Hadicové dopravníky přinášejí uživatelům především snížení degradace životního prostředí přepravovaným materiálem a ochranu přepravovaného materiálu před jeho znehodnocováním v důsledku povětrnostních vlivů. Všechny tyto pozitiva hadicových dopravníků jsou umožněny hlavně díky dopravnímu pásu speciální konstrukce. Dopravní pás je tak u hadicových dopravníků velmi důležitým prvkem. Z tohoto důvodu vyplývá i snaha výrobců dopravních pásů vyvíjet stále nové a dokonalejší konstrukce. Při jejich vývoji se využívají různé experimentální a teoretické metody. Jednou z metod, kterou je možné při vývoji dopravních pásů pro hadicové dopravníky velmi efektivně využít je metoda matematického modelování pomocí programu COSMOS DesignSTAR 2007.

Charakteristika hadicového dopravníku

Hadicový dopravník je modifikací klasického pásového dopravníku, ale s vylepšenými technickými parametry. Původní technologie hadicového dopravníku byla patentovaná v Japonsku. V porovnání s konvenčními pásovými dopravníky hadicové dopravníky nabízejí:

• přepravu materiálu bez úniků škodlivin do životního prostředí,
• ochranu přepravovaného materiálu před povětrnostními vlivy,
• přepravu při úhlu sklonu větším až o 50 % proti klasickým dopravníkům,
• vynikající kontrolu, resp. omezení poškození okraje pásu.

Na Slovensku je v současnosti instalovaných 12 hadicových dopravníků, které se využívají především na přepravu sypkých materiálů v průmyslových podnicích vyrábějících stavební hmoty a připravují se realizace dalších třech dopravníků.


Konkrétní nasazení hadicových dopravníků v průmyslu

Dopravní pás hadicového dopravníku

Dopravní pás hadicového dopravníku je jeho nejdůležitější částí a plní tyto funkce:

• tažnou,
• nosnou,
• ochrannou.

Tažná funkce dopravního pásu se projevuje v přenosu tažné síly z hnacího bubnu. Dopravní pás zároveň přenáší všechny odpory, které vznikají při jeho pohybu.
Nosnou funkcí dopravního pásu rozumíme to, že dopravní pás na svém povrchu přenáší přepravovaný materiál z místa násypky až na výsypný konec hadicového dopravníku.
Ochranná funkce dopravního pásu představuje jedinečnou vlastnost hadicového dopravníku, která se u běžných pásových dopravníků nevyskytuje. Přepravovaný materiál je během přepravy uzavřený na většině přepravní trasy a nepřichází do přímého styku s okolním prostředím. Tím je přepravovaný materiál chráněný před nepříznivými vlivy okolí a naopak okolí pásového dopravníku není ohrožené znečištěním od přepravovaného materiálu.

Konstrukce dopravního pásu

Konstrukce dopravního pásu hadicového dopravníku sa od pásu klasického pásového dopravníku liší tím, že umožňuje jeho formování do tvaru potrubí a zároveň jeho otevírání působením vnitřních sil.
Díky svinutí dopravního pásu sa zvyšuje jeho podélná tuhost, dopravní pás může být vedený i v obloucích, válečkové stolice mají v porovnání s klasickým pásovým dopravníkem menší šířku v důsledku čehož se sníží zábor plochy potřebné pro umístění dopravníku.
Tento typ dopravního pásu je podobně jako dopravní pás klasického pásového dopravníku složený z horní krycí vrstvy, dolní krycí vrstvy, adhézní vrstvy, kostry dopravního pásu a bočního ochranného okraje.
Horní krycí vrstva chrání kostru dopravního pásu, přichází do styku s přepravovaným materiálem. Spodní krycí vrstva se dotýká bubnů hadicového dopravníku (hnacího a vratného) a válečkových stolic v jeho horní a dolní větvi, naopak nepřichází do přímého styku s přepravovaným materiálem.
Kostra dopravního pásu zajišťuje přenos sil z hnacího bubnu na dopravní pás a zajišťuje dopravnímu pásu potřebnou pevnost. Kostra dopravního pásu může být buď gumotextilní, nebo ocelovokordová.
Funkcí adhezní vrstvy je zajistit pevné spojení horní krycí vrstvy, dolní krycí vrstvy a okraje dopravního pásu ke kostře a zároveň zajišťuje i pevné spojení jednotlivých textilních vložek kostry dopravního pásu navzájem.


Složení gumotextilního dopravního pásu hadicového dopravníku

Matematický model sbaleného dopravního pásu v Cosmos DesignSTAR 2007

Matematický model představuje uložení dopravního pásu na válečcích dvou sousedních stolic přibližně uprostřed dopravní tratě.

Vytvoření geometrického modelu

Pro vytvoření geometrického modelu jsme využili CAD program Pro/ENGINEER Wildfire 2, ve kterém jsme vytvořili jeho základní koncepci a následně sme ji převedli do programu Cosmos DesignSTAR 2007. Pro vytvoření základní koncepce modelu jsme v Pro/ENGINEER Wildfire 2 použili příkaz „Extrude“. Po načtení geometrického modelu v Cosmos DesignSTAR 2007 bylo potřeba mezi jednotlivými „part-y“ pomocí funkce „Mate“ nadefinovat jednotlivé vazby.


Geometrický model pro simulaci sbaleného dopravního pásu

Zatížení, okrajové podmínky a materiálové charakteristiky

Model sítě konečných prvků dopravního pásu byl vytvořený pomocí elementů typu „Shell6“.
Simulované zatížení představovalo tahovou sílu v pásu, tíhu pásu a inicializační kroutící moment po bočních hranách pásu. Zabalování pásu bylo simulované předepsaným posunutím válečků stolice, přičemž byly definovány kontaktní vazby mezi pásem a válečkem.


Zatížení a okrajové podmínky modelu
Vlastnosti materiálu dopravního pásu byly definovány jako pro lineárně ortotropní materiál na základě dostupných informací výrobce pásů. V podélném směru má dopravní pás větší modul pružnosti v porovnání s příčným směrem z toho důvodu, že v tomto směru ho ovlivňuje textilní kostra, která přenáší tahovou sílu. Naopak v příčném směru hodnoty modulu pružnosti dopravního pásu jsou velmi nízké v porovnání s podélným směrem. Hodnoty modulů pružnosti pro zadání do výpočetního modelu se získávají pomocí experimentálních měření a na základě výpočtu. Jednotlivé dopravní pásy od různých výrobců mají rozličné moduly pružnosti, přičemž jejich hodnota je ovlivněna celou řadou faktorů (druh a počet textilních vložek, tloušťka horní a dolní krycí vrstvy apod.).
Formování dopravního pásu do tvaru potrubí bylo realizované pomocí dočasného pomocného kroutícího momentu a rotováním vodících válečků okolo podélné osy pásu dopravníku. Celý tento proces je řízený časovými křivkami tak, že nejprve se pomocnými kroutícími momenty sroluje dopravní pás do tvaru potrubí. V dalších časových krocích potom začnou rotovat válečky stolic do jejich konečné - pracovní polohy. Současně přitom postupně zaniká inicializační kroutící moment.


Pootočení jednotlivých válečků v modelu

Průběh rotace válečků válečkové stolice při svinovaní pásu		Průběh rotace válečků válečkové stolice při svinovaní pásu
Průběh rotace válečků válečkové stolice při svinovaní pásu		Průběh rotace válečků válečkové stolice při svinovaní pásu

Vytvořený model byl pro potřeby podrobnější analýzy vyexportovaný i do programu COSMOS/M.

Průběh sbalování modelu dopravního pásu		Sbalený model dopravního pásu
Průběh formování modelu dopravního pásu		Matematický model formování dopravního pásu hadicového dopravníku

Program COSMOS/M umožňuje hlubší a podrobnější analýzu díky možnosti změny široké škály různých nastavení (změna elementů sítě konečných prvků, změna materiálového modelu apod.).


Matematický model formování dopravního pásu hadicového dopravníku v COSMOS/M

Ověření materiálových charakteristik dopravního pásu

Materiálové konstanty, které jsme použili při matematickém modelovaní jsme porovnávali se skutečností. Pro ověření jsme se rozhodli využít zkoušku na určení korýtkovosti dopravního pásu.
Princip zkoušky spočívá v zavěšení vzorku dopravního pásu na obou koncích a určení jeho maximálního průhybu vlivem vlastní tíže vzorku.
Pro ověření jsme tedy vytvořili model s pěti vzorky. Tři vzorky mají nadefinované stejné materiálové vlastnosti a liší se v nadefinování různých typů „Elements Group“ . Dva vzorky mají nadefinované materiálové vlastnosti po jednotlivých vrstvách (laminátový model) a též se liší od sebe použitými typy „Elements Group“.
Okrajové podmínky všech vzorků byly nadefinované tak, že jedna strana vzorku měla odebrané stupně volnosti ve všech směrech a druhá strana vzorku měla zamezení pohybu v směru osy „Z“ a „Y“. Vzorek byla zatížen jen gravitační silou, která působila ve směru osy „Y“.
Rozměr vzorku vychází z normy STN ISO 703-1, délka vzorku se rovnala šířce dopravního pásu, šířka vzorku byla 150 mm a tloušťka vzorku se rovnala tloušťce dopravního pásu. Model byl vytvořen prvky typu „SHELL“.


Charakteristika jednotlivých modelů vzorků


Okrajové podmínky vzorku pro ověření materiálových charakteristik dopravního pásu

Vize

Hadicové dopravníky jsou perspektivním způsobem kontinuální přepravy materiálů. Stále ve větší míře se jejich používání začíná prosazovat ve světě. Na tento trend pružně reagují víceří výrobci dopravních pásů.
Modelování pomocí metody konečných prvků umožňuje významně napomáhat výrobcům v procesu hledání a navrhování nových konstrukcí dopravních pásů. Zároveň umožňuje konstruktérům ověřit vhodnost vybraného dopravního pásu pro navrhovaný dopravník, ověřit si základní rozměrové, ale i kapacitní parametry návrhu.


Vypočítaný průhyb vzorku dopravního pásu

Literatura:

1. Husáková, N.: Ekologické spôsoby nakladania s gumovým odpadom. In: Transport & Logistics : International Journal. mimořádné číslo (2006), 5 s., ISSN 1451-107X
2. Hrabovský, L.: Součinitel tření lana na lanovém kotouči s polokruhovou drážkou hladkou. XXVII. Mezinárodní seminář kateder dopravy a manipulace, Brno, 11.-13. září 2001, str.39-45, ISBN 80-85960-31-1
3. Ivančo, V., Kubín, K., Kostolný, K.: Metóda konečných prvkov I. Košice, Elfa 1994, ISBN 80-96731-4-0
4. Ivančo, V., Kubín, K., Kostolný, K.: Program COSMOS/M. Košice, Elfa 2000, ISBN 80-88964-49-0
5. Ristović I., Grujić, M.: Some Aspects of Steel Wire Ropes use for Discontinuous and Auxiliary Equipment in Open-pit Mines, p.p. 215-222, XII medzinarodna konferencia Vyskum, Vyroba a Polužite Ocelovych Lan, Visoke Tatre, Slovačka
6. Vidanović, N., Tokalić, R.: APPLICATION OF THE WIRE ROPES FOR SUPPLYING OF MINE BY USING OF THE EXISTING EQUIP- MENT; XI International Conference Výskum, výroba a použite oceľovych lán, Book of Proceedings, pages 267-272, Vysoké Tatry, Slovakia

Autoři pracují na TU v Košicích.
Příspěvek je částí řešení grantových projektů VEGA č. 1/3307/06, VEGA č.1/2162/05, VEGA č. 1/4160/07 a grantového projektu č. 1/2196/05 – 9438.