Jako tažný prvek je využíváno ocelových lan kruhových prĤĜezĤ, þlánkových nebo pouzdrových váleþkových ĜetČzĤ a také plochých ocelových a pryžových pásĤ. Tyto dopravníky se používají pro dopravu sypkých hmot po trasách s úhly sklonu od 0 do 45°.

20

Obr.2.30 PĜíþný prĤĜez dopravníku s podvČsným pásem NČkteré konstrukce podvČsných pásových dopravníkĤ využívají svislé umístČní podpČrných váleþkĤ. Nekoneþný pás skružený do roury, viz obr.2.31 má na vnČjší stranČ svých okrajĤ vulkanizované výstupky, pomocí nichž se pás udržuje na pĜírubách vodorovných váleþkĤ. Pás dopravníku je souþasnČ nosným i tažným prvkem.

Obr.2.31 Dopravník s podvČsným pásem a fixaþními váleþkovými podpČrami

Obr.2.32 Dopravník s podvČsným pásem typu Sicon 2.4 Výpoþet pásového dopravníku Výpoþet þásteþnČ vychází z ýSN ISO 5048 (stará ýSN 263102) Dáno: Údaje k trati: profil, L – délka [m], H – celkové pĜevýšení [m] Údaje k materiálu: ȡs – sypná hmotnost [kg.m-3], ȥd – dynamický sypný úhel [°], dmax – maximální kusovitost [mm], Q – dopravované množství [t.h-1]

21

Algoritmus výpoþtu: 1) Volba rychlosti pásu v [m.s-1] 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,15 (nejbČžnČjší rychlosti) 2) Požadovaný prĤĜez náplnČ pásu Sp [m2] Q [m2] Sp = 3, 6 ⋅ v ⋅ ρ s ⋅ kϕ

[2.11]

kϕ - souþinitel plnČní pásu kϕ ∈ 0, 7;0,9 3) Volba šíĜky dopravního pásu B[m] a výpoþet náplnČ pásu S [m2] B ∈ 0,5;0, 65;0,8;1, 0;1, 2;1, 4 (nejbČžnČjší šíĜky) [m]

β ∈ 0; 40 [°] plochý pás: 1 S = ⋅ b 2 ⋅ tg (ψ d ) [m2] [2.12] 6 b = 0,9.B − 0, 05 [m] [2.13] tĜívaleþkové uspoĜádání: 1 1 S = S1 + S 2 = ⋅ b 2 ⋅ tgψ d + ⋅ ( b12 − ls2 ) ⋅ tg β [m2] [2.14] 6 4 b1 = b.cos β + ls .(1 − cos β ) [m] [2.15] kde ls – délka stĜedního váleþku [m]. Je-li dopravována hmota podávaná na sklonČnou þást pásu, nutno S násobit korekþním souþinitelem: S k = 1 − 1 .(1 − k1 ) [2.16] S § cos 2 ε − cos 2 ψ d · k1 = ¨ ¸ 2 © 1 − cos ψ d ¹

0,5

[2.17]

4) Provede se porovnání S a Sp S ≥ S p - pokraþuje se ve výpoþtu S < Sp - nutno upravit v, B, ȕ S >> Sp - vhodné upravit v, B 5) Obvodová síla na pohánČcím bubnu F [N] F = F1 + F2 + F p [2.18] F1 - síla potĜebná pro pĜekonání pohybových odporĤ dopravníku [N] (hlavní odpory dopravníku) – funkcí L F2 - síla potĜebná k pĜekonání dopravní výšky [N] Fp - pĜídavné a vedlejší odpory dopravníku (vázány na konkrétní odpor) [N] F1 = w ⋅ L ⋅ g ⋅ ª¬(2 ⋅ m p + q ) ⋅ cos(ε ) + mv º¼ [2.19] w – mČrný pohybový odpor dopravníku [-] g – tíhové zrychlení [m.s-2] ε - úhel sklonu dopravníku [°] L – délka dopravníku [m]

22

mp – mČrná hmotnost dopravního pásu [kg.m-1] q - mČrná hmotnost dopravovaného materiálu [kg.m-1] mv – mČrná hmotnost rotujících þástí váleþkĤ [kg.m-1] w pro delší dopravníky L ≥ 80m w = C. f pro kratší dopravníky w = f + vedlejší odpory L + L0 ≥ 1, 02 C – souþinitel vedlejšího odporu C = L L0 - pĜídavná délka dopravníku ∈ 70;100 [m] f – globální souþinitel tĜení základní hodnota f = 0,02 0,016;0,03 pro úpadní dopravníky se doporuþuje 0,012 Q q= 3, 6 ⋅ v n ⋅m n ⋅m mv = vh vh + vd vd t1 t2 nvh – poþet váleþkĤ horní vČtve [ks] mvh – hmotnost rotujících þástí 1 váleþku horní vČtve [kg] t1 – rozteþ podpČr horní vČtve [m] nvd – poþet váleþkĤ spodní vČtve [ks] mvh – hmotnost rotujících þástí 1 váleþku spodní vČtve [kg] t1 – rozteþ podpČr spodní vČtve [m]

[2.20] [2.21] [2.22]

[2.23] [2.24]

[2.25]

F2 = ± q ⋅ H ⋅ g

Fp = FN 1 + FN 2 + nB ⋅ FB + nc ⋅ Fc + FBV + FS + FSv + FTM [2.26] podavaþ vedlejší odpory pĜídavné odpory (musí být na dopravníku) (nemusí být na dopravníku) FN1 - odpor setrvaþných sil v místČ nakládky a v oblasti urychlování [N] FN2 – odpor tĜení mezi dopravovanou hmotou a boþním vedením v místČ urychlování [N] nB - poþet nepohánČných bubnĤ FB – odpor v ohybu pásu na bubnu a v ložiskách bubnu [N] nc – poþet þistiþĤ pásu Fc – odpor þistiþe pásu [N] FDv - odpor tĜení mezi dopravovanou hmotou a boþním vedením [N] Fs – odpor shrnovaþe materiálu [N] FSV – odpor shazovacího vozu [N] FN 1 = q ⋅ v ⋅ ( v − v0 ) [2.27] FN 2

µ B .q 2 .g .l N = ρ s .b12

[2.28]

lmin

v 2 − v02 = 2.g .µ B

[2.29]

ȝB – souþinitel tĜení mezi dopravovaným materiálem a boþním vedením ∈ 0,5;0,7 lN – délka násypky [m] b1 – svČtlá šíĜka boþního vedení [m] 23

FB = 500 až 1500 [N] Fc = (200 až 400).B [N] FBv – dtto FN2 – lN = lBv – délka boþního vedení [m] Fs = 1500. B [N] Fsv = q ⋅ H1 ⋅ g + (1500až 2000).B [N] H1 – pĜevýšení shazovacího vozu [m] v0 – složka rychlosti dopravovaného materiálu ve smČru pohybu pásu [m.s-1] Odpor z trhání materiálu (pod zásobníkem) FTM = ( Fe/ . f + τ 0 .Se/ ).c γ .R Fe/ = s e .kd .k0 .S e/ - efektivní Jansenová síla f .k f – souþinitel úhlu vnitĜního tĜení [-] c – opravný souþinitel zahrnující vliv pohybu zrn ∈ 0, 65; 0,90 [-] k0 – koeficient závČsu kd – dynamický souþinitel Se/ Re = , Se/ = a.(a − h) 2.a.(a − h) Se/ - efektivní plocha [m2] IJ0 – poþáteþní soudržné napČtí [Pa] a – hrana þtvercového výsypného otvoru [m] h – výška materiálu na páse [m] 6) PotĜebný provozní výkon pohonu pásového dopravníku P [kW] F ⋅v pro F > 0 P = 3 10 ⋅η pro F < 0 P = F .v.ηmax .10 −3

[2.30] [2.31] [2.32] [2.33]

[2.34] [2.35]

[2.36]

[2.37] [2.38]

Ș – úþinnost pohánČcí stanice ∈ 0,85;0,95 Șmax – maximální úþinnost pohánČcí stanice ∈ 0,95;1,0 7) Urþení pĜíkonu 1 elektromotoru PM [kW] P PM ≥ ne ne – poþet použitých elektromotorĤ

8) Kontrola pohonu dopravníku na rozbČh MSM < MM MSM – statický moment od zatížení dopravníku redukovaný na hĜídel motoru MM - moment elektromotoru 1 1 M SM = ⋅ F ⋅ 0,5 ⋅ Db ⋅ ne η ⋅ ip Db – prĤmČr bubnu [m] ip – pĜevodový pomČr pĜevodovky [-] n i p = M ⋅ π ⋅ DB v

24

[2.39]

[2.40]

[2.41]

[2.42]

nM – otáþky motoru [s-1] tr ∈ 5;15 [s] 9) Kontrola brzdy MB1 – brzdný moment potĜebný k zastavení dopravníku MB2 – brzdný moment potĜebný k udržení dopravního pásu v klidu η º 1 ª [2.43] M B1 = ⋅ « M DM − ( 0, 7 ⋅ F1 + F2 + Fp ) ⋅ 0, 5 ⋅ Db ⋅ max » ⋅ k B [N.m] nB «¬ i p »¼ ηmax º 1 ª [2.44] M B2 = «( −0, 7 ⋅ F1 + F2 − Fp ) ⋅ 0,5 ⋅ Db ⋅ » ⋅ k B [N.m] nB «¬ i p »¼ MDM – dynamický moment od zpoždČní posuvných a rotaþních hmot dopravníku, redukovaný na hĜídel motoru [Nm] ª 2.( J p + J s + J M ) º v 2.¦ J b 1 1 [2.45] M DM = «( q + 2.m p + mv ) ⋅ L.0, 5 ⋅ Db ⋅ + ⋅ + ne . »⋅ η .i p Db η .i p Db .η «¬ »¼ tb nB – poþet brzd kB - souþinitel bezpeþnosti brzdy∈ 1,3;2,1 tb – doba brzdČní dopravníku [s] ¦ J b - moment setrvaþnosti všech bubnĤ dopravníku [kg.m2] Jp, Js, JM – moment setrvaþnosti pĜevodovky, spojky, motoru [kg.m2] M B1 i M B2 ≤ M B [2.46] MB – moment použité brzdy [N.m] 10) Tahy v dopravním pásu F0, Fn [N] 1 FO = Fmax ⋅ µ ⋅αG e −1

[2.47]

pro dvoububnový pohon µ1.α1G + µ 2 .α 2G

[2.48]

Fn = F0 + F

[2.49]

pro F < 0 → Fn ≥ Fmax ⋅

1 e

µ ⋅α G

[2.50]

−1

11) Velikost napínací síly Fz [N] pĜi dopravČ smČrem k pohonu FZ ≥ 2 ⋅ ( FO − sin ε .m p ⋅ g ⋅ H ) .L

[2.51]

pĜi dopravČ smČrem od pohonu FZ ≥ 2 ⋅ ( Fn + sin ε .m p .g ⋅ H ) .L

[2.52]

12) Skuteþné tahy v dopravním pásu F0s, Fns [N] 1 FOS = ⋅ FZ ± m p ⋅ g ⋅ L.sin ε 2 1 FnS = ⋅ FZ + F ± m p ⋅ g ⋅ L.sin ε 2

25

[2.53] [2.54]

kde horní znaménko platí pro dopravu smČrem k pohonu, spodní pro dopravu smČrem od pohonu 13) Kontrola mČrného tlaku mezi dopravním pásem a bubnem F + FOS .10−6 [MPa] p = nS Db ⋅ B pdov = 0,15 MPa

[2.55]

14) Kontrola dopravního pásu Fdov = σ dov ⋅ B ≥ Tmax tj. Fns nebo Fos kde σdov – dovolené namáhání dopravního pásu v tahu [N.m-1]

[2.56]

26

3. Lanopásové dopravníky Lanopásový dopravník je dopravník, jehož nosným prvkem je speciální dopravní pás, podepíraný v nosné i vratné vČtvi dvČma nekoneþnými tažnými lany. Mechanická vazba mezi dopravním pásem a dvojicí lan je vytvoĜena tĜením. Princip dopravníku je patrný z obr.3.1.

1- dopravní pás, 2 – tažné lano, 3 – pohánČcí stanice, 4 – vratná stanice, 5 – výsypný buben, 6 - traĢ Obr.3.1. Princip lanopásového dopravníku Lanopásový dopravník je vhodný pro vodorovnou a úklonnou pĜímoþarou kapacitní dálkovou dopravu sypkých materiálĤ, napĜ. uhlí. Jeho výhodou oproti pásovému dopravníku jsou menší pohybové odpory a pevnČjší tažné prvky. Nevýhodou je složitost konstrukce a z toho vyplývající vČtší investiþní náklady. Aby nedošlo k prokluzu mezi dopravním pásem a lany, musí být dodržena podmínka a [3.1] ȝd > w + tgε + g .cos ε kde ȝd - souþinitel tĜení mezi pásem a lany [-] w - mČrný pohybový odpor dopravníku [-] İ - úhel sklonu dopravníku [deg] a - zrychlení, se kterým se dopravník rozjíždí [m.s-2] 3.1 Hlavní þásti lanopásového dopravníku PohánČcí stanice má dva tĜecí kotouþe se širokou drážkou, pohánČné pĜes mechanickou pĜevodovku s diferenciálem a rozbČhovou (hydraulickou spojku) asynchronním motorem s kotvou kroužkovou nebo s kotvou nakrátko. Vratná stanice slouží zároveĖ i jako napínací. Napínání obou lan i dopravního pásu je samostatné. Dopravní pás nepĜenáší tahové síly, takže napínání slouží jen k zamezení nadmČrného prĤhybu pásu. Lana jsou napínána závažím, každá lanovnice je umístČna na vozíku, pojízdném po kolejové trati.

27

TraĢ (obr.3.2) je tvoĜena podpČrami o rozteþi 8 m, do kterých je vetknuta pevná osa, na které se na kuliþkových ložiskách otáþí nosné kladky prĤmČru ∅ 250 až 350 mm. Kladky spodní vČtve jsou umístČny na dvojnásobné rozteþi.

Obr.3.2. TraĢ lanopásového dopravníku Tažný prvek tvoĜí dvojice lan soubČžné konstrukce Seal dle ýSN 024342, prĤmČru ∅ 25 až 50 mm. Lana se kontrolují na statický tah pĜi zachování desetinásobné bezpeþnosti. Nosným prvkem je jednovložkový dopravní pás s pĜíþnČ vloženými prvky z pérové oceli. Ty zajišĢují prĤhyb pásu dle množství dopravovaného materiálu a jeho návrat do pĤvodní ploché polohy pĜi prázdném dopravníku. Maximální šíĜka dopravního pásu je 1250 mm. Jeho spojování se provádí mechanickými spojkami, se kterými se již dodává, anebo vulkanizací. Pro zvČtšení souþinitele tĜení s lanem má dopravní pás po obou stranách klínové drážky. 3.2 Základy výpoþtu lanopásového dopravníku Lanopásový dopravník je možno poþítat dle obdobného algoritmu jako dopravník pásový. Pro zjednodušený výpoþet je možno využít normy DIN 22101. Kontrola šíĜky dopravního pásu Q [m2] [3.2] S = 0,16.B 2 .tgψ d .k1 ≥ S p = 3, 6.v.ρ s .kϕ kde k1 – souþinitel pĜíþného prĤhybu pásu ∈ 1, 25; 2,0 [-] ostatní parametry viz. výpoþet pásového dopravníku PotĜebný provozní výkon motoru C . f .L Q.H P= + Pu [kW] . ( 3, 6.m.v + Q ) ± 367.η 367.η kde C - souþinitel vedlejších odporĤ, závislý na délce dopravníku, viz. tab. 3.1 [-] f - pohybový odpor zatížení kladky na napjatém lanČ, doporuþuje se f = 0,0067 [-] m - mČrná hmotnost tažných, rotujících a nosných prvkĤ dopravníku [kg.m-1] Pu - výkon potĜebný k urychlení hlavních hmot dopravníku [kW] v 2 .(m + q ).L Pu = [kW] 103.tr .η kde tr - doba rozbČhu dopravníku [s] ostatní parametry viz výpoþet pásového dopravníku

[3.3]

[3.4]

Tab. 3.1 Závislost souþinitele vedlejších odporĤ C na délce dopravníku L Délka dopravní L [km] 1 2 3 4 Souþinitel vedlejších odporĤ C [-] 1,20 1,15 1,10 1,10 28

29

4. Koreþkové elevátory Koreþkový elevátor je dopravník pro svislou nebo šikmou dopravu, jehož unášecím (tažným) prvkem je nekoneþný dopravní pás, ĜetČz nebo dvojice ĜetČzu a nosným prvkem koreþky, mechanicky s unášecím prvkem spojené. Je urþen pro svislou a úklonnou dopravu jemnozrných a drobnČ kusovitých materiálĤ (cement, vápenec, písek, štČrk a pod.) zrnitostí 0 až 60 mm, s maximem zrn pod 10 mm, malé vlhkosti, pĜi teplotách -20° až +130°C. Maximální dopravní výška je 40 m, u ĜetČzových dopravníkĤ až 90 m. Dopravní výkon je bČžnČ 50 až 150 m3.h-1, u kapacitních mĤže být 500 m3.h-1 i více. V posledním období se tento dopravník stále více používá i v potravináĜském a chemickém prĤmyslu i jako dopravník pro mezioperaþní manipulaci. Výhodou dopravníku je nízká spotĜeba energie (vyvážení obou vČtví), malý vestavČný prostor, relativnČ vysoký dopravní výkon, spolehlivý provoz, u ĜetČzových provoz v horkém prostĜedí. ýásteþnou nevýhodou mĤže být omezena dopravní výška a prašnost pĜi dopravČ nČkterých materiálĤ. RozdČlení koreþkových elevátorĤ: - svislé - šikmé

gravitaþní odstĜedivé gravitaþní odstĜedivé

- lomené 4.1 Hlavní þásti koreþkových elevátorĤ Hlavní þásti koreþkového elevátoru (obr.4.1) tvoĜí pohánČcí stanice (1), vratná stanice s napínáním (2), šachta (u šikmých dopravníkĤ nosná konstrukce) (3), tažný prvek (5), koreþky (6), násypka (7) a výsypka (8).

Obr.4.1 Hlavní þásti koreþkového elevátoru

29

PohánČcí stanice je umístČna v hlavČ elevátoru. Na obr.4.2 je znázornČna pro pásový tažný prvek. Pro menší výkony (do cca 12kW) se používá pĜevodových motorĤ. Pro vČtší výkony asynchronních motorĤ s kotvou nakrátko s neregulaþní hydrodynamickou spojkou anebo alespoĖ s pružnou spojkou. 1 – elektromotor 2 - pružná (rozbČhová) spojka 3 – brzda 4 – pĜevodovka 5 – pevná spojka 6 – hnací buben 7 – pohon pro revizní jízdu

Obr.4.2 Schéma pohánČcí stanice koreþkového elevátoru PĜevodovka je mechanická jednorychlostní kuželoþelní. Na prvním hĜídeli pĜevodovky je malý pomocný motor dimenzovaný pouze na pĜekonání odporĤ prázdného dopravníku. Slouží pro jeho pomalý chod pĜi opravách, revizích a pod. PohánČcí stanice musí být vybavena brzdou pro udržení tažného prvku v klidu. PotĜebný moment brzdy se urþí ze vztahu 1 k M B = ∆F .0,5.Db .ηmax . . B [N.m] [4.1] i p nB H ∆F = .Vk .ρV .g .kϕ [N] [4.2] tk kde ǻF - statická pĜevaha plné vČtve elevátoru [N] Db - prĤmČr bubnu (ĜetČzového kola) [m] Șmax - maximální úþinnost pohánČcí stanice ∈ 0,95;1, 0 [-] ip - pĜevodový pomČr [-] kB - bezpeþnost brzdy ∈ 1,5; 2, 2 [-] nB - poþet brzd [ks] H - dopravní výška [m] tk - rozteþ koreþkĤ [m] Vk - vodní objem koreþkĤ [m3] ȡv - objemová hmotnost dopravovaného materiálu [kg.m-3] kij - souþinitel plnČní koreþkĤ [-] Hnací bubny bývají prĤmČru ∅ 0,4 až 1,25 m s maximální obvodovou rychlostí 3,5 m.s-1, ĜetČzová kola prĤmČru 0,2 až 0,71 m s maximální obvodovou rychlostí 1,6 m.s-1.

30

Vratná a napínací stanice je vybavena stejným bubnem nebo ĜetČzovým kolem, jako pohánČcí stanice. PĜedpČtí vychází u pásového tažného prvku z Eulerova vztahu (viz [1]) pro minimální odbíhající sílu k .F F0 ≥ µ .sπ [N] [4.3] e −1 kde ks - statická bezpeþnost proti prokluzu [-] F - pĜenášená obvodová síla [N] ȝ - souþinitel tĜení mezi bubnem a pásem [-] ýasto staþí k vyvození potĜebné odbíhající síly vlastní tíha dopravního pásu s koreþky. Pokud ne, je možno tažný prvek napínat pomocí šroubĤ nebo závaží. Elevátor mĤže být otevĜený (obr.4.1,b) nebo uzavĜený (obr.4.1,a). V prvním pĜípadČ tvoĜí nosnou konstrukci elevátoru zpravidla pĜíhradová ocelová konstrukce. Ve druhém pĜípadČ tvoĜí nosnou konstrukci tzv. šachta. Ta buć stojí a je zakotvena na konstrukci vratné stanice anebo je zavČšena na konstrukci pohánČcí stanice. Tažný prvek elevátoru tvoĜí buć nekoneþný pás nebo ĜetČz. Dopravní pásy jsou stejného provedení jako u pásových dopravníkĤ a používá se pásĤ gumových i PVC. Gumové pásy jsou vhodné pro teploty do 80°C, PVC do 130°C. Koreþky se k pásu upevní šrouby se zvČtšenou kuželovou hlavou (obr.4.3), pĜiþemž zadní strana koreþkĤ je buć prolisována nebo jinak vhodnČ upravena. ŠíĜka pásu se volí o 0,03 až 0,1 m širší než je šíĜka koreþku.

Obr.4.3 UpevnČní koreþku šrouby k dopravnímu pásu

ěetČzu jako tažného prvku se použije v horkých provozech, pro dopravu do vČtších výšek a pĜi dopravČ abrazivního materiálu. Používají se ĜetČzy þlánkové tepelnČ zpracované pro zvýšenou odolnost proti otČru nebo ĜetČzy vysokopevnostní dle ýSN ISO 61079. RovnČž se používají i ĜetČzy sponové dle ýSN 26 0401. Vzhledem k dynamickému zatížení ĜetČzĤ (polygonový efekt) je úþelné používat ĜetČzy s menší rozteþí. PĜipojení koreþkĤ k þlánkovým ĜetČzĤm je oboustranné, u sponových ĜetČzĤ centrální (viz obr.4.4).

Obr.4.4 UpevnČní koreþku k ĜetČzĤm

31

Koreþky jsou vyrobeny s plechu tloušĢky 1 až 8 mm lisováním a svaĜováním. Jejich tvar a rozmČry upravují ýSN 26 0010 až 14 nebo DIN 15231 až 15. NejbČžnČjší je tvar dle obrázku 4.5. Zejména v potravináĜském a chemickém prĤmyslu se používají koreþky z umČlých hmot jako nylon, uretan, HD polyetylen a pod.

Obr.4.5 Provedení koreþku Velikost koreþku je charakterizována tzv. vodním obsahem Vk [dm3]. Ten mĤže být 150 dm3 i vČtší, s maximální šíĜkou b až 1,3 m. Pro ostatní rozmČry platí tato konstrukþní doporuþení c > 2 až 2,5 . dmax pro 10 až 25 % podíl dmax [m] [4.4] pro 50 až 100 % podíl dmax [m] [4.5] c > 4 až 5 . dmax tk = 2,2 až 3,0 . hk [m] [4.6] kde dmax – maximální kusovitost dopravovaného materiálu [m] tk – rozteþ koreþkĤ [m] Násypka slouží k pĜivádČní materiálu do koreþkĤ. DĤležité je rovnomČrné plnČní koreþkĤ bez jejich pĜeplĖování. Koreþky se mohou plnit nasypáváním, hrabáním anebo kombinovaným zpĤsobem. Násypný zpĤsob (obr.4.6a) s pĜívodem materiálu pĜímo do koreþkĤ je nejvhodnČjší jak z hlediska energetického, tak z hlediska opotĜebení koreþkĤ.

Obr.4.6,a Násypný zpĤsob plnČní koreþku

32

Hrabací zpĤsob plnČní koreþkĤ je znázornČn na obr.4.6b. Spoþívá v nabírání dopravovaného materiálu koreþky v patČ elevátoru a je vhodný jen pro neabrazivní a lehké materiály.

Obr.4.6,b Hrabací zpĤsob plnČní koreþku Kombinovaný zpĤsob plnČní nastává pĜi nedokonalém násypném zpĤsobu, kdy þást materiálu propadá kolem koreþkĤ na dnČ šachty a je zde koreþky nabírána. Výsypka je umístČna v hlavČ elevátoru a slouží k odvádČní materiálu z koreþkĤ. VyprazdĖování koreþkĤ mĤže být gravitaþní, odstĜedivé, smíšené nebo nucené. PĜi gravitaþním vyprazdĖování se materiál odvádí pĜes vnitĜní hranu koreþku pĤsobením tíhové síly. PĜi odstĜedivém vyprazdĖování se materiál odvádí pĜes vnČjší hranu koreþku pĤsobením odstĜedivé síly. Smíšené vyprazdĖování je kombinací obou. Z hlediska dopravního výkonu je nejvýhodnČjší. Na zpĤsob vyprazdĖování lze soudit dle polohy tzv. pólu vyprazdĖování P (obr.4.7). Jeho poloha je dána prĤseþíkem prodloužené výslednice gravitaþní a odstĜedivé síly pĤsobící na materiál v koreþku a svislice, procházející stĜedem bubnu (ĜetČzového kola). Pólová vzdálenost je vzdálenost pólu od tohoto stĜedu. Pro gravitaþní vyprazdĖování platí, že p > R2, pro odstĜedivé vyprazdĖování p < Rb. Pro smíšené vyprazdĖování platí Rb ≤ p ≤ R2.

Obr.4.7 Silové pomČry v hlavČ elevátoru Z podobnosti šrafovaných trojúhelníkĤ se dá urþit vzdálenost pólu p p m.g = RT m.RT .ω 2 33

[4.7]

a po úpravČ g p = 2 [m]

[4.8]

ω

Ze vztahu [4.5] se dá napĜ. pro p = RT urþit úhlová rychlost hnacího bubnu (ĜetČzového kola), pĜi které dojde ke smíšenému vyprazdĖování. 0,5

§ g · ωsm = ¨ ¸ [s-1] [4.9] © RT ¹ Nucené vyprazdĖování je vČtšinou spojeno s lomenými elevátory (obr.4.8) a spoþívá v odvádČní dopravovaného materiálu nuceným pĜeklopením koreþku.

Obr.4.8 Lomený elevátor 4.2 Základy výpoþtu koreþkových elevátorĤ Dáno: dopravní výška H [m] dopravované množství Q [t.h-1] objemová hmotnost materiálu ȡv[kg.m-3] Algoritmus výpoþtu 1. Volba rychlosti v [m.s-1] dle druhu dopravovaného materiálu, viz napĜ. [2] bČžný rozsah ∈ 0,8; 3,5 , ĜetČzové dopravníky max.1,6 m.s-1. 2. Urþení náhradního potĜebného prĤĜezu Sp [m2] 34

Sp =

Q [m2] 3, 6.v.ρ s .kϕ

[4.10]

kde kij - souþinitel plnČní koreþkĤ [-] 3. Urþení objemu Vk [m3] a rozteþí tk [m] koreþkĤ Vk ≥ S p [m2] tk 4. Urþení velikosti obvodové síly F [N] F = F1 + F2 + F p kde F1 - síla potĜebná pro pĜekonání pohybových odporĤ dopravníku [N] F2 - síla potĜebná k pĜekonání dopravní výšky [N] Fp - síla potĜebná k pĜekonání odporu pĜi plnČní koreþkĤ [N]

[4.11]

[4.12]

Síla F1 je pro svislé dopravníky témČĜ zanedbatelná. Doporuþuje se ale o 10% zvýšit vypoþtenou sílu F2. Pro šikmé elevátory se odpor vypoþte jako u pásových dopravníkĤ s dosazením za mČrný odpor od 0,25 pro menší rychlosti až po 0,4 pro vČtší rychlosti. V F2 = q ⋅ H ⋅ g = k .kϕ .ρ v .g .H [N] [4.13] tk v Fp = Vk .kϕ .ρv .(v + v1 ). pro násypné plnČní [N] [4.14] tk V .k .ρ .n Fp = Ah . k ϕ v k pro plnČní hrabáním [N] [4.15] s kde [4.16] v1 - dopadová rychlost materiálu = (2. g. h1 )0,5 [m.s-1] h1 - pádová výška materiálu [m] Ah - mČrná hrabací práce dle [2] viz. obr. 4.9 [J.kg-1] nk - poþet souþasnČ hrabajících koreþkĤ [ks] s - dráha hrabání [m] 5. PotĜebný provozní výkon pohonu P [kW] F ⋅v P= 3 [kW] 10 ⋅η kde Ș - úþinnost pohánČcí stanice ∈ 0,85; 0,95

[4.17]

6. Urþení napínací síly FZ [N] (pro pásový tažný prvek) § k .F m · F0 ≥ sµ .π = 0,5.Fz + ¨ m p + k ¸ .g.H e tk ¹ ©

ª k .F º § m · Fz ≥ 2 « µ .sπ − ¨ m p + k ¸ .g .H » [N] tk ¹ ¬ e −1 © ¼ kde ks - statická bezpeþnost proti prokluzu (viz [1])

35

[4.18]

mp - mČrná hmotnost pásu [kg.m-1] mk - hmotnost prázdného koreþku [kg] 7. Urþení maximální tahové síly v tažném prvku § m · Tmax = 0,5.Fz + F + ¨ m p + k ¸ .g.H [N] tk ¹ ©

Obr.4.9 MČrná hrabací práce [2]

36

[4.19]

5. ěetČzové dopravníky ěetČzové dopravníky jsou dopravníky, jejichž unášecím nebo tažným prostĜedkem je jeden nebo dvojice nekoneþných ĜetČzĤ. V bČžné praxi se setkáváme se tĜemi typy tČchto dopravníkĤ: - dopravníky þlánkové - dopravníky redlerové - dopravníky hĜeblové - dopravníky podvČsné 5.1 ýlánkové dopravníky ýlánkový dopravník je dopravník, jehož unášecím prostĜedkem je þlánkové dopravní pásmo a tažným prvkem jeden až dva nekoneþné ĜetČzy. ěetČz(y) spolu s þlánky vytváĜí plastický pás dopravníku, který je velmi ohebný, schopný procházet svislé, ale i vodorovné oblouky. ýlánkový dopravník je vhodný pro dopravu sypkých abrazivních materiálĤ o pomČrnČ vysokých teplotách (standardnČ do 200°C, ale s þlánky ze žáruvzdorných ocelí se používají i pro dopravu popela pod elektrárenskými kotli) i pro dopravu kusových materiálĤ (bedny, sudy, odlitky, výkovky apod.). Je vhodný pro dopravu vodorovnou i úklonnou do maximálního výkonu ± 20°, pro pĜímý smČr i do oblouku (R ≥ 10m) pro menší a stĜední dopravovaná množství, obvykle do délky 100 m. Maximální rychlost dopravy je cca 1,3 m.s-1. Výhodou tČchto dopravníkĤ je možnost dopravy horkých a abrazivních materiálĤ a doprava do oblouku, nevýhodou velká „mrtvá hmotnost“ pohybujících se þásti a velká energetická nároþnost. 5.1.1 Hlavní þásti þlánkových dopravníkĤ Hlavní þásti þlánkových dopravníkĤ (obr.5.1) tvoĜí pohánČcí stanice (3), vratná stanice (4) s napínáním, nosná konstrukce s vedením (1) a þlánkový pás s tažnými ĜetČzy (2).

Obr.5.1 Hlavní þásti þlánkového dopravníku

37

PohánČcí stanice (obr.5.2) je koncepþnČ obdobná jako u všech pĜedchozích typĤ dopravníkĤ s tím, že hnací buben je nahrazen ĜetČzovým bubnem, tj. bubnem s ĜetČzovým kolem nebo ĜetČzovými koly. Pohon ĜetČzového bubnu je buć jednostranný nebo oboustranný. VČtšinou þtyĜpólový asynchronní motor s kotvou nakrátko pohání ĜetČzový buben pĜes pružnou spojku, jednorychlostní mechanickou pĜevodovku a pevnou spojkou.

Obr.5.2 PohánČcí stanice þlánkového dopravníku Tvar ĜetČzového kola je závislý od typu použitého ĜetČzu. Pro sponové dopravní ĜetČzy je konstrukce a výpoþet pĜíslušného ĜetČzového kola dána ýSN 26 0491 (obr.5.3,a). Tvar ĜetČzového kola pro þlánkové ĜetČzy kalibrované viz. obr.5.3b. PrĤmČr rozteþné kružnice ĜetČzového kola se urþí ze vztahu

Obr.5.3,a Tvar ĜetČzového kola pro sponové ĜetČzy Dr =

t 180° sin z

[5.1]

kde t - rozteþ ĜetČzu [m] z - poþet zubĤ ĜetČzového kola [ks]

38

Obr.5.3,b Tvar ĜetČzového kola pro þlánkové ĜetČzy Vratnou stanici tvoĜí v podstatČ ĜetČzový buben uložený v ložiskách v posuvných domcích. Napínací síla se vyvozuje dvojicí stavČcích šroubĤ. Minimální zdvih napínacího zaĜízení by mČl být ∆l = 2.t Nosná konstrukce þlánkového dopravníku je pomČrnČ robustní a je závislá hlavnČ od zpĤsobu vedení þlánkového pásu (valivé nebo kluzné vedení), od poþtu a typu tažného ĜetČzu a od tvaru dopravní trasy (pĜímá nebo zakĜivená). Na obr.5.4 jsou dva pĜíklady provedení nosné konstrukce.

Obr.5.4 Nosná konstrukce þlánkového dopravníku

ýlánkový pás se skládá z jednotlivých þlánkĤ, podpČrných kladek a tažných ĜetČzĤ. Tvar þlánkĤ a jejich provedení závisí hlavnČ od druhu dopravovaného materiálu. VČtšinou jsou þlánky lisovány z plechu tloušĢky 3 až 4 mm. Pro dopravu kusového materiálu se používá plochých þlánkĤ (obr.5.5,a), jejichž šíĜka by mČla o 80 až 100 mm pĜevyšovat maximální pĜíþný rozmČr dopravovaných kusĤ. RovnČž pro dopravu sypkých materiálĤ se používá plochých þlánkĤ šíĜky až 2000 mm, ale bČžnČ se dává pĜednost tvarovaným þlánkĤm (obr.5.5,b). Výška þlánkĤ bývá 0,1 až 0,5 násobkem jejich šíĜky. PodepĜení a vedení þlánkového pásu je buć kluzné nebo valivé. Zachycuje tíhové síly od þlánkového pásu a dopravovaného materiálu. Tyto síly bývají velké a mají znaþný vliv na

39

pohybové odpory dopravníku a proto se kluzné vedení doporuþuje jen u krátkých, málokapacitních dopravníkĤ. Tažným prvkem je jeden nebo dvojice nekoneþných ĜetČzĤ buć sponových dle ýSN 26 0401 nebo þlánkových dle ýSN ISO 61079. 5.1.2 Základy výpoþtu þlánkových dopravníkĤ Dáno: délka dopravníku dopravní výška dopravované množství sypná hmotnost materiálu dynamický sypný úhel

L [m] H [m] Q [t.h-1] ȡs [kg.m-3] ȥd [deg]

Algoritmus výpoþtu 1. Volba rychlosti v [m.s-1] Rychlost se volí do 1,3 m.s-1, nejþastČji cca 1 m.s-1. Pro þlánkové podavaþe 0,1 až 0,5 -1 m.s . 2. Urþení potĜebného prĤĜezu [m2] napĜ. dle vztahu 2.11 3. Urþení tvaru þlánku a výpoþet náplnČ [m2] pro plochý þlánek bez boþnic platí vztah 2.12

Obr.5.5,a Plochý þlánek þlánkového dopravníku pro plochý þlánek s boþnicemi S = b.h [m2] pro tvarovaný þlánek

[5.2]

Obr.5.5,b Tvarovaný þlánek þlánkového dopravníku

1 S = B.h + .B 2 .tgψ d [m2] 6

[5.3]

40

Musí platit S ≥ Sp 4. Obvodová síla na pohánČcím ĜetČzovém bubnu F [N] F = F1 + F2 + F p [N]

[5.4]

F1 = w ⋅ L ⋅ g ⋅ ª¬(2 ⋅ m p + q ) ⋅ cos(ε ) + mv º¼ [N]

[5.5]

F2 = ± q ⋅ H ⋅ g [N]

[5.6]

Fp = FBV + FTM [N] kde w - redukovaný souþinitel tĜení, pro valivé vedení 2.e + d þ .µþ [-] w= Dk e - rameno valivého tĜení [m] ȝþ - souþinitel þepového tĜení [-] dþ - prĤmČr þepu podpČrné kladky [m] Dk - prĤmČr kladky [m] mp - mČrná hmotnost þlánkového pásu [kg.m-1] q - mČrná hmotnost dopravovaného materiálu [kg.m-1] mr - mČrná hmotnost rotujících þásti redukovaná do þlánkového pásu [kg.m-1] FBV - odpor boþního vedení (viz 2.31) [N] FTM - odpor z trhání materiálu, je-li þlánkový dopravník použit jako podavaþ [N]

[5.7]

5. PotĜebný provozní výkon pohonu þlánkového dopravníku P [kW] F ⋅v P= 3 10 ⋅η kde Ș - úþinnost pohánČcí stanice

[5.8]

[5.9]

5.2 Redlerové dopravníky Redler je dopravník, jehož tažným prvkem je ĜetČzové pásmo s unášeþi, posouvající materiál v uzavĜeném žlabu v prĤĜezu vČtším, než je þelní plocha unášeþe (obr.5.5).

Obr.5.5 Princip redleru Materiál horní vrstvy spoþívá na materiálu vrstvy spodní a je unášen rozdílem vnitĜních sil od vnitĜního tĜení mezi vrstvami v rovinČ horní hrany unášeþĤ a tĜecích sil mezi

41

materiálem a stČnami žlaby. Rychlost pohybu materiálu (dopravní rychlost v) je menší než rychlost ĜetČzového pásma vr. v = cr .vr [m.s-1] [5.10] kde cr - souþinitel rozdílu rychlosti materiálu a ĜetČzu [-] v závislosti na materiálu a sklonu dopravníku nabývá hodnot ∈ 0,6; 0,9 Redlery se používají pro dopravu práškových a zrnitých materiálĤ do maximální kusovitosti 50 mm a do teploty dopravovaného materiálu až 300°C. Vzhledem k pĜímému kontaktu materiálu s vodícím žlabem, nejsou pĜíliš vhodné pro dopravu abrazivních materiálu, anebo vyžadují speciální úpravu. Nejsou ani vhodné pro dopravu lepkavých a lehce drtitelných materiálĤ. Redlery se používají pro dopravu vodorovnou, úklonnou i svislou, pro pĜímý smČr i do oblouku, ale jen ve smČru ohybu ĜetČzu. ýasto se redlery používají pro vynášení materiálu ze zásobníku, jako podavaþe. Vodorovné redlery bývají do 130 m délky a 600 t.h-1 dopravního výkonu, svislé do 30 m dopravní výšky a 300 t.h-1 dopravního výkonu. Rychlost ĜetČzového pásma redleru bývá do 0,63 m.s-1. Redlery bývají jednoĜetČzové (do 0,5 m šíĜky ĜetČzového pásma) anebo dvouĜetČzové. 5.2.1 Hlavní þásti redlerových dopravníkĤ Hlavní þásti redleru (obr.5.6) je pohánČcí stanice s napínáním, vratná stanice, žlab a ĜetČzové pásmo s unášeþi. PohánČcí stanice je koncepþnČ obdobného uspoĜádání jako u jiných ĜetČzových dopravníkĤ. Tvar ĜetČzového kola je pĜizpĤsoben typu ĜetČzu. Ve dnČ pohánČcí stanice je otvor, kterým se odvádí materiál z dopravníku. Souþástí pohánČcí stanice je napínací zaĜízení, tvoĜené pomocnou rĤžicí (rĤžicemi) posouvatelnou stavČcím šroubem. Napínací síla bývá 400 až 1000 N.

1 – pohánČcí stanice, 2 – vratná stanice, 3 – žlab, 4 – víko, 5 – ĜetČz s unášeþi, 6 – vedení, 7 – mezidno, 8 – napínací ústrojí Obr.5.6 Hlavní þásti redleru Vratná stanice je tvoĜena jenom ĜetČzovým bubnem.

42

Žlab sestává z plechových (tloušĢka plechu 3 až 8 mm) svaĜovaných dílĤ obdélníkového prĤĜezu délek 900 až 2900 mm spojených navzájem pĜírubami. ŠíĜka žlabu bývá 160 až 1000 mm. Dno bývá opatĜeno kluznými lištami pro vedení ĜetČzového pásma. Pro snížení prašnosti je žlab shora uzavĜen víkem. V horní þásti žlabu je na boþních stČnách upevnČno vedení pro vratnou vČtev ĜetČzového pásma. V nČkterých pĜípadech se používá mezidno, které oddČluje dopravu v obou vČtvích redleru. ěetČzové pásmo s unášeþi je tvoĜeno speciálními, kloubovými, tzv. „redlerovými“ ĜetČzy. PĜíklad jednoduchých a dvojitých ĜetČzĤ viz. obr.5.7.

Obr.5.7 Jednoduché a dvojité ĜetČzy redleru Svislé redlery (obr.5.8) vyžadují speciální unášecí ĜetČzy a svislou šachtu zcela vyplnČnou materiálem. K dopravČ se využívá poznatkĤ z mechaniky sypkých materiálĤ. Blíže viz napĜ. [2].

Obr.5.8 Svislý redler 5.2.2 Základy výpoþtu redlerových dopravníkĤ 1.Objemový dopravní výkon redleru Qv [m3.h-1] Qv = 3600.S .vr .cv .cr [m3.h-1] kde S - prĤĜez materiálu ve žlabu [m2] vr - rychlost ĜetČzového pásma s unášeþi [m.s-1] cv - souþinitel zmenšení dopravovaného objemu ∈ 0,9; 0,95 43

[5.11]

2.Urþení obvodové síly na ĜetČzovém bubnu F [N] F = L ⋅ g ⋅ [ (2 ⋅ mr + q).w ⋅ cos(ε ) ± q.sin ε ] [N] [5.12] kde L - délka dopravníku [m] mr - mČrná hmotnost ĜetČzového pásma s unášeþi [kg.m-1] İ - úhel sklonu dopravníku [deg] w - mČrný pohybový odpor [-], závisí na šíĜce žlabu a souþiniteli smykového tĜení mezi dopravovaným materiálem a žlabem, napĜ. pro B = 1m, ȝ = 0,3 je w = 0,65, na druhé stranČ pro B = 0,2m, ȝ = 0,9 je w = 2,5. Urþení potĜebného pĜíkonu hnacího motoru napĜ. dle vztahu [2.9] 3.Urþení maximální tažné síly v ĜetČzovém pásmu Tmax [N] F Tmax = z + F [N] 2 kde Fz – napínací síla [N]

[5.13]

5.3 HĜeblové dopravníky HĜeblový dopravník je dopravník, jehož vodícím prvkem je speciální žlab a tažným prvkem ĜetČzové pásmo s hĜebly. Materiál se posouvá v horní vČtvi žlabu (obr.5.10) po tzv. kluznici. Dopravník je vhodný pro pĜímoþarou vodorovnou a úklonnou (do cca ± 30°) dopravu neabrazivních materiálĤ, zejména uhlí. Jeho výhodou je velká nezávislost na zpĤsobu uložení trati (dovoluje svislé i vodorovné vychýlení ve spojích), velké krátkodobé pĜetížení (až 100% dopravního výkonu), tuhá a pevná konstrukce, vhodnost pro dopravu horkých materiálĤ. Mezi nevýhody nutno uvést velkou energetickou nároþnost, znaþné upotĜebení žlabĤ a velkou hmotnost jednotlivých dílĤ. Jedná se o typický dĤlní dopravník, bez kterého se moderní uhelné hornictví neobejde. Délky takových dopravníkĤ jsou 250 m i více, dopravní výkon až 3000 t.h-1, rychlost ĜetČzu okolo 1 m.s-1. Tyto dopravníky je nutno v nerozebraném stavu pĜíþnČ (v porubu) nebo podélnČ (pod porubem) posouvat. Používají se i lehþí konstrukce hĜeblových dopravníkĤ, které mají podobné uplatnČní jako redlery.

Obr.5.9 HĜeblový dopravník

44

Obr.5.10 Princip hĜeblového dopravníku 5.3.1 Hlavní þásti hĜeblového dopravníku Hlavní þásti hĜeblového dopravníku (obr.5.9) jsou pohánČcí (1) a vratná (2) stanice, traĢ (3) a ĜetČzové pásmo s hĜebly (4). PohánČcí stanice (obr.5.11) mĤže být v pĜíþném i podélném uspoĜádání. KoncepþnČ je podobná jako u jiných ĜetČzových dopravníkĤ. Liší se hlavnČ instalovaným pĜíkonem elektromotorĤ. V souþasné dobČ se u dĤlních dopravníkĤ používají asynchronní motory s kotvou nakrátko výkonu až 315 kW (1000V). U pohonu je vhodné použít hydrodynamickou rozbČhovou spojku. KromČ klasických mechanických pĜevodovek se zaþínají používat i pĜevodovky planetové.

Obr.5.11 PohánČcí stanice hĜeblového dopravníku Vratná stanice, zejména u porubových dopravníkĤ bývá velmi þasto pohánČna. Její provedení je pak identické jako u pohánČcí stanice. U kratších dopravníkĤ tvoĜí vratnou stanici jen ĜetČzový buben uložený v ložiskách. U kratších stabilních dopravníkĤ se vratné stanice využívá k napínání ĜetČzu. TraĢ dopravníku je tvoĜena žlaby, pĜechodovými žlaby a nastavnými a nahrnovacími plechy. Žlab dopravníku (obr.5.12) je svaĜen ze dvou E-profilĤ a z kluznice a standardnČ je délky 1,5 m. Na kvalitČ kluznice závisí životnost žlabu a vyrábí se proto ze speciálního otČruvzdorného materiálu obchodního rázu Abrazit, tloušĢky 16 až 32 i více mm. Žlaby jsou, vzhledem ke svému použití ve stížených dĤlních podmínkách a vzhledem ke zpĤsobu plnČní 45

dobývacím strojem, velmi nízké. PĜechodové žlaby tvoĜí spojení mezi pohánČcí a vratnou stanicí a žlaby. Nastavné plechy (obr.5.13) umožĖují krátkodobČ pĜetížit dopravník. Nahrnovací plechy se používají pouze u porubových dopravníkĤ a slouží k nakládání rozpojeného uhlí na dopravník.

Obr.5.12 Žlab hĜeblového dopravníku ěetČzové pásmo s hĜebly (obr.5.14) je tvoĜeno jedním nebo dvČma nekoneþnými ĜetČzy s hĜebly v rozteþi cca 1 m. NejþastČji se používají dvouĜetČzová pásma v centrálním nebo boþním uspoĜádání. ZásadnČ se používají þlánkové vysokopevnostní ĜetČzy, napĜ. dle ýSN ISO 61079. HĜebla jsou pevná, k ĜetČzĤm se pĜichycují pomocí tĜmenĤ, nebo dvoudílná.

Obr.5.13 Nástavné plechy hĜeblového dopravníku

Obr.5.14 ěetČzové pásmo s hĜebly

46

5.3.2 Základy výpoþtu hĜeblových dopravníkĤ 1.Urþení dopravního výkonu Q [t.h-1] Q = 3, 6.S .ρ s .kϕ .∆v [t.h-1] [5.14] kde S - prĤĜez materiálu na hĜeblovém dopravníku [m2] viz. napĜ. [1] str. 36 ȡs - sypná hmotnost [kg.m-3] kij - souþinitel plnČní dopravníku [-] ǻv - rychlost materiálu na dopravníku [m.s-1] rozdíl rychlosti ĜetČzového pásma a nakládacího zaĜízení, napĜ. dobývacího kombajnu 2.Urþení obvodové síly na ĜetČzovém bubnu F [N] F = Fh + Fs [N]

[5.15]

Fh = L.(mr + q ).g .(kh .cos ε + sin ε ).k z [N]

[5.16]

Fs = L.mr .g .(k s .cos ε − sin ε ).k z [N] kde L - délka dopravníku [m] mr - mČrná hmotnost ĜetČzĤ s hĜebly [kg.m-1] q - mČrná hmotnost dopravovaného materiálu [kg.m-1] Q q= 3, 6.∆v kh - souþinitel odporu horní vČtve [-] İ - úhel sklonu dopravníku ve smČru dopravy [deg] kz - souþinitel zakĜivení tratČ [-] = 1,0 pro stabilní dopravník = 1,1 pro podélnČ pĜesouvaný dopravník = 1,2 pro pĜíþnČ pĜesouvaný dopravník ks - souþinitel odporu spodní vČtve [-] = uzavĜená vČtev ∈ 0,6; 0,95

[5.17]

= otevĜená vČtev ∈ 0,32; 0,35 Fh - odpory horní vČtve dopravníku [N] Fs - odpory spodní vČtve dopravníku [N] Doporuþení pro kh: q.(0,32 + 0, 0004.q ) + 0, 312.mr kh = q + mr 3.Celkový pĜíkon motorĤ pohánČcí stanice P [kW]

P=

F ⋅v [kW] 103 ⋅η

Výkon 1 elektromotoru Pm ≥

[5.18]

[5.19] P [kW] ne

kde ne - poþet elektromotorĤ.

47

6. Šnekové dopravníky Šnekový dopravník je dopravník, jehož pracovním prvkem je šnekovnice rotující v pevném žlabu, pĜiþemž tĜení mezi materiálem a žlabem (tĜení za klidu) je vČtší než tĜení mezi rotující šnekovnicí a materiálem (tĜení za pohybu). Výsledkem je, že se materiál posouvá ve žlabu i když materiál šnekovnice i žlabu (ocelový plech) je stejný. Je vhodný pro malá a stĜední dopravována množství (do 50 výjimeþnČ do 200 m3.h-1) na kratší vzdálenosti (þasto jako podavaþ do 5m) pro vodorovné a úklonné (do 20°) tratČ. Používá se i pro speciální úþely jako míchací, tĜídící nebo odvodĖovací dopravník. Správná funkce dopravníku je podmínČna pouze þásteþným naplnČním žlabu materiálem (obr.6.1) a rovnomČrným pĜívodem materiálu na dopravník.

kij = 0,15 napĜ. pro písek, koks kij = 0,30 napĜ. pro cement, kusové uhlí kij = 0,45 napĜ. pro obilí, suché uhlí Obr.6.1 Využití prĤĜezu žlabu pĜi rĤzném souþinitel plnČní Základní podmínkou dopravy je, aby odstĜedivá síla byla menší nebo rovna tíze dopravovaného materiálu, tj.: m.0, 5.D.ω 2 ≤ m.g [6.1] Po dosazení za úhlovou rychlost ω = 2.π .n je možno vypoþítat kritické otáþky šnekovnice, pĜi kterých se budou obČ síly navzájem rovnat 0,5

1 § g · [s-1] [6.2] nkr = .¨ ¸ 2.π © 0,5.D ¹ a nebo nkr 0, 7.D −0,5 [s-1] [6.3] NejvČtší dopravní výkon je pĜi polovinČ kritických otáþek, to znamená optimální otáþky se urþí ze vztahu: n = 0,5.nkr 0, 35.D −0,5 [s-1] [6.4] dopravní

vodorovné šikmé svislé

míchací

jednoduché dvojité

RozdČlení šnekových dopravníkĤ

šnekové trouby, viz obr.6.12

55

RozdČlení dle provedení šnekovnice a) šnekovnice plná, obr.6.2

Obr.6.2 Plná šnekovnice b) šnekovnice obvodová, obr.6.3

Obr.6.3 Obvodová šnekovnice c) šnekovnice lopatková, míchací, obr.6.4

Obr.6.4 Lopatková šnekovnice, míchací d) bezosá šnekovnice, obr.6.5

Obr.6.5 Bezosá šnekovnice e) hĜebenová šnekovnice – plná šnekovnice s pravidelnými výĜezy po obvodu f) pĜerušovaná šnekovnice – obvodová šnekovnice s vynechanými þástmi obvodu RozdČlení šnekových dopravníkĤ dle umístČní pohonu a) tlaþné b) tažné RozdČlení dle stoupání šneku a) pravé, obr.6.6

Obr.6.6 Šnekovnice s pravým stoupáním

56

b) levé, obr.6.7

Obr.6.7 Šnekovnice s levým stoupáním c) kombinované, obr 6.8

Obr.6.8 Šnekovnice kombinovaná s levým i pravým stoupáním RozdČlení dle sklonu a) vodorovné, obr.6.9

Obr.6.9 Vodorovný šnekový dopravník b) úklonné, obr.6.10 c) svislé, obr.6.11 d) kombinované

Obr.6.10 Úklonný šnekový dopravník

57

Obr.6.11 Svislý šnekový dopravník

Obr.6.12 Šneková trouba 6.1 Základní þásti šnekového dopravníku (ýSN ISO 5010) Hlavní þásti šnekového dopravníku (obr.6.13) tvoĜí pohon, šnek a žlab. Pohon nejþastČji tvoĜí pĜevodový elektromotor anebo elektromotor s frekvenþním mČniþem. Hnací skupina se ukládá obvykle na konzolu spojenou s þelem žlabu nebo pĜírubovým spojem pĜímo na þelo žlabu. U vČtších jednotek má pohon samostatný základ. Hnací moment se z výstupního hĜídele pĜevodovky pĜenáší na hĜídel šneku pružnou spojkou. Dle umístČní pohonu se také rozlišují šnekové dopravníky tlaþné a tažné. V pĜípadČ, že se materiál dopravuje smČrem od pohonu se pohon nazývá tlaþným. Pokud je smČr dopravy materiálu k pohonu je pohon nazýván tažným.

1. Koncové ložisko šnekového hĜídele, 2. žlab, 3. šnekový hĜídel, 4. závČsné ložisko šnekového hĜídele, 5. ložisko pohonu, 6. pohon Obr.6.13 Šnekový dopravník

58

Šnek je podstatnou þástí šnekového dopravníku a je urþující pro jeho vlastnosti. Je složen z hĜídele a šnekovnice. HĜídel mĤže být plný i trubkový s plnými þepy pro uložení v ložiskách. Na hĜídeli je upevnČna šnekovnice. Šnekovnice mĤže mít levé nebo pravé stoupání. Možné je i uspoĜádání dvou šnekovnic s opaþným stoupáním v rĤzných þástech téhož hĜídele, což umožĖuje protismČrný pohyb materiálu ve stejném žlabu. Stoupání šnekovnice h se volí: h = D pro malé prĤmČry, h = 0,8.D pro vČtší prĤmČry PrĤmČr šnekovnice D se volí: D ≥ 12.d max u tĜídČného materiálu

D ≥ 4.d max u netĜídČného materiálu kde dmax je maximální zrnitost dopravovaného materiálu [mm]. Doporuþená Ĝada prĤmČrĤ šnekovnic D je: 160; 200; 250; 320; 400; 500; 630 mm. Dle provedení mĤže být šnekovnice: a) plná – tvoĜena plochým závitem z ocelového plechu þi jiného materiálu nebo odlitek, který je svým vnitĜním prĤmČrem uchycen na hĜídeli šneku. Šnekovnice z ocelového plechu bývá vyrobena buć válcováním z pásu, nebo svaĜováním mezikruhových výstĜižkĤ, které jsou v jednom místČ radiálnČ rozstĜiženy a roztaženy na pĜíslušné stoupání. Vícechodé šneky jsou vhodné pro šikmé šnekové dopravníky dopravující velmi sypké materiály, neboĢ zabraĖují zpČtnému pohybu materiálu. b) obvodová – urþena pro dopravu tuhých, hustých, tekoucích a lepkavých materiálĤ. Šnekovnici zde tvoĜí opČt šroubová plocha vytvoĜená z plechu, která je upevnČna ke hĜídeli v urþité odlehlosti pomocí držákĤ z ploché oceli. Takto zhotovený šnek nemá kouty mezi šnekovnicí a hĜídelí, takže se materiál nenalepuje. c) lopatková, míchací – používají se speciální segmenty, které nejen dopravují, ale také zajišĢují správné promíchání dopravovaného materiálu. d) kuželová – používá se pro speciální úþely. Je možná výroba šnekovnice s promČnným stoupáním, kde nejmenší prĤmČr je na vstupu a dochází tím k nakypĜení materiálu. Použití je vhodné pro materiály, které jsou kompresibilní.

HĜídel šneku pĜenáší toþivý moment od pohonu na šnekovnici. Bývá pĜi menších rozmČrech šneku plný, vČtšinou kruhového, nČkdy též þtvercového prĤĜezu. NČkdy se používají tzv. dČlené šneky. PĜi vČtších rozmČrech se vyrábí z ocelové, tlustostČnné trubky. Šneky s trubkovým hĜídelem mají pĜi nízké hmotnosti znaþnou ohybovou tuhost. ýepy pro uložení hĜídele v ložiskách a pro spojky jsou v trubce zalícovány a proti otáþení zajištČny šrouby, kolíky nebo svary. HĜídel šneku je svými konci uložen v pĜedním a zadním þele žlabu, a to zpravidla ve valivých ložiskách, z nichž jedno musí zachycovat axiální síly. Pro správnou funkci ložisek je nutno správnČ vyĜešit mazání. Dále proti pĜílišnému prĤhybu hĜídele je nutno ho uložit po 2÷3 metrech v podpČrných vodících ložiskách. Tato ložiska bývají výškovČ stavitelná, kluzná s pouzdry ze šedé litiny, bronzu, popĜípadČ plastických hmot. KonstrukþnČ musí být zajištČno i mazání kluzných ložisek.

59

V místech uložení hĜídele bývá provedeno i spojování jednotlivých dílĤ šneku. Spojení se provádí nalisováním, spojením pomocí pĜírub þi pomocí drážkovaného spojeni. HĜídel je vytvoĜen bud' z jednoho kusu, nebo sestaven z dílĤ. Spoje musí vyhovČt jak krouticímu momentu, tak musí zamezit prĤhybu. Dále se nesmí spojením vytvoĜit výstupky bránící posouvání materiálu. Šnekový hĜídel, viz obr.6.14 je trubkový hĜídel se šnekovnicí opatĜený þepem pohonu (pro uložení v ložisku a pĜívod toþivého momentu), koncovým þepem a podle potĜeby þepy pro závČsná ložiska, viz (obr.6.15).

Obr.6.14 Šnekový hĜídel

Obr.6.15 ZávČsná ložiska šnekového hĜídele Žlab, viz obr.6.16 tvoĜí nosnou þást dopravníku. Mívá tvar písmene U nebo je prĤĜezu kruhového a jeho rozmČry jsou odvozeny od rozmČru šneku. Minimální vĤle mezi šnekem a žlabem bývá 5 až 10 mm a je to dáno výrobními tolerancemi šneku a hlavnČ druhem dopravovaného materiálu. PodobnČ jako šneky jsou žlaby sestavené do potĜebné délky. Bývají z ocelového plechu o tloušĢce 2÷10mm. V horní þásti prĤĜezu žlabu je plech ohranČn. Takto vytvoĜený lem zvyšuje tuhost žlabu a umožĖuje upevnČní víka, kterým se žlab v nČkterých pĜípadech zakrývá. Má-li být uzavĜení žlabu prachotČsné a vzduchotČsné, je žlábek vyplnČn tČsnícím materiálem. Excentrickým umístČním šneku ve žlabu se zabrání pĜíþení materiálu mezi šnekem a žlabem, neboĢ se vĤle mezi šnekem a žlabem zvČtšuje ve smČru otáþení. KromČ toho se snižuje otČr materiálu i opotĜebení šneku a žlabu. Je-li koryto delší, je opatĜeno žebrovitými pĜíþnými výztuhami zakonþenými pĜírubou pro pĜipevnČní na podlahu nebo konstrukci. V nČkterých pĜípadech je možné vytvoĜit koryto pĜímo zdivem nebo betonem, ovšem s povrchem hlazeným a náležitČ zpevnČným. Dopravovaný materiál se do žlabu pĜivádí shora, pĜivádČcími otvory ve víku, je-li žlab krytý. PĜivádČní materiálu je možné v libovolném místČ, musí být ovšem rovnomČrné. OdvádČt materiál z dopravníku je opČt, možné z libovolného místa, a to otvorem se šoupátkem ve dnČ žlabu nebo klapkou na konci žlabu. Lze také odvádČt i na nČkolika místech, což se zajišĢuje uzavíratelnými otvory, které jsou uzavírány ruþnČ nebo mechanicky. Pro zvýšení otČruvzdornosti žlabu a k zajištČní nižší hluþnosti šnekového dopravníku se používají speciální výstelky dna žlabĤ z plastických hmot. Pro zvýšení dopravního množství se nČkdy žlaby nadstavují.

60

Obr.6.16 Žlab šnekového dopravníku 6.2 Výpoþet šnekových dopravníkĤ: Dopravní množství: π .D 2 Q = 3, 6. .h.n.ρ s .kϕ .λ [t.h-1] 4 kde: h – stoupání šneku[m] n – otáþky šneku [s-1] ρs – sypná hmotnost [kg.m-3] kϕ – souþinitel plnČní [-] D - prĤmČr šnekovnice [m] Ȝ– souþinitel sklonu dopravníku [-], (viz tab.6.1)

[6.5]

Tabulka 6.1 İ [deg] Ȝ [-]

0 1

5 0,9

10 0,8

15 0,7

20 0,6

Rychlost pohybu materiálové vrstvy: v = h.n [m.s-1] v bývá v intervalu ∈ 0, 2;0, 4 m.s −1 výjimeþnČ 0,5 m.s-1 Výkon na hĜídeli dopravníku: Pk [kW] Q.L Pk = .( w.cos ε + sin ε ).g 3600 kde L – délka dopravníku [m] Q – dopravované množství [t.h-1] w – mČrný odpor proti pohybu, viz tab.6.2

[6.6]

[6.7]

Tabulka 6.2 Dopravovaný materiál Prach, jemné zrno Písek, cement Škvára, hlína, popel Ruda

61

Souþinitel odporu w 2,5 3,2 4 5

PĜíkon motoru P [kW]: P P = (1,15 ÷ 1, 20). k

[6.8]

ηc

kde ηc - celková úþinnost pohonu [-] Toþivý moment na hĜídeli šneku: P [Nm] MK = 2.π .n

[6.9]

Axiální síla v ložisku: MK [N] FA = Rs .tg (α + δ ) kde:

[6.10]

Rs[m] – úþinný polomČr šneku, ∈ (0, 7 ÷ 0,8).

D 2

α [rad] – úhel stoupání šneku δ [rad] – tĜecí úhel mezi materiálem a šnekovnicí

62

7. Vibraþní dopravníky Vibraþní dopravník je dopravník, který využívá k pĜemisĢování materiálu setrvaþných sil, pĤsobících na þástice dopravovaného materiálu. Setrvaþné síly vznikají harmonickým kmitavým pohybem žlabu (dopravníky s mikrovrhem) pĜi kterém dochází v urþité fázi k oddČlení þástic materiálu od žlabu (svislá složka zrychlení kmitavého pohybu je vČtší než gravitaþní zrychlení). Jsou vhodné pro pĜímoþarou vodorovnou a úpadní dopravu (do 15 deg) práškových nebo sypkých materiálĤ na krátké vzdálenosti. Používají se ve všech prĤmyslových odvČtvích. ZvlášĢ výhodné je jejich použití pro dopravu hmot abrazívních, chemicky agresivních, horkých, prašných a plynujících. Dopravní žlab totiž mĤže být nahrazen trubkou. Proces dopravy mĤže být propojen s technologickými postupy jako tĜídČní, promývání, ochlazování, sušení aj. NejþastČji jsou používány jako vibraþní podavaþe, tĜídiþe a praþky.

Obr.7.1 Princip dopravy mikrovrhem Vlastní vibraþní dopravníky nemohou v bČžných podmínkách soupeĜit s dopravními prostĜedky s tažným elementem (pásovými, ĜetČzovými aj. dopravníky). Jejich délka je omezena, konstrukce tČžší, nákladnČjší, dynamicky namáhaná a složitČjší. Nevýhodou jsou rovnČž nepĜíznivé dynamické úþinky pĜenášející se do základĤ a na konstrukce budov a 63

pomČrnČ malá dopravní rychlost do 0,4 m.s-1. Dále se budeme zabývat pouze vibraþní dopravou, pĜedevším vibraþními podavaþi. Princip dopravy je znázornČn na (obr.7.1) [2]. Žlab kmitá frekvencí f pod úhlem ȕ ke smČru dopravy (k vodorovné rovinČ), takže jeho dno, na nČmž spoþívá dopravovaný materiál je stĜídavČ v horní a dolní krajní poloze. V urþitém okamžiku se þástice materiálu oddČlí od žlabu a pohybuje se šikmým vrhem až jeho dráha protne dno žlabu. Za pĜedpokladu harmonického kmitání žlabu xž = X ž .sin ωt a složka kmitání ve smČru pohybu materiálu xžx = X ž .cos β .sin ωt a složka kolmá ke smČru pohybu materiálu xžy = X ž .sin β .sin ωt kde Xž – amplituda kmitání žlabu [m], Ȧ – úhlová frekvence kmitání žlabu [s-1], t – þas [s], ȕ – úhel kmitání žlabu [rad].

[7.1] [7.2] [7.3]

Dvojí derivací složky kolmé ke smČru pohybu dostaneme ažy = − X ž .ω 2 .sin β .sin ωt [m.s-2].

[7.4]

NejvČtší hodnota ažy je pro sin ωt = −1 a to ažy max = X ž .ω 2 .sin β [m.s-2].

[7.5]

Podmínkou dopravy dopravníkem s mikrovrhem je, aby ažy max > g, tj., aby (pro vodorovný dopravník): X ž .ω 2 .sin β > 1. [7.6] g Podmínkou dopravy ve sklonu İ je (obr.7.2) X ž .ω 2 .sin ( ε + β ) >1 [7.7] g .cos ε

Obr.7.2 Doprava mikrovrhem ve sklonu

64

7.1 Hlavní þásti vibraþního dopravníku Hlavní þásti vibraþního dopravníku (obr.7.3) jsou: & pohon, tedy zdroj kmitĤ, zpravidla pevnČ spojený se žlabem, & dopravní žlab resp. dopravní trubka podélnČ a pĜíþnČ vyztužená, & pružiny ocelové nebo pryžové a klouby sloužící k podepĜení nebo zavČšení dopravníku.

1 – dopravní žlab, 2 – elektromagnetický nebo elektromechanický budiþ kmitĤ, 3 – závČsná táhla s klouby, 4 – podpČrné pružiny, 5 – pohon s výstĜedníkovým hĜídelem Obr.7.3 Vibraþní podavaþ a) elektromagnetický, zavČšený, s pĜímoþarým kmitáním, b) výstĜedníkový, podepĜený, s kruhovým kmitáním NejþastČji používaným zdrojem pĜímoþarých kmitĤ u dnešních vibraþních strojĤ jsou: - elektromagnetický budiþ kmitĤ, - dvojice vibraþních elektromotorĤ, - samobalanþní budiþe kmitĤ (jsou již na ústupu). Pro správný návrh potĜebného budiþe kmitĤ je nutno urþit potĜebnou budící sílu, tj. tah elektromagnetu nebo velikost odstĜedivé síly samobalanþního budiþe v ose kmitání. Elektromagnetický budiþ pĜímoþarých kmitĤ je v podstatČ elektromagnet, jehož kotva s pĜídavnou hmotou m1 je pevnČ spojena se skĜíni síta nebo žlabem dopravníku þi vynašeþe M2. TČleso budiþe s cívkami je ke kotvČ a tedy žlabu pĜipojeno pružnou vazbou – pĜedepjatými tlaþnými pružinami. Schéma dopravníku s elektromagnetickým budiþem je znázornČno na obr.7.3,a, vlastní budiþ na obr.7.4. Jádro elektromagnetu M1 je pĜes usmČrĖovaþ napájeno stejnosmČrným proudem, kotva je napájena proudem stĜídavým. Frekvence kmitání mĤže dosáhnout až 100 Hz, velikost amplitudy kmitání lze mČnit zmČnou napČtí. Rozsah frekvence kmitání 10 ÷ 100 Hz Rozsah amplitudy kmitání 0,05 ÷ 10 mm Dopravní rychlost bývá v ≤ 0, 2 ÷ 0, 45 m.s -1 PotĜebný tah elektromagnetického budiþe pro rozkmitání dopravníku F = M 2 ⋅ X ž .ω 2 [N] [7.8] kde M2 - celková kmitající hmotnost žlabu vþetnČ budiþe, materiálu na žlabu [kg], Ȧ – kruhová frekvence kmitání, ω = 2 ⋅ π ⋅ f [s-1], f – frekvence kmitání žlabu zpravidla totožná s kmitoþtem stĜídavého proudu [s-1].

65

M1 – jádro elektromagnetu, M2 – vlastní žlab dopravníku, m1 – kotva s pĜídavnou hmotou Obr.7.4 Elektromagnetický budiþ pĜímoþarých kmitĤ Mechanický budiþ samobalanþní pĜímoþarých kmitĤ je tvoĜen masivní skĜíní, v níž jsou valivČ uloženy dva hĜídele opatĜené nevyváženými (debalanþními) závažími a vzájemnČ svázány ozubeným pĜevodem i p = 1 . Debalanþní závaží jsou spolu s hĜídeli fázovány ozubením tak, aby se složky odstĜedivých sil kolmých na osu kmitání vzájemnČ rušily a složky ve smČru kmitání sþítaly. m m Složky odstĜedivé síly 0 .r.ω 2 .cos ωt se ruší, složky 0 .r.ω 2 .sin ωt se sþítají. 2 2 Výsledná odstĜedivá síla v ose kmitání: m F = 2. 0 .r.ω 2 .sin ωt [N] [7.9] 2

Obr.7.5 Princip samobalanþního budiþe kmitĤ

66

Maximální odstĜedivá síla – budící síla – je F = m0 .r.ω 2 [N] kde m0 [kg] - hmotnost všech debalanþních závaží, r [m] – polomČr rotace tČžištČ závaží, Ȧ [rad. s-1] – úhlová rychlost rotace závaží.

[7.10]

Tato síla musí udržet v trvalém kmitavém pohybu s pĜedem zvolenými parametry kmitání (výchylkou, frekvencí, úhlem vrhu) hmotnost dopravníku, budiþe, závČsĤ a materiálu na žlabu.

Obr.7.6 ěez vibraþním elektromotorem Samobalanþní budiþe pĜímoþarých kmitĤ byly již v 60. letech 20. století nahrazovány dvojicí tzv. vibraþních elektromotorĤ (vibromotorĤ). Vibraþní podavaþ s dvojicí vibraþních elektromotorĤ, viz obr.7.7. Jedná se o asynchronní elektromotor s kotvou nakrátko, jehož hĜídel je na obou koncích opatĜen letmo uloženými nevývažky (debalanþními závažími), viz obr.7.6. Uvedeme-li vibromotory do protismČrné rotace dosáhneme stejného efektu jako u výše popsaného samobalanþního budiþe. Vlastní tíha dvojice vibromotorĤ je menší než samobalanþního budiþe, odpadá Ĝemenový pĜevod mezi elektromotorem a budiþem; vibromotory mohou být uloženy nejen nad nebo pod vibraþním žlabem, ale také na jeho boþnicích . Frekvence kmitání je dána volbou elektromotoru (48 Hz, 24 Hz, 12 Hz, 10 Hz), pĜiþemž lze u každého typu elektromotoru mČnit frekvenci kmitání pomocí pĜedĜazeného frekvenþního mČniþe. ZmČnou frekvence kmitání lze mČnit postupovou rychlost materiálu na žlabu a tím i regulovat dopravované množství. Rychlost dopravy bývá v ≤ 0, 45 [m.s-1].

Obr.7.7 Vibraþní podavaþ s dvojicí vibraþních elektromotorĤ

67

Maximální budící síla u pĜímoþaĜe kmitajícího stroje je vyvozena dvČmi vibromotory Fmax = m0 .r.ω 2 [N] [7.11] kde m0 - hmotnost debalanþních závaží obou motorĤ [kg], r – polomČr rotace tČžištČ nevývažkĤ [m], Ȧ – úhlová frekvence kmitání (60÷300) [s-1]. Žlab dopravníku (obr.7.8) a tĜídiþe (obr.7.9) jsou vyrobeny z ocelového plechu. PĜestože princip dopravy i abrazivních materiálĤ je ke žlabu v podstatČ šetrný, vyrábí se dno pro zvýšení životnosti žlabu žebrované, anebo s otČrovými plechy. NejbČžnČjší šíĜky žlabu korespondují se šíĜkami dopravního pásu a jsou tedy 0,8; 1,0; 1,2 a 1,4 m.

Obr.7.8 Žlab vibraþního dopravníku

Obr.7.9 Žlab vibraþního tĜídiþe Hlavní rozmČry vibraþních dopravníkĤ (šíĜka, délka a výška dopravního žlabu) a parametry jejich kmitání uvádí normy ýSN ISO 1049 a ýSN ISO 1815.

PodpČrné nebo závČsné pružiny (vinuté nebo pryžové). PodpČrné nebo závČsné pružiny vibraþního dopravníku umožĖují jeho kmitavý pohyb a souþasnČ brání pĜenosu dynamických sil do okolí. Z toho dĤvodu se snažíme volit tuhost pružin co nejmenší. Tuhost pružin rovnČž urþuje zda bude vibraþní stroj pracovat v oblasti: - podrezonanþní

- rezonanþní

ω < 1, ω0 ω z= = 0,85 ÷ 0,95 , ω0 z=

68

[7.12] [7.13]

ω > 1÷ 5 , ω0 kde Ȧ – pracovní frekvence stroje [s-1], ω = 2 ⋅ π ⋅ f ,

- nadrezonanþní

z=

[7.14]

Ȧ0 – vlastní frekvence stroje [s-1]. PotĜebnou tuhost pružin c urþíme ze vztahu 0,5

§c· ω0 = ¨ ¸ ©m¹ kde m [kg] – hmotnost dopravníku 2 a tedy c = m ⋅ ω0 [N. m-1]. Podle požadované oblasti kmitání urþíme

ω0 =

[7.15]

ω

z Z celkové tuhosti c urþíme tuhost jednotlivých pružin: c c1 = n kde n – poþet podpČrných pružin [-].

[7.16]

[7.17]

7.2 Základy výpoþtu vibraþního dopravníku Stanovení rychlosti dopĜedného pohybu materiálu po vodorovném dopravním žlabu formou mikrovrhu [4] Zrno nebo pĜedmČt položený na kmitající plochu bude pĜejímat promČnlivé zrychlení plochy X ž .ω 2 .sin ωt a pĤsobením tíhy m.g bude do urþité polohy plochy (bod L) ve styku s ní (obr.7.10). V místČ odpoutání, bod L, zrna od plochy bude: m. X ž .ω 2 .sin ωt L .sin β > m.g, [7.18] g ω.t L = arcsin . [7.19] 2 X ž .ω .sin β

Obr.7.10 ZnázornČní kmitající plochy žlabu

69

Nyní mĤžeme urþit okamžitou výchylku plochy odpovídající bodu L v ose kmitání xL = X ž .sin ωt L [m], [7.20] a její prĤmČt do svislého smČru: yL = xL .sin β = X ž .sin ωt L .sin β [m] [7.21] a odtud vyplyne také hodnota tzv. technologického souþinitele X .ω 2 1 .sin β = , [7.22] Kv = ž sin ωt L g který zásadnČ ovlivĖuje technologickou funkci stroje (tĜídiþe, praþky, sušiþky) jak ukážeme dále. V bodČ L opustí zrno (pĜedmČt) kmitající plochu poþáteþní rychlostí vL = X ž .ω.cos ωt L [m.s -1] [7.23] a pohybuje se po vlastní parabolické dráze, zatímco plocha pokraþuje v harmonickém kmitání. Pro urþení dráhy zrna využijeme zákon šikmého vrhu. Nejvyšší dosažený bod dráhy H nad úrovní bodu L, v 2 ⋅ sin 2 β [m], [7.24] h= L 2⋅ g v .sin β þas t H = L [s]. [7.25] g Vodorovná vzdálenost bodu H od bodu L bude: LH = vL .cos β .t H [m]. [7.26] Pro bod paraboly C symetrický podle osy paraboly platí: LC = 2.LH = 2.vL .cos β .t H [m]. [7.27] Parabolická dráha zrna je tedy urþena tĜemi body (L, H, C), teþnou v bodČ L (pod úhlem ȕ) a vodorovnou teþnou v bodČ H. Tím je dáno ohnisko paraboly a parabolu mĤžeme sestrojit. Zrno (pĜedmČt) dopadne zpČt na kmitající plochu v bodČ B, který je prĤseþíkem vrhové paraboly a sinusoidy znázorĖující harmonický kmit plochy (obr.7.11). BČhem jednoho kmitu plochy „poskoþí“ zrno o vzdálenost p = L´B , pĜiþemž bod L´ pĜísluší dopadové poloze plochy (obr.7.10). Délku poskoku p urþíme ze vztahu 1 2 p = ⋅ g ⋅ ( t B − t L ) ⋅ cot g β [m], viz (obr.7.10) [7.28] 2 Urþení doby tB pĜípadnČ tB – tL provedeme graficky, viz obr.7.11. Spojením grafĤ na (obr.7.10) a (obr.7.11) mĤžeme graficky odeþíst délku poskoku. PĜi kreslení obou diagramĤ sjednotíme mČĜítko délek LH , LC a úhlĤ ω.t H , ω.tC následovnČ:

LH ≅ ω.t H [m, rad], ω.t 2.π η ≅ ω.t L , η = L .LH , LH ≅ ω.tH , ξ ≅ 2.π , ξ ≅ .LH ω.t H ω.t H PrĤmČrná dopĜedná rychlost zrna (pĜedmČtu) i materiálové vrstvy (experimentálnČ prokázána) 1 v = f . p. [m. s -1], [7.29] o kde f - frekvence kmitání [Hz],

70

p - délka poskoku [m], o – poþet kmitĤ dopravní plochy pĜipadajících na délku jednoho poskoku zrna. Doporuþuje se o = 1 .

Obr.7.11 Graf znázorĖující kmitání žlabu a délku skoku zrna Dopravní žlab sklonČný k vodorovné rovinČ Dopravní žlab nebo trubka mĤže být k vodorovné rovinČ sklonČn úpadnČ. I zde neuvažujeme složku zrychlení rovnobČžnou s dopravní plochou a pĜedpokládáme, že pohyb zrna je ovládán kolmou složkou zrychlení k dopravní ploše. Analogicky platí X ž .ω 2 .sin ωt L .sin ( β + ε ) > g .cos ε [7.30]

g cos ε . 2 X ž .ω sin ( β + ε ) g.cos ε ωt L = arcsin [rad] X ž .ω 2 .sin ( β + ε ) sin ωt L =

[7.31]

sin ( β + ε )

[m] cosε X .ω 2 .sin ( β + ε ) 1 = ž [7.32] KV = sin ωt L g .cos ε Zrno vykoná opČt pohyb po parabolické dráze a dopadne zpČt na plochu v bodČ B.

xL = X ž .sin ωt L ; yL = xL .

71

Obr.7.12 ZnázornČní kmitající plochy úklonného žlabu

Obr.7.13 Graf znázorĖující kmitání úklonného žlabu a délku skoku zrna Pro délku poskoku platí 72

1 cos ε 2 p = .g . ( t B − t L ) . [m], 2 sin( β + ε ) ýasy t B , ( t B − t L ) urþíme obdobnČ jako v pĜedchozím pĜípadČ. Rychlost dopĜedného pohybu 1 v = f . p. [m.s -1] o

[7.33]

[7.34]

ZjištČná rychlost dopravy materiálu umožĖuje kontrolu dopravní výkonnosti vibraþního dopravníku podle vztahu: Q = 3, 6.B.h.v.ρ s .kϕ [t.h -1] [7.35] kde B - šíĜka dopravované materiálové vrstvy, tedy šíĜka žlabu [m], h – výška materiálové vrstvy [m], v – prĤmČrná dopravní rychlost [m.s -1], ȡs – sypná hmotnost [kg.m -3], kij – souþinitel plnČní dopravníku [-], kϕ = 0, 6 ÷ 0, 7 . PotĜebný výkon elektromotoru budiþe nebo obou vibrátorĤ P + PB P = (1,15 ÷ 1, 2 ) ⋅ W [kW] 1000 ⋅η kde Ș – souþinitel úþinnosti Ĝemenového pĜevodu a vibromotorĤ [-]. Výkon pro ztráty v ložiskách d PB = mo ⋅ r ⋅ ω 2 ⋅ µþ ⋅ ⋅ ω [W] 2 kde ȝþ – souþinitel tĜení valivého uložení hĜídelí [-], d – prĤmČr valivého uložení hĜídelí [m].

ýinný výkon 1 Pw = .k . X ž2 .ω 2 [W], 2 kde k – konstanta tlumení [N.s.m-1].

[7.36]

[7.37]

[7.38]

73

8. Dopravní tratČ Váleþkovou traĢ (obr 8.1) tvoĜí soustava váleþkĤ otoþných kolem os uložených v rámu a kolmých na smČr dopravy. Váleþková traĢ je pĜímá (obr.8.2) nebo oblouková (obr.8.3). V druhém pĜípadČ jsou váleþky nahrazeny valivými konickými tČlesy, jejichž povrchové pĜímky leží v rovinČ trati a osy jsou kolmé na dráhu pohybu dopravovaných materiálĤ. Váleþkové tratČ jsou souþástmi výrobních linek nebo tvoĜí samostatné dopravní linky v rámci vnitropodnikové dopravy. Slouží výhradnČ k pĜepravČ kusového materiálu. Váleþky se vyrábČjí v normalizovaných prĤmČrech a délkách, viz tab.8.1. Pohyb pĜedmČtĤ na váleþkové trati se realizuje buć vlastní tíhou (pĜi dopravČ úpadní) nebo jsou váleþky pohánČny a tažnou silou je tĜení mezi váleþky a pĜedmČty. Pohon váleþkĤ je skupinový (urþitý poþet váleþkĤ je pohánČn spoleþným motorem) nebo jsou váleþky vybaveny samostatnými motory. NČkteré firmy nabízí váleþky s vestavČnými asynchronními elektromotorky, tedy tzv. elektrobubny.

Obr.8.1 Váleþková traĢ

Obr.8.2 PĜímá váleþková traĢ

74

Obr.8.3 Oblouková váleþková traĢ Tabulka 8.1 Normalizované rozmČry váleþkĤ PrĤmČr váleþku [mm] 60 70 89 Délka váleþku [mm] 400 500 650

108 800

133

8.1 Váleþkové tratČ gravitaþní Váleþkové tratČ gravitaþní (obr.8.5) mají jednoduchou a lehkou konstrukci. ýasto se jich používá k dopravČ výrobkĤ a polotovarĤ od jednoho pracovištČ k druhému nebo do meziskladu apod. Váleþkové tratČ gravitaþní se doplĖují o pĜepravní linky z jiných dopravníkĤ. Vzdálenost váleþkĤ se volí tak, aby pĜedmČt spoþíval vždy nejménČ na dvou váleþcích a bývá obvykle 1/3 až 1/5 délky dopravovaného pĜedmČtu. PĜi výpoþtu váleþku se pĜedpokládá, že jeden váleþek je zatížen 70% hmotnosti pĜedmČtu. 8.1.1 Výpoþet váleþkové gravitaþní trati PĜedmČty se na váleþcích pohybují pĤsobením složky vlastní tíhy do smČru pohybu (obr.8.4). Úhel sklonu váleþkové trati je nutno stanovit tak, aby bylo dosaženo žádaného pohybu: rovnomČrného s konstantní rychlostí nebo rovnomČrnČ zrychleného.

Obr.8.4 Váleþková traĢ gravitaþní

75

Pro pohyb pĜedmČtĤ na váleþkové trati platí obdobná rovnice jako u skluzu nebo žlabu. d2x [8.1] m ⋅ 2 + m ⋅ g ⋅ cos ε ⋅ w − m ⋅ g ⋅ sin ε = 0 dt kde: m – hmotnost dopravovaného pĜedmČtu [kg] g – gravitaþní zrychlení [mÂs -2] ε - úhel sklonu gravitaþní váleþkové tratČ [deg] w - souþinitel odporu proti pohybu [-] Zpravidla vyžadujeme pohyb konstantní rychlostí, pak: d 2x m ⋅ 2 = 0 , tgε = w dt

[8.2]

Síla na pĜekonání odporu proti pohybu F má dvČ složky F = F1 + F2 1. Odpor valivého a þepového tĜení váleþkĤ µ ⋅d F1 = m ⋅ g ⋅ cos ε .w + z ⋅ mv ⋅ g ⋅ þ þ [N] [8.3] Dv kde: ȝþ - souþinitel þepového tĜení (0,02) [-] mv - hmotnost rotujících þástí váleþku [kg] z - poþet váleþkĤ pod pĜedmČtem [-] w – souþinitel odporu proti pohybu [-] urþený dle rovnice [5.8], kde dþ je prĤmČr osy [m] a Dv prĤmČr váleþku [m].

2. Odpor zpĤsobený ztrátou energie pĜedmČtu po najetí na stojící váleþek Po najetí pĜedmČtu na váleþek, který byl dosud v klidu uvede se tento do rotace v dĤsledku smykového tĜení mezi pĜedmČtem a váleþkem. Obvodová rychlost váleþku vzroste pĤsobením tĜecí síly z nuly na prĤmČrnou rychlost pĜedmČtu na trati. PĜi nájezdu pĜedmČtu na váleþek dochází ke ztrátČ energie zpĤsobené - nárazem pĜedmČtu na vrchol váleþku, což je zpĤsobeno rozdíly v uložení os váleþkĤ nebo nerovnou plochou pĜedmČtu - vzhledem k nestejným rychlostem váleþku a pĜedmČtu dochází k prokluzu a tedy tĜení, které spotĜebuje þást energie pohybujícího se pĜedmČtu - další þást kinetické energie pĜedmČtu se spotĜebuje na uvedení váleþku do rotace PĜedpokládáme, že tyto ztráty jsou rovny dvojnásobné kinetické energie rotujícího váleþku, tedy: z ⋅ J ⋅ ω 2 = F2 ⋅ l [8.4] kde: J – hmotný moment setrvaþnosti rotujících þástí váleþku [kg.m 2] ω - úhlová rychlost váleþku [rad.s -1] l tv – rozteþ váleþkĤ [m], tv = z l – délka pĜedmČtu [m]

76

Celková síla potĜebná na pĜekonání odporu proti pohybu: µ ⋅ d J ⋅ω2 F = m ⋅ g ⋅ cos ε ⋅ w + z ⋅ mv ⋅ g ⋅ þ þ + [N] Dv tv

[8.5]

Hnací silou je složka tíhy pĜedmČtu pĤsobící ve smČru dopravy, tj. m ⋅ g ⋅ sin ε : m ⋅ g ⋅ sin ε = m ⋅ g ⋅ cos ε ⋅ w + z ⋅ mv ⋅ g ⋅

µþ ⋅ d þ Dv

+

J ⋅ω2 tv

[8.6]

PodČlíme-li rovnici tíhou pĜedmČtu m.g dostaneme mezní úhel sklonu trati: sin ε = w.cos ε + z ⋅

mv µþ ⋅ d þ J ⋅ω 2 ⋅ + m Dv m ⋅ g ⋅ tv

[8.7] v0 + vk ω= Dv Úhly sklonu gravitaþních váleþkových tratí jsou pomČrnČ malé a mĤžeme tedy považovat cos ε ∈ (1 ÷ 0,95) pak: [8.8] sin ε tgε = w kde w je souþinitel odporu proti pohybu pĜedmČtu po váleþkové trati [-]. Analogicky jako u pohybu po skluzu pak mĤžeme urþit rychlost pohybu pĜedmČtu na váleþkové trati a její koneþnou velikost podle vztahu 0,5

vk = ª¬ 2.g .l. ( sin ε − cos ε ⋅ w ) + v0 2 º¼ [m.s -1]

Obr.8.5 Váleþková traĢ gravitaþní

77

[8.9]

8.2 Váleþkové tratČ pohánČné Rozeznáváme dva druhy pohánČných váleþkových tratí. První dopravuje pĜedmČty mezi pracovišti na delší vzdálenosti. Jejich funkce je vyslovenČ dopravní. Druhý typ zajišĢuje dopravní manipulaci v tČsné blízkosti pracovního stroje, napĜ. válcovací stolice. Funkce váleþkové trati musí být pak tČsnČ vázána na pĜedepsaný technologický postup, tyto tratČ jsou nazývány pracovní.

Obr.8.6 Individuální pohon váleþku váleþkové tratČ

Obr.8.7 Skupinový pohon váleþkové tratČ váleþkovými ĜetČzy 8.2.1 Výpoþet pohánČné váleþkové trati Je nežádoucí pĜílišné klouzání dopravovaného bĜemene po váleþcích pohánČné váleþkové trati, velikost zrychlení tedy omezíme podmínkou: G G b .µ = m.a = b .a Ÿ a = µ.g [m.s-2] [8.10] g kde Gb – tíha dopravovaného bĜemene [N] m – hmotnost dopravovaného bĜemene [kg]; g – tíhové zrychlení [m.s-2]; a – zrychlení pohybu [m.s-2]. Uvedená rovnice platí jen tehdy, je-li Gb zároveĖ adhezní tíhou a to platí tehdy, jsou-li všechny váleþky pohánČny.

78

Obr.8.8 Schéma rozložení tíhy bĜemene na váleþcích pohánČné váleþkové trati Na základČ obr.8.8 je možno stanovit adhézní rovnici. NejvČtší úhlové zrychlení váleþku ε musí být 2.a a µ.g ε= = = [8.11] Dv R v R v PĜi výpoþtu výkonu elektromotoru musíme vycházet z této podmínky a uvažovat tedy vliv dynamických úþinkĤ. ZábČrový toþivý moment musí pĜekonat jednak momenty statických odporĤ (tĜení apod.) a jednak momenty dynamického charakteru M max = M s + M d [8.12]

ª G .k º 1 M s = « b . ( e + R v ) + m v .g. µ þ . rþ » . ¬ z ¼ ip

[8.13]

Momenty statických odporĤ redukovaných na hĜídel motoru jsou dány souþtem momentu valivého a momentu þepového tĜení, viz obr.8.9 vztahem: M v = ¦ G.e = G b .e [8.14] M þ = ¦ G.

dþ r .µ þ = G b . þ .µ þ Dv Rv

[8.15]

79

G b .k , kde souþinitel k vyjadĜuje vliv nerovnomČrného z rozložení tíhy bĜemene na váleþky. Souþinitel k >1 a jeho hodnotu je nutno vždy pĜípad od pĜípadu vyšetĜit. PĜevodový pomČr mezi váleþkem a elektromotorem je oznaþen ip.

Zatížení jednoho váleþku

Moment potĜebný k urychlení þásti hmoty dopravovaného bĜemene, pĜipadající na 1 váleþek (posuvný pohyb) je dán vztahem G 1 M d1 = b .k. .µ.g.R v [8.16] z g je-li µ.g = ε.R v , pak platí (pĜi redukci na hĜídel elektromotoru) G 1 M d1 = b .k.ε v .R 2v . [8.17] z.g ip

Obr.8.9 Schéma vlivu valivého a þepového tĜení

Momenty potĜebné k urychlení hmotnosti hnaných þástí váleþkĤ se urþí známým zpĤsobem: 1 M d 2 = I v .ε v . [8.18] ip Moment potĜebný k urychlení rotoru elektromotoru M d3 = I m .ε m = I m .i p .ε v max [8.19] Moment potĜebný k urychlení otáþejících se þástí pĜevodového ústrojí, který se obvykle nepoþítá a jeho vliv se vyjadĜuje souþinitelem 1,2 kterým se násobí moment Md3. Pak celkový dynamický moment: M d = M d1 + M d2 + M d3 + M d 4

[8.20]

80

Maximální moment ª G .k º 1 M max =M st +M d = « b . ( e+µ þ .rþ ) +m v .g.µ þ .rþ » . + ¬ z ¼ ip

G 1 1 + b .k.ε v .R v2 . + I v .ε v . + 1, 2.I m .ε m z.g ip ip M max =F.

Dv M =F.R v Ÿ F = max 2 Rv

[8.22]

Jmenovitý výkon motoru pak bude ʌ.n 1 P=M max . m . 30 Ș.ȥ kde nm – jmenovité otáþky elektromotoru [min-1] η - celková mechanická úþinnost pĜevodového ústrojí;

ψ=

[8.21]

[8.23]

M max = (1,75 ≈ 2,5) - pomČr maximálního a jmenovitého momentu elektromotoru. Mm

81

9. Doprava vlastní tíhou PĜi dopravČ vlastní tíhou se k pohybu materiálu na stacionárních (nepohyblivých) skluzech a žlabech, využívá sinusové složky tíhy materiálu, (obr.9.1). Doprava je možná pouze s vyšší na nižší úroveĖ, principiálnČ se jedná o pohyb na naklonČné rovinČ (skluzu). Žlab je ve srovnání se skluzem opatĜen boþnicemi, které zajišĢují vČtší dopravní prĤĜez a možnost zakrytí proti prášení. Dopravní rychlost na skluzu (žlabu) závisí na souþiniteli vnČjšího tĜení dopravovaného materiálu po ploše skluzu (žlabu) a úhlu naklonČní. ZmČnou tČchto parametrĤ lze rychlost regulovat. 9.1 Jednoduché a lomené skluzy

Obr.9.1 Jednoduchý skluz Materiál skluzu a žlabu bývá otČruvzdorná ocel nebo keramické obklady styþných ploch. ZaĜízení je nenároþné na údržbu. Odvození pohybové rovnice na jednoduchém skluzu (žlabu)

a) skluz

b) žlab Obr.9.2 PĜíþný prĤĜez

Pro pohyb zrna neschopného rotace na naklonČné rovinČ platí: d 2x m. 2 + m.g .cos ε .µ − m.g .sin ε = 0 dt 82

[9.1]

kde m – hmotnost zrna [kg] İ – úhel naklonČní skluzu (žlabu) [deg] ȝ – souþinitel vnČjšího tĜení [-], ȝ = tg Ȟ, kde Ȟ – úhel vnČjšího tĜení [deg]. Z rovnice [9.1] vyplývá, že zrychlení pohybujícího se zrna d 2x m. 2 = g . ( sin ε − µ .cos ε ) dt Integrací získáme vztah pro rychlost dx = v = g .t. ( sin ε − µ .cos ε ) + C1 dt

[9.2]

Integraþní konstantu C1 stanovíme z poþáteþních podmínek, pro t = 0 je v = v 0 tedy C1 = v 0 , kde v0 je poþáteþní rychlost zrna na skluzu, pak

v = g.t. ( sin ε − µ .cos ε ) + v0 [m. s-1]

[9.3]

Integrací dostaneme výraz pro dráhu g .t 2 .(sin ε − µ .cos ε ) + v0 .t + C2 = L x= 2 Z poþáteþních podmínek t = 0 je x = 0 tedy C2 = 0 g .t 2 x= .(sin ε − µ .cos ε ) + v0 .t + C2 = L 2

[9.4]

VyjádĜením þasu t z rovnice [9.4] a dosazením do rovnice [9.3] získáme vztah pro vyjádĜení dráhy a rychlosti v závislosti na úhlu sklonu skluzu a souþiniteli vnČjšího tĜení ȝ (bez parametru þasu).

v = ª¬ 2.L.g . ( sin ε − µ .cos ε ) + v02 º¼

0,5

[mÂs -1]

v 2 − v02 1 L= . [m] 2.g sin ε − µ .cos ε kde: v0, v – poþáteþní a koneþná rychlost zrna na skluzu [m.s -1] L – délka skluzu [m] g – gravitaþní zrychlení [m.s -2]

[9.5] [9.6]

Rovnice byly odvozeny pro pohyb rotace neschopného zrna po ploše skluzu. Lze je využít i pro pohyb materiálové vrstvy ohraniþené parabolou podle (obr.9.2,a). V praxi je používán žlab (obr.9.2,b). Ke tĜení materiálu dochází nejen o dno žlabu, ale také o jeho boþnice. K urþení odporu (tĜecí síly) proti pohybu materiálové vrstvy na boþnicích využijeme Rankineova vztahu pro urþení horizontálního tlaku (obr.9.3): h σ 2 = k. .ρ s .g [N. m -2] [9.7] cos ε kde: k – souþinitel boþního tlaku 1 − sin ϕ k= 1 + sin ϕ [9.8] kde: ij – úhel vnitĜního tĜení sypkého materiálu [deg], ȡs – sypná hmotnost [kg. m-3].

83

Obr.9.3 Jednoduchý žlab Výsledný odpor proti pohybu materiálu ve žlabu na boþnicích σ h K = 2. 2 .h.L.µ = k . .ρ s .h.L.µ .g [N] 2 cos ε

[9.9]

Pohybová rovnice bude mít tvar d 2x h2 .µ − m.g .sin ε = 0 [9.10] m. 2 + m.g .µ .cos ε + k .ρ s .g .L. dt cos ε VyjádĜíme-li hmotnost materiálové vrstvy ve žlabu m = B.h.L.ρ s a podČlíme-li jí rovnici [9.10] dostaneme po úpravČ d 2x h § · m. 2 = g. ¨ sin ε − µ .cos ε − k . .µ ¸ [9.11] dt B.cos ε ¹ © Analogicky dostaneme vztah pro rychlost 0,5

h ª º § · v = « 2.g.L. ¨ sin ε − µ .cos ε − k . .µ ¸ + v02 » [m. s -1]. B.cos ε ¹ © ¬ ¼

[9.12]

Rovnici [9.12] lze psát ve tvaru: 0,5

v = ª¬ 2.g .L. ( sin ε − w ) + v02 º¼ [m. s -1],

[9.13]

k .h · § kde w = µ . ¨ cos ε + ¸ - celkový odpor proti pohybu materiálové vrstvy ve žlabu [-]. B.cos ε ¹ ©

9.2 Skluzy a žlaby lomené Skluzy a žlaby mohou být používány ve formČ tzv. lomených skluzĤ a žlabĤ viz (obr.9.4) v pĜípadČ velkých výškových rozdílĤ dopravních úrovní a požadavku omezení koneþné rychlosti na spodní úrovni.

84

Obr.9.4 Lomený žlab Rychlosti v lomeném skluzu vyjádĜíme následovnČ 0,5

v = ª¬ 2.g .L1. ( sin ε1 − w1 ) + v02 º¼ [m. s -1], 0,5

vk = ª¬ 2.g .L2 . ( sin ε 2 − w2 ) + v / 2 º¼ [m. s -1], [9.14] kde v / = c.v.cos ( ε1 − ε 2 ) [m. s -1] c – souþinitel, vyjadĜující ztrátu rychlosti pĜi pĜechodu z jednoho úseku žlabu na druhý, bývá c = 0, 9 ÷ 0,95 . Poþáteþní rychlost v0 bude záviset na zpĤsobu pĜivádČní materiálu na žlab. Dopravní kapacitu (propustnost) skluzu nebo žlabu Q kontrolujeme podle vztahu: Q = 3, 6.S .vmin .ρ s .kϕ [t. h -1] [9.15] 2 kde S – prĤĜez dopravované materiálové vrstvy [m ], vmin – nejmenší rychlost materiálu na skluzu nebo žlabu [mÂs -1], kij – souþinitel plnČní skluzu, žlabu kϕ = 0, 45 ÷ 0, 65 .

9.3 Skluzy a žlaby šroubové Šroubovicový skluz (žlab) je skluz (žlab) s dopravní dráhou vytvoĜenou na šroubové ploše, (obr.9.5). Šroubovice je uložená ve svislé rouĜe o stoupání h. Úhel stoupání šroubového skluzu (žlabu) h tgε = ≥ tg µ [9.16] 2.π .Rs kde Rs – polomČr šroubového žlabu [m], h – stoupání šroubovice [m].

85

Obr.9.5 Šroubovicový skluz PolomČr šroubovicového žlabu Rs nabývá hodnot Rmin (vnitĜní polomČr žlabu) a Rmax (vnČjší polomČr), viz (obr.9.6) úhel stoupání na obvodu šroubovice Rmax bývá 20 ÷ 25° . Rychlost dopravy ve šroubovicových žlabech by nemČla pĜesáhnout 2 m.s -1 s ohledem na prašnost a opotĜebení žlabu, zvláštČ vnČjší boþnice žlabu, která zachycuje odstĜedivou sílu pohybujícího se materiálu.

Obr.9.6 Žlab šroubovicového skluzu

9.4 Doprava ve spádových potrubích Spádové potrubí svČtlosti J s = 300 ÷ 400 [mm] je tvoĜeno sekcemi zpravidla 3 m dlouhými, provedenými z plechu nebo plastu. Je nejjednodušším dopravním zaĜízením pro svislou nebo úpadní dopravu. Padající sypký materiál dosahuje pĜi vČtších dopravních 0,5

dráhách znaþných rychlostí 4. ( h ) , proto se ve spodní þásti instalují tzv. tlumící skĜínČ pro zachycení kinetické energie padajícího materiálu. Nevýhodou je silné opotĜebení potrubí, degradace materiálu a prašnost.

86

10. Doprava v potrubí Doprava v potrubí (ve zvláštních pĜípadech v korytech nebo žlabech) je doprava sypkých materiálĤ pomocí nosného média, kterým je v obecném pĜípadČ kapalina (doprava hydraulická) nebo plyn (doprava pneumatická). 10.1. Hydraulická doprava Hydraulická doprava se uskuteþĖuje proudČním kapalné fáze, která unáší pevnou fázi. Pohyb kapalin je obvykle spojen s víĜivým pohybem vodních þástic, které jsou schopny nadnášet a unášet pevné þástice ve smČru proudČní kapaliny. V pĜírodČ je to jev neustále se opakující na vodních tocích. ýím vČtší je rychlost proudČní, tím vČtší objem þástic je vodní proud schopen pojmout a dopravovat. Využívání hydraulické dopravy je ovlivnČno vlastnostmi systému, které mohou být kladné a nebo záporné. Ke kladným je možno poþítat velký dopravní výkon a jednoduchost technologického zaĜízení. Dále je významným faktorem ekologiþnost provozu a možnost vést dopravní potrubí v zastavČných aglomeracích. V neposlední ĜadČ je mezi kladné vlastnosti nutno uvést pĜíznivé ekonomické parametry a relativnČ snadnou automatizaci provozu. Negativní dĤsledky vyplývají z faktu, že materiál je v kontaktu s kapalinou a musí se oddČlit a eventuelnČ i sušit. Jemné materiály se oddČlují obtížnČ. Kapalina se musí þerpat zpČt, jestliže jde o uzavĜený okruh, nebo je nutno kapalinu vyþistit od pĜímČsí materiálĤ, pokud se vrací do vodního toku. RovnČž riziko úniku smČsi pĜi havárii potrubí je velké. Další negativní vlastností pĜinášející riziko poruch je zimní provoz. Použití hydraulické dopravy se zvažuje pĜípad od pĜípadu a ekonomická rozvaha je vždy na místČ. 10.1.1. Systémy hydraulické dopravy DČlení hydraulické dopravy je možno provést z nČkolika hledisek. Podle provozního tlaku dČlíme hydraulickou dopravu na: - samospádovou, - tlakovou - podtlakovou - pĜetlakovou. Samospádová doprava je doprava gravitaþní, realizovaná ve žlabech, korytech nebo potrubích s volnou hladinou. Podtlaková doprava je dopravou na krátké vzdálenosti, kdy smČs kapaliny a pevné fáze proudí z míst s normálním tlakem do míst s tlakem menším (podtlakem) vyvolaným jednostupĖovým þerpadlem nebo ejektorem. PĜetlaková doprava je doprava na vČtší a velké vzdálenosti (desítky kilometrĤ), kdy pĜetlak se získává vysokotlakými þerpadly odstĜedivými nebo þerpadly pístovými ve spojení s dávkovaþi. Je zĜejmé, že tlakovou dopravu (pĜetlakovou i podtlakovou) lze realizovat pouze v potrubích. Dopravní vzdálenosti dosažitelné hydraulickou dopravou jsou veliké (pĜes 100 km), pracovní tlaky až 15 MPa, dopravní pĜevýšení až 800 m. DČlení podle obČhu provozní kapaliny pĜedstavuje: - dopravu v uzavĜeném okruhu, - dopravu v otevĜeném okruhu,

87

V uzavĜeném okruhu kapalina cirkuluje, v otevĜeném okruhu se voda nevrací a po vyþištČní odchází do odpadu. Na vstupu se musí dodávat voda nová. OtevĜený okruh vyžaduje dostateþný zdroj kapaliny. DČlení podle technologického zaĜízení: - doprava bagrovacími(kalovými) þerpadly, - doprava odstĜedivými vysokotlakými þerpadly a dávkovaþi, - doprava ejektory (hydroelevátory), - doprava pístovými þerpadly, - doprava v kontejnerech. Doprava jednostupĖovými (dvoustupĖovými) bagrovacími þerpadly je nejjednodušší zpĤsob dopravy. ýerpadla nasávají pĜímo smČs kapaliny a materiálu, podmínkou je menší zrnitost materiálu než je prĤmČr kanálu obČžného kola þerpadla. Nevýhodou je malá dopravní výška, malá životnost þerpadla a malá úþinnost. PĜichází v úvahu na krátké vzdálenosti. Doprava pomocí dávkovaþĤ a vysokotlakých þerpadel je složitČjší, ale dopravní výška je až 800 m a pokud se použijí pístová þerpadla,tak ještČ vyšší. Používá se pro dopravu na stĜední a dlouhé dopravní vzdálenosti. Zrnitost materiálu musí odpovídat dopravČ bagrovacími þerpadly, kterými se obvykle plní komory dávkovaþe. Ten bývá dvoukomorový nebo tĜíkomorový a pracuje na principu stĜídavého plnČní smČsí kapaliny a pevné látky a následného proplachování komor vysokotlakou kapalinou. Vysokotlaká kapalina se v podstatČ nedopravuje, slouží k vytlaþování obsahu komor do dopravního potrubí. Schéma trubkového dávkovaþe je na obr.10.1.

Obr.10.1 Schéma trubkového dávkovaþe Doprava ejektory se používá na krátké vzdálenosti. Ejektory (jinak proudová þerpadla) jsou zaĜízení jednoduchá, nenároþná na údržbu, ale s velmi malou úþinností do 20%. ýerpadla pístová a plunžrová se používají pro dálkovou dopravu velmi hustých jemnozrnných smČsí napĜ. suspenzí uhlí, popílkĤ apod. Protože obdobnČ jako u bagrovacích þerpadel prochází smČs þerpadlem vþetnČ uzavíracích ventilĤ, není vhodné takto dopravovat abrazivní materiály. Pístová þerpadla se vyrábČjí horizontální i vertikální, dvou a tĜípístová. Zvláštním pĜípadem hydraulické dopravy je doprava silnČ zahuštČných suspenzí jako jsou bahno, Ĝídké kaše, malty, betony, pasty, plastické gely apod., které se chovají jinak než kapaliny (nenewtonovská kapalina). K vyvození tlaku se používají pístová þerpadla. Doprava tČchto suspenzí se realizuje na kratší vzdálenosti, potrubí jsou menších prĤmČrĤ a

88

dopravovaná množství jsou malá. Provozní tlaky jsou však vysoké do 15 MPa k pĜekonání relativnČ vysokých dopravních ztrát a geodetických výšek. Na obr.10.2 je schematicky uveden pĜíklad gravitaþní a tlakové hydraulické dopravy. Jde o skuteþný pĜípad hydraulické základky užívané v urþitém þasovém období i v našem uhelném prĤmyslu. Je obecnČ známo, že ke zmírnČní škod vzniklých z poddolování povrchových objektĤ se používá zakládání vyrubaných prostor odpadní horninou. V uvedeném pĜípadČ jde o zakládání vytČženým kamenem, který se po oddČlení ze surového uhlí dopraví pásovým dopravníkem (1) na tĜídící rošt (2). Nadsítné je drceno v drtiþi (3) na výslednou zrnitost 0÷60mm a spoleþnČ s propadem roštu je splavováno pĜivádČnou vodou z násypky (4) potrubím (5 a 7) do vyrubaných prostor v dole. Další postup smČsi je jen symbolicky naznaþen, ale v podstatČ je konec potrubí postupnČ smČrován do vyrubaného prostoru (uhelný porub, ze kterého je vytČženo uhlí), kde kámen zĤstává a voda odtéká odvodĖovacím potrubím do jímky (11) v nejnižším místČ úseku. Bagrovacím þerpadlem (12) je voda þerpána do jímky (14) na povrchu, která po doplnČní ztrát slouží jako zdroj pro splavování. Jde tedy o dopravu v uzavĜeném okruhu. Podtlaková hydraulická doprava je prakticky bezvýznamná.

Obr.10.2 Schéma gravitaþní a tlakové dopravy

89

PodobnČ, jako je možno dopravovat materiál do dolu, lze dopravovat materiál z dolu na povrch. Lze k tomu použít bagrovacích þerpadel nebo vysokotlakých þerpadel s dávkovaþem. Taková schémata jsou zobrazena na obr.10.3, obr.10.4 a obr.10.5. Podstatná je úprava dopravovaného materiálu na pĜijatelnou zrnitost, obvykle 0÷60mm. Slouží k tomu tĜídící síto a drtiþ (10 a 11). Jímka se specielnČ upraveným dnem (1) se nazývá bagrovací podle typu þerpadla, které smČs nasává (2) a potrubím (4) dopravuje na povrch do úpravny. Soustava odvodĖovacích sít nerost roztĜídí (7 a 8) podle velikosti zrn a voda se svádí do kalových jímek (6) VyþeĜená voda se dále technicky využije.

Obr.10.3 Schéma hydraulické dopravy bagrovacím þerpadlem z dolu na úpravnu

Obr.10.4 Schéma dopravy dávkovaþem

90

Obr.10.5 Schéma dopravy bagrovacími þerpadly, zapojenými v sérii Dopravní výška je malá, protože bagrovací þerpadlo mĤže být maximálnČ dvoustupĖové. VČtší dopravní výšky lze dosáhnout zapojením podle obr.10.5 nebo využitím dávkovaþe podle obr.10.4. Zde je ovšem zdrojem tlakové vody vysokotlaké odstĜedivé nebo pístové þerpadlo. Schéma komorového dávkovaþe je zobrazeno na obr.10.6. Jde pouze o symbolické znázornČní, ale dobĜe rozeznatelné jsou jednotlivé provozní fáze: plnČní, vyrovnání tlaku a vyprázdnČní pĜes smČšovací komoru (8) do potrubí. Dávkovaþ je soumČrný podle svislé osy, komory pracují stĜídavČ a jsou plnČny odmČrným podavaþem (5). Doprava v kontejnerech se u hydraulické dopravy zatím nepoužívá, je však teoreticky možná. Výhody kontejnerové dopravy spoþívají v tom, že se snadno dosáhne vysoké dopravní koncentrace, menších nákladĤ na energii a rovnČž separace na konci potrubí probíhá snadnČji. K nevýhodám pĜedevším patĜí nutnost ukládat materiál do kontejnerĤ a komplikace pĜi jejich zavádČní do potrubí. V potrubí je tak dlouhá Ĝada kontejnerĤ, jejichž pohyb zajišĢuje proudČní kapaliny (voda, nafta apod.) Tvar kontejnerĤ je rĤzný: kulový, válcový, doutníkový, kuželový. Kontejnery mohou být vyrobeny z rĤzných pevných materiálĤ nebo jsou lisovány pĜímo z dopravovaného materiálu. Je také možno pro snížení pasivních odporĤ opatĜit kontejnery podvozky.

91

Obr.10.6 Schéma komorového dávkovaþe. Kontejnerová doprava je v souþasné dobČ dobĜe teoreticky propracována pro proudČní v potrubí malých prĤmČrĤ, kde nosné medium je tvoĜeno vodou a úspČšnČ probČhly pokusy s dopravou kontejnerĤ v naftovodech. Každému návrhu kontejnerové dopravy pĜedchází rozsáhlá laboratorní mČĜení. 10.1.2 Základy výpoþtu hydraulické dopravy Pro výpoþet hydraulické dopravy si nejprve ujasnČme nČkteré teoretické poznatky o proudČní a chování materiálu v kapalinách. PĜi sledování pohybu pevných þástic v potrubí v závislosti na rychlosti proudČní kapaliny lze pozorovat nČkolik fází pohybu pevných þástic. Je-li rychlost kapaliny nulová, pevné þástice jsou usazeny na spodní stČnČ potrubí. PĜi postupném zvyšování rychlosti nenastává okamžitČ i pohyb pevných þástic, nýbrž tyto se zaþnou pohybovat až od urþité rychlosti. Pohyb þástic se zaþíná pomalým pĜevalováním po jiných þásticích, které byly až dosud v klidu, dále pohyb pĜechází v malé skoky (pohyb saltací). PĜi této rychlosti dochází k vytvoĜení lavic (nánosĤ). VytvoĜená lavice zúží prĤĜez potrubí, proto se nad ní zvýší rychlost a þástice jsou udržovány ve vznosu. Lavice se pĜevalují a mČní polohu. S rostoucí rychlostí se lavice zmenšují až pĜi kritické rychlosti se dostávají všechny þástice do vznosu a jsou unášeny proudem kapaliny. Tímto stavem je definována tzv. kritická rychlost, tj.rychlost pĜi které zaþíná usazování þástic a tvorba nánosĤ na spodním dnČ potrubí, tedy je to zároveĖ nejnižší možná provozní rychlost. Tato rychlost je odvozena v závislosti na mnoha dalších veliþinách, a je tím vČtší, þím vČtší a tČžší jsou þástice dopravovaného materiálu.

92

Mechanizmus vznášení pevných þástic v horizontálním potrubí pĜi turbulentním režimu proudČní (pĜi nadkritické rychlosti) nebyl dosud uspokojivČ matematicky vyĜešen, proto pro urþení kritické rychlosti existují empiricky stanovené vztahy, které obvykle platí v urþitých podmínkách. PĜi projektování hydraulické dopravy je údaj o kritické rychlosti velmi dĤležitý. Provozní dopravní rychlost se volí a udržuje pĜibližnČ 10% vyšší než je vypoþtená kritická rychlost pro dané podmínky. PĜi poklesu rychlosti ke hranici kritické rychlosti hrozí postupné, až úplné zanesení potrubí a zastavení prĤtoku. Tento stav pĜedstavuje havárii dopravního systému. Na druhé stranČ rychlost výraznČ vyšší než kritická znamená sice provozní jistotu, ale vyšší ztráty tĜením a vyšší opotĜebení þerpadel, potrubí a armatur. Dvoufázové proudČní v potrubí (kapalina a voda) je matematicky i fyzikálnČ složitý problém. PĜesto je zapotĜebí stanovit základní veliþiny (s postaþující pĜesností), aby mohla být projektována technologická zaĜízení. Mezi základní veliþiny, které definují parametry hydraulické dopravy poþítáme: Qsm - objemové množství smČsi [m3.h-1], Qm - objemové množství materiálu [m3.h-1], Qo - objemové množství kapaliny[m3.h-1]. Platí vztah: Qsm = Q m + Qo vsm - dopravní rychlost smČsi v potrubí [m.s-1] o prĤmČru D [m].

[10.1]

Platí vztah: vsm =

Qsm [m.s-1] 900.π .D 2 vkr - kritická rychlost smČsi v potrubí [m.s-1].

[10.2]

Doporuþený vztah: vsm ≥ 1,1.v kr cv - objemová (dopravní) koncentrace materiálu ve smČsi [-].

[10.3]

Qm Qm = [10.4] Qsm Qm + Qo Q (1 − c v ) Qo = m [10.5] cv PonoĜením materiálu do kapaliny vznikne smČs definovaná objemovou koncentrací cv. Koncentrace objemová je vyjádĜena jako pomČr objemu pevné fáze k objemu smČsi na rozdíl od koncentrace hmotnostní, což je pomČr hmotnosti pevné fáze k hmotnosti smČsi. PomČr hmotnosti nebo objemu pevné fáze a hmotnosti nebo objemu kapaliny ve smČsi se jmenuje konzistence (objemová nebo hmotnostní). Koncentrace objemová, definovaná podle ýSN 011320, se oznaþuje c nebo cv a používá se jako obecný pojem (bez udání další specifikace) v % nebo jako desetinné þíslo. Nulová koncentrace pĜedstavuje þistou kapalinu, koncentrace blízká jedniþce znamená silnČ zahuštČnou smČs (suspenzi). Ve výpoþetních vztazích se dále vyskytují vztahy pro: v .D [-], [10.6] Reynoldsovo þíslo Re = sm Platí vztahy: cv =

γ

kde γ - kinematická viskozita [m2. s-1]. Froudovo þíslo Fr =

vsm

[-]. g.D mČrné hmotnosti ρm, ρo, ρsm materiálu, kapaliny a smČsi [kg. m-3].

93

[10.7]

VyjádĜení koncentrace pomocí mČrných hmotností: ρ − ρo cv = sm ρ m − ρo

[10.8]

Dopravní rychlost je rychlost smČsi v potrubí. ýástice pevné fáze se mĤže pohybovat rĤzným smČrem. Svisle dolĤ sedimentaþní rychlostí (pĤsobení vlastní tíže þástice), svisle vzhĤru rychlostí vznosu a pokud jsou obČ rychlosti v rovnováze, pohybuje se þástice ve smČru proudČní kapaliny. Rychlost proudČní kapaliny je pro hydraulickou dopravu dĤležitou veliþinou, jak bylo vysvČtleno u pojmu kritická rychlost. Rychlost vznosu souvisí s pojmem turbulence kapalinového proudu. Turbulence nastává, pĜekroþí-li rychlost kapalinového proudu kritickou hodnotu Reynoldsova þísla. Jde o hranici pĜechodu mezi laminárním a turbulentním proudČním. Turbulence vodního proudu vyvolává vznosové síly, které zpĤsobují, že pevné þástice se ve vodním proudu vznášejí. Znaþnou roli zde sehrávají další parametry – velikost a tvar þástic a samozĜejmČ také mČrná hmotnost materiálu þástic. Velké a tČžké þástice se pohybují pĜevážnČ klouzáním po spodní stČnČ potrubí nebo saltací (skokem). PĜítomnost pevných þástic má naopak vliv na kinematiku a dynamiku proudČní a projevuje se zejména tím, že se zvČtšuje vnitĜní tĜení smČsi a dále zmenšuje velikost turbulentních pulsací tj. klesá intenzita turbulence, neboĢ jistá þást pulzaþní energie je spotĜebována na udržení þástic ve vznosu. Tlakový spád je vedle rychlosti dalším dĤležitým výpoþetním údajem. Je funkcí více veliþin, z nichž uvećme ty nejdĤležitČjší: dopravní rychlost, drsnost a prĤmČr potrubí, koncentrace a velikost þástic. Jedna z teorií (Durandova) popisuje tlakový spád rovnicí: i sm = io (1 + ϕ .cv ) [m.m-1] [10.9] kde ism - tlakový spád smČsi, vyjádĜený ztrátou tlaku na jeden metr délky potrubí, io – tlaková ztráta pĜi proudČní þisté kapaliny [m.m-1], cv - objemová koncentrace [-], ϕ - Durandova funkce. Souþinitelé urþující funkci ϕ jsou experimentálnČ stanoveny. Obvyklé grafické vyjádĜení funkþní závislosti ϕ = f(Fr ) je ϕ =a.Frb pĜípadnČ ϕ = a 0 +a1.Fr + a 2 .Fr2 + a 3 .Fr3 +a 4 .Fr4 +... je na (obr.10.7). Hodnoty byly stanoveny experimentálnČ na hydraulických laboratorních zaĜízeních.

Obr.10.7 Durandova funkce pro rĤzné materiály

94

Hodnota tlakového spádu rozhoduje o parametrech tlakového zdroje, tedy þerpadla. KromČ tlakové ztráty vztažené na 1m dopravního potrubí zapoþítávají se ztráty místní vyplývající z tvarových kusĤ v dopravním potrubí (oblouky, zúžení, armatury apod.) a ztráty vyplývající z pĜekonání geodetické výšky. Ty mohou být kladné i záporné. Souþet všech ztrát urþuje velikost potĜebného tlaku þerpadla. ObecnČ platí, že tlaková ztráta (dopravní výška þerpadla) roste s dopravní rychlostí, velikostí zrn materiálu, mČrnou hmotností a koncentrací materiálu a dále s drsností stČn potrubí a poþtem místních ztrát. MČrná tlaková ztráta smČsi se vypoþte ze vztahu [10.9], jestliže umíme stanovit io, což lze s využitím nomogramĤ nebo ze vztahu: 2 λ.vsm io = [m.m-1] [10.10] 2.g.D kde λ - souþinitel odporu pro þistou kapalinu, λ = f (Re) . 0,025 pro D = 0,15 m, 0,018 pro D = 0,20 m, 0,016 pro D = 0,25 m. Dopravní výška þerpadla (jiného tlakového zdroje) se stanoví ze vztahu: Hd = Hg .

ρ sm + k .L.ism [m vod.sloupce] ρo

[10.11]

kde souþinitel k zahrnuje místní ztráty (1,1÷1,15), Hg – je výškový rozdíl mezi hladinou sací jímky a výtokem z potrubí, tzv. geodetická výška [m], L – délka potrubní trasy [m].

10.2 Pneumatická doprava. Proudící dispersní soustava pevná fáze – plyn (vzduch) je z fyzikálního hlediska velmi pĜíbuzná hydraulické dopravČ. NČkteré závislosti jsou proto podobné nebo dokonce stejné, s tím, co bylo uvedeno u hydraulické dopravy. S ohledem na to, že nosné medium je vzduch (plyn), budou ve výpoþtech i reálných provedeních nČkteré základní rozdíly. Plyn (vzduch) je na rozdíl od kapaliny stlaþitelný a proto do výpoþtu vstupuje stavová rovnice, tedy další promČnné veliþiny. Hustota plynného média je menší než hustota kapaliny, a k vyvolání vztlakových sil je potĜeba podstatnČ vyšších rychlostí. Tím se na výpoþtech podílejí také setrvaþné síly. Tyto dva rozdíly velmi komplikují teoretické výpoþty pneumatické dopravy. PĜesto je použití pneumatické dopravy velmi rozsáhlé. UplatĖuje se prakticky ve všech prĤmyslových odvČtvích. Systémy pneumatické dopravy lze rozdČlit podle funkce, podle uspoĜádání, podle tlaku. Podle funkþního hlediska se jedná o dopravu - potrubím, - pneumatickými žlaby - zaĜízení pro vyprazdĖování nebo homogenizaci zásobníkĤ - na vzduchovém polštáĜi. Podle uspoĜádání jde o potrubní systémy otevĜené a uzavĜené, podobnČ jako u hydraulické dopravy. V dopravních systémech uzavĜených plyn neustále obíhá a jsou jen doplĖovány ztráty. Podle tlaku jde o potrubní systémy: - pĜetlakové, - podtlakové.

95

Potrubní doprava je vhodná pro dopravu vodorovnou, svislou i šikmou s libovolnČ komplikovaným vedením dopravní trasy. Systém je vhodný k zavedení vysoké automatizace provozu a má relativnČ nízké provozní náklady. PĜíznivý je ekologický aspekt u dopravy prašných materiálĤ, pĜípadnČ zdraví škodlivých substrátĤ. Výhodou podtlakových potrubních systémĤ je to, že mohou materiál odebírat z více míst a pĜemístit jej do místa jednoho. Naproti tomu pĜetlakové systémy jsou vhodné i pro pĜemístČní materiálu z jednoho místa do více míst. K pĜemístČní materiálu z více míst do více míst se používají systémy kombinované. ýeĜící systémy jsou vždy pĜetlakové a nízkotlaké. Zrna materiálu ve žlabu jsou proudícím vzduchem oddČlována, þímž se docílí odstranČní vnitĜního tĜení materiálu a materiál se v mírnČ sklonČném žlabu (5 až 6°) chová jako kapalina. Doprava na vzduchovém polštáĜi je ponČkud odlišným systémem pneumatické dopravy a proto jí bude vČnována samostatná kapitola. 10.2.1 Technologická zaĜízení pneumatické dopravy Z toho, co bylo zatím k pneumatické dopravČ uvedeno je zĜejmé, že materiál je v potrubí dopravován víĜením nebo smykem. Doprava víĜením se používá pro suché volnČ ložené materiály jako je obilí, cement, prach, popílek, piliny, apod. Doprava smykem se uplatĖuje hlavnČ jako potrubní pošta. NejbČžnČjším pneumatickým systémem je pĜetlakový systém. Dopravní plyn se nasává zdrojem, stlaþuje se a dále se vede rozvodem dopravního plynu do smČšovaþe, do kterého se souþasnČ dávkuje materiál. Dávkovací zaĜízení je mechanické. Ve smČšovaþi dochází ke zvíĜení materiálu, který s plynem proudí potrubím do místa urþení, kde v odluþovaþi se odfiltruje plyn a materiál se umístí do zásobníku. Princip dopravy je znázornČn na obr.10.8.

Obr.10.8 Schéma a prĤbČh tlaku u pĜetlakové dopravy U podtlakových systémĤ pneumatické dopravy je zdroj podtlaku umístČn na výfukové stranČ systému obr.10.9. Dopravní plyn se nasává pĜímo do smČšovaþe, kde se mísí s materiálem a proudí podtlakovým potrubím do odluþovacího zaĜízení. Materiálu zbavený plyn je nasáván z odluþovaþe a vyfukován do atmosféry.

96

Obr.10.9 Schéma a prĤbČh tlaku u podtlakové dopravy Smíšený systém sestává v první þásti z podtlakové dopravy a ve druhé þásti z pĜetlakové pĜi jednom zdroji. Tak se spojí výhody obou systémĤ. Schéma viz obr.10.10.

Obr.10.10 Schéma a prĤbČh tlaku u smíšeného systému Jako zdroj pneumatických systémĤ slouží ventilátory (axiální, radiální, diagonální) nebo objemové kompresory (pístové, rotaþní, šroubové) a koneþnČ turbokompresory (axiální, radiální).

Obr.10.11 Fullerovo þerpadlo

97

DĤležitým þlánkem systému jsou smČšovaþe, tedy zaĜízení ve kterých dochází k mísení obou fází (plyn, materiál). Používají se smČšovaþe gravitaþní, ejektorové, komorové a rotaþní (komĤrkové). Jedno z nejstarších zaĜízení je Fullerovo þerpadlo, které patĜí mezi rotaþní smČšovaþe. Toto þerpadlo je zobrazeno na obr.10.11. SmČšovací komora je oddČlena zpČtnou klapou (2) od prostoru se sypkou hmotou (1). Plyn proudí do komory tryskou z tlakového potrubí (3). Dávkovaþ s komorovým smČšovaþem je dosti používané zaĜízení pĜi dopravČ sypkých materiálĤ. PĜíklad provedení je na obr.10.12. Materiál vstupuje do komory s kuželovým uzávČrem (4). Po uzavĜení komory je pĜiveden potrubím (2) tlakový vzduch, který proudí dopravním potrubím (3) a strhává do proudu materiál. Tento prĤbČh není plynulý, pokud nepracují dva nebo tĜi dávkovaþe do jednoho potrubí. Každý dávkovaþ má ve svém cyklu nČkolik fází, pouze v jedné fázi dochází k dopravČ materiálu.

Obr.10.12 Komorový smČšovaþ pro pneumatickou dopravu Jiné provedení komorového smČšovaþe je znázornČno na obr.10.13.

Obr.10.13 PĜíklad provedení komorového smČšovaþe Komorové podavaþe (obr.10.14) jsou jednodušší variantou dávkovaþĤ a tvoĜí souþást pĜepravních prostĜedkĤ, aĢ již na koleji nebo na automobilovém podvozku. Obsah tČchto pĜepravníkĤ lze snadno a rychle vyprázdnit pneumatickými podavaþi podobnČ jako u stabilních komorových dávkovaþĤ. Pro znaþné výhody a malou pracnost se tento zpĤsob volnČ ložených materiálĤ znaþnČ rozšíĜil. PĜepravují se tak suché jemnozrnné materiály, jako jsou popílek, cement a jiné mleté technické suroviny.

98

Obr.10.14 Fáze komorového dávkovaþe Ejektorové smČšovaþe pracují prĤbČžnČ. Princip je schematicky znázornČn na obr.10.15. Mísení nastává v místČ 2, kde je vlivem ejektorového úþinku podtlak. Úþinnost ejektorového smČšovaþe je nízká a praktické využití je malé.

Obr.10.15 Ejektorový smČšovaþ – schéma. Pro dopravní potrubí se používá pĜevážnČ ocelových bezešvých trubek s navaĜovanými pĜírubami. Pro potrubní poštu lze použít trubek umČlohmotných nebo sklenČných. DĤležité jsou spoje, které musí mít dobrou prĤchodnost a odpovídající prĤmČr. Armatury jsou umísĢovány na trasách minimálnČ a mají specielní konstrukci. ZmČna trasy je Ĝešena pĜestavitelnou potrubní rozboþkou, která mĤže být i vícecestná. Na konci dopravní trasy se umísĢuje odluþovaþ. O konstrukci odluþovaþe rozhoduje zrnitost a abrazivnost materiálu a koncentrace. MĤže to být usazovací komora, cyklón nebo filtr. U potrubní pošty je to jednoduchý drátČný koš, který zachytí kontejner. Oblouky dopravního potrubí zasluhují zvláštní pozornost, protože jsou zdrojem ztrát a jsou vystaveny opotĜebení. Na ponČkud jiných principech pracuje doprava provzdušnČného materiálu. Plyn se pĜivádí pórovitou podložkou pod materiál, který zvedá a provzdušĖuje. ýástice materiálu jsou ve vznosu, ale nepohybují se, jsou fluidizovány. Charakteristický je rozdíl tlaku plynu pod a nad vrstvou materiálu. Pohyb materiálu nastane pĜi sklonu žlabu (obr.10.16). Pro uskuteþnČní fluidizace je dĤležitá pórovitá pĜepážka, která slouží jako ložná plocha pro materiál. 99

NejvhodnČjší jsou keramické materiály. Vlastností fluidizované vrstvy se používá s výhodou k dopravČ jemných sypkých hmot tzv. pneumatickými žlaby. Vlivem fluidizace zaþne proudit materiál v otevĜeném sklonČném korytu jako tekutina. Z tohoto pohledu se jedná o jakýsi pĜechodový stav mezi materiálem v klidu a materiálem ve vznosu pĜi tlakové pneumatické dopravČ v potrubí.

Obr.10.16 PĜíþný a podélný Ĝez þeĜícím žlabem Zcela zvláštní je doprava kontejnerová, kde je materiál uložen v pouzdrech (kontejnerech) nebo je do tvaru kontejneru vhodnČ upraven (lisování, odlévání apod.). K pohybu kontejneru v potrubí dochází na základČ tlakového rozdílu pĜed a za kontejnerem. Kontejner tvoĜí v potrubí píst, který je plynem tlaþen. PĜíklad provedení pĜepravního pouzdra je na obr.10.17. Obdobou je tzv. doprava pneumohydraulická, kde je obdobný píst tvoĜen urþitou dávkou kašovité smČsi materiálu a tekutiny a je stlaþeným plynem tlaþen dopravním potrubím. PĜitom dochází k urychlování materiálu v souladu s rozpínáním (expansí) stlaþeného plynu. Této dopravy se používá k dopravČ betonových, maltových nebo popílkových smČsí. Teoreticky je problém ještČ složitČjší protože jde v podstatČ o tĜífázovou dopravu.

Obr.10.17 PĜepravní pouzdra (kontejnery)

100

10.2.2 Základní výpoþty pneumatické dopravy Definice nČkterých základních veliþin není u pneumatické a hydraulické dopravy stejná. Rychlost dopravního plynu je vždy vČtší než rychlost þástic materiálu. Rozdíl tČchto rychlostí: s = v v - v p [m.s-1] [10.12] kde vV – rychlost vzduchu [m.s-1], vp – rychlost dopravovaného materiálu [m.s-1]. Je oznaþováno s jako absolutní skluz a rovná se svou velikostí rychlosti obtékání pevné þástice. Kritická rychlost je podobnČ jako u hydraulické dopravy funkcí Ĝady veliþin (prĤmČr potrubí, koncentrace nebo smČšovací pomČr, mČrná hmotnost materiálu, velikost zrna, tvar zrna atd.). Vyþíslení je obtížné. PĜibližnČ lze kritickou rychlost vypoþítat z empirického vzorce: vkr = c.(ξ .a.g .D)0,5 [m.s-1] kde c, ȟ jsou konstanty pro dopravovaný materiál.

[11.13]

Hodnoty stanovené pro dopravu zakládky (drcený kámen):

c 0,1 0,25 0,3 0,4

materiál Suchý prach Vlhký prach Zrnitý materiál (2÷10 mm) kusy

ȟ 30÷40 20

materiál Prachový materiály Zrnitý materiál

Velmi dĤležitou veliþinou pneumatické dopravy je smČšovací hmotnostní pomČr:

cm =

ρ mp [-] ρ mv

[10.14]

kde cm – smČšovací hmotnostní pomČr (hmotnostní konzistence), ρmp – mČrná hmotnost materiálu [kg.m-3], ρmv – mČrná hmotnost vzduchu [kg.m-3]. Tato bezrozmČrná veliþina má stejný význam jako objemová koncentrace u hydraulické dopravy. Podíl ρmp a rychlosti materiálu vp je hmotnost materiálu pĜipadající na jednotku délky potrubí, je oznaþován qp. PodobnČ lze definovat qv pro dopravní plyn. PĜi pneumatické dopravČ provzdušnČného materiálu se zavádí další veliþina, tzv. mezerovitost nebo pórovitost ε, což je pomČr objemu volného plynu k celkovému jednotkovému objemu smČsi. V ε= v [10.15] Vs

101

Mezi pórovitostí a objemovou koncentrací platí vztah: ε = 1 - cv

[10.16]

NejdĤležitČjší veliþinou je tlakový spád. Jak již bylo Ĝeþeno, výpoþet je složitý a v rámci tČchto skript se omezíme na vyjmenování jednotlivých složek, které v souhrnu tvoĜí hodnotu tlakového spádu, nebo-li ztrát tlaku pĜi proudČní materiálu a plynu potrubím. Tento spád je rozhodující pro volbu systému a zdroje tlaku. Ztráta pĜi proudČní vodorovným potrubím. PodobnČ jako u hydraulické dopravy se tato ztráta skládá z hodnoty vzniklé proudČním þistého plynu a pĜírĤstku v dĤsledku proudČní pevné fáze. dps = dp v + dp p [10.17] K tomuto tlakovému spádu je nutno pĜiþíst ztráty vzniklé tĜením, urychlením a zvedáním materiálu v šikmých a svislých úsecích dopravního potrubí. V kolenech a zúžených místech, jakož i spojích vlastního potrubí vznikají místní ztráty, které rovnČž je nutno zapoþíst do tlakového spádu. Vzniklé diferenciální vyjádĜení tlakového spádu, je Ĝešitelné integrací rovnice pĜi zapoþtení rovnice stavové a rovnice kontinuity. Pokud se neprovedou urþitá zjednodušení, je výpoþet obtížný, vhodný pro numerický výpoþet s využitím poþítaþových programĤ. PĜibližnČ lze tlakovou ztrátu stanovit vztahem: ∆P = ∆p + ∆pd + ∆pn + ∆pm [kPa] [10.18] Ztráta pĜi proudČní ve vodorovném potrubí: a.g .D · § ∆p = ∆p0 . ¨ 1 + c0 .ξ . 2 ¸ v ¹ © kde ∆p0 – ztráty tlaku pĜi proudČní þistého vzduchu (z tabulek), c0 – konstanta 0,1÷0,075 (pro materiály vČtších zrn – vČtší hodnoty).

Ztráta dynamická: v2 ∆pd = .ρ 0 . (1 + β .ξ ) .10−4 2.g kde β ∈ ( 0,5;0,85) )pro práškové materiály vČtší hodnoty). Ztráty zvedáním materiálu: ∆pn = (1 + ξ ) .ρ 0 .H .10−4 kde H – výškový rozdíl [m], ∆pm – ztráty v plnícím zaĜízení ekvivalentní ztrátČ oblouku 90° (2÷3 kPa).

[10.19]

[10.20]

[10.21]

10.2.3 Doprava na vzduchovém polštáĜi Stlaþený vzduch jako dopravní medium, ale zároveĖ zdroj tlaku, umožĖuje Ĝadu aplikací. Všechny nelze ani vyjmenovat. Uvećme tedy nČkteré pĜíklady: - vzduchová paleta, - vzduchová podlaha, - vzduchový stĤl, - vzduchový dopravník.

102

Obr.10.18 Princip dopravy na vzduchovém polštáĜi Všem tČmto aplikacím je spoleþné to, že využívají tlaku vzduchu k mírnému nadzvednutí bĜemene a tím odstranČní smykového tĜení mezi bĜemenem a podložkou. Podložka musí být rovná a pokud možno bezprašnČ upravená. PĜemisĢovaná bĜemena musí mít spodní plochu rovnou. Pohyb bĜemen je možno uskuteþnit snadno lidskou rukou. Zatímco pĜepravu velmi tČžkých a objemných bĜemen lze uskuteþnit pomocí vzduchových palet (obr.10.18) speciálními disky (obr.10.19), vzduchová podlaha (i vzduchový stĤl obr.10.20) jsou opatĜeny tryskami, jimiž proudí vzduch vzhĤru.

Obr.10.19 Speciální disky vzduchových palet

Obr.10.20 Princip vzduchového stolu Vzduchový dopravník (obr.10.21) je opatĜen tryskami, sklonČnými ve smČru pohybu bĜemen. Stlaþený vzduch v tomto pĜípadČ nejen odstraĖuje tĜení, nýbrž i posouvá bĜemena.

Obr.10.21 Princip vzduchového dopravníku

103

Seznam literatury [1] Polák, J., Pavliska, J., Slíva, A.: Dopravní a manipulaþní zaĜízení I. Skriptum VŠB-TU Ostrava, Ostrava 2001. [2] Dražan, F., JeĜábek, K.: Manipulace s materiálem. SNTL ALFA 1979. [3] Janalík, J.: Potrubní a pneumatická doprava. Skriptum VŠB-TU Ostrava, Ostrava 1999. [4] Patrman, F.: Doprava v hutích I. a II., Skriptum VŠB-TU Ostrava, Ostrava 1984. [5] ýSN 26 0001 Dopravní zaĜízení (Názvosloví a rozdČlení), Praha 1985.

104