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BTU
Belt conveyors are highly efficient systems used in mining and other industries to transport bulk materials, mainly brown coal and overburden, over distances ranging from short distances to several kilometres. For technical reasons, their operation is associated with noise emissions. During inspections and maintenance this can lead to increased noise exposure of employees. In the vicinity of residential buildings or in areas needing protection, exceeding the emission limits can lead to a temporary restriction of the operation of these high performance installations. Measures are required to reduce the noise impact primarily at the source or in the immediate vicinity. The acoustic and mechanical parameters are investigated on a test bench at the Technical University of Brandenburg (BTU) Cottbus-Senftenberg as part of the drive assembly tests in cooperation with LEAG. The stages of these tests are: Run-up test. In this test the supporting roller is accelerated under test load to a circumferential speed of 10 m/s and the sound pressure level is recorded. This makes it possible to calculate the sound emission as a function of the peripheral speed; Recording the geometry of the idler gear. An accurate description of the geometry of the idler housing allows conclusions to be drawn about the possible causes of excitation. The defined characteristics serve to quantify the acoustic effect of the driven rollers and derive specifications for use in belt conveyor systems. Based on the special requirements to the planned belt conveyor system, an adapted selection of low-noise idler rollers can be made at an early stage on the basis of specified parameters and confirmed test results.
Das Laufverhalten von Tragrollen wird maßgeblich von der Geometrie des Tragrollenmantels bestimmt. Die akustische Wirkung wird durch die Schallleistung ermittelt, wobei sich eine Korrelation zwischen der Kreisformabweichung des Tragrollenmantels zur Schallleistung ergibt.Weitere Auswirkungen ergeben sich durch eine stoßhafte Anregung auf die Lebensdauer der Tragrollenlagerung.
Prüfung der akustischen Wirkung von Tragrollen zur Ableitung von Vorgaben für Gurtförderanlagen
(2020)
Prüfung der akustischen Wirkung von Tragrollen zur Ableitung von Vorgaben für Gurtförderanlagen
Kurzbeschreibung:
Im Rahmen einer Baugruppenprüfung von Tragrollen werden in einer Kooperation mit der LEAG akustische und mechanische Kenngrößen auf einem Prüfstand an der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg untersucht.
Bestandteile dieser Untersuchungen sind:
• Hochfahrprüfläufe – Dabei wird eine Tragrolle unter Prüflast auf eine Umfangsgeschwindigkeit von 10 m/s beschleunigt und der Schalldruckpegel aufgezeichnet. Dies ermöglicht die Berechnung der Schallemission in Abhängigkeit von der Umfangsgeschwindigkeit.
• Erfassung der Tragrollengeometrie – Die präzise Beschreibung der Geometrie des Tragrollenmantels ermöglicht Rückschlüsse auf mögliche Anregungsursachen.
• Ermittlung des Abklingverhaltens – Durch Anschlagversuche wird das Eigenschwingverhalten einer Tragrolle erfasst.
• Ermittlung des Axialspiels – Durch die Messung der axialen Verschiebbarkeit können Rückschlüsse auf die Einhaltung der Konstruktionsvorgaben im Bereich der Wälzlagerung und auf die Einsatzdauer der Tragrollen gezogen werden.
Die ermittelten Kenndaten erlauben eine quantitative Bewertung der akustischen Wirkung von Tragrollen und ermöglichen die Ableitung von Vorgaben für den Einsatz in Gurtförderanlagen.
Auf Grundlage der aktuellsten Untersuchungen wurde ein neuartiges Axialspielmessgerät entwickelt und in Zusammenarbeit mit der LEAG Grenzwerte für die Axiale Verschiebbarkeit für Tragrollen in Hochleistungsgurförderanlagen ausgearbeitet. Auf die Ergebnisse dieser Arbeit wird in dem Vortrag gesondert eingegangen.
Basierend auf den Erkenntnissen umfangreicher Tragrollenprüfungen und Untersuchungen wurden die Lieferanforderungen der LEAG an Tragrollen um neue Parameter erweitert und präzisiert. Somit wird eine gezielte Beschaffung von geräuscharmen und langlebigen Tragrollen ermöglicht. Weiterhin können aussagekräftige Vorgaben für die Neuausrüstung von Gurtförderanlagen hinsichtlich der zu erwartenden Geräuschimmissionen gegeben werden.
Die Umsetzung dieser Richtlinien zeigt in der Praxis bereits großen Erfolg. In Kombination mit einer zielgerichteten Instandhaltung sichern die akustischen und mechanischen Vorgaben für Tragrollen eine über mehrere Jahre mit der Neuausrüstung vergleichbare Geräuschemission für Gurtförderanlagen ab.
Während im Tagebau früher das Augenmerk primär auf einen zuverlässigen und wirtschaftlichen Abbau und Transport von Rohstoffen gerichtet war, spielen heutzutage noch einige andere Aspekte eine entscheidende Rolle. Da die Abbaugebiete immer weiter in besiedelte Gegenden vordringen und die Vorgaben im Umweltschutz sich verschärfen, ist der Betreiber in zunehmendem Maße bestrebt, unter anderem die Geräuschemissionen der Tagebaugroßgeräte zu senken. Da sich speziell Gurtförderanlagen im Bereich des Vorschnitts über große Entfernungen erstrecken und an den Rändern der Tagebaue verlaufen, tragen diese zu einem großen Teil zur Geräuschemission bei. Tragrollen sind oft zu Tausenden in den Förderanlagen verbaut und bei der akustischen Wirkung von entscheidender Bedeutung. Um eine Gesundheitsgefährdung für die beschäftigten Mitarbeiter durch Lärm zu vermeiden und die Auswirkungen auf angrenzende Siedlungen auf ein Mindestmaß zu begrenzen, existieren gesetzliche Vorschriften und Richtlinien. Die Gesetze und Verordnungen zum Umweltschutz und Arbeitsschutz sollen eine Reduzierung der Lärmimmissionen erreichen.
Laut den Immissionsrichtwerten1 der Technischen Anleitung zum Schutz gegen Lärm (TA Lärm) darf nachts in Kerngebieten, Dorf- und Mischgebieten der Beurteilungspegel von 45 dB(A) nicht überschritten werden, in reinen Wohngebieten liegt die Grenze sogar bei 35 dB(A). Zum Vergleich: Eine leise Unterhaltung oder leise Musik wird mit einem Schalldruckpegel von 40 dB(A) angegeben.
Der durch den Betrieb der Gurtförderanlagen entstehende meterbezogene Schallleistungspegel LW beträgt im Durchschnitt etwa 80 bis 100 dB(A). Durch Reduktion der Schallemission könnten die Planungen der Streckenverläufe optimiert werden, was zu wirtschaftlichen Einsparungen führt. Weiterhin ist, wenn die für Tagebauanlagen zu beachtenden Richtwerte eingehalten werden, auch die Genehmigung für die Einrichtung und den Betrieb solcher Anlagen einfacher abzusichern.
Um genaue Kenntnisse über die Schallemission von Tragrollen zu erlangen, wurde in Zusammenarbeit der ehemaligen VEM AG (jetzt LEAG) und der ehemaligen Hochschule Lausitz (jetzt BTU Cottbus-Senftenberg) ein Tragrollenprüfstand entwickelt.
Im Rahmen einer Baugruppenprüfung auf diesem Prüfstand werden akustische und mechanische Kenngrößen von Tragrollen untersucht.
Bestandteile dieser Untersuchungen sind:
- Hochfahrprüfläufe – Dabei wird eine Tragrolle unter Prüflast auf eine Umfangsgeschwindigkeit von 10 m/s beschleunigt und der Schalldruckpegel aufgezeichnet. Dies ermöglicht die Berechnung der Schallemission in Abhängigkeit von der Umfangsgeschwindigkeit.
- Ermittlung des Abklingverhaltens – Durch Anschlagversuche wird das Eigenschwing- und Dämpfungsverhalten einer Tragrolle erfasst.
- Erfassung der Tragrollengeometrie – Die präzise Beschreibung der Geometrie des Tragrollenmantels ermöglicht Rückschlüsse auf mögliche Anregungsursachen.
Umfassende Untersuchungen von Lagerausfällen bei Tragrollen mit einer Lagergröße ab über 6306 ergaben zu geringe Werte für das Axialspiel, welche sich als Schadensursache herausstellten. Da in der DIN 22112 Teil 2 lediglich Grenzwerte für die axiale Verschiebbarkeit für Tragrollen bis zu einer Lagergröße 6306 aufgeführt werden, war eine Bewertung von Tragrollen mit größeren Lagern im Sinne der Qualitätskontrolle bisher nicht möglich. Ausgehend von den Schadensbildern werden die theoretischen Zusammenhänge in Bezug auf den Lagerverschleiß erörtert. In Zusammenhang mit den wirkenden Belastungen auf die Tragrollen werden geeignete Grenzwerte für die axiale Verschiebbarkeit ausgearbeitet, welche die LEAG (Lausitz Energie Bergbau AG) in die aktuellen Lieferanforderungen für Tragrollen aufnahm. Weiterhin wird ein Axialspielprüfgerät vorgestellt, welches im Vergleich zu der vorgestellten Messeinrichtung aus der DIN 22112 Teil 3 präzisere Messergebnisse unabhängig von dem Achsgewicht der jeweiligen Tragrollen liefert.
Im Labor für Fördertechnik an der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg besteht ein langjähriges Engagement in der Untersuchung von Geräuschemissionen an Tragrollen für Hochleistungsgurtförderanlagen.
Durch ständige Optimierungen und technische Verbesserungen an den
Tragrollen konnte die Lärmentwicklung beim Betrieb der Anlagen um ein
Vielfaches reduziert werden. Im Gegensatz dazu sind jedoch die
Produktionskosten für die Herstellung von lärmgeminderten Tragrollen im Vergleich zur herkömmlichen Bauart gestiegen. Eine Maßnahme zur
Geräuschreduzierung besteht dabei in der Oberflächenbearbeitung des
Tragrollenmantels mit vorgegebenen Toleranzen für die Exzentrizität der Drehachse und der Kreisformabweichung von der idealen Zylinderform.
Ausfallstatistiken der LEAG1 lassen jedoch den Schluss zu, dass es durch die Bearbeitung der Mantelfläche (i.d.R. Überdrehen) ebenfalls zu einer Steigerung der Lebensdauer der Tragrollen kommt.
Um das Schädigungsverhalten bei unterschiedlichen Kraftanregungen zu
untersuchen, wurde ein Verschleißprüfstand entwickelt, konstruiert und gebaut.
Mit dessen Hilfe ist es möglich, die dynamischen Kräfte, welche durch die Tragrollenmantelgeometrie über die Exzentrizität und die Kreisformabweichung impliziert werden, zu untersuchen. Ziel der derzeitigen Arbeit ist es, die für die Versuche notwendigen Randbedingungen und Parameter festzulegen. Auf den Ergebnissen aufbauend soll anschließend mit einer Reihe von empirischen
Versuchen der Schädigungseinfluss auf die Wälzlager geprüft werden. Es ist beabsichtigt, die Toleranzen für die Geometrie, die Oberflächengüte und die Auswuchtgüte auf das erforderliche Maß anzupassen, um damit den Herstellungsaufwand und die Produktionskosten zu senken. Dadurch soll ein optimaler Kompromiss aus niedrigen Produktionskosten, geringen Werten für die Geräuschemission und langer Lebensdauer gefunden werden.