8.การคำนวณแรงดึง(Belt Tension)ของสายพานลำเลียง

จุดประสงค์ของบทความนี้เพื่อเสนอวิธีหาแรงดึงสูงสุด( Maximum Belt Tension)ของสายพานว่าหาได้อย่างไรซึ่งแรงดึงสูงสุด( Maximum Belt Tension)นี้จะเป็นค่าที่นำมาใช้ในการออกแบบหา Specification ของสายพานต่อไป

คอนเวเยอร์ไกด์ไปดูหน้างานนำประสบการณ์ดีๆมาแบ่งปัน (ภาพ กำลังเปลี่ยนสายพาน)

1.การเลือกแรงดึงของสายพานลำเลียง ที่ถูกต้องสำคัญอย่างไร

การเลือกแรงดึงของสายพานลำเลียง เป็นเรื่องสำคัญมากเพราะเป็นเรื่องที่เกี่ยวข้องและมีผลกระทบกับเงินความปลอดภัย อายุการใช้งานคุณภาพและประสิทธิภาพของอุปกรณ์ในระบบลำเลียงทุกอย่างที่นำมาติดตั้ง เช่น

• รุ่นของมอเตอร์

• อุปกรณ์ควบคุมระบบขับเคลื่อน

• นอกจากนี้แล้วแรงดึงของสายพานซึ่งมีผลกับการเลือกอุปกรณ์อื่นในระบบลำเลียง

o หน้ากว้างของสายพาน

o ราคาของอุปกรณ์ทั้งหมดในระบบลำเลียง

o อายุการใช้งานของระบบ

o โครงสร้าง (Structural Part) ของระบบสายพาน

o โครงสร้าง (Mechanical Part) ของระบบสายพาน

2.วิธีหาแรงดึงของสายพานลำเลียง ขึ้นอยู่กับกำลังขับมอเตอร์

เมื่อหากำลังขับของมอเตอร์ได้ (ดังที่กล่าวไว้แล้วในตอนที่ 7)แล้วก็สามารถหาแรงดึงสูงสุดได้ในลำดับต่อไป ปกติเปิดสวิตช์ทำงานสายพานลำเลียงจะค่อยๆเพิ่มความเร็วขึ้น จนกระทั่งวิ่งด้วยความเร็วสม่ำเสมอ(Uniform Speed) สูตรที่ใช้ในการคำนวณหากำลังขับของมอเตอร์คิดขณะที่สายพานวิ่งด้วยความเร็วสม่ำเสมอ (Uniform Speed) การคำนวณหากำลังขับของมอเตอร์คือการหากำลังขับซึ่งต้องชนะแรงต้านทานในระบบสายพานลำเลียง 2 แรงนี้คือ

1.แรงเสียดทาน (Friction Force) มีทิศทางตรงข้ามกับทิศที่สายพานเคลื่อนที่ ที่เกิดจาก

• ชิ้นส่วนที่หมุนได้ (Moving Parts) ต้านการเคลื่อนที่ในแนวราบ (Horizontal) ในขณะไม่มี Load ชิ้นส่วนเหล่านี้ได้แก่ ลูกกลิ้ง Pulley รวมทั้งตัวสายพานเอง

• น้ำหนักบรรทุกของวัสดุที่ต้องเคลื่อนที่ในแนวราบ(Horizontal)

2.แรงโน้มถ่วง (Gravity Force) คือแรงที่ใช้ในการยก( Lift) วัสดุในแนวลำเลียงขึ้น(Incline) หรือเบรกน้ำหนักของวัสดุในแนวลำเลียงลง(Decline)

3.สูตรหาแรงดึงของสายพานลำเลียง(REF: Bridgestone)

4.Maximum Tension หาแรงดึงสูงสุดเพื่อหา Belt Specification

ค่าแรงดึงสูงสุด( Maximum Belt Tension)ของสายพานขึ้นอยู่กับลักษณะการวาง layout ของคอนเวเยอร์(Conveyor)ว่ามีลักษณะอย่างไร เช่น อยู่ในแนวราบ(Horizontal) เอียงขึ้น(Incline)เอียงลง(Decline) แรงดึงสูงสุดที่ตำแหน่งของพู่เล่ขับ(Head Pulley) และพู่เล่ตาม(Tail Pulley)สามารถหาได้จากตารางข้างล่างนี้

(Fmax.) Maximum Tension แรงดึงสูงสุดเพื่อหา Belt Specification

5.ขั้นตอนการคำนวนหาแรงดึงสูงสุด(F(max)และสเปคของสายพาน(Belt Specification)

การคำนวณหา Belt Specification ของสายพาน ก่อนจะหาได้ต้องคำนวณหาแรงดึงที่มากที่สุด F(max) ของสายพานเสียก่อน ซึ่งค่าแรงดึงที่มากที่สุด F(max) นี้ขึ้นอยู่กับ Lay out และรูปแบบการคล้องสายพาน(Drive Arrangment) ที่มีหลายรูปแบบเช่น Single Drive Pulley, Dual Drive Pulley, Multi-Drive Pulley and Gear Tandem Drive Pulley เมื่อคำนวณ F(max จากTable 17) ได้แล้วก็นำค่านั้นมาคำนวณหาความแข็งแรง(Strength)ของสายพานกรณีเป็นสายพานผ้าใบ เลือกว่าจะใช้ EP เท่าไหร่(กี่ N/mm)และจำนวนกี่ชั้น เลือกความหนาของยางด้านบน(Top Cover) และยางด้านล่าง(Bottom Cover) ก็จะได้สเปคของสายพานที่ต้องการ หากเป็นสายพานเส้นลวด(Stel Cord Belt)ก็จะระบุว่าใช้เป็น ST เท่าไหร่เช่น ST 630 - ST1000- ST 4500 เป็นต้น

Drive Arrangement รูปแบบต่างๆ

6.อธิบายความหมายของตัวแปรสูตรการคำนวณหาแรงดึงที่เกิดขึ้นในสายพานลำเลียง

6.1 ) การหาค่า F(max) ที่เกิดขึ้นตามรูปแบบการคล้องสายพาน (Drive Arrangement)

F(Max)= Max. Belt Tension เป็นแรงดึงสูงสุดที่เกิดขึ้นในระบบสายพานลำเลียงเส้นนั้น ก่อนจะได้ต้องคำนวณหา Fp,F1,F2,F3,F4 (ดู Table 17) ก่อน คอนเวเยอร์ Single Drive Pulley แบบทั่วไปซึ่งเป็นแบบที่นิยมใช้กันมากที่สุด ค่า Maximum Tension หรือแรงดึงสูงสุดมักจะมีค่าเท่ากับ F1

6.2 ) การหาค่า Fp = Effective Tension

Fp = Effective Tension คือแรงดึงสุทธิในการฉุดสายพานและน้ำหนักบรรทุกให้เคลื่อนที่ เกิดขึ้นที่พูเล่ขับ (Driving Pulley)มีค่าเท่ากับผลต่างของแรงดึงในสายพานระหว่างด้านตึง(F1) และด้านหย่อน (F2) ของสายพาน ค่าแรงดึงสุทธิแปรผันไปตามกำลังกลับของมอเตอร์และความเร็วของสายพานหาได้จากสูตรข้างล่างนี้

Fp Effective Tension and Wrap Angle

6.3 ) การหาค่า F1= Tight Side Tension

F1= Tight Side Tension Tension เป็นแรงดึงที่เกิดขึ้นที่ด้านตึงของสายพานที่Drive Pulley หาได้จากสูตร F1 = Fp + F------(Kg.)

6.4 ) การหาค่า F2= Slag Side tension

F2 = Slack Side Tension เป็นแรงดึงที่เกิดขึ้นที่ด้านหย่อน (Return)ของสายพานที่ Drive Pulley ค่าแรงดึงขึ้นอยู่กับมุมโอบ(Wrap Angle) ของสายพานและสัมประสิทธิ์ความเสียดทาน (Friction Coefficient) ระหว่างสายพานและมูเล่ขับ(Drive Pulley) F2 ทำหน้าที่รัดสายพานเให้มีมุมโอบ(Wrap Angle) มากพอที่จะเกิดแรงเสียดทานไม่ให้สายพานลื่น (Slip) หาได้จากสูตรข้างล่างนี้

Fp Effective Tension and Wrap Angle

6.5 ) การหาค่า F3= Slope Tension---Kg.

Slope Tension คือแรงดึงที่จุดสูงสุดของ คอนเวเยอร์เนื่องจากน้ำหนักของสายพานด้าน Return

ค่าน้ำหนักของสายพานต่อเมตรโดยประมาณ (REF: Bridgestone)

6.6 ) การหาค่า F4= Belt Sag Tension

F4 = Belt Sag Tension แรงดึงน้อยที่สุดที่ทำให้สายพานไม่ย่อน(Sag) เกินไป(ไม่เกิน 2%) ณ.ต่ำแหน่งใดๆ ระหว่างลูกกลิ้ง 2 ลูกด้านบน (Carry Roller)และด้านล่าง(return Roller) หากสายพานหย่อนมากเกินไป สายพานจะวิ่งไปกระทบ (Impact) กับลูกกลิ้ง(Carry Roller) จะทำให้สายพานผิวสายพานด้าน Return สึกหรอ (Wear) เร็วกว่าปรกติ การปรับสายพานไม่ให้หย่อนเกินไปสามารถทำได้ โดยจัดวางลูกกลิ้งด้านบน(Carry Roller) ให้มีระยะใกล้กันยิ่งขึ้น หรือปรับตึงสายพาน (Take up) เพิ่มขึ้น โดยทั่วไปกำหนดระยะBelt Sag ไม่ให้เกิน 2% ของระยะระหว่างลูกกลิ้ง ทั้งด้านบนและด้านล่าง

(ใช้ค่า F4 ที่มากกว่าในการคำนวณ)

เพื่อให้การคำนวณสะดวกสมมุติว่าระยะห่างระหว่างลูกกลิ้งด้านบนเท่ากับ 1.2 เมตรจะได้สูตรหา F4 ดังนี้

6.7 ) การหาค่า Drive Factor

ค่า Drive Factor (REF: Bridgestone)

6.8 ) การหาค่า µ = Coefficient of Friction (Between Drive pulley and belt)

ค่าสัมประสิทธิ์ความเสียดทานระหว่าง Drive Pulley ที่หุ้มยางพและไม่ได้หุ้มยาง ในสภาวะสิ่งแวดล้อมที่แห้ง-มีความชื้น-หรือเปียกเฉอะแฉะ (REF: Bridgestone)

6.9 ) การหาค่า Ө=Wrap Angle (มุมที่สายพานคล้อง Pulley)

Ө=Wrap Angle (มุมที่สายพานคล้อง Pulley) (REF: Bridgestone)

7. การหาสเปคของสายพานผ้าใบ ( Belt Specification)

เมื่อหาค่าแรงดึงสูงสุดของสายพานได้แล้วก็จะนำมาหา จำนวนชั้นของผ้าใบ( Belt Carcass Strength) ที่สามารถรับแรงดึงได้ โดยมีค่าสัมพันธ์กับ Safety Factor และหน้ากว้างสายพาน เช่นเดียวกันก็สามารถหาค่าความแข็งแรงของสายพานเส้นลวด(Steel Cord Belt) ได้ในลักษณะเดียวกัน

Ө=Wrap Angle (มุมที่สายพานคล้อง Pulley) (REF: Bridgestone)

มาตรฐานของแรงดึงผ้าใบที่ทำด้วยวัสดุต่างๆกัน

ค่า Safety Factor ที่ใช้ในการคำนวณสายพานผ้าใบถ้าเป็นสายพานทนสึก(Wear Resistance)เท่ากับ 12 ถ้าเป็นสายพานทนร้อน เท่ากับ 15 (REF: Yokohama)

การหาสเปค( Belt Specification)ของสายพานเส้นลวด (Steel Cord Belt)

การหาค่า ST number ของสายพานเส้นลวด(Steel Cord)