Innovativo dispositivo diagnostico per la misurazione dello spessore di nastri trasportatori nel trasporto orizzontale

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 7212 (2022) Citare questo articolo

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La diagnostica dei nastri trasportatori utilizzati nel trasporto orizzontale senza la necessità di togliere il nastro dal trasportatore e testarlo in condizioni di laboratorio è un aspetto importante negli impianti minerari (Jurdziak et al., Adv Intell Syst Comput, 835:645–654, 2019) . I test attuali, e quindi l'ottenimento di informazioni sullo spessore attuale delle coperture del nastro trasportatore, consentono di controllare i cambiamenti accelerati. Inoltre evita arresti di emergenza nel funzionamento del trasportatore e consente una pianificazione economicamente giustificata di un'interruzione del suo funzionamento. L'articolo presenta il concetto del primo dispositivo mobile in Polonia per la misurazione dello spessore dei nastri trasportatori in movimento, implementato nell'ambito del progetto NCBR (n. 0227 / L-10/2018 [programma LIDER, Transport Przemysłowy i Maszyny Robocze, 1 (47)/2020, pp. 60–61]), e presenta anche i risultati di misurazione ottenuti grazie alla versione da laboratorio del dispositivo.

La durata del nastro trasportatore dipende da molti fattori presentati in letteratura3, tra cui il tipo di materiale trasportato, la specificità del punto di trasporto nonché la lunghezza e le condizioni del nastro trasportatore. La Figura 1 mostra uno schema costruttivo di un nastro trasportatore utilizzato nel settore minerario4.

Schema del nastro trasportatore.

La parte più costosa e di emergenza del trasportatore è il nastro. Si stima che il suo costo sia pari a circa il 60% del costo dell'intero trasportatore5. Durante il funzionamento è esposto a fenomeni sfavorevoli che ne riducono significativamente la durata: abrasione, stiramento, strappo, taglio, fessurazione, delaminazione e condizioni di lavoro irregolari dovute alle condizioni operative variabili (temperatura, atmosfera, carico, raggi UV, forza di tensionamento della cinghia, attrito ). I requisiti per i produttori di nastri trasportatori definiscono il nastro come un prodotto di alta qualità, il che a sua volta si traduce in un costo elevato. La cosa più importante è la sua diagnosi e il rapido rilevamento di possibili irregolarità quando è ancora possibile rimuoverle. Un potenziale guasto di un nastro trasportatore genera costi legati non solo alla sua riparazione, ma anche legati al fermo forzato del trasporto e alle perdite di produzione5,6.

La specificità dei controlli non distruttivi (NDT) presuppone che durante l'esame dell'oggetto (qui il nastro trasportatore) non si degradi e la sua struttura e proprietà non cambino. I metodi basati sugli NDT stanno guadagnando sempre più attenzione nella diagnostica delle condizioni tecniche dei trasportatori a nastro7. In precedenza, la ricerca si concentrava solo sui singoli componenti del trasportatore: nastri8,9,10,11,12,13,14,15,16,17, trasmissioni18, tenditori19 o riduttori20,21.

Molti ricercatori in tutto il mondo hanno sviluppato numerosi sistemi per la diagnosi dei nastri trasportatori5. Alcuni dei metodi disponibili vengono utilizzati per diagnosticare le condizioni delle coperture, altri per rilevare danni all'anima in acciaio all'interno della gomma22,23. Nell’era dell’Industria 4.0, installare un sensore sull’oggetto testato, quindi raccogliere i dati e poi elaborarli, porta al miglioramento del processo di ricerca e controllo della continuità del punto di lavoro e di varie tipologie di minacce1.

Lo scopo del progetto implementato presso l'Università della Scienza e della Tecnologia di Wroclaw è quello di sviluppare un nuovo dispositivo per misurare lo spessore e valutare i cambiamenti nel profilo trasversale e longitudinale dei nastri trasportatori, nonché di crearne la versione industriale.

La parte più importante del dispositivo progettato è il sensore di distanza ad ultrasuoni. Il sensore è costituito da due elementi piezoelettrici, uno in modalità trasmettitore e l'altro in modalità ricevitore. Il trasmettitore emette un'onda ultrasonica, cioè un'onda con una frequenza superiore al limite superiore udibile dall'orecchio umano (superiore a 20 kHz), che si propaga nello spazio e si riflette sull'ostacolo. L'eco viene captato dal ricevitore e il tempo che intercorre tra la trasmissione dell'onda e la sua ricezione, misurato all'interno del sensore, determina chiaramente la distanza tra il sensore e l'ostacolo. L'onda ultrasonica emessa si propaga nell'aria a una velocità costante e nota, a seconda dei parametri del mezzo, principalmente la temperatura, ma anche l'umidità. L'onda sonora è un'onda meccanica, quindi si propaga come una perturbazione del mezzo. La temperatura è definita come l'energia cinetica media di una molecola, quindi una variazione di temperatura cambia la velocità delle molecole e quindi la velocità di propagazione delle onde. Per compensare la velocità variabile dell'onda ultrasonica in base alla temperatura, i sensori a ultrasuoni dispongono di una funzionalità di compensazione della temperatura integrata24.