หลักการทำงาน การออกแบบ และการเลือกใช้งานสายพานลำเลียง

1.ลักษณะโดยทั่วไปของสายพานลำเลียง (Belt Conveyor)

สายพานลำเลียงแบบมูลฐานมีลักษณะเป็นแกนทรงซึ่งดึงคล้องอยู่ระหว่างล้อสองอัน ดังรูป

     โครงสร้างง่าย ๆ แบบนี้จะเป็นจริงเฉพาะระยะทางสั้น ๆ และอัตราการขนย้ายต่ำ ๆ เท่านั้น สำหรับระยะทางยาวๆ จำเป็นต้องมีตัวรองรับที่สายพานแบบบนเป็นระยะๆ ไม่เพื่อป้องกันสายพานหย่อนและยังช่วยป้องกันการเลื่อนไถลของวัสดุที่อาจเกิดขึ้น เนื่องจากการเคลื่อนที่ไม่ถูกต้องของสายพานในขณะที่ยังต้องการรักษาระดับของอัตราขนย้ายให้สูงดังเดิมไว้ ลักษณะตามความต้องการทั้งสองประการนี้ ทำได้โดยใช้ลูกกลิ้งที่แยกกันสามตัวช่วยรองรับและบังคับสายพานให้เป็นรูปแอ่ง ลูกกลิ้งสองตัวด้านนอกจะเล็กกว่าตัวในและเอียงเล็กน้อยทำมุมประมาณ 25 -30° ดังรูป

สำหรับสายพานหน้ากว้างอาจใช้ลูกกลิ้งเพิ่มเป็นห้าตัว ซึ่งจะทำให้ลักษณะของแอ่งเปลี่ยนไป และสำหรับสายพานหน้าแคบอาจใช้ลูกกลิ้งลดลงเหลือเพียงสองตัว แถบด้านล่างของสายพานไม่จำเป็นต้องใช้ตัวรองรับช่วยเป็นจำนวนมากเหมือนแถบบนและสามารถปล่อยไว้ในลักษณะเรียบ ๆ ดังเดิมก็ได้ ประสิทธิภาพของล้อขับจะขึ้นอยู่กับความเสียดทานระหว่างล้อกับสายพาน ตามปกติแล้วสายพานด้านบนจะเป็นตัวรับแรงดึงและรับน้ำหนักวัสดุและบางครั้งใช้ขนวัสดุเหล่านี้ขึ้นตามทางลาดด้วย สำหรับแถบล่างจะปรับให้มีความตึงเพียงพอที่จะทำให้สายพานสามารถเคลื่อนที่ไปได้ตลอดความยาวของมันโดยไม่ลื่นหลุด

2.การติดตั้ง สายพานลำเลียง Belt Conveyor

เส้นทางการติดตั้งเครื่องมือแบบสายพานวางได้หลายอย่าง ซึ่งอาจจะรวมกันในแนวราบ
ทางขึ้น และทางลงดังรูป

รูปเส้นทางของสายพานลำเลียงแบบต่าง ๆ

3.ลักษณะพื้นที่หน้าคัดของวัสดุบนสายพานลำเลียง Belt Conveyor

ความสามารถของเครื่องมือชน้ายแบบสายพาน พิจารณาจากความกว้างของสายพาน และ
รูปร่างพื้นที่หน้าคัดบนสายพาน ซึ่งขึ้นอยู่กับมุมกองพื้นตามธรรมชาติของวัสดุดังรูป

เหมาะกับวัสดุที่มีมุมกองพื้นมาก (ไหลยาก)
ข้อดีคือ สามารถนำวัสดุออกตำแหน่งไหนก็
ได้โดยง่าย โดยเพียงการใช้แผ่นเหล็กกวาด

เหมาะกับวัสดุที่มีขนาดเบา ผนังทั้งสองข้าง
ช่วยให้มีความสามารถในการขนย้ายมากขึ้น
เหมาะกับวัสดุที่มีมุมกองพื้นน้อย

สายพานรางล้อน นวาง 20 องศา เหมาะสำหรับ
ขนย้ายวัสดุทุกชนิด การที่สายพานวาง 20 องศา
สายพานจึงมีความหนามากที่สุด จึงใช้ขนย้าย
วัสดุที่มีน้ำหนักมาก และเป็นก้อนใหญ่ เช่น
ถ่านหิน แร่ กรวด และทราย

การวางสายพานในลักษณะนี้ใช้พื้นที่หน้าตัด
ของวัสดุมากกว่าราง 20 องศา ความหนาของ
สายพานไม่มากจึงใช้เหมาะกับเมล็ดทั่วไป

การวางในลักษณะนี้ ใช้พื้นที่หน้าตัดของวัสดุ
มาก ความเหมาะสมที่จะใช้ได้กับวัสดุ ขึ้นอยู่
กับความหนาของสายพาน

การวางสายพานลักษณะนี้ ช่วยให้การขนย้าย
ได้มากกว่าการวางสายพานแบบธรรมดา เหมาะ
สำหรับวัสดุที่เป็นฝุ่น

รูปพื้นที่หน้าตัดของกองวัสดุต่าง ๆ

4.แรงดึงในสายพานลำเลียง (Belt Conveyor)

ถ้าให้ S1 และ So เป็นแรงดึงด้านพุ่งเข้าและด้านพุ่งออกจากล้อขับตามลำดับแล้ว อัตราส่วนของแรงดึงเมื่อเกิดการลื่นไถลจะเป็น     

^S₁⁄_S0 = e^fα

โดยที่ f เป็นสัมประสิทธิ์ความเสียดทาน (coefficient of friction or grip) ระหว่างสายพานและล้อขับ และ α เป็นมุมคล้องล้อขับของสายพาน

สำหรับ conveyor ชนิดยาวมากจะต้องการค่าของ ^S₁ สูงมาก ซึ่งวิธีเพิ่มค่า ^S₁ ทำได้ 3 วิธีคือ

1. เพิ่มค่า f โดยใช้วัสดุที่มีความเสียดทานมากจำพวกยางทำเป็นล้อขับ แต่วิธีนี้ถ้าไม่จำเป็นจริง ๆ แล้วควรหลีกเลี่ยง
2. เพิ่มค่า α
3. เพิ่มค่า So

ทั้งสองวิธีนี้ถ้าไม่ให้เกิดการลื่นไถลแล้ว S1 / So ≤ efα

การเพิ่มค่า α อาจเพิ่มได้โดยใช้ล้อช่วย ดังรูป (ก) หรือโดยใช้ล้อขับเพิ่มขึ้น

ดังรูป (ข) และ (ค)

(ก) ใช้ล้อช่วย (ข) และ (ค) ใช้ล้อขับเพิ่มขึ้น

ค่าของ So เพิ่มได้โดยใช้สกรูช่วยดึงล้อตามให้ห่างออกโดยตรง ดังรูป (ก) หรือห่างออกที่ take-up loop ดังรูป (ข)

โดยวิธีเหล่านี้ก็สามารถเพิ่มแรงดึงของสายพานได้ และถ้ายังต้องการแรงดึงที่สูงกว่านี้ ก็อาจทำได้โดยเปลี่ยนไปใช้สายพานที่ทำด้วยเหล็กและติดตั้งล้อช่วยแรงดึงแบบในรูป

5.อัตราการขนย้ายสายพานลำเลียง (Belt Conveyor)

อัตราการขนย้ายของสายพานขึ้นอยู่กับว่าวัสดุกองอยู่บนสายพานอย่างไรในกรณีที่วัสดุเป็นแบบกองวัสดุนั้น เมื่อสายพานเคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลาบนลูกกลิ้งรองรับ (supporting rollers) กองวัสดุจะเกิดการสั่นสะเทือนและพยายามแผ่กระจายออกตามความกว้างของสายพานซึ่งจะทำให้พื้นที่หน้าตัดของกองวัสดุเปลี่ยนไป อัตราการขนย้ายของสายพานลำเลียง หาได้จาก

Q = w F v 

โดยที่ Q = อัตราการขนย้าย, N/s

F = พื้นที่หน้าตัดของกองวัสดุ, m2

w = น้ำหนักกองวัสดุ, N/m3

v = ความเร็วของสายพาน, m/s

สำหรับ belt ที่มีความกว้าง B ค่าของพื้นที่ F จะเปลี่ยนไปในช่วงระหว่าง 0.083B2 และ 0.1 B2 โดยขึ้นอยู่กับลักษณะของวัสดุ ถ้าวัสดุมีลักษณะเป็นก้อนเช่น ถ่านหิน กรวดหัก หรือกองแร่ จะสามารถกองอยู่บนสายพานได้ ดังรูป 8.9 (ก) ถ้าวัสดุมีลักษณะกลมผิวเรียบลื่น เช่น เมล็ดพืช ก็จะมีลักษณะดังรูป 8.9 (ข)

ความเร็วของสายพานจะถูกจำกัดโดยการเหวี่ยงตัวเองของสายพาน เนื่องจากสายพานที่มีความเร็วสูง ๆ จะไม่สามารถรักษาตัวเองให้อยู่ในแนวเดิมบนลูกกลิ้งได้ สำหรับสายพานลำเลียงขนาดเล็ก ความเร็วควรใช้ไม่เกิน 1 m/s นอกจากรักษาการวางตัวให้ดี ๆ อาจเพิ่มได้ถึง 4 m/s

ตัวอย่างที่ 1

สายพานเส้นหนึ่งกว้าง 0.9 m ใช้ขนย้ายวัสดุที่มีน้ำหนักกอง 1350 N/m3 ที่ความเร็ว 1.75 m/s ให้หาอัตราการขนย้าย

จากสมการ Q = w F v

เลือกใช้ F = 0.09 B2

ดังนั้น Q = w (0.09 B2) v

             = (1350) (0.09 x 0.92) (1.75)

            = 172.23 N/s

สำหรับสายพานมาตรฐานนั้นจะมีความกว้างดังแสดงในตาราง 8.1 ส่วนค่าเฉลี่ยของพื้นที่หน้าตัดของกองวัส

ดังรูป ก็ได้แสดงไว้ในตารางเช่นกัน

ค่าตารางแสดงพื้นที่หน้าตัดของมุมกองพื้นขณะเคลื่อนที่ (surcharge angle) ซึ่งมีค่าเล็กกว่ามุมกองพื้นขณะหยุดนิ่ง (repose angle)

ตารางความกว้างสายพาน พื้นที่หน้าตัดกองวัสดุ และความเร็วสูงสุดของสายพาน