Omówiono projekt badawczy „Złącza wieloprzekładkowych taśm przenośnikowych o zwiększonej trwałości eksploatacyjnej”, realizowany przez Wydział Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii Politechniki Wrocławskiej w konsorcjum z firmą NILOS Polska sp. z o.o. Projekt był finansowany ze środków Narodowego Centrum Badań i Rozwoju w ramach Programu Badań Stoso- wanych, ścieżka A.
Taśmy przenośnikowe są powszechnie stosowane w transporcie urobku. Produkowane są w odcinkach, a następnie łączone na przenośnikach w pętle. Od wytrzymałość i trwałość połączeń taśm zależy wytrzymałość całej pętli, co bezpośrednio wpływa na niezawodność transportu i koszty eksploatacji przenośnika [2, 12].
Dzięki oryginalnym metodom badawczym [5, 8] zmierzo- no naprężenia w spoinie klejowej złączy, ich wytrzymałość i trwałość zmęczeniową. Zbadano również wpływ właści- wości wytrzymałościowych taśm, a także właściwości spoiny klejowej na wielkość naprężeń w spoinie i na trwałość zmęczeniową połączeń [4, 6]. Wyniki badań były podstawą do określenia nowych wymagań odnośnie do właściwości produkowanych taśm i materiałów do ich łączenia oraz opracowania modelu matematycznego, służącego do prognozowania trwałości zmęczeniowej złączy.
Cel praktyczny projektu
Projekt dotyczył złączy taśm przenośnikowych wielo- przekładkowych, które są wykonywane technologią „na zimno” przy pomocy klejów chemoutwardzalnych. Złącza te są stosowane w kopalniach podziemnych, w których z uwagi na zagrożenia pożarowe i wybuchowe [7] oraz warunki komunikacyjne utrudnione jest, a często wręcz niemożliwe, stosowanie technologii wulkanizacji „na gorąco”.
Przy stosowaniu połączeń tego typu pojawia się poważne zagrożenie w postaci zwiększonej ich awaryjności [9, 11]. Pętle taśm ulegają często awariom, co generuje straty finansowe. Dodatkowo w przypadku stosowania tych połączeń na trasach upadowych może stworzyć zagrożenie dla ludzi. Rozsypany urobek po zerwaniu
połączenia może na długo unieruchomić ciąg transpor- towy. Duże zagrożenie dla pracowników może się pojawić przy zerwaniu ciągłości pętli na przenośnikach przeznaczonych do transportu ludzi.
W ramach projektu podjęto się zracjonalizowania wymagań dotyczących właściwości taśm przenośnikowych i materiałów do ich łączenia oraz konstrukcji złączy klejonych, w celu znacznego zwiększenia ich trwałości eksploatacyjnej oraz obniżenia kosztów ich wykonania, co ma bezpośredni wpływ na koszty eksploatacji przenośnika. Taśmy przenośnikowe są produkowane według norm, w których nie są uwzględnione wymagania, jakim powin- ny się charakteryzować połączenia taśm. Nie wiadomo więc, jak uzyskać optymalną ich wytrzymałość i trwałość eksploatacyjną [1]. Jak pokazuje praktyka eksploatacyjna, firmy zewnętrzne, zajmujące się łączeniem taśm, nie mają wiedzy na temat zależności trwałości połączeń od właściwości łączonych taśm i właściwości kleju użytego do wykonania złącza. Konieczne było więc przeprowadzenie badań w tym zakresie.
Zasadniczym celem projektu było zmniejszenie awaryjności połączeń taśm wykonywanych metodą klejenia na zimno, zwiększenie ich trwałości eksploatacyjnej oraz obniżenie kosztu ich wykonania. Metodami badawczymi zidentyfikowano właściwości taśm przenośnikowych i materiałów do ich łączenia, które mają istotny wpływ na wielkość naprężeń w spoinie klejowej połączeń oraz na ich trwałość zmęczeniową. Analizy statystyczne pozwoliły określić stopień tego wpływu. Wykonane przez firmę Nilos Polska sp. z o.o. złącza pozwoliły określić właściwości taśm i klejów chemoutwardzalnych, mających istotny wpływ na wielkość i rozkład naprężeń w spoinie klejowej połączeń oraz na ich trwałość zmęczeniową. Złącza te zostały poddane badaniom laboratoryjnym, w celu określenia ich wytrzymałości na rozciąganie, wielkości naprężeń w spoinie klejowej oraz trwałości zmęczeniowej [3, 10].
Podsumowanie
Wyniki badań posłużyły do wykonania połączeń o zmodyfikowanej konstrukcji oraz opracowania modeli matematycznych zależności pomiędzy właściwościami taśm i klejów oraz właściwościami adhezyjnymi klejów a ich trwałością zmęczeniową. Na podstawie znajomości charakterystyk mechanicznych łączonych taśm i klejów chemoutwardzalnych opracowano program komputerowy do szybkiej oceny spodziewanej trwałości złączy jeszcze przed ich wykonaniem.
Na podstawie badań rozkładu naprężeń w spoinie klejowej możliwe jest zoptymalizowanie geometrii złączy, a w konsekwencji również zmniejszenie ich długości. Wyniki badań zostały wykorzystane przez konsorcjanta biznesowego firmę NILOS Polska sp. z o.o. do wykonania próbnych połączeń przeznaczonych do badań eksploatacyjnych, co udowodniło, że możliwa jest zmiana geometrii połączenia bez utraty jej wytrzymałości statycznej i trwałości eksploatacyjnej.
Wyniki badań zostaną udostępnione firmom, produku- jącym taśmy przenośnikowe i kleje, oraz użytkownikom taśm i firmom, zajmującym się wykonywaniem złączy taśmowych. Nie stwierdzono, aby badania złączy klejonych w takim zakresie oraz metodami proponowanymi w niniejszym projekcie były wykonywane lub publikowane w kraju bądź za granicą.
Na mocy nowych wymagań Unii Europejskiej z zakresu ochrony zdrowia (Rozporządzenie Komisji UE nr 348/2013 z dnia 17 kwietnia 2013 r.), kleje stosowane do łączenia taśm będą musiały być zmodyfikowane lub wycofane z użytku. Oczywiste jest więc opracowanie receptur no- wych klejów. Opracowane w ramach niniejszego projektu badawczego wymagania dotyczące fizykomechanicznych właściwości klejów powinny stać się podstawowymi wytycznymi, służącymi do oceny jakości i przydatności nowych klejów, aby wykonywane przy ich użyciu połączenia miały wysoką wytrzymałość i trwałość eksploatacyjną.
*Temat zostanie obszernie zaprezentowany na XXII Szkole Naukowej im. profesora Tadeusza Żura „Podstawowe Problemy Transportu Przenośnikowego”.
Podziękowanie
Publikacja finansowana ze środków projektu realizowane- go w ramach Programu Badań Stosowanych w ścieżce A pt. „Złącza wieloprzekładkowych taśm przenośniko- wych o zwiększonej trwałości eksploatacyjnej” nr PBS3/ A2/17/2015.
Literatura
[1] Bajda M., Błażej R., Hardygóra M.: Impact of selected parameters on the fatigue strength of splices on multiply textile conveyor belts. World Multidisciplinary Earth Sci- ences Symposium (WMESS 2016), 5-9 September 2016, Prague, Czech Republic. IOP Publishing, 2016. art. 052021, s. 1-6, IOP Conference Series – Earth and Environmental Science, ISSN 1755-1315; vol. 44.
[2] Bajda M., Błażej R., Jurdziak L., Hardygóra M.: Wpływ różnic trwałości połączeń wulkanizowanych i klejonych na koszty eksploatacji taśm przenośnikowych w kopalni podziemnej, Zeszyty Naukowe Instytutu Gos-
podarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, nr 99, 2017, s. 71-88.
[3] Błażej R., Hardygóra M.: Modeling of shear stresses in multiply belt splices. Bulk Solids Handling, vol. 23, no 4, 2003, s. 234-241.
[4] Błażej R., Hardygóra M., Komander H.: Wpływ wybranych parametrów na trwałość zmęczeniową połączeń wieloprzekładkowych taśm przenośnikowych,Transport Prze- mysłowy, 3(9), 2002, s. 5-9.
[5] Błażej R., Hardygóra M., Komander H.: Badania korela- cji pomiędzy naprężeniami w spoinie klejowej połączenia a jego trwałością zmęczeniową,Transport Przemysłowy, nr 1, 2004, s. 24-29.
[6] Hardygóra M., Komander H., Błażej R., Jurdziak L.: Method of predicting the fatigue strength in multiplies splices of belt conveyors, Eksploatacja i Niezawodność – Maintenance and Reliability, 14 (1),2012, s. 171-175. [7] Hardygóra M., Komander H., Woźniak D.: Bezpieczeństwo stosowania taśm przenośnikowych w wyrobiskach podziemnych, Przegląd Górniczy, nr 11, 2010, s. 62-68.
[8] Hardygóra M., Bajda M., Błażej R.: Laboratory testing of conveyor textile belt joints used in underground mines, Mining Science, 2015, vol. 22, s. 161-169.
[9] Jurdziak L., Błażej R., Bajda M.: Monitorowanie stanu taśm i połączeń szansą na zwiększenie niezawodności pracy transportu ciągłego w kopalniach, Między- narodowy Kongres Węgla Brunatnego, 2018, s. 161-170. [10] Komander H., Bajda M., Komander G., Hardygóra M.: Modelowanie konstrukcji złączy taśm przenośnikowych z uwzględnieniem naprężeń w spoinie klejowej, Transport Przemysłowy i Maszyny Robocze, 3(17), 2012, s. 45-49.
[11] Komander G., Komander H., Bajda M., Hardygora M.: Analysis of the reasons of reduced strenght of con- veyor textile belts joints, Transport & Logistics (Belgrade), no 9, 2011, s. 517-521.
[12] U.S. Department of Energy’s, 2004. Effective Con- veyor Belt Inspection for Improving Mining Productivity. U.S. Department of Energy Office of Energy Efficiency and Renewable Energy, http://www.nrec.ri.cmu.edu/pro- jects/belt_inspection/tech/effectconvey.pdf
inż. Andrzej Polniak NILOS Polska Sp. z o.o.
dr inż. Mirosław Bajda
dr inż. Ryszard Błażej
dr hab. inż. Leszek Jurdziak, prof. PWr prof. dr hab. inż. Monika Hardygóra
dr inż. Dariusz Woźniak
dr inż. Gabriela Paszkowska Politechnika Wrocławska
