Fallschutzrollenkastenstudie: Schutz einer Kalksteinförderbandanlage mit hohem Fallabstand

Ein Ladeplatz ist einer der am härtesten arbeitenden Abschnitte eines Bandförderers. Große Materialstücke fallen auf einen kleinen Bereich des Bandes. Dadurch müssen Band, Rollen, Lager und Tragrahmen wiederholte Stöße absorbieren.

Diese Fallstudie erklärt, wie ein Kalksteinverarbeitungsbetrieb in Südafrika einen Übergabepunkt mit hohem Fall auf eine Schwerlast-Stoßrollengarnitur-Lösung umrüstete.

Der vorhandene Förderer hatte häufige Band Schäden, ausgefallene Rollen, Materialverschüttungen und Rahmendeformationen. Standardstahlrollen konnten das Band während des normalen Transports stützen. Sie konnten jedoch den starken Stoß nicht absorbieren, der durch große Kalksteinstücke verursacht wurde, die aus einer Höhe von 3,2 Metern fielen.

Um das Problem zu lösen, wurde die Ladezone mit Stoßrollengarnituren mit Gummiringen, verstärkten Wellen, geschützten Lagern und stärkeren Tragrahmen ausgestattet. Der Abstand zwischen den Rollengarnituren wurde ebenfalls verringert.

Nach 14 Monaten Betrieb zeigte das aufgerüstete System deutliche Verbesserungen im Band Schutz, Rollenverlässlichkeit und Stabilität der Ladezone.

Überblick über das Stoßrollengarnitur-Projekt

Das Projekt betraf eine Kalksteinzerkleinerungs- und Schüttgüterhandhabungsanlage in der Free State-Region Südafrikas. Der Förderer bewegte zerkleinerte Kalksteine von einer Übergabeschurre zur nächsten Verarbeitungstufe.

Die wichtigsten Projektbedingungen umfassten:

• Industrie: Hartgesteinbergbau und Steinbruchverarbeitung
• Material: zerkleinerter Kalkstein
• Materialdichte: ca. 1,6 t/m³
• Maximale Klumpengröße: 250 mm
• Förderbandbreite: 1.600 mm
• Bandgeschwindigkeit: 3,2 m/s
• Materialfallhöhe: 3,2 Meter
• Umgebung: starker Staub und kontinuierliche Vibration
• Hauptkomponenten: Stoßrollen mit Gummiringen und verstärkte Stoßrollengarnituren
• Designreferenz: CEMA E und ISO 5048 Ladeanforderungen

Der Name des Kundenunternehmens bleibt vertraulich. Die Betriebsbedingungen und Projektdaten werden jedoch beibehalten, um zu zeigen, wie die Lösung entwickelt wurde.

Herausforderung bei der Stoßrollengarnitur am Übergabepunkt

Die Übergabeschurre erzeugte eine konzentrierte Ladekraft. Zerkleinerte Kalksteine fielen direkt auf die Mitte des Förderbands.

Da einige Stücke eine Größe von 250 mm erreichten, erzeugte jeder Fall einen starken lokalen Stoß. Die Kraft durchdrang das Band und gelangte zu den darunter liegenden Rollen.

Der ursprüngliche Förderabschnitt verwendete Standard-Stahlrinnenrollen. Diese Rollen boten grundlegende Bandstützung, hatten aber nur eine geringe Dämpfungskapazität.

Im Laufe der Zeit entwickelten sich in der Ladezone mehrere damit verbundene Probleme.

Banddurchstiche und Deckschadens

Scharfe Kalksteinränder schlugen wiederholt auf denselben Abschnitt des Bandes. Die Oberdeckschicht entwickelte tiefe Schnitte und Durchstiche. In schwereren Fällen beeinflusste der Stoß auch die inneren Bandlagen.

Gebogene Wellen und blockierte Rollen

Starre Stahlrollenhüllen übertrugen einen Großteil des Stoßes direkt auf die Wellen und Lager. Wiederholte Stöße verursachten Wellenbewegungen, Lager Schäden und Rollenblockaden.

Bandabsenkung zwischen Rollengarnituren

Der ursprüngliche Rollenabstand ließ ungestützte Bereiche unter der Schurre. Wenn schweres Material auf das Band landete, bewegte sich das Band zwischen den Rollen nach unten.

Materialleckage um den Schürtenrand

Die Bandabsenkung schuf Lücken zwischen dem Band und dem Schürtenkautschuk. Feinster Kalkstein entwich durch diese Lücken und sammelte sich um die Fördererstruktur.

Rahmfatigue

Die Tragrahmen wurden wiederholt mit Stoßlasten belastet. Im Laufe der Zeit erhöhte dies das Risiko von gebogenen Haltern, beschädigten Schweißnähten und schlechter Rollenausrichtung.

Der Kunde brauchte mehr als eine stärkere Rolle. Das vollständige Stützungssystem der Ladezone musste überprüft werden.

Fehleranalyse des Förderers mit Stoßrollengarnitur

Vor der Auswahl einer neuen Förderer mit Stoßrollengarnitur-Anordnung wurden die Ladebedingungen als ein vollständiges System untersucht.

Die wichtigsten Faktoren umfassten Materialmasse, Klumpengröße, Fallhöhe, Bandbreite, Bandgeschwindigkeit, Rollenabstand und die Festigkeit des vorhandenen Rahmens.

Die Überprüfung identifizierte drei Hauptursachen für die Fehler.

Erstens konnten die Standardrollen nicht genug Stoßenergie absorbieren. Ihre Stahloberflächen boten Festigkeit, aber sehr wenig elastische Bewegung.

Zweitens erlaubte der Abstand zwischen den Rollengarnituren eine Bandabsenkung. Daher bot die vollständige Ladezone auch dann keine kontinuierliche Stützung, wenn eine Rolle in gutem Zustand blieb.

Drittens wurden die Lager und Wellen zu viel direktem Stoß ausgesetzt. Sobald ein Lager beschädigt wurde, stoppte die Rolle. Das bewegte Band glitt dann über eine feste Stahloberfläche, was Wärme und zusätzlichen Verschleiß verursachte.

Die Lösung musste:

• Wiederholte Materialstöße absorbieren
• Das Band über die gesamte Ladezone stützen
• Die Lager vor Stoß und Staub schützen
• Die Bandbewegung unter dem Schürtenrand reduzieren
• In die vorhandene Fördererstruktur passen
• Kontinuierlichen industriellen Betrieb standhalten
• Zukünftige Rollenersetzungen vereinfachen

Design der Stoßrollengarnitur-Lösung für Förderer

Die endgültige Stoßrollengarnitur-Lösung für Förderer kombinierte Gummidämpfung, strukturelle Verstärkung und engeren Stützbereich.

Statt sich auf eine Designfunktion zu verlassen, verwendete das System mehrere Teile, die zusammenarbeiteten:

• Hochelastische Gummistossringe
• Dicke Stahlrollenschläuche
• Verstärkte massive Wellen
• Schwerlastlager
• Starke Lagergehäuse
• Mehrstufige Labyrinthdichtungen
• Wasserfeste Fettung
• Verstärkte Stoßrollengarniturrahmen
• Verringerter Abstand unter der Übergabeschurre

Dieses kombinierte Design erlaubte es den Stossringen, den ersten Stoß zu absorbieren. Gleichzeitig stützten Rollenhülle, Welle und Rahmen die verbleibende Last.

Der engere Abstand schuf auch eine kontinuierlichere Stützoberfläche unter dem Förderband.

Konstruktion des Gummiringes der Stoßrollengarnitur

Die aufgerüsteten Rollen verwendeten separate Gummiringe, die um einen dicken Stahlschlauch montiert waren.

Wenn Kalkstein auf das Band schlug, komprimierten die Gummiringe. Diese Bewegung half, den Stoß zu absorbieren und zu verteilen, bevor er die inneren Rollenteile erreichte.

Separate Ringe wurden anstelle einer starren Stahlkontaktfläche ausgewählt, weil sie mehrere Vorteile boten:

• Bessere Stoßabsorption
• Geringere Spitzenkraft auf das Band
• Weniger Vibration
• Verringerter direkter Stoß auf die Lager
• Lokale Kompression unter großen Materialstücken
• Zusätzlicher Schutz für die Stahlhülle
• Leiser Kontakt am Ladeplatz

Die Gummiqualität war wichtig. Das Material benötigte genug Flexibilität, um den Stoß abzudämpfen. Es benötigte aber auch genug Härte, um seine Form unter dem beladenen Band beizubehalten.

Wenn die Ringe zu weich waren, konnten sie unter kontinuierlichem Druck deformieren. Wenn sie zu hart waren, übertrugen sie mehr Kraft auf die Rolle und den Rahmen.

Daher wurde das Ringmaterial gemäß der Materialgröße, Fallhöhe und Arbeitslast ausgewählt.

Design der Welle und Lager der Stoßrollengarnitur

Die Welle und Lageranordnung musste sowohl die normale Bandlast als auch wiederholten dynamischen Stoß stützen.

Für dieses Projekt verwendete die Stoßrollengarnitur eine 40 mm massive Stahlwelle. Die größere Welle half, das Biegen unter hohen Ladekräften zu kontrollieren.

Schwerlast-Tieflaufkugellager mit C3-Innenspiel wurden ebenfalls ausgewählt. Dieses Lagerdesign bot Platz für normale thermische Bewegung während des kontinuierlichen Betriebs.

Die Lagergehäuse waren verstärkt und sicher mit dem Rollenschlauch verbunden. Dies half, die Lagerausrichtung beizubehalten, wenn die Rolle plötzlichen Lasten ausgesetzt war.

Die vollständige Struktur wurde designed, um zu reduzieren:

• Wellendeflektion
• Schäden an den Lagerringen
• Bewegung des Gehäuses
• Ungleichmäßige Rollendrehung
• Frühes Blockieren der Lager
• Wärme durch schlechte Ausrichtung

Eine starke äußere Hülle allein hätte das ursprüngliche Problem nicht gelöst. Die inneren Teile mussten ebenfalls der Stoßbelastung entsprechen.

Dichtung der Stoßrollengarnitur für eine staubige Kalksteinanlage

Feiner Kalksteinstaub war im gesamten Übergabebereich vorhanden. Daher war der Lager Schutz ein weiterer wichtiger Teil des Designs.

Staub kann in eine schlecht gedichtete Rolle eindringen und sich mit Lagerfett mischen. Das Gemisch wird dann abrasiv. Dadurch erhöht sich die Lagerreibung und die Rolle kann schließlich stoppen.

Die Projektrollen verwendeten eine mehrstufige Labyrinthdichtungsstruktur. Die Dichtung schuf einen längeren und schwierigeren Weg zwischen der Außenumgebung und der Lagerkammer.

Zusätzlich wurde wasserfeste synthetische Fettung im Lagerbereich verwendet.

Das Dichtungs- und Schmiersystem half:

• Eindringen von Staub zu begrenzen
• Feuchtigkeitsbelastung zu reduzieren
• Fett zu behalten
• Die Lageroberflächen zu schützen
• Glattere Drehung zu behalten
• Das Risiko eines vorzeitigen Blockierens zu reduzieren

Eine Dichtung muss das Lager schützen, ohne zu viel Widerstand zu erzeugen. Daher blieb die dimensionskontrolle während der Produktion und Montage wichtig.

Verstärkung des Rahmens der Stoßrollengarnitur

Der Rahmen der Stoßrollengarnitur trug die Rollen und übertrug die Arbeitslast auf die Fördererstruktur.

Im ursprünglichen System trug wiederholter Stoß zur Rahmfatigue und Deformation bei. Daher hätte das Ersetzen der Rollen allein keine vollständige Lösung geboten.

Die aufgerüsteten Rahmen wurden designed, um:

• Die Rollen im erforderlichen Rinnenwinkel zu halten
• Stabile Wellenpositionen zu behalten
• Wiederholte vertikale Belastung zu widerstehen
• Unerwünschte Bewegung zu reduzieren
• In die vorhandenen Förderermontagepunkte zu passen
• Engeren Rollenabstand zu stützen
• Einfachere Rollenersetzung zu ermöglichen

Die Rahmengeometrie war ebenfalls wichtig. Wenn die Seiten- und Mittelrollen nicht korrekt positioniert waren, erhielt das Band keine gleichmäßige Stützung.

Vor der Fertigung umfassten die kritischen Abmessungen Rahmenbreite, Montagelochposition, Rollenlänge, Wellenende-Design, Rinnenwinkel und Installationshöhe.

Durch die Koordinierung der Rollen- und Rahmendimensionen wurde im Projekt eine Feldmodifikation während der Installation vermieden.

Anordnung der Trag-Stoßrollengarnitur

Eine Trag-Stoßrollengarnitur stützt das beladene Band am Aufnahmepunkt. Sie muss das normale Materialgewicht tragen und gleichzeitig Stoß von fallendem Material absorbieren.

Für dieses Projekt wurden die Stoßrollengarnituren unter der Übergabeschurre angeordnet, wo der Kalkstein zuerst das Band kontaktierte.

Die Anordnung hatte drei Hauptfunktionen.

Erstens behielt sie das erforderliche Bandprofil bei. Dies half, Material in der Nähe der Bandmitte zu halten.

Zweitens