دورة تدريبية حول الناقلات الحزامية: المكونات الأساسية ودليل التشغيل

ما هو الحزام الناقل؟

A ناقل حزامي هي آلة تعمل وفق مبدأ الدفع الاحتكاكي لنقل المواد بشكل مستمر. وهي قادرة على نقل المواد بشكل مستمر من نقطة البداية إلى الوجهة المقصودة على طول خط نقل ثابت. تستطيع الناقلات الحزامية نقل كل من المواد السائبة (مثل الفحم والخام والحبوب) والسلع المعبأة (مثل الكرتون والسلع المعبأة في أكياس). كما يمكن دمجها مع عمليات الإنتاج في المصانع لتشكيل خطوط تجميع متناغمة. ونتيجة لذلك، تُستخدم الناقلات الحزامية على نطاق واسع في مختلف المؤسسات الصناعية.

في محطات توليد الطاقة، تستخدم الغالبية العظمى منها ناقلات حزامية ثابتة عالية الكفاءة، والتي تُستخدم جنبًا إلى جنب مع آلات التكديس والاسترجاع.

يتكون الناقل الحزامي بشكل أساسي من المكونات التالية:

حزام ناقل

وحدة المحرك

العاطلون

الإطار

كاشطة

جهاز الشد

نظام الكبح

الجزء الأول: السمات الرئيسية للناقلات الحزامية

تشغيل موثوق

تتمثل الميزة الرئيسية للناقلات الحزامية في موثوقية تشغيلها. فهي قادرة على العمل بشكل مستمر ومستقر لفترات طويلة مع معدل أعطال منخفض.

استهلاك منخفض للطاقة

ونظرًا لعدم وجود أي حركة نسبية تقريبًا بين المادة وحزام النقل، فإن مقاومة التشغيل في الناقلات الحزامية تكون ضئيلة للغاية، حيث تبلغ ما يقارب ثلث إلى خمس مقاومة التشغيل في الناقلات الكاشطة. وفي الوقت نفسه، يكون التآكل والتلف الذي تتعرض له المواد أثناء النقل ضئيلًا للغاية، مما يؤدي إلى إنتاجية عالية. وتساهم جميع هذه الخصائص في خفض تكاليف الإنتاج.

مسارات نقل مرنة

يمكن تصميم مسارات النقل الخاصة بالناقلات الحزامية بمرونة وفقًا للاحتياجات، حيث يتراوح طولها بين بضعة أمتار وأكثر من 10 كيلومترات. ويمكن تركيبها داخل أنفاق صغيرة أو فوق سطح الأرض في المناطق التي تشهد حركة مرور كثيفة أو التي تسودها ظروف خطرة.

التحميل والتفريغ من نقاط متعددة

اعتمادًا على متطلبات العملية، يمكن للناقلات الحزامية استقبال المواد بمرونة كبيرة من نقطة واحدة أو عدة نقاط، كما يمكنها تفريغها إلى عدة نقاط أو أقسام. على سبيل المثال، في محطة تجهيز الفحم أسفل صومعة الفحم، عندما تقوم عدة مغذيات بتغذية المواد في وقت واحد على حزام ناقل واحد، يصبح هذا الحزام خط النقل الرئيسي.

وظائف استرجاع المواد وخلطها

يمكن للناقلات الحزامية استخراج المواد من الأنفاق الموجودة أسفل أكوام التخزين في ساحات الفحم، كما يمكنها، عند الحاجة، خلط المواد من أكوام تخزين مختلفة. ويمكن تفريغ المواد ببساطة عند رأس الناقل، أو في أي نقطة على طول الحزام باستخدام جهاز تفريغ من نوع المحراث أو مركبة تفريغ متنقلة.

أداء عام ممتاز

يعمل الحزام الناقل كعنصر حامل للحمولة وكعنصر جر ينقل قوة الشد في آن واحد. ويتم تشغيله بواسطة الاحتكاك بين الحزام والبكرات. وتتميز الناقلات الحزامية بالمزايا التالية:

قدرة نقل عالية

قدرة ممتازة على التسلق

هيكل بسيط

قدرة عالية على التكيف مع المواد المختلفة

كفاءة إنتاجية عالية

تشغيل سلس وموثوق

نقل المواد بشكل مستمر وموحد

تكاليف تشغيل منخفضة

سهولة الصيانة

مناسب للتحكم الآلي والتشغيل عن بُعد

أداء بيئي جيد

تعمل الناقلات الحزامية بمستويات ضوضاء منخفضة. وعند الضرورة، يمكن تغليف الحزام الناقل بغطاء لمنع انتشار الغبار وتلوث الهواء. وفي محطات النقل، يمكن احتواء الغبار داخل المزالق؛ وإذا تم توصيلها بجهاز تجميع الغبار، فيمكن أيضًا التقاط جزيئات الغبار.

الجزء الثاني: مبدأ عمل الناقلات الحزامية

تتمثل عملية عمل الناقل الحزامي فيما يلي:

يتم توجيه الحزام الناقل حول أسطوانة الدفع وأسطوانة العودة الخلفية، مكونًا حلقة مغلقة. ويتم دعم الأجزاء العلوية والسفلية من الحزام بواسطة بكرات توجيهية. ويقوم جهاز الشد بتوفير الشد اللازم للتشغيل العادي.

أثناء التشغيل، تقوم بكرة الدفع بدفع الحزام الناقل من خلال الاحتكاك بين البكرة والحزام. وتوضع المواد (مثل الفحم) على الحزام الناقل وتتحرك معه.

تقوم الناقلات الحزامية عادةً بنقل المواد عبر الجزء العلوي من الحزام وتفريغها في نهايته. كما يمكن استخدام أجهزة تفريغ متخصصة لتفريغ المواد في أي مكان مرغوب فيه.

الجزء الثالث: الإطار

أنواع الإطارات

تتوافر الناقلات الحزامية بنوعين من هياكل الإطار: المثبتة على الأرض والمعلقة. وتنقسم الهياكل المثبتة على الأرض بدورها إلى أنواع ثابتة ومتحركة. وتستخدم محطات تجهيز الفحم بشكل أساسي الهياكل الثابتة المثبتة على الأرض.

مكونات الإطار

يُعد هيكل الناقل الحزامي الثابت مجموعة هيكلية ملحومة من الفولاذ الزاوي والفولاذ القنوي. ووفقًا للغرض منها، يمكن تصنيف الهياكل على النحو التالي:

مواصفات الإطار الوسيط

يتم تجميع الإطار الوسيط من أجزاء منفصلة، وهو متوفر بمواصفات قياسية وغير قياسية على حد سواء:

يتم توصيل طرفي الإطار المركزي بالإطار الأمامي والإطار الخلفي. ويزيد عرض الإطار المركزي بمقدار 300–500 ملم تقريبًا عن عرض الحزام الناقل. ويبلغ ارتفاع الإطار المركزي عادةً 550–650 ملم.

الجزء الرابع: أحزمة النقل

أنواع أحزمة النقل

هناك نوعان من أحزمة النقل المستخدمة في ناقلات الأحزمة ذات الأغراض العامة: الأحزمة المطاطية والأحزمة البلاستيكية.

نطاق درجات حرارة التشغيل لأحزمة النقل

عندما تتجاوز درجة الحرارة 50 درجة مئوية، تبدأ مرونة الحزام في الانخفاض؛ وعندما تكون درجة الحرارة منخفضة جدًّا، يصبح الحزام صلبًا وقد تظهر عليه تشققات.

أهمية أحزمة النقل

تُعد أحزمة النقل المكونات الأغلى ثمناً والأقل متانة في نظام النقل بالحزام. وأثناء التشغيل، تتعرض أحزمة النقل لأحمال من أنواع مختلفة وتخضع لظروف إجهاد معقدة.

تشمل الأشكال الأكثر شيوعًا للتلف الذي يصيب أحزمة النقل ما يلي:

التآكل على سطح العمل والحواف

الثقوب، والتمزقات، وانفصال الطبقات الناتجة عن الصدمات الناجمة عن قطع كبيرة من المواد

الإجهاد الناتج عن الانحناء المتكرر للقلب

التقادم وانخفاض القوة الناجمين عن العوامل البيئية

البيانات التجريبية: تمثل أحزمة النقل ما يقارب نصف التكلفة الإجمالية لمعدات نظام النقل.

لذلك، فإن اختيار الحزام الناقل المناسب وفقًا لظروف التشغيل وتعزيز إدارة الصيانة أثناء التشغيل يكتسيان أهمية كبيرة في تحسين كفاءة الناقل وخفض تكاليف الإنتاج.

تصنيف المطاط المستخدم في الأغطية

الفئة الأولى الأحزمة الناقلة: يُصنع المطاط الخارجي من المطاط الطبيعي أو المطاط الصناعي أو مزيج من الاثنين، بهدف تحقيق أفضل مقاومة إجمالية للقطع والتآكل.

الفئة الثانية الأحزمة الناقلة: يتميز المطاط الذي يغطي الحزام بمقاومة جيدة للتآكل، لكن مقاومته للقطع والتشقق أقل من تلك الموجودة في الأحزمة من الفئة الأولى.

قوة العضلات الأساسية

التصنيف حسب المادة الأساسية:

حسب النسيج الأساسي:

لب من قماش القطن

لب من نسيج النايلون والبوليستر

لب من نسيج البوليستر

لب من الحبال الفولاذية

حسب خصائص المطاط المستخدم في الغطاء:

النوع القياسي

النوع المقاوم للحرارة

النوع المقاوم للبرودة

الجزء الخامس: المتسكعون

تصنيف العجلات الدوارة

تصنف العجلات الدوارة إلى نوعين: العجلات الدوارة الفولاذية والعجلات الدوارة البلاستيكية. وتُصنع العجلات الدوارة الفولاذية في الغالب من أنابيب فولاذية غير ملحومة.

العلاقة بين قطر العجلة الوسيطة وعرض الحزام

المرجع: التصميم القياسي للناقلات الثابتة متعددة الأغراض

تصنيف العجلات الدوارة حسب الاستخدام

بكرات التوجيه

تتألف بكرات الحوض عمومًا من ثلاث بكرات قصيرة. وتُعرف الزاوية بين محور البكرة المائلة ومحور البكرة الأفقية باسم «زاوية الحوض». وتُعد زاوية الحوض معلمة أساسية في تحديد سعة النقل.

البيانات التجريبية: في ظل ظروف عرض الحزام نفسه، تؤدي زيادة زاوية الحوض من 20° إلى 30° إلى زيادة مساحة المقطع العرضي لنقل المواد السائبة بنسبة 20% وزيادة معدل الإنتاجية بنسبة 13%، مع تقليل انسكاب المواد في الوقت نفسه.

عجلات التوجيه العازلة

تتمثل وظيفة بكرات التخزين المؤقت في تقليل تأثير المواد على الحزام عند نقطة التفريغ، وبالتالي حماية حزام النقل. وتصنف بكرات التخزين المؤقت على النحو التالي:

عجلات توجيه عازلة من النوع الدائري المطاطي (حلقات مطاطية مركبة على جسم الأنبوب)

عجلات التوجيه ذات الصدمات من نوع الصفيحة الزنبركية (مع دعامات مرنة)

عجلات توجيهية عازلة ذات حلقات مطاطية من النوع ذي الصفيحة الزنبركية

عجلات التوجيه ذاتية المحاذاة

لمنع وتصحيح اختلال محاذاة الحزام:

في الأقسام التي تتحمل أحمالًا ثقيلة: قم بتركيب مجموعة واحدة من العجلات الدوارة ذاتية المحاذاة من النوع المقعر لكل 10 مجموعات من العجلات الدوارة المقعرة

في أقسام العودة: قم بتركيب مجموعة واحدة من العجلات الدوارة السفلية المسطحة ذاتية المحاذاة لكل 6 إلى 10 مجموعات من العجلات الدوارة السفلية

مبدأ التشغيل: عندما ينحرف الحزام الناقل، تضغط حافة الحزام على الأسطوانة الرأسية، مما يؤدي إلى دوران إطار العجلة الوسيطة بزاوية معينة حول المحور الرأسي. ويؤدي ذلك إلى توليد سرعة عرضية معاكسة لاتجاه الانحراف، مما يعيد الحزام الناقل إلى موضعه المركزي. وبمجرد عودة الحزام إلى الوسط، يعود إطار العجلة الوسيطة أيضًا إلى موضعه الطبيعي.

عجلات تروس متخصصة

البكرات اللولبية: تتميز هذه البكرات بخاصية مقاومة الالتصاق وقدرة عالية على التنظيف الذاتي، وهي تعمل على حل مشكلات مثل التصاق المواد وانحراف الحزام وتمزقه، مع تصحيح الانحراف تلقائيًّا لمنع تمزق الحزام الناقل بسبب المواد الملتوية.

عجلات التوجيه من النوع المشطّي: تُستخدم لإزالة المواد الملتصقة بسطح حزام النقل.

بكرات خزفية: تتميز بمقاومة ممتازة للتآكل، ومناسبة لظروف التشغيل القاسية.

الجزء السادس: وحدة المحرك

مكونات وحدة المحرك

تُعد وحدة الدفع مصدر الطاقة للناقل الحزامي، وتتألف عمومًا من المكونات التالية:

المحرك

الوصلة الهيدروليكية

علبة التروس

الاقتران

الطبل

نظام الكبح (مكابح الرجوع)

يقوم المحرك بتشغيل أسطوانة النقل عبر الوصلة الهيدروليكية وعلبة التروس؛ ويتم دفع الحزام الناقل بفعل الاحتكاك بين الأسطوانة والحزام.

تكوينات محركات الأقراص

بناءً على ظروف التشغيل والمتطلبات، يمكن تصنيف تكوينات المحركات على النحو التالي:

نظام محرك واحد / نظام محركات متعددة

نظام الدفع بأسطوانة واحدة / نظام الدفع بأسطوانتين / نظام الدفع بأسطوانات متعددة

المحرك

تُستخدم محركات سلسلة Y بشكل شائع في الناقلات الحزامية. وفي المناطق التي ينطوي وجودها على خطر انفجارات غبار الفحم، يجب استخدام محركات مقاومة للانفجار.

علبة التروس

صندوق التروس هو آلية تخفيض السرعة الموجودة بين المحرك وأسطوانة الدفع، ويُستخدم لتقليل سرعة الدوران وزيادة عزم الدوران. وتُستخدم صناديق التروس الأسطوانية بشكل شائع في الناقلات الحزامية، حيث توفر مزايا مثل التصميم المدمج، والكفاءة العالية، والتشغيل الموثوق، والعمر التشغيلي الطويل، ومتطلبات الصيانة المنخفضة.

الاقتران

يتم توصيل المحرك بصندوق التروس، وصندوق التروس بأسطوانة الدفع، عن طريق وصلة.

الجزء السابع: البكرات

تصنيف البكرات

تصنف البكرات إلى نوعين: بكرات الدفع وبكرات الانحراف.

أنواع أسطح الطبول

تتميز البراميل المطلية بالمطاط بمزايا الاحتكاك العالي ومقاومة التصاق الفحم. وتشمل أنماط الأسطح المتاحة ما يلي:

طرق تصنيع الأسطوانات

البراميل الملحومة: تُلف الألواح الفولاذية ثم تُلحم بالتوصيل التناكبي

الأسطوانات المصبوبة: تُصنع عن طريق الصب

البراميل المطلية بالمطاط: تتميز بسطح مطاطي سميك، ومقاومة عالية للتآكل، وجودة ممتازة، وتستخدم على نطاق واسع

زاوية الالتفاف وقوة الجر

لتوفير قوة جر كافية، يجب أن يكون هناك احتكاك كافٍ بين الحزام الناقل والأسطوانة. ووفقًا لنظرية نقل الاحتكاك، يمكن تحقيق قوة جر أكبر عن طريق زيادة معامل الاحتكاك أو زيادة زاوية الالتفاف.

يعمل نظام الدفع ثنائي الأسطوانات على زيادة قوة الجر في الناقل بشكل كبير، مما يجعله مناسبًا بشكل خاص للنقل لمسافات طويلة.

الجزء الثامن: أنظمة الكبح

متى تكون أنظمة الكبح ضرورية؟

عند استخدام الناقلات الحزامية لنقل المواد على منحدرات، يجب تركيب أجهزة دعم أو أنظمة كبح في الأماكن التي يتجاوز فيها متوسط الانحدار 4°، وذلك لمنع الناقل من الانعكاس أو الانزلاق عند توقفه وهو محمل بالكامل.

أنظمة النسخ الاحتياطي والكبح الشائعة

هناك ثلاثة أنواع رئيسية في التصاميم القياسية:

الجزء التاسع: الاقتران الهيدروديناميكي

مبدأ تشغيل القارنة الهيدروديناميكية

يتألف الاقتران الهيدروديناميكي من مكونات رئيسية مثل عمود الإدارة، ودوارة المضخة، والتوربين، وعمود الدفع، والغلاف الدوار. وتُرتب دوارة المضخة والتوربين بشكل متماثل، ولهما أبعاد هندسية متطابقة، كما أنهما مزودان بريشات متفرعة شعاعيًّا.

أثناء التشغيل، يتم ملء الوصلة بسائل التشغيل (DTE Light). وعندما يقوم عمود الإدارة بتدوير عجلة المضخة:

تحت تأثير قوة الطرد المركزي، يتدفق السائل العامل من الجانب الداخلي لعجلة المضخة باتجاه الحافة الخارجية، مكونًا تدفقًا للسائل عالي الضغط وعالي السرعة.

يؤثر تدفق السائل هذا، الذي يتميز بالضغط العالي والسرعة العالية، على ريش التوربين، مما يؤدي إلى دوران التوربين في نفس اتجاه دوران عجلة المضخة.

داخل التوربين، يتدفق السائل العامل من الحافة الخارجية نحو المركز، حيث ينخفض ضغطه وتتباطأ سرعته؛;

ثم يعود السائل العامل إلى مدخل عجلة المضخة، ليشكل دورة مستمرة؛;

خلال هذه العملية، تقوم عجلة المضخة بتحويل الطاقة الميكانيكية الواردة من عمود الإدخال إلى طاقة حركية وطاقة كامنة للسائل العامل، بينما تقوم التوربين بتحويل الطاقة الحركية والطاقة الكامنة للسائل العامل مرة أخرى إلى طاقة ميكانيكية عند عمود الإخراج، وبذلك يتم نقل الطاقة.

مزايا الوصلة الهيدروليكية:

تشغيل سلس تحت الحمل، مما يحسّن أداء التشغيل

يوفر حماية ضد الحمل الزائد

يعزل تأثيرات الاهتزازات الالتوائية

يوازن أحمال المحركات في أنظمة الدفع متعددة المحركات

يقلل من تيار الاندفاع في شبكة الكهرباء

كفاءة عالية وبنية بسيطة

تشغيل لا يحتاج إلى صيانة

الجزء العاشر: جهاز الشد

وظيفة جهاز الشد

تتمثل وظيفة جهاز الشد في:

لضمان أن يكون حزام النقل مشدودًا بشكل كافٍ، مما يؤدي إلى توليد الاحتكاك المطلوب بين الأسطوانة والحزام

للحد من انحناء حزام الناقل بين البكرات العاطلة

لضمان التشغيل السليم للناقل

يُعد اختيار جهاز الشد المناسب وتحديد موضع تركيب معقول شرطين أساسيين لضمان عدم انزلاق الحزام الناقل على أسطوانة الدفع.

أنواع أجهزة الشد ومقارنتها

شد البراغي

يتم تثبيت مبيتات المحامل الموجودة على طرفي أسطوانة الشد على كتلة منزلقة مزودة بصامولة؛ ويمكن لهذه الكتلة المنزلقة أن تتحرك على طول الإطار الخلفي. ويؤدي تدوير المسمار إلى تحريك الأسطوانة إلى الأمام أو إلى الخلف. ويجب أن يكون الخيط ذاتي التثبيت لمنع انخراطه.

شد عربة الثقل الموازن

يتم تثبيت أسطوانة شد الذيل على عربة يمكنها التحرك على طول قضبان التوجيه الخاصة بإطار الذيل. ويتم توصيل أحد طرفي الحبل السلكي بالعربة، بينما يُعلق الطرف الآخر ثقلًا موازنًا. ويتم شد الحزام الناقل بواسطة وزن الثقل الموازن، مما يتيح الشد التلقائي والحفاظ على شد ثابت.

شد الثقل الموازن الرأسي

يتم تثبيت الأسطوانة على إطار، مع تعليق الثقل الموازن من الإطار؛ ويتحرك الإطار صعودًا وهبوطًا على طول قضبان التوجيه. وهو مناسب للناقلات ذات الطول الكبير (>100 م) أو في الحالات التي تكون فيها المساحة في نهاية الخط محدودة، وعادةً ما يتم تركيبه بالقرب من أسطوانة الدفع أو يستغل المساحة الموجودة أسفل ممر المشاة.

جهاز الشد الهيدروليكي

المكونات:

القاعدة

وحدة الطاقة الهيدروليكية

الرافعة ذات التراجع

جهاز تخميد التوتر

صندوق التحكم

مستشعر الشد

سير عمل التحكم الآلي:

يضغط المشغل على زر التشغيل، فيدخل النظام في وضع التشغيل

يقوم نظام التحكم بإجراء فحص ذاتي لشد الحزام

إذا كانت نتيجة الفحص طبيعية، يتم تشغيل وحدة الطاقة الهيدروليكية

يتحكم صمام الملف اللولبي في إمداد الزيت إلى جهاز تخفيف الشد

عندما يصل شد الحبل السلكي إلى الحد الأعلى المحدد، يتم إيقاف إمداد الزيت

ترسل خزانة التحكم إشارة بدء، فيبدأ الناقل في العمل ويتسارع.

بمجرد الوصول إلى حالة التشغيل المستقر، تقوم وحدة التحكم بتخفيف الضغط عن مخزن الشد لتقليل الشد.

عندما ينخفض الشد إلى القيمة التشغيلية العادية، يقوم مخزن الشد بالتثبيت التلقائي للحفاظ على الشد.

تتوقف المحطة الهيدروليكية عن العمل.

مراقبة التوتر: يقوم مستشعر الشد وخزانة التحكم بمراقبة الشد تلقائيًّا. وفي حال تم الكشف عن أن الشد أقل من 0.95 ضعف الحد الأدنى المحدد، يقوم النظام تلقائيًّا بإعادة تشغيل آلية الشد لزيادة الشد إلى الحد الأدنى المحدد.

وظيفة التخزين المؤقت: تقوم أسطوانة تخميد الشد والمخزن بامتصاص التقلبات القصيرة في الشد أثناء تشغيل الحزام الناقل.

الوضع اليدوي: يمكن التحكم بشكل منفصل في دوران الرافعة للأمام وللخلف، وتشغيل/إيقاف وحدة الطاقة الهيدروليكية، وتشغيل أسطوانة التخميد. تُستخدم الرافعة حصريًّا لتوفير الشد المسبق أثناء التركيب والتشغيل التجريبي، ولا تشارك في عملية الشد التلقائي.

الجزء الحادي عشر: جهاز التنظيف

وظيفة جهاز التنظيف

أثناء تشغيل الناقل الحزامي، تلتصق جزيئات الفحم الدقيقة بحزام الناقل، مما يؤدي إلى انحرافه عن مركزه وزيادة المقاومة التشغيلية. ونتيجة لذلك، تُزوَّد الناقلات الحزامية عادةً بجهاز تنظيف.

أنواع المنظفات

مصادر البيانات:

معايير تصميم ناقلات الحزام من سلسلة TD75 (المنتجات المعيارية التابعة لوزارة الصناعة المعدنية السابقة)

GB/T 10595-2017 ‘الناقلات الحزامية’

GB/T 7984-2013 ‘أحزمة النقل ذات الحبال النسيجية للأغراض العامة’

يشير التناسب بين قطر العجلة الدوارة وعرض الحزام الوارد في هذا المستند إلى التصميم القياسي للناقلات الثابتة ذات الاستخدامات العامة

تم الاستشهاد بالبيانات المتعلقة بالعلاقة بين زاوية القاع وسعة النقل من دليل تصميم سلسلة TD75

يتم الاستناد في بيانات قوة قلب الحزام الناقل إلى المعيار GB/T 7984-2013 وأدلة التصميم الصناعية

يُستمد مبدأ تشغيل الوصلة الهيدروليكية من الوثائق الفنية العامة للصناعة

يتم الرجوع إلى تصنيف ومعايير أجهزة الشد الواردة في ‘دليل التصميم الهندسي للناقلات الحزامية’ وأدلة التصميم الصناعية