ตัวอย่าง : การคำนวณกำลังมอเตอร์สายพานโมดูล่าร์ในแนวเอียง (Incline)

เนื่องจากการคำนวณแรงที่เกิดขึ้นในสายพานลำเลียงทำได้หลายวิธี แต่ละวิธีก็จะมีหลักการคำนวณเหมือนกัน แตกต่างที่การคิดค่าเงื่อนไขและตัวแปรต่างๆว่าใครคิดละเอียดกว่ากัน มากน้อยแค่ไหน เนื่องจากค่าตัวแปรหลายค่าได้จากผลการทดลองของแต่ละบริษัทที่ขายสายพาน Conveyor Guide ขอเสนอวิธีที่สั้นและคิดว่าเข้าใจง่ายมานำเสนอ และผู้อ่านสามารถศึกษาเพิ่มเติมด้วยตัวเองได้ตามข้อมูลในคู่มือที่ขอได้จากผู้ขายสายพานที่ท่านซื้อ

หลักการ แรงที่เกิดขึ้นในสายพานลำเลียงประกอบด้วยแรง 2 ส่วน คือ
1.แรงดึงเกิดจากน้ำหนักบรรทุกของวัสดุ (Product Load) ที่กระทำบนสายพาน

แรงดึงบนสายพานเกิดจากน้ำหนักบรรทุกของวัสดุ(Product Load), F1

F1 = µ_t (M+ M_b)

แรงเสียดทาน(ที่ทำให้เกิดแรงดึงบนสายพาน) เกิดจากน้ำหนักบรรทุก(Load)นี้แยกได้เป็น 2 ส่วน

1.จากน้ำหนักของตัวสายพานเอง(Belt weight) , M_b

2.จากน้ำหนักของวัสดุ(Product)ที่ลำเลียง , M

น้ำหนักทั้งสองส่วนนี้จะกดลงบนที่รองรับ(Carry way) ทำให้เกิดแรงเสียดทาน (Friction) ระหว่างสายพานและที่รองรับ (Carry way)

2.แรงดึงที่สายพานต้องยกวัสดุ (Product) ขึ้นจากแนวราบขึ้นสู่ที่สูง,(M.Sine α)

แรงดึงบนสายพานเกิดจากสายพานต้องยกวัสดุ (Product) ขึ้นจากแนวราบขึ้นสู่ที่สูงดังนั้นจึงเกิดแรงดึงรวมดังสูตรด้านล่าง

F1 = µ_t ( M + M_b ) + ( M.Sine α)

กรณี Accumulation : นอกจากนี้ขณะที่สายพานทำงาน หากกล่อง ขวด หรือวัสดุ(Product) ที่ลำเลียง มีอุปกรณ์มาขวาง กั้นไม่ให้วัสดุ (Product) เคลื่อนที่ ผ่านไปได้ จะเกิดแรงเสียดทานระหว่างผิวด้านล่างของวัสดุ (Product) กับสายพานไปเรื่อยๆจนกว่าจะเปิดที่กั้นให้วัสดุ (Product) เคลื่อนที่ไปได้ ลักษณะเช่นนี้ เรียกว่าการสะสมของวัสดุ (accumulation) บนสายพาน (บางครั้งก็เรียกว่า Backed-Up Product Load) ในการคำนวณต้องคิดแรงเสียดทานนี้ (µ_st.M_c) เพิ่มขึ้นด้วย

แรงดึงบนสายพานเกิดจากสายพานรับน้ำหนักบรรทุก(Product Load) และ น้ำหนักบรรทุกจากการสะสม (Accumulation)

F1 = µ_t ( M + M_b ) + µ_st. M_c

แรงเสียดทานจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับ น้ำหนักของวัสดุ(Product Weight) และน้ำหนักสายพาน, ( M + M_b ) ปริมาณ (น้ำหนัก) การสะสมของProduct, M_c และสัมประสิทธิ์ของแรงเสียดทาน (Friction Coefficient) , µ_stระหว่างวัสดุและพื้นผิวที่รองรับ (Carry Way) ที่ วัสดุนั้นสัมผัส นอกจากนี้ยังขึ้นอยู่กับสิ่งแวดล้อมอีกหลายอย่าง เช่น คุณสมบัติของพื้นผิววัสดุ ความสะอาดของระบบ การหล่อลื่นฯลฯ

ตัวอย่าง : การคำนวณสายพานโมดูล่าร์
   โจทย์ : ให้ออกแบบสายพานโมดูล่าร์เพื่อลำเลียงผักสดไปล้าง ข้อมูลและสิ่งแวดล้อมที่สายพานทำงานมีดังนี้

- ผักสด มีน้ำหนัก 48.8 กิโลกรัมต่อตารางเมตร

- สายพานมีความยาว center to center เท่ากับ 7.62 เมตร

- สายพานยกระดับสูง 4.57 เมตร

- หน้ากว้างของสายพาน 0.61 เมตร

- สายพานมีความเร็ว 22.86 เมตรต่อนาที

- สายพานวิ่งบน Carry ที่ใช้ UHMW สภาพเปียก

- สายพานเดินเรียบสม่ำเสมอ เปิดเครื่องขณะไม่ที่มีโหลด(Product) บนสายพาน

- อุณหภูมิที่สายพานทำงานในอุณหภูมิห้องปรกติ 30 องศาเซลเซียส

- เลือกวัสดุสายพานเป็น PP แบบมีรูระบายน้ำ (Perforated Flat Top)

Solution: โจทย์ให้มาเป็นสายพานในแนวเอียง

เลือกรุ่นสายพานทำง่ายๆเพียง 2 ขั้นตอน

• 1.หาค่า F1 แรงดึงสุทธิของสายพาน(Effective Belt Pull)

• 2.หาค่า F2 โดยคูณค่า(Operation Factor)และ (Temperature Factor)กับ F1 จากนั้นเอา F2 หารด้วยหน้ากว้างของสายพาน นำค่านี้ไปเลือก รุ่นของสานพาน

1.หาแรงดึงสุทธิของสายพาน (Effective Belt Pull) F1
      F1 = µ_t ( M + M_b ) + ( M.Sine α)
         = 0.12(2,679+421.6) + 0.25(2,196)
         = 921 kg.

ค่าตัวแปรต่างๆหาได้ดังนี้
     M (Total Product Load) = 48.8x7.62x0.61 =227 Kg.
     Mb = 7.25x7.62x0.61x2 = 67.4 Kg. (คิดความยาวเต็มวงรอบของสายพาน)
     Sine α = 4.57/7.62 =0.6

ตาราง1.ข้อมูลคุณสมบัติของสายพานที่เลือกใช้ขอได้จากผู้ขายสายพาน เลือกวัสดุสายพานเป็น PP (น้ำหนักสายพาน= 7.25 Kg /Square Meter)

ตาราง2 หาค่า µt เลือกสายพาน PPเลือก Plastic wetเป็นตัวรองรับµt = 0.11

2. หาแรงดึงที่จะใช้เป็นตัวเลือกซีรีย์ของสายพาน
     F2 = F1.C1/C2
         = 168.6x1.4/0.96
         = 246 kg.

ตาราง3 หาค่า C1 (Operation Factor) ในบรรทัดแรก เมื่อสายพานเปิด-ปิด อย่างนิ่มนวล C1=1 เป็นตัวยืนพื้นเสมอ แล้วนำค่า Factors อื่นๆในบรรทัดถัดมาบวกเพิ่ม กรณีนี้ เป็นสายพานเอียง (inclined) ต้องเพิ่มค่า Safety Factor ไปอีก 0.4 ดังนั้นกรณีนี้ Total C1= (1+0.4) = 1.40

ตาราง 4 หาค่า C2 (Temperature Factor) ซึ่งเป็นผลกระทบจากอุณหภูมิ เลือกวัสดุสายพานเป็น PP-อุณหภูมิ 30 องศา ได้ค่า C2 = 0.96(เลือก ค่าใกล้เคียง)

C3 = F2/B < ค่าแรงที่สายพานที่เลือกรับได้
           = 246/0.61
           = 403 Kg/M <1490 Kg/M

การหาค่าแรงที่สายพานที่เลือกรับได้ตาราง 1 เท่ากับ 1, 490 kg/M (Allowable Belt Strength for PPเท่ากับ 1,490 kg/M) ซึ่งมากกว่าแรงที่เกิดขึ้นในสายพาน (403 kg/M) แสดงว่าสายพานที่เราเลือกสามารถรับแรงดึงได้อย่างเพียงพอ

3. หาจำนวนของ Sprocket ในเพลาขับ (Drive Sprocket)
         % C3 หาร Allowable Belt Strength = C3/ ค่าแรงที่สายพานที่เลือกรับได้
         = 403/1,490
         = 27 %

หาค่า % C3 โดยหารแรงที่เกิดขึ้นในสายพานด้วยค่าแรงที่สายพานรับได้ ได้ค่ามา (27%) มาเลือกระยะห่างระหว่าง Sprocket จากตาราง 5ได้ระยะห่างของ Sprocket ประมาณ 121 mm. (ใช้วิธี interpolate) ดังนั้น สายพานหน้ากว้าง 610 มม. ใช้ Sprocket 6 ตัว ห่างกันประมาณ 122 mm.อย่างไรก็ดีขอแนะนำให้ใช้ sprocket เป็นเลขคี่ คือ 7 (600/120+1) ตัวระยะห่างของ Sprocket ประมาณ 102 mm เมื่อ ล็อก Sprocket ตัวกลางแล้วก็ปรับ Sprocket ออกไปทั้ง 2 ข้างเท่าๆกันเพลาจะได้สมดุล

ตาราง 5 หาระยะห่างและจำนวนของ Sprocket ในเพลาขับ (Drive Sprocket)

4. ที่กำลังของมอเตอร์ที่ใช้ขับสายพานมีหน่วยเป็นกิโลวัตต์
      P = F2 x V / 6,000
         = 246 x 22.86/6,000
         = 0.937 Kw

ตาราง 7 เลือกมอเตอร์ที่ใช้ขับสายพานสมมุติ ใช้ Worm gear เป็นแบบ Double Reduction–Efficiency Loss 15% ดังนั้น 0.937/0.85 = 1.1 Kw เลือกมอเตอร์ 2.0 KW

รูปสายพานโมดูล่าร์ในแนวเอียงและจมน้ำ(Submerge)

รูปสายพานโมดูล่าร์ในแนวเอียงรูปตัว Z ในอุตสาหกรรมเนื้อสัตว์

รูปสายพานโมดูล่าร์ในแนวเอียงแบบผสมขึ้น-ลงหลายครั้ง