01. ΕΙΣΑΓΩΓΗ α/ Ύλη του μαθήματος Η ύλη του μαθήματος είναι οι μεταφορικές μηχανές : Οι κύριες μεταφορικές μηχανές είναι οι κάτωθι : Μεταφορικοί Κοχλίες ή Κοχλιομεταφορείς Ταινιόδρομοι ( π.χ. Μεταφορικοί Ιμάντες ) Μεταφορείς με αλυσίδες (π.χ. Μεταφορείς τύπου Apron ) Καδοφόροι Μεταφορείς (π.χ. Καδοφόροι Ανυψωτές ) Αερομεταφορείς Κυλινδρομεταφορείς Οχήματα μεταφοράς υλικού (π.χ. Περονοφόρα οχήματα) Μεταφορικές μηχανές με πτερύγια Υπερυψωμένοι μεταφορείς Ταλαντωτικοί μεταφορείς ή Παλινδρομικοί Φυσητήρες κ.α.
β/ Λόγος ύπαρξης μαθήματος Συναντάμε μεταφορικές μηχανές παντού Εργοστάσια Εργοτάξια Μεταφορές ( αποβάθρες , σιδηροδρομικοί σταθμοί , αεροδρόμια ) Ορυχεία , λατομεία κλπ Μεταποίηση & Εκβιομηχάνηση Η χρησιμοποίηση μεταφορικών μηχανών για την μετακίνηση υλικών είναι αναγκαία διότι με αυτόν τον τρόπο επιτυγχάνουμε : • Εξοικονόμηση προσωπικού • Εξοικονόμηση χρόνου • Αποφυγή καταπονήσεων συνεπώς : • Αύξηση παραγωγικότητας • Μείωση κόστους
γ/ Γενικές έννοιες Μεταφορά Μεταφερόμενο υλικό Ενέργεια μεταφοράς
Παροχή
Κάθε σκόπιμη μετακίνηση υλικού, κατά την οποία δεν αλλάζουν οι φυσικές ή οι χημικές ιδιότητες του Το υλικό (μορφή , κατάσταση, θερμοκρασία, υγρασία κλπ.) που πρόκειται να μεταφερθεί. Η ενέργεια που απαιτείται για να υπερνικηθούν οι τριβές , οι απώλειες και η βαρύτητα (εάν υπάρχει και παράλληλη ανύψωση) για τη μεταφορά του υλικού ) Μέτρο της μεταφορικής ικανότητας μεταφορικής μηχανής
δ/ ΓΕΝΙΚΟ ΜΕΤΑΦΟΡΙΚΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ (Σκοποί - Μεταφορά {± ανύψωση Υλικού)). Διακριτές φάσεις o Παραλαβή υλικού από αρχικό χώρο (Από σιλό η σωρό ή από μεταφορικά μηχάνημα η χώρο , με χρήση της αντίστοιχα κατάλληλης Διάταξης) o Τροφοδοσία με υλικό με τον κατάλληλο ρυθμό του μεταφορικού μηχανήματος [Η τροφοδοσία του μεταφορικού μηχανήματος (πολλές φορές συνδυασμένη με την παραλαβή από τον αρχικά χώρο) πρέπει, να γίνεται με ρυθμό τέτοιο, ώστε να μην υπάρχει, πρόβλημα υπερχείλησης ή υποαπασχόλησης του] o Διάταξη μεταφοράς υλικού (Κυρίως φάση μεταφοράς) o Απόδοση υλικού στον τελικό χώρο (Το υλικό εγκαταλείποντας το μεταφορικό εξακολουθεί να έχει κάποια κινηματικά χαρακτηριστικά , π.χ. ταχύτητα , κίνηση προς ορισμένη κατεύθυνση , τα οποία μπορεί να μην είναι επιθυμητά . Τα χαρακτηριστικά αυτά μπορούν να τροποποιηθούν από κάποια
πολύ απλή διάταξη)
ε/ ΣΥΝΗΘΕΣ ΜΕΤΑΦΟΡΙΚΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ Δίδονται : • Μεταφερόμενο Υλικό • Παροχή • Αρχικό & Τελικό σημείο μεταφοράς Ζητούνται : • Διάταξη μεταφοράς υλικού • Διαδρομή • Γεωμετρικά και κατασκευαστικά στοιχεία μηχανής • Ισχύς μεταφοράς • Κόστος μηχανής Περιορισμοί : • Ιδιότητες υλικού • Επίδραση του υλικού ή της μηχανής μεταφοράς στο περιβάλλον (θόρυβος, ρύπανση, μόλυνση, κραδασμοί κτλ) • Επίδραση συνθηκών περιβάλλοντος ως προς υλικό ή μηχάνημα [Διαβρωτικό-οξειδωτικό περιβάλλον (π.χ. θάλασσα), ύπαρξη σκόνης (αύξηση φθοράς) κτλ] • Χώρος τοποθέτησης • Ασφάλειας χειριστών • Θερμοκρασία μεταφερόμενου υλικού • Κανονισμών ασφαλείας & Προδιαγραφών • Συντήρησης • Πολλαπλής Χρήσης • Αντοχής Υλικών & Εξωτερικών Φορτίων ( αέρας , χιόνι , σεισμός , κινούμενα φορτία , κρουστικά φορτία ) • Οικονομοτεχνική αιτιολόγηση του ( διάρκεια λειτουργίας , προσωρινή ή μόνιμη εγκατάσταση & η μετέπειτα χρήση του ) • Ένταξη σε ομάδα ομοίων μηχανημάτων [Λόγοι κοινής συντηρήσεως, αγοράς κοινών ανταλλακτικών και υπάρξεως ήδη ειδικών τεχνιτών] Συγγενή Προβλήματα : • Αποθήκευση υλικού • Παραλαβή υλικού • Μέτρηση παροχής • Μέτρηση αποθηκευμένου υλικού
στ/ ΤΡΟΠΟΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΥΛΙΚΩΝ Διάκριση αν το υλικό το οποίο είναι προς μεταφορά θα μεταφερθεί σε σωρό ή όχι. Οπότε έχουμε μεταφορά : • Σε σωρό • Μεμονωμένα - Μεταφορά υλικών σε τεμάχια (π.χ. κιβώτια , μπλοκ)
ζ/ ΥΛΙΚΟ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ Οι φυσικές και. χημικές ιδιότητες των υλικών, το μέγεθος και , η γεωμετρική τους μορφή επηρεάζουν στην εκλογή του τρόπου μεταφοράς, αποθήκευσης , παραλαβής και απόδοσης τους . Οι. παρακάτω ιδιότητες επηρεάζουν σημαντικά τη σωστή εκλογή κατάλληλου μεταφορικού μηχανήματος γι αυτό πρέπει, να είναι έστω προσεγγιστικά γνωστές . 1. Ποσοστιαία αναλογία διαστάσεων τεμαχίων Είναι αποφασιστική για τις ελάχιστες διαστάσεις διατομών όλων των στοιχείων από τα οποία διέρχεται το υλικό και γενικότερα παίζει σημαντικό ρόλο στην επιλογή της μεταφορικής μηχανής. Ακολουθούμε τα παρακάτω βήματα : • Κατανομή του μεγέθους των κομματιών (κοκκομετρική σύνθεση του προς μεταφορά υλικού) Επιλέγετε μια μικρότερη ποσότητα (δείγμα) αντιπροσωπευτική όμως από το προς μεταφορά υλικό. Η ανάλυση για διαστάσεις κόκκων άνω των 0,05 mm γίνεται με σειρά (ακολουθώντας κάποιο πρότυπο) από εργαστηριακά κόσκινα (με οπές τετράγωνης μορφής). Το προς εξέταση δείγμα τοποθετείται στο κόσκινο με τη μεγαλύτερη οπή από το οποίο ανάλογα με το είδος του δείγματος να διέρχεται όλη η ποσότητα . Στη συνέχεια με οριζόντιες και κάθετες κινήσεις που περιοδικά συνοδεύονται με προσεκτικές αναταράξεις του δείγματος, γίνεται το κοσκίνισμα του υλικού (μπορεί να γίνει με ειδικές μηχανές κοσκινίσματος. Το υλικό που διέρχεται από το κόσκινο
συλλέγετε σε κατάλληλες πλατύστομες λεκάνες. Το κοσκίνισμα θεωρείται ότι έληξε όταν τοποθετώντας ένα άσπρο χαρτί κάτω από το κόσκινο διαπιστώνουμε ότι δεν διέρχεται άλλο υλικό. Τα συγκρατούμενα σε κάθε κόσκινο ζυγίζονται με ακρίβεια και το βάρος τους καταγράφεται σε ειδικό πίνακα (δελτίο κοκκομετρικής ανάλυσης). Στη συνέχεια με υπολογισμούς βρίσκουμε το κατακρατούμενο βάρος και , δεδομένης , της αρχικής ποσότητας , προκύπτει η επί τοις εκατό σύσταση του υλικού . [Για κόκκους κάτω των 0,05 mm γίνεται ανάλυση με άλλους τρόπους π.χ. υδραυλική ανάλυση (βασίζεται στην διαφοροποίηση της ταχύτητας βύθισης των κόκκων του νερού)] • Βαθμός ομοιομορφίας ( kn=amax/amin ) Εάν ο συντελεστής, που είναι καθαρός αριθμός, είναι μικρότερος ή ίσος του 2,5 το υλικό θεωρείται ταξινομημένο . Ειδάλλως θεωρείται μη ταξινομημένο . • Διάσταση του πλέον τυπικού κόκκου Τα ταξινομημένα υλικά αντιπροσωπεύονται με τη μέση διασπορά κόκκου α ( mm ) που ορίζεται ως εξής : a= ( amin+ amax ) / 2 . Τα μη ταξινομημένα υλικά αντιπροσωπεύονται με τη μέγιστη διάσταση του κόκκου τους . (Εάν όμως η κατανομή των διαστάσεων δείξει ότι το φάσμα τιμών που ανήκει η μέγιστη διάσταση παρουσιάζεται σε ποσοστό μικρότερο του 10 % τότε προχωρούμε στο επόμενο φάσμα ωσότου βρεθεί φάσμα σε ποσοστό άνω του 10 % ) 2. Φαινόμενη Πυκνότητα Είναι το βάρος που έχει ένας σχετικά μεγάλος όγκος του υλικούσωρού προς τον όγκο που καταλαμβάνει . Προφανώς η φαινόμενη πυκνότητα είναι πάντα μικρότερη από την πυκνότητα ενός υλικού λόγω των νεκρών όγκων που εγκλείει που οφείλονται στη γεωμετρία και στην αναλογία διαφόρων διαστάσεων του υλικού Εξαρτάται από το πόσο συμπιεσμένο είναι το υλικό, την υγρασία και την κοκκομετρική σύσταση του υλικού ( όσο περισσότεροι κόκκοι τόσο πιο πολλά τα κενά) 3. Γωνία φυσικού πρανούς (Γωνία Διασποράς φst) Αν από μικρό ύψος (ώστε να είναι όσο δυνατόν μικρότερα τα κινηματικά χαρακτηριστικά των κόκκων κατά την πτώση τους) αρχίσουμε και ρίχνουμε κόκκους υλικού πάνω σε σταθερή οριζόντια βάση θα σχηματιστεί ένας κώνος . Η γωνία κλίσης του σωρού (γωνία
βάσης κώνου) είναι η γωνία φυσικού πρανούς . Εξαρτάται από τη ρευστότητα η οποία εξαρτάται από τη συνεκτικότητα των μερών του και από το μέγεθος των δυνάμεων τριβής που αναπτύσσονται από τη σχετική τους κίνηση . Επειδή η συνεκτικότητα και η τριβή επηρεάζονται από εξωγενείς παράγοντες (υγρασία, θερμοκρασία, κοκκομετρική σύσταση κλπ) η γωνία απόθεσης ενός υλικού μπορεί να είναι διαφορετική κατά περίπτωση 4. Γωνία δυναμικού πρανούς (Γωνία Δυναμικής Διασποράς φdyn) Η γωνία φυσικού πρανούς μειώνεται σημαντικά όταν το επίπεδο που φέρει το υλικό κινηθεί με ορισμένη συχνότητα σε επαναλαμβανόμενη κίνηση . Η γωνία αυτή λέγεται γωνία δυναμικού πρανούς και ορίζει τη διατομή που θα έχει το υλικό όταν μεταφέρεται από κάποιο μεταφορικό μηχάνημα το οποίο αναπόφευκτα θα μεταφέρει δονήσεις και στο υλικό
Εάν δεν είναι δυνατή η εύρεση τιμής για την δεύτερη , τότε μπορεί να χρησιμοποιηθεί η εμπειρική σχέση : φdyn=0,7*φst Προσοχή στο ότι ενώ η γωνία φυσικού πρανούς είναι μια , η γωνία δυναμικού πρανούς εξαρτάται από τις δονήσεις στις οποίες υπόκειται η σωρός (η γωνία φυσικού πρανούς μπορεί να νοηθεί και ως η γωνία δυναμικού πρανούς με συχνότητα μηδέν) 5. Υγρασία ( που έχει ή μπορεί να αποκτήσει το υλικό ) Η υγρασία των υλικών ωm (%) ορίζεται ως ο λόγος της μάζας του περιεχόμενου νερού που αποβάλλεται εάν ξεραθεί ένα δείγμα υλικού σε θερμοκρασία 105ο C προς τη μάζα του ξηρού δείγματος : ωm= 100*((mm-md)/md) (%) . Αύξηση της υγρασίας οδηγεί i/ σε αύξηση του φαινομένου ειδ. βάρους άρα και σε επιβάρυνση της μεταφοράς με το επιπλέον μεταφερόμενο νερό ii/ σε γρηγορότερη διάβρωση άρα και σε συντομότερη καταστροφή της εγκατάστασης
iii/ Η υγρασία αποτελεί την κυρία αίτια επικόλλησης του προς μεταφορά υλικού επάνω στις επιφάνειες της μεταφορικής εγκατάστασης με αποτέλεσμα τη διαρκή σμίκρυνση των διατομών αλλά και την αύξηση των τριβών που προέρχονται από την επαφή του υλικού με το υλικό που έχει κολλήσει επάνω στην εγκατάσταση 6. Γεωμετρική Μορφή Επηρεάζει, τη συμπεριφορά των τεμαχίων κατά την αερομεταφορά επιδρώντας επάνω στους αεροδυναμικούς συντελεστές 7. Συντελεστής Τριβής Ο συντελεστής τριβής του υλικού με διάφορα υλικά με τα οποία θα έρθει σε επαφή είναι, πληροφορία που βοηθά στον προσδιορισμό των δυνάμεων για την αντιμετώπιση των αντιστάσεων στην κίνηση του υλικού. 8. Ιξώδες Εάν το μεταφερόμενο υλικό βρίσκεται στην υγρή φάση τότε είναι απαραίτητη η γνώση του ιξώδους του στις συνθήκες μεταφοράς. 9. Μηχανική Αντοχή Πρέπει να είναι γνωστή όταν το υλικό κατά τη μεταφορά καταπονείται στατικά ή δυναμικά. 10.Ρευστότητα ( κινηματικότητα ) των υλικών Η ρευστότητα είναι το μέτρο της ευκολίας ροής ενός υλικού και καθορίζει την γωνία φυσικού και δυναμικού πρανούς . • Ο συντελεστής τριβής fs ανάμεσα στις δύο επιφάνειες καθορίζει τη μέγιστη δυνατή γωνία κλίσης που μπορεί να λάβει το φέρον στοιχείο ως προς το οριζοντιο επίπεδο έτσι ώστε να μεταφέρεται το υλικό χωρίς σχετικές ως προς την επιφάνεια του φέροντος στοιχείου μετακινήσεις . • Ο εσωτερικός συντελεστής τριβής fi καθορίζει τη μέγιστη δυνατή γωνία κλίσης που μπορεί να λάβει το φέρον στοιχείο ως προς το οριζόντιο επίπεδο έτσι ώστε να μεταφέρεται το υλικό χωρίς εσωτερικές σχετικές μετατοπίσεις των κόκκων του .
Τα παραπάνω μπορούν να εκφρασθούν ως : tan(φd) <min(fs , fi ) , όπου φd): η γωνία σχεδιασμού της μεταφορικής μηχανής 11.Αποξεστικότητα υλικού Η αποξεστικότητα ενός υλικού αναφέρεται στο μέτρο της ικανότητας των κομματιών ενός υλικού να αποξέει την επιφάνεια των άλλων επιφανειών με τις οποίες έρχεται σε επαφή και εξαρτάται από την σκληρότητα (κλίμακα Mohs), το σχήμα και το μέγεθος των κομματιών του Αναλογά το βαθμό αποξεστικότητας τα υλικά κατηγοριοποιούνται σε τέσσερις κατηγορίες (A, B, C, D) που αντιστοιχούν σε : Μη αποξεστικά υλικά (Α), Ελαφρώς αποξεστικά (Β), μεσαία αποξεστικά (C) και ισχυρώς αποξεστικά (D) Όσον αφορά την σκληρότητα, ένα υλικό σε σωρό ανήκει αποκλειστικά σε μια από τις δέκα κατηγορίες που περιλαμβάνει η κλίμακα Mohs Η αποξεστικότητα & η σκληρότητα του υλικού παίζει πολύ σημαντικό ρόλο κατά τον σχεδιασμό της μεταφορικής μηχανής και ειδικότερα : • Στην ελαχιστοποίηση της φθοράς των επιφανειών και γενικότερα των μερών των φερόντων στοιχείων (ιμάντας , επιφάνεια αγωγού κλπ) και των δυνάμεων τριβής κατά τη σχετική κίνηση του υλικού • Στη σωστή επιλογή των προστατευτικών καλυμμάτων των φερόντων στοιχείων , και στην στεγάνωση των εδράνων και των κινηματικών αρθρώσεων ώστε να καθίσταται αδύνατη η εισχώρηση και η επαφή του μεταφερόμενου υλικού με τα ευπαθή κινούμενα μέρη της μεταφορικής μηχανής . 12.Η μεταφορά σκόνης και αερίων ενέχει τον κίνδυνο της αυτανάφλεξης
Μεμονωμένα Αν μεταφέρεται μεμονωμένα (τότε τα κύρια χαρακτηριστικά που χρειάζεται κανείς να γνωρίζει είναι : 1. Διαστάσεις 2. Όγκος 3. Ειδικό Βάρος 4. Υγρασία ( που έχει ή μπορεί να αποκτήσει το υλικό ) 5. Γεωμετρική Μορφή 6. Συντελεστής Τριβής 7. Μηχανική Αντοχή 8. Ρευστότητα ( κινηματικότητα ) των υλικών ( συντελεστής τριβής fs και εσωτερικός συντελεστής τριβής fi ) 9. Αποξεστικότητα & η σκληρότητα του υλικού .
η/ Σχεδιαστικά βήματα (Για μηχανές που μεταφέρουν φορτίο σε σωρό) 1. Δεδομένο η απαιτούμενη ονομαστική παροχή 2. Επιλέγεται η ταχύτητα μεταφοράς του φορτίου • Χαρακτηριστικά του υλικού καθορίζουν ως ένα βαθμό την ταχύτητα μεταφοράς εξαρτώμενη βέβαια και από τη μέθοδο μεταφοράς . • Πολύ ελαφρά ή υλικά σε μορφή σκόνη μικρή ταχύτητα • Εύθραυστο μικρή ταχύτητα • Αν περιεκτικότητα σε υγρασία δημιουργεί κολλητικότητα μεγαλύτερη ταχύτητα • Σκληρό και οξύ μέτρια ταχύτητα , περιορισμός φθοράς στα σημεία φορτώσεως • Μέτριο βαθμό αποξεστικά μεγαλύτερη ταχύτητα με μικρότερο ιμάντα , πιο οικονομικό • Πολύ αποξεστικά μικρότερες ταχύτητες • Υλικά κοκκοειδή με μικρό βάρος και λεία επιφάνεια μεγαλύτερες ταχύτητες από άλλα πιο ανώμαλα υλικά 3. Υπολογίζουμε κατά περίπτωση ή την μάζα ή τον όγκο του υλικού πάνω στο φέρον στοιχείο Ο προσδιορισμός αυτής της τιμής κάνει δυνατή : • Εύρεση των διαστάσεων του φέροντος στοιχείου ( Πρέπει να γίνει ειδικός έλεγχος για την δυνατότητά του να φέρει τα μεγαλύτερων διαστάσεων κομμάτια του φορτίου ) • Υπολογισμό των διαστάσεων των στοιχείων στήριξής του • Αναλυτικό προσδιορισμό των δυνάμεων αντίστασης • κλπ.
θ/ ΠΡΟΒΛΗΜΑ Για κάποιο υλικό γνωρίζουμε ότι : η γωνία φυσικού πρανούς του είναι βφ=35ο η γωνία δυναμικού πρανούς βδ=25ο η φαινόμενη πυκνότητα είναι ΦΠ = 700 kg/m3 Αν το υλικό πρέπει να μεταφερθεί με ταχύτητα 1 m/s ενώ η παροχή του υλικού θέλουμε είναι Q =20 m3/h Υπολογίστε : α/ πόσο πρέπει να είναι το πλάτος του ιμάντα και β/ πόσα κιλά του υλικού θα έχουν μεταφερθεί σε μια ώρα
ΑΠΑΝΤΗΣΗ α/ παροχή Q
: Q=Ε * υ
διατομή του ρεύματος μεταφοράς υλικού : E=Y*L*1/2 ύψος τριγώνου
(1) (2)
: Y= (L/2)*tanβδ (3)
(2) , (3) :
E=((L/2)*tanβδ)*L*1/2 = (L/2)2 * tanβδ (4)
(1) , (4) :
(L/2)2 * tanβδ = Q/υ => L = 2*[Q/(υ* tanβδ)]1/2
β/ ΦΠ = Β / Q =>
Β= ΦΠ* Q
ι/ Φυσικές αρχές για μεταφορά υλικών στις Μεταφορικές Μηχανές α) Έλξη Το μεταφερόμενο υλικό περιέχεται σε δοχείο ή φορείο το οποίο με τη βοήθεια είτε συρματόσχοινων, είτε ιμάντα, είτε αλυσίδας έλκεται προς την επιθυμητή κατεύθυνση β) Ώση β1) Η ώση εφαρμόζεται απ’ ευθείας από τη μηχανή στο υλικό. (π.χ μεταφορικός κοχλίας) β2) Η ώση εφαρμόζεται σε ενδιάμεσο φορέα, ο οποίος ωθεί το υλικό (π.χ αερομεταφορά)
ια/ Στοιχεία Μεταφορικών Μηχανών α) Σιδηρά κατασκευή ( δικτύωμα, πλαίσιο, κιβωτιοειδής φορέας, χυτό ) β) Στοιχεία Μηχανών ( άξονες, έδρανα, γρανάζια, αλυσίδες, τροχαλίες, ιμάντες, ελατήρια, στοιχεία συνδέσεως, κ.λπ.) γ) Συγκροτήματα ( πέδες, αντλίες, αεροσυμπιεστές, μειωτήρες, υδραυλικοί κύλινδροι , ηλεκτροκινητήρες, καστάνιες , αρπαγές, ανεμιστήρες, κλπ.) ε) Ειδικά υλικά ( αεροδιαπερατά υλικά, ειδικοί ιμάντες, σύρματόσχοινα, ελαστικά, κ.λπ.) στ) Ηλεκτρικά , ηλεκτρονικά ( Σήμανση ορίων, τερματικοί διακόπτες, σήμανση υπερφορτίσεων, ηλεκτρική σύζευξη, κ.λπ.).