CC BY
123
© В.И. Галкин, Н.С. Сазанкова, 2012
УДК 622,6.2
В.И. Галкин, Н.С. Сазанкова
СОВРЕМЕННЫЕ РЕЗИНОТКАНЕВЫЕ КОНВЕЙЕРНЫЕ ЛЕНТЫ — ВОЗМОЖНАЯ АЛЬТЕРНАТИВА РЕЗИНОТРОСОВЫМ ЛЕНТАМ ДЛЯ ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Представлены типы, а также основные параметры резинотканевых конвейерных лент выпускаемых ведущими мировыми производителями. Рассмотрено влияние конструктивных особенностей конвейерных лент на конструкции отдельных узлов ленточных конвейеров. Обоснованы преимущества современных резинотканевых лент по сравнению с резинотросовыми лентами.
Ключевые слова: конвейер, лента, ширина, каркас, прокладка, полиамид, нейлон, арамид, прочность, удлинение, натяжение, роликоопора, барабан, натяжное устройство.
В настоящее время в мировой практике горной промышленности проектируются и эксплуатируются ленточные конвейеры нового поколения, отличающиеся большой протяженностью трассы и имеющие искривления, как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости.
При эксплуатации таких конвейеров важную роль играет конвейерная лента, способная выдерживать большие динамические нагрузки в период пуска, а также сохранять заданную геометрическую форму на различных участках трассы конвейера.
Известно, что длина конвейера в одном ставе определяется прочностью конвейерной ленты. Существует практика, что при проектировании мощных ленточных конвейеров, необходимо использовались резинотро-совые ленты, которые, по сравнению, с резинотканевыми лентами имеют меньшее удлинение и повышенную прочность. К сожалению, такие ленты имеют большой вес за счет сердечника состоящего из стальных тросов, а также большую толщину, что приводит к применению барабанов увели-
ченного диаметра и возрастанию потребляемой мощности при транспортировании груза.
В настоящее время, наиболее известные производители конвейерных лент такие, как «FENNER DUNLOP», «CONTITECH» и «PXOENIX» (Германия), «GOODYEAR» (США), «METSO MINERALS» (Швеция), «GUMMILABOR» (Италия), «SAVA» (Словения), «REVE-RON» и «DEPREUX» (Франция), «MATADOR» (Словакия), «FTT WOLB-ROM», «SEMPERTRANS» (Голландия, Польша), разрабатывают и выпускают современные резинотканевые конвейерные ленты, имеющие меньший вес и толщину, по сравнению с рези-нотросовыми лентами. Кроме того, они обладают, такой же прочностью и практически таким, же удлинением как резинотросовые ленты. Такие ленты способны удовлетворить широкий диапазон требований при проектировании длинных, мощных ленточных конвейеров.
Резинотканевые конвейерные ленты нового поколения изготавливаются на основе современных синтетических материалов. Наиболее широкое приме-
нение получили ленты типа ЕР (полиэстер/полиамид) и арамидные ленты.
В качестве примера рассмотрим резинотканевые ленты, выпускаемые итальянской фирмой «Gummilabor» [1]. При этом особое внимание следует уделить конвейерным лентам серии Extra, созданных, для применения в трудных условиях эксплуатации с тяжелым режимом работы и в тех местах, где возможно лишь минимальное техническое обслуживание.
Серия Extra изготавливается из нескольких слоев полиэстера/полиамида (ЕР), что придает каркасу прочность при работе в тяжелом режиме, и сопротивляемость высоким ударным нагрузкам. Для конвейеров большой протяженности и работающих в особых условий эксплуатации в линейке серии Extra присутствуют многопрокладочные конвейерные ленты с каркасом из одного слоя, изготовленного из арамидных волокон (D). Серия Extra, в исполнении ЕР (полиэстер/полиамид), а также исполнение D (арамид), применяется в промышлен-ностях тяжелого эксплуатационного режима таких, как горная промышленность, химическое производство, сталеплавильные и цементные заводы, электростанции, порты.
Конвейерная лента серии «Extra EP» имеет тканевый каркас, который изготовлен из прокладок высокой прочности (от 3 до 7 прокладок). Прочность каркаса состоящего из нескольких прокладок обеспечивается за счёт применения прослоек межу прокладками (сквиджами) изготавливаемых из высококачественной специальной резины, предназначенных для поддержания лучшего сцепления между прокладками, а также для равномерного распределения продольного натяжения между слоями. Верхняя и нижняя обкладка лент по своим механическим, термическим и хими-
ческим характеристикам выбираются потребителем, в соответствии с физико-механическими свойствами транспортируемого материала. Для этого применяются различные резиновые смеси, соответствующие стандартам UNI 8007, DIN 22102 и DIN 22103 Удлинение таких лент составляет от 1,2—1,3 %.
Пример условного обозначения: 1200 ЕР 500/3-1RC 5/2 Y, где
• 1200- ширина ленты, мм;
• ЕР — тип тканевого каркаса (Е-волокна полиэстера в продольном направлении, и Р — полиамид или нейлон в поперечном направлении. Эти материалы обеспечивают ленте эластичность, высокую прочность на разрыв, имеют небольшой вес. Кроме перечисленных материалов, могут применяться: В — хлопок, R — искусственный шелк, РР — нейлон-нейлон, и т.д.);
• 500 — прочность на разрыв, Н/мм;
• 3 — кол-во тканевых прокладок;
• 1RC — односторонний металлический брекер;
• 5 — толщина верхней (рабочей) обкладки, мм;
• 2 — толщина нижнего (нерабочей) обкладки, мм;
• Y — категория резиновой обкладки.
Специально для угольной промышленности немецкий концерн «Continental — ContiTech» [2] выпускает двухпрокладочные конвейерные ленты, на основе ткани ЕР, в трудносгораемом исполнении.
Ноу-хау такой ленты заключается в том, что при её производстве используется специальная ткань с запатентованной конструкцией плетения (ЕРР), аналогов которой в мире нет.
Для примера сравним строение ткани EP и EPP. На рис. 1 показано обычное тканевое плетение типа ЕР и его взаимодействие с роликопорой.
Рис. 1. Тканевое плетение типа ЕР и его взаимодействие с роликопорой:
а — вид тканевого плетения двухпрокладочной ленты типа ЕР, б — взаимодействие тканевого плетения ленты типа ЕР с роликоопорой
Рис. 2. Тканевое плетение типа ЕРР и его взаимодействие с роликопорой: а —
вид двойного тканевого плетения, б — взаимодействие ленты двойного тканевого плетения типа ЕРР с роликоопорой
Рис. 3. Резинотканевая однопрокладочная конвейерная лента PHENIX UNIFLEX® PVG для подземных горных работ
Обычное тканевое плетение у многопрокладочных лент показывает достаточную поперечную жесткость по сравнению с двухпрокладочными лентами. На рис. 1, б показано, что в случае применения двухпрокладочной ленты, её прилегание происходит только по краям боковых роликов и, как следствие, такая лента имеет нестабильный прямолинейное движение по ставу.
На рис. 2 представлена конструкция двойного плетения прокладки типа ЕРР.
Компания «РХОЕ№Х» (Германия) [3], также выпускает резинотканевые конвейерные ленты типа ЕР в соответствии с международными стандартами, упомянутыми на стр. 3, причем диапазон прочностных свойств и кон-
структивных исполнении достаточно широк. Выпускаются, как однопро-кладочные ленты, так и многопрокладочные ленты.
Однопрокладочная резинотканевая конвеиерная лента типа PHOENIX UNIFLEX® PVG (рис. 3) предназначенная для подземных работ и UNIFLEX®, которые отличаются химическими компонентами применяемыми для изготовления прокладок на основе поливинилхлорида (PVC — более современная лента). В табл. 1 представлен типажныИ ряд таких лент, при этом её максимальная прочность может составлять 3150 Н/мм.
Многопрокладочные конвеИерные ленты типа ЕР выпускаются с двумя, тремя, четырьмя и пятью прокладка-
а
а
Таблица 1
Технические характеристики одиопрокладочиой конвейерной ленты UNIFLEX® PVG
Тип ленты Толщина обкладок ленты, мм (верхняя обкладка \ нижняя обкладка) Толщина ленты, мм Масса 1 м2ленты, кг
E/PBP/B 800/1 2 \ 2 11.5 15.0
E/PBP/B 1000/1 2.5 \ 2.5 13.0 18.0
E/PBP/B 1250/1 2.5 \ 2.5 14.0 20.0
E/PBP/B 1600/1 3 \ 3 16.0 24.0
E/PBP/B 2000/1 3.5 \ 3.5 20.0 31.0
E/PBP/B 2500/1 4 \ 4 22.0 33.5
E/PBP/B 3150/1 6 \ 3 26.5 36.0
Рис. 4 Конструкция конвейерной ленты с арамидным волокном серии Extra D:
а — конвейерная лента с продольнымими арамидными тросами; б — конвейерная лента с продольными и поперечными арамидными тросами
ми. Минимальное разрывное усилие составляет 800 Н/мм ширины ленты (для 2х прокладочных конвейерных лент), и 1600 Н/мм ширины ленты, также для 2х прокладочных конвейерных лент типа DUOFLEX® belts.
Максимальное разрывное усилие для многопрокладочных конвейерных лент типа ЕР имеет фирмы «Metso Minerals» (Швеция) — 3150 Н/мм ширины ленты (при этом ширина ленты может быть до 2400 мм).
Монопрокладочная конвейерная лента серии Extra D, имеющая ара-мидное волокно D применяется при особо тяжелых режимах эксплуатации, где необходима очень высокая несущая способность конвейерных лент. Эта лента специального высококачественного исполнения, применяется на ленточных конвейерах для за-
мены лент с тросовым каркасом или когда необходимы эстакадные (приподнятые) ленты с малым весом, например, на рукавах штабелеров. Данный тип лент (D) имеет класс прочности от 800 до 2500 Н/мм, при этом их относительное удлинение составляет 0,5 %.
Термин «арамид» — это сокращение, образованное от названия «ароматический полиамид». Арамиды — это синтетические волокна с повышенными эксплуатационными качествами. Их молекулы отличаются относительно жесткими цепочками полимера, связанными между собой сильными водородными связями, которые выдерживают механическое напряжение. Это позволяет использовать цепочки относительно низкой молекулярной массы. Поэтому арамидное
полотно совмещает высокую прочность, эластичность и очень маленький вес. Плотность арамидных волокон составляет 1450 кг/м2, а модуль упругости может достигать до 160 ГПа [4]. По сравнению с резинотро-совыми лентами равной прочности, ленты на арамидной основе, являются более эффективными.
Особенность конструкции лент с применением арамидного волокна состоит в том, что вместо стальных тросов применяется высокопрочный ара-мидный трос, который изготавливается с сердечником из высокомодульных нитей, относящихся к классу арамид-ных волокон (аналог нити), рис. 4.
Конвейерные ленты с применением арамидных волокон отличаются высокой прочностью на разрыв при низком удельном весе волокна. Трос из арамидных нитей обладает превосходной термостабильностью, отличной морозостойкостью, постоянством размеров и низким относительным удлинением при разрыве. Он не коррозирует и выдерживает воздействие большинства химических веществ. Такой трос устойчив к воздействию тепла (до 400° С), не обладает электропроводностью и обеспечивает отличную износостойкость. При одинаковой разрывной нагрузке трос из арамидных волокон легче стального примерно 5 раз, а капронового — в 3 раза.
Конвейерная лента серии Trellex Aramid изготовленная компанией «Metso Minerals» (Швеция) имеет продольный и поперечно-продольный арамидный корд [5]. Лента сочетает в себе такие качества как легкость и прочность внутренних слоев, и имеет разнообразные обкладки, которые могут быть следующего исполнения: износо-, термо-, масло-, жиро-, или огнеустойчивых типов, что позволяет использовать ленту в различных отраслях промышленности.
Для защиты корда от продольных разрывов или повреждений от ударов предлагается использование полиамидного брекера: тип TN-устанавли-вается с одной или обеих сторон, тип XN-двойной брекер с диагональным кордом. На рис. 5 представлены варианты использования полиамидного брекера.
Конвейерные ленты «Trellex Aramid» выпускаются различной степенью продольного удлинения и представлены следующими типами:
• с продольной кордовой тканью обычной степени удлинения. Рекомендуется для установки на ленточных конвейерах с криволинейными участками, небольшими длинами распрямления ленты (без желобооб-разования), но с большим ходом натяжного устройства, например, на стакерах и перегрузочных конвейерах;
Рис. 6. Определение минимальной длины переходного участка Ьтв, для конвейера, оснащённого арамидной лентой
• с продольным кордом низкои степени удлинения, что является благоприятным вариантом для длинных конвеиеров с ограниченнои длинои хода натяжного устройства;
• с продольно-поперечным кордом низкоИ степенью удлинения обладающим хорошеИ сопротивляемостью к пробою и продольному разрыву. При этом лента имеет малую толщину и небольшой вес. Благодаря незначительному продольному удлинению такие ленты хорошо подходят для применения на длинных, мощных конвеИерах.
Следует отметить, что длина переходных участков у арамидных лент
Таблица 2
больше, чем у других резинотканевых лент, что связано с их низким удлинением.
Длина переходного участка LTR зависит от угла желобчатости в' , ширины ленты В и величины hp в соответствии с рис. 6.
В табл. 2 приведена минимальная длина переходного участка LTR ,в соответствии с рис. 6, для стандартной трехроликовой ролико-опоры, в зависимости от угла наклона боковых роликов в' и величины hp .
Согласно материалам, представленным компанией «Metso Minerals» [5] радиус кривизны (выпуклые и вогнутые участки) в вертикальной плоскости (рис. 7), для ленточного конвейера оснащённого вышеприведёнными лентами с учетом угла наклона боковых роликов, может быть вычислен в соответствии с данными, представленными в табл. 3.
При выборе оптимального диаметра барабана должно учитываться эффективное использование прочности лен-
Тип Минимальная длина переходного участка LTR
Угол желобча- 30° 35° 40° 45°
тости, в'
Величина hp в соот- hp = 0 h h hp = У hp = 0 h p II h = 0 Р h I hp = 0 h p I
ветствии с
рис. 6
Арамидные ленты с
продольным кордом нормальной сте- 1,5хВ 1,1хВ 1,8хВ 1,3хВ 2,0хВ 1,5хВ 2,2хВ 1,7хВ
пенью растяжения; низкоИ степенью 2,1хВ 1,6хВ 2,4хВ 1,8хВ 2,7хВ 2,2хВ 3,1хВ 2,5хВ
растяжения. Арамидные ленты с 2,1хВ 1,6хВ 2,4хВ 1,8хВ 2,7хВ 2,2хВ 3,1хВ 2,5хВ
продольно-попереч-
ным кордом
Рис. 7. Схема ленточного конвейера с криволинейными участками в вертикальной плоскости: Яа — радиус кривизны вогнутого участка, м, Яе — радиус кривизны выпуклого участка, м, 5 — угол наклона конвейера в вертикальной плоскости, град
Таблица 3
Стандартные значения для определения минимального радиуса кривизны
трассы конвейера в вертикальной плоскости, мм
Угол наклона боковых Радиус вогнутой кривой, Радиус выпуклой кривой,
роликов, в' Яа* Яв
200 14хВ 20хВ
250 17хВ 30хВ
300 21хВ 40хВ
350 24хВ 45хВ
400 27хВ 50хВ
450 30хВ 55хВ
* Радиус вогнутой кривой определяется при холостом ходе конвейера, при этом лента не
должна отрываться от роликов. Величина допустимого радиуса вогнутой кривой должна удов-
о „ 1000 • 5п
летворять следующее условие: -^-п , где сое р Ьп натяжение в ленте в точке сопряжения
горизонтального и наклонного участка по ходу ленты, Н; дл погонный вес 1 м2 ленты, кг/м1; В —
ширина ленты, м.
Рис. 8. Схема ленточного конвейера с барабанами, принадлежащим к различным функциональным группам: А — приводные и разгрузочные барабаны, а также другие барабаны, на которых лента натянута относительно сильно; В — натяжные, концевые и отклоняющие барабаны; С — отклоняющие барабаны, на которых угол обхвата лентой которых составляет не более 45 градусов
ты, а также функциональное назначение барабана в соответствие с рис. 8.
На основании рис. 8, в таблице 4 представлены рекомендуемые значения диаметров барабанов, принадлежащих к различным функциональным группам, для арамидных лент с продольным (Э) и продольно-поперечным арамидным кордом (ЭР), а в таблице 5 — для лент типа ЕР.
Необходимо также отметить, что описанные выше резинотканевые конвейерные ленты могут быть выполнены в энергосберегающем исполнении. Это реализуется за счет специальных конструктивных решений сердечника ленты и компаудных добавок в её обкладки, что приводит к уменьшению деформации ленты про прохождении поддерживающих роликоопор и, как
Таблица 5
Тип Рекомендуемый минимальный диаметр барабана в зависимости
ленты от допустимого продольного удлинения в ленте, в %
Группа А от 60 % до 100 %, мм Группа В от 30 % до 60 %, мм Группа С до 30 %, мм
Б, БР 500 315 250 250 200 200
Б, БР 630 315 250 250 200 200
Б, БР 800 315 250 250 200 200
Б, БР 1000 500 400 400 315 315
Б, БР1250 500 400 400 315 315
Б, БР 1400 630 500 500 400 400
Б, БР 1600 630 500 500 400 400
Б, БР1850 800 630 630 500 500
Б, БР 2000 1000 800 800 630 630
Б, БР 2500 1000 800 800 630 630
Тип Рекомендуемый минимальный диаметр барабана в зависимости
ленты от допустимого продольного удлинения в ленте, в %
Группа А Группа В Группа С
от 60 % до 100 %, мм от 30 до 60 %, мм до 30 %, мм
А В С А В С А В С
ЕР 160/2 250 200 160 200 160 125 160 160 125
ЕР 250/2 250 200 160 200 160 125 160 160 125
ЕР 315/2 250 200 160 200 160 125 160 160 125
ЕР 315/3 315 250 200 250 200 160 200 200 160
ЕР 400/2 315 250 200 250 200 160 200 200 160
ЕР 400/3 315 250 200 250 200 160 200 200 160
ЕР 500/3 400 315 250 315 250 200 250 250 200
ЕР 500/4 500 400 315 400 315 250 315 315 250
ЕР 630/3 500 400 315 400 315 250 315 315 250
ЕР 630/4 500 400 315 400 315 250 315 315 250
ЕР 800/4 630 500 400 500 400 315 400 400 315
ЕР 800/5 630 500 400 500 400 315 400 400 315
ЕР 1000/3 630 500 400 500 400 315 400 400 315
ЕР 1000/4 630 500 400 500 400 315 400 400 315
ЕР 1000/5 800 630 500 630 500 400 500 500 400
ЕР 1250/4 800 630 500 630 500 400 500 500 400
ЕР 1250/5 800 630 500 630 500 400 500 500 400
ЕР 1600/4 1000 800 630 800 630 500 630 630 500
ЕР 1600/5 1000 800 630 800 630 500 630 630 500
ЕР 2000/5 1250 1000 800 1000 800 630 800 800 630
следствие этого, к сокращению потребления энергии приблизительно на 8 %.
Отечественная промышленность также предлагает ленты улучшенного качества, и выпускают резинотканевые конвейерные ленты в соответствии с ГОСТ 20-85. Конвейерные ленты изготавливают с плоскими поверхностями, наружными резиновыми обкладками, нарезными или резиновыми
бортами, с разрывным усилием до 2000 Н/мм. К сожалению, при производстве резинотканевых лент продолжают использовать синтетические ткани типа ТК на основе полиамидных нитей, типа ТЁК, ТЛА.
Учитывая требования современного рынка по повышению долговечности и надежности конвейерных лент, на Уральском заводе РТИ выпускаются
конвейерные ленты из тканей ЕР-200,300,400,500, взамен традиционно применяемых тканей ТК и ТЁК отечественного производства [6]. Эти ленты аналогичны по конструкции и физико-механическим показателям лентам немецкого стандарта DIN 22102.
Выводы
1. Современные резинотканевые конвейерные ленты, могут служить альтернативой для лент с резинотро-совым сердечником имеющих разрывное усилие до 3150 Н/мм ширины ленты.
2. Резинотканевые конвейерные ленты, имеющие равную прочность с резинотросовыми, имеют меньший погонный вес, что положительно сказывается на конструкции става, привода, а также энергетические показатели работы конвейера. Так например, один квадратный метр однопро-кладочной резинотканевой лента UNIFLEX® PVG, тип E/PBP/B 3150/1 (фирма «Pxoenix» — Германия) имеет массу 36 кг, а масса 1 м2 резинотросовой ленты ST-3150 — 41 кг, т.е. каждый квадратный метр ре-зинотросовой тяжелее ленты ЕР на 5 кг, т.е. на 12 %.
1. Резинотканевые конвейерные ленты «GUMMILABOR», рекламные проспекты фирмы за 2010—2011 гг.
2. Рекламные проспекты фирмы «Con-tiTech Transportbandsysteme GmbH.,» за 2010—2011 гг.
3. Рекламные проспекты фирмы «PHOENIX CONVEYOR BELT SYSTEMS GMBH» за 2010—2011 гг.
4. Жмыхов И.Н., Рогова Е.А. История развития химических волокон: прошлое на-
3. Применение резинотканевых конвейерных лент на конвейерах приводит к уменьшению диаметров барабанов (приводных, натяжных и отклоняющих), что положительно сказывается на габаритных размерах и массах этих узлов.
4. Так, как ленты, выпускаемые из тканей ЕР, имеют низкое удлинение при рабочей нагрузке до 1,25 — 1,5 %, а ленты на арамидной основе всего 0,5 % (вместо 3,5 % для тканей ТК), что исключает остановки ленточных конвейеров для перестыковки ленты, а также уменьшает длину хода натяжных устройств.
5. Большое разнообразие конкурирующих фирм, выпускающих резинотканевые конвейерные ленты нового поколения, способных удовлетворить требования при проектировании мощных ленточных конвейеров с пространственной трассой. В общем случае при выборе тягового каркаса необходимо учитывать следующие критерии: производительность, условия эксплуатации, физико-механические свойства транспортируемого груза, длиной и конфигурацией трассы транспортирования.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
стоящее, будущее. К 80-летию химических волокон Беларуси — Могилев: МГУП, 2010. — 157 с.
5. Metso Minerals, linking innovations. Brochure № 1111-11-01-WPC/Trelleborg, 2001.
6. ОАО «Уральский завод резинотехнических изделий». Каталог «Ленты конвейерные, резинотканевые, ремни плоские, техническая пластина», 2007 г. ШИВ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Галкин Владимир Иванович — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой, е-mail: [email protected],
Сазанкова Екатерина Сергеевна — аспирант, е-mail: [email protected], Московский государственный горный университет, e-mail: [email protected].
