W projektowaniu systemów transportu wewnętrznego często skupiamy się na mocy silnika, rodzaju transportowanego surowca czy prędkości przesuwu. Jednak jednym z najczęściej pomijanych parametrów, który w drastyczny sposób skraca czas eksploatacji przenośnika, jest geometria układu – a konkretnie relacja między grubością pasa a średnicą bębnów i rolek. Nawet najtrwalsze taśmy przemysłowe, wykonane z najlepszych mieszanek gumowych, nie wytrzymają długo, jeśli zostaną zmuszone do pracy na zbyt małych promieniach gięcia.
Dlaczego „łamanie” sztywnej taśmy na małym wałku prowadzi do jej degradacji i jak ustrzec się przed tym błędem konstrukcyjnym?
Mechanika zginania: co dzieje się wewnątrz taśmy?
Aby zrozumieć problem, należy spojrzeć na taśmę przenośnikową nie jak na jednolity kawałek gumy, ale jak na konstrukcję kompozytową (wielowarstwową). Typowa taśma składa się z okładek gumowych (górnej i dolnej) oraz rdzenia (przekładek tkaninowych lub linek stalowych).
W momencie, gdy taśma owija się wokół bębna napędowego lub zwrotnego, dochodzi do silnych naprężeń wewnętrznych:
-
Strefa rozciągania: Okładka górna (zewnętrzna względem łuku) jest silnie rozciągana. Jeśli promień jest zbyt mały, guma przekracza granicę swojej elastyczności, co prowadzi do powstawania mikropęknięć poprzecznych. W te szczeliny wnika później brud i wilgoć, przyspieszając korozję rdzenia.
-
Strefa ściskania: Okładka dolna (przylegająca do bębna) jest ściskana. Zbyt duży nacisk na małej powierzchni styku może powodować kruszenie się gumy i niszczenie struktury bieżnej.
-
Ścinanie międzywarstwowe: To najgroźniejsze zjawisko. Poszczególne warstwy przekładek tkaninowych wewnątrz taśmy mają różny promień obrotu. Muszą się one względem siebie minimalnie przesunąć. Gdy bęben jest za mały, siły ścinające między warstwami są ogromne. Prowadzi to do generowania ciepła wewnątrz pasa i w konsekwencji do delaminacji – czyli rozwarstwienia się taśmy.
Dlaczego taśmy przemysłowe pękają na złączach?
Problem doboru średnicy bębna jest szczególnie krytyczny w miejscu łączenia taśmy. Niezależnie od tego, czy stosujemy złącza mechaniczne (spinki), czy wulkanizację, miejsce łączenia jest zawsze sztywniejsze niż reszta pasa.
Gdy taśmy przemysłowe ze złączem mechanicznym pracują na bębnach o zbyt małej średnicy, metalowe elementy spinki poddawane są cyklicznemu wyginaniu („efekt zmęczeniowy”). W krótkim czasie prowadzi to do wyrwania spinki z gumy lub pęknięcia samego metalu. W przypadku połączeń wulkanizowanych, nadmierne zginanie w strefie łączenia powoduje błyskawiczne otwieranie się krawędzi złącza i jego odklejanie.
Dlatego producenci złączy mechanicznych zawsze podają w tabelach minimalną średnicę bębna dla danego typu spinki. Zignorowanie tej wartości to gwarancja awarii w ciągu kilku tygodni.
Jak dobrać średnicę bębna? Zasada kciuka i normy
Dobór odpowiedniej średnicy bębnów nie jest kwestią zgadywania – jest ściśle skorelowany z budową taśmy. Podstawowa zasada inżynierska mówi: im wyższa wytrzymałość taśmy na rozciąganie (i im więcej ma przekładek), tym większa musi być średnica bębna.
W dokumentacji technicznej, którą dostarczają dostawcy oferujący taśmy przemysłowe, znajdziemy zazwyczaj trzy grupy parametrów dla średnic bębnów:
-
Grupa A (Bębny napędowe): Wymagają największych średnic, ponieważ tu występują największe siły naciągu (często powyżej 100% obciążenia nominalnego).
-
Grupa B (Bębny zwrotne i napinające): Tu naciąg jest mniejszy (ok. 60-100%), więc średnice mogą być nieco mniejsze.
-
Grupa C (Rolki odchylające): Tu kąt opasania jest mały (poniżej 30 stopni), więc średnice mogą być najmniejsze, ale wciąż muszą szanować sztywność poprzeczną taśmy.
Przykładowo, dla standardowej taśmy tkaninowo-gumowej o wytrzymałości EP 400/3 (trzy przekładki), minimalna średnica bębna napędowego to zazwyczaj 315-400 mm. Użycie bębna 200 mm spowoduje, że taśma „nie będzie chciała” się owinąć, będzie odstawać i gwałtownie się nagrzewać.
Błędy modernizacyjne – pułapka „mocniejszej taśmy”
Bardzo częstym błędem popełnianym przez działy utrzymania ruchu jest wymiana taśmy na „mocniejszą” bez analizy konstrukcji przenośnika.
Wyobraźmy sobie sytuację: stara taśma EP 250/2 często się zrywała. Mechanik decyduje: „Kupmy mocniejsze taśmy przemysłowe, np. EP 630/4”. Nowa taśma jest znacznie wytrzymalsza na zerwanie, ale jest też dwukrotnie sztywniejsza i grubsza. Jeśli założymy ją na ten sam, mały bęben, który obsługiwał cienką taśmę, doprowadzimy do katastrofy. Gruba taśma na małym bębnie będzie podlegać ekstremalnym naprężeniom zginającym, co paradoksalnie sprawi, że jej żywotność będzie krótsza niż tej słabszej, którą zastąpiła.
Optymalizacja pracy przenośnika to nie tylko dbanie o czystość i smarowanie łożysk. To przede wszystkim poszanowanie praw fizyki i właściwości materiałowych. Taśmy przemysłowe to elementy elastyczne, ale nie są z gumy do żucia. Każda z nich ma swój „promień bólu”, po przekroczeniu którego dochodzi do nieodwracalnej degradacji struktury.
Projektując nowy przenośnik lub modernizując stary, zawsze zaczynaj od weryfikacji kart katalogowych taśmy. Jeśli konstrukcja maszyny wymusza stosowanie małych rolek (np. w maszynach mobilnych czy w ciasnej zabudowie), konieczne jest zastosowanie taśm o specjalnej konstrukcji (np. z jedną, ale bardzo wytrzymałą przekładką lub taśm PVC o wysokiej elastyczności), a nie standardowych taśm wieloprzekładkowych. Tylko takie podejście uchroni zakład przed kosztownymi przestojami i częstą wymianą pasów.
Artykuł sponsorowany
