Cel i założenia projektu
Projekt dotyczy złączy taśm przenośnikowych wieloprzekładkowych, które są wykonywane technologią „na zimno” przy pomocy klejów chemoutwardzalnych. Złącza te są głównie stosowane w kopalniach dołowych, gdzie z uwagi na zagrożenia pożarowe i wybuchowe oraz utrudnienia komunikacyjne jest utrudnione a często niemożliwe stosowanie technologii wulkanizacji „na gorąco”.
Poważnym problemem jest awaryjność tych złączy co generuje duże straty powodowane wielogodzinnymi postojami ciągów transportowych. W przypadku przenośników pracujących na trasach upadowych, awaria złącza zawsze stwarza zagrożenie dla ludzi a zsuwający się urobek może na długi okres czasu unieruchomić ciąg transportowy. Duże zagrożenie dla pracowników występuje także w przypadku awarii złącza na przenośnikach przeznaczonych do transportu ludzi. W praktyce eksploatacyjnej występuje bardzo duża rozpiętość czasowa dotycząca trwałości eksploatacyjnej złączy taśm wieloprzekładkowych. Dopiero od czasu, gdy Laboratorium Transportu Taśmowego (LTT) Politechniki Wrocławskiej zostało wyposażone w urządzenie do badania złączy, można było identyfikować pewne przyczyny obniżenia wytrzymałości złączy wynikające z wad wykonawczych i materiałowych. Do LTT rocznie wpływa kilkadziesiąt zleceń na badania, analizy i ekspertyzy dotyczące złączy taśmowych. W okresie ostatnich 15 lat wykonano badania ponad 300 złączy taśmowych dla kilkunastu firm krajowych i zagranicznych m.in. Matador, Phoenix, Dunlop, Depreux, Cobra Polska, Nilos Polska, Sempertrans, Conbelts, FTT Wolbrom, Remagum i inne. Na podstawie wykonanych badań złączy stwierdzano przyczyny obniżonej wytrzymałości złączy wynikające z wad wykonawczych i materiałowych. Jednakże w dalszym ciągu nie była znana przyczyna różnej trwałości eksploatacyjnej złączy wykonanych prawidłowo i eksploatowanych w identycznych warunkach. Na podstawie wyników tych badań wykonanych w roku 2010, przeprowadzono ich analizę i obliczono procentowy udział poszczególnych przyczyn powodujących obniżenie wytrzymałości złączy.
Procentowy udział przyczyn powodujących obniżenie wytrzymałości złączy taśmwieloprzekładkowych
No Data Found
Okazało się, że w 27,6% złączy nie stwierdzono występowania wad a pomimo to złącza te miały obniżoną wytrzymałość. Ponadto przyczyną obniżonej wytrzymałości 13,1% złączy było łączenie ze sobą taśm o różnych właściwościach wytrzymałościowych. Wyniki tych badań były impulsem rozpoczęcia prac dotyczących badań wielkości i rozkładu naprężeń w spoinach złączy.
Na podstawie dostępnej literatury krajowej i zagranicznej można stwierdzić, że w obszarze dotyczącym złączy taśmowych wykonano szereg badań, w których zastosowano zaawansowane analizy teoretyczne, często jednak weryfikowane tylko na modelach złączy. Pierwsze badania zmęczeniowe przeprowadzone w laboratorium LTT również wykonano na modelach złączy o znacznie mniejszych długościach w porównaniu do rzeczywistych wymiarów złączy. Uzyskiwane tymi metodami wyniki mają dużą wartość jakościową, jednak nie nadają się do bezpośredniego wykorzystania między innymi dlatego, że w zależności od długości i położenia danego stopnia w złączu wielkość i rozkład naprężeń w spoinie klejowej zdecydowanie się różni. Badania te nie dały podstaw do zmiany konstrukcji złączy, które od kilkudziesięciu lat nie uległy zmianie. Dopiero od czasu, gdy w LTT powstała możliwość badania złączy o pełnych wymiarach (do 4,5 metra długości) możliwe stało się identyfikowanie rzeczywistych naprężeń na całej długości spoiny klejowej. Badania takie wykonano w ramach projektu rozwojowego nr NR09001906 realizowanego w LTT latach 2009-2012, gdzie zastosowano nowatorską metodę oznaczania naprężeń w spoinie klejowej złącza na podstawie pomiarów kąta odkształcenia postaciowego spoiny. Badaniom poddano złącza wulkanizowane na gorąco mieszankami gumowymi. W wyniku tych badań opracowano matematyczne modele pozwalające obliczyć wielkość naprężeń w spoinie złączy oraz trwałość zmęczeniową złączy w zależności od podstawowych właściwości fizyko-mechanicznych łączonych taśm i materiałów wulkanizacyjnych. Opracowane innowacyjne metody doboru materiałów pod kątem zminimalizowania naprężeń w spoinach złączy i osiągnięcia wysokiej ich trwałości dają narzędzie producentom i użytkownikom taśm do radykalnej poprawy efektywności transportu taśmowego. Uzyskane wyniki badań stanowią także podstawę do dokonania zmian w wymiarach złączy wulkanizowanych, co da efekty w postaci skrócenia ich całkowitej długości.
Ponieważ badania złączy wulkanizowanych na gorąco dały pozytywne wyniki jest uzasadnione, aby poddać badaniom także złącza wykonywane metodą „na zimno” klejami chemoutwardzalnymi, ponieważ ich udział w ogólnej liczbie wykonywanych złączy jest przeważający, a których właściwości znacząco różnią się od mieszanek gumowych stosowanych przy wulkanizacji temperaturowej.
W ramach projektu podjęto temat 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. Wytrzymałość i trwałość złączy taśmy limituje wytrzymałość całego cięgna i wpływa na koszty eksploatacji przenośnika. Taśmy przenośnikowe są produkowane według wymagań przedmiotowych norm w których nie są uwzględnione, nieznane dotąd wymagania jakim powinny odpowiadać, aby złącza
tych taśm mogły uzyskać wysoką wytrzymałość i trwałość eksploatacyjną. Znaczna część złączy ulega bowiem zniszczeniu wskutek rozklejania się zewnętrznych styków przekładek. W dotychczasowej praktyce eksploatacyjnej firmy przystępujące do łączenia taśm nie posiadają wiedzy na temat zależności trwałości złącza od właściwości łączonych taśm i właściwości kleju użytego do wykonania złącza.
Zasadniczym celem projektu jest zmniejszenie awaryjności złączy wykonywanych metodą klejenia na zimno, zwiększenia ich trwałości eksploatacyjnej oraz obniżenie ich kosztu wykonania. Cel ten zamierza się osiągnąć poprzez zidentyfikowanie, metodami badawczymi, tych właściwości taśm przenośnikowych i materiałów do ich łączenia, które mają istotny wpływ na wielkość naprężeń w spoinie klejowej złączy oraz na ich trwałość zmęczeniową, a następnie określenie wagi tego wpływu za pomocą statystycznych analiz. Aby określić jakie właściwości taśm i klejów chemoutwardzalnych mają istotny wpływ na wielkość i rozkład naprężeń w spoinie klejowej złącza oraz na jego trwałość zmęczeniową, wykonane zostaną złącza przy użyciu taśm przenośnikowych oraz klejów o różnych właściwościach wytrzymałościowych. Złącza te zostaną poddane badaniom laboratoryjnym celem określenia ich wytrzymałości na rozciąganie, wielkości naprężeń w spoinie klejowej oraz trwałości zmęczeniowej. Badania takich złączy są znacznie trudniejsze do wykonania, ponieważ w odróżnieniu od złączy wulkanizowanych spoina klejowa jest najczęściej dwuwarstwowa, składająca się z gumy frykcyjnej taśmy (lub resztek tej gumy) i warstwy kleju chemoutwardzalnego, który posiada zdecydowanie inne właściwości niż guma frykcyjna.
Wyniki tych badań posłużą do wykonania złączy 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 opracowany zostanie program komputerowy do szybkiej oceny spodziewanej trwałości złączy jeszcze przed ich wykonaniem. Na podstawie badań rozkładu naprężeń w spoinie klejowej będzie możliwe zoptymalizowanie geometrii złączy a w konsekwencji również zmniejszenie ich długości. Wyniki badań zostaną wykorzystane przez konsorcjanta biznesowego do wykonania serii próbnych złączy przeznaczonych do badań eksploatacyjnych, a po zakończeniu projektu zostaną udostępnione firmom produkującym taśmy przenośnikowe i kleje oraz użytkownikom taśm i firmom zajmującym się wykonywaniem złączy taśmowych. Na podstawie rozeznania literatury krajowej i zagranicznej nie stwierdzono, aby badania złączy klejonych w zakresie oraz metodami proponowanymi w niniejszym Projekcie były wykonywane lub publikowane.
Opis potencjału aplikacyjnego wyników projektu
W krajowych zakładach aktualnie znajduje się w eksploatacji ponad 1100 km przenośników taśmowych, czyli ponad 2 200 km taśm przenośnikowych. Taśmy produkuje się w odcinkach o długości wynoszącej zazwyczaj 50 metrów do 250 metrów. Przyjmując średnią długość odcinka taśmy równą 150 m otrzymuje się, że w eksploatacji znajduje się ok. 15 000 złączy taśmowych. W kopalniach odkrywkowych węgla brunatnego stosuje się przeważnie taśmy z linkami stalowymi, gdzie w eksploatacji znajduje się ok. 3 000 złączy tych taśm. W śladowych ilościach taśmy z linkami stalowymi stosowane są także w kopalniach rud miedzi i kopalniach węgla kamiennego. Z danych uzyskanych od firm zajmujących się łączeniem taśm wynika, że w kopalniach węgla i surowców skalnych wykonuje się rocznie ok. 6 000 złączy, z czego ponad 3 000 złączy klejonych. W innych gałęziach przemysłu takich jak huty, elektrownie, porty morskie, cementownie, zakłady budowlane i inne, gdzie stosuje się taśmy o mniejszych wytrzymałościach także wykonuje się rocznie około 6 000 zł, z czego większość to złącza klejone. Ostrożnie można założyć, że rocznie wykonuje się ok. 6 000 złączy klejonych.
Odbiorcami wyników badań będą producenci taśm przenośnikowych i materiałów wulkanizacyjnych oraz zakłady stosujące transport materiałów przenośnikami taśmowymi, w tym:
– Kopalnie węgla kamiennego
– Kopalnie surowców skalnych
– Elektrownie
– Cementownie
– KGHM Polska Miedź S.A.
– Producent taśm przenośnikowych Conbelts Bytom S.A.
– Producent taśm przenośnikowych Cobra Europe sp. z o.o.
– Producent taśm przenośnikowych Sempertrans Bełchatów sp. z o.o.
– Fabryka Taśm Transportowych FTT Wolbrom S.A., oraz firmy wykonujące złącza taśmowe:
– Nilos Polska sp. z o.o., Bestgum Polska sp. z o.o., Remagum sp. z o.o., TipTopol, Centrum Taśm i Pasów i inne.
Z uwagi na to, że niektóre aktualnie produkowane kleje stosowane do łączenia taśm, na mocy nowych wymagań Unii Europejskiej z zakresu ochrony zdrowia (Rozporządzenie Komisji UE Nr 348/2013 z dnia 17 kwietnia 2013r), będą musiały być zmodyfikowane lub wycofane z użytku, będzie konieczne opracowanie receptur nowych klejów. Opracowane w ramach niniejszego projektu badawczego wymagania dotyczące fizyko-mechanicznych właściwości klejów powinny być podstawowymi kryteriami służącymi do oceny jakości i przydatności nowych klejów, aby wykonywane przy ich użyciu złącza miały wysoką wytrzymałość i trwałość eksploatacyjną.
Zewnętrzne/wewnętrzne czynniki ryzyka
Wieloletnie doświadczenie wnioskodawcy i konsorcjanta biznesowego w zakresie zadań przewidzianych dla nich w projekcie powoduje, że ryzyko jego niepowodzenia jest minimalne. Z uwagi na dużą liczbę zaplanowanych badań w stosunkowo krótkim czasie oraz ich sekwencyjność, nieprzewidziane opóźnienia (np. awaria którejś z maszyn w laboratorium) mogą zagrozić terminowemu ukończeniu niektórych zadań projektu. Maszyny w akredytowanym laboratorium LTT są jednak objęte stałym nadzorem producentów i regularnie wzorcowane, dlatego ewentualne awarie będą szybko usuwane. Istnieje pewne ryzyko terminowego wykonania badań eksploatacyjnych przez konsorcjanta biznesowego z uwagi na ich wykonywanie na przenośnikach taśmowych będących w ciągłej eksploatacji, co jednak nie powinno zagrozić terminowemu zakończeniu projektu. Przewiduje się, że nowa technologia będzie sukcesywnie wdrażana w krajowych zakładach i w okresie do 5 lat osiągnie się jej pełne zastosowanie.