Bantlı konveyörlerde sehim ve eğim faktörünün teorik ve numerik olarak incelenmesi
Theorical and numerical investigation of the belt sag and angle factor in belt conveyors
Yazar: ENES SEZER
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BERNA BOLAT ; DR. ÖĞR. ÜYESİ BİRGÜL AŞÇIOĞLU TEMİZTAŞ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Bantlı taşıyıcı = Belt conveyor ; Konveyör =   ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method ; Transport bant = Conveyor belt

Özet:
Bantlı konveyörlerde yığma malzemenin davranışının incelendiği Ayrık Elemanlar Metodu (DEM) analizlerinde genellikle bant profili düz kabul edilmektedir. Oysaki gerçek bir bantlı konveyörde yığma malzemenin taşındığı bant yüzeyi, malzeme ağırlığı nedeniyle oluşan sehimden kaynaklı olarak eğriseldir. Gerçekçi bir numerik analiz yapılabilmesi için bu çalışmada Sonlu Elemanlar Metodu (FEM) ile DEM arasında veri aktarımı bir iterasyon döngüsü şeklinde tekrarlanmıştır. Düz bir bant profili yerine sehimli bir bant profilinin kullanıldığı bu yaklaşımın bant sehimi, konveyör kapasitesi ve eğim faktörü (k) üzerindeki etkisi farklı konveyör açıları için incelenmiş, bu parametreler için teorik ve numerik sonuçlar karşılaştırılmıştır. Numerik sehimin ve yığma malzemeden kaynaklı normal kuvvetin iterasyon boyunca ciddi ölçüde artış gösterdiği tespit edilmiş, iterasyon sonucunda her açı için kararlı bir sehim profili elde edilmesi mümkün olmuştur. Bunun yanında numerik konveyör kapasiteleri iterasyon boyunca yalnızca 15°den yüksek açılarda artış göstermektedir. Dolayısıyla yüksek açılarda sehimin kapasiteyi arttırdığı sonucuna varılmıştır. Numerik olarak bulunan kapasite değerleri yardımıyla konveyörün tasarımına ait eğim faktörü elde edilmiştir. Bu tasarıma özel eğim faktörü değeri, endüstride yaygın olarak kullanılan genel eğim (teorik) faktörü değerleriyle kıyaslanmıştır. Numerik olarak elde edilen konveyör kapasitelerinin ve eğim faktörünün, teorik yöntemdeki değerlerden daha düşük olduğu bulunmuştur. Çalışmada düz bir bant profili yerine sehimli bir bant profilinin DEM simülasyonu yapıldığında sonuçlarda anlamlı bir değişim görülmüş, iterasyon döngüsü sonucu kararlı durum için sonuçların elde edilmesi mümkün olmuştur. Dolayısıyla bant sehimi, yüksek açılar için konveyör kapasitesi ve tasarıma özel eğim faktörünün tespitinde bu yaklaşımın kullanılması gerçekçi bir numerik analiz yapılabilmesi için oldukça önemlidir.

Abstract:
In the Discrete Element Method (DEM) simulations of belt conveyors where the bulk material behavior is investigated, the belt profile is considered as straight. However, in a real belt conveyor, the belt profile carrying the bulk material is curved because of the belt sag, which occurs due to the weight of the bulk material. In this study, the data transfer between Finite Element Method (FEM) and DEM is repeated iteratively, to provide a realistic numerical analysis. The effects of this approach, where the belt profile featuring the sag is used instead of the straight belt profile, is investigated on the belt sag, conveyor capacities and inclination coefficient (k). And the numerical results of these parameters are compared with their theoretical counterparts. It is found that, the numerical belt sag and normal forces due to the weight of the bulk material drastically increase through iterations. And it was possible to acquire the converged belt sag profile for each angle.  Besides, conveyor capacities only higher than 15° conveyor angles increase through the iterations. Thus, it is concluded that the belt sag increases the conveyor capacity in high conveyor angles. The design-specific inclination coefficient (k) is obtained via using the numerical conveyor capacities. This design-specific coefficient values are compared with the theoretical inclination coefficient (k) values which are used for various types of conveyors in general in the industry. It is found that the numerical conveyor capacities and inclination coefficient is lower than their theoretical counterparts. A meaningful change in the results is observed when the DEM simulation of the belt geometry featuring the sag instead of a straight belt profile, and it was possible to obtain the converged results. Thus, this approach should be employed to acquire the belt sag, conveyor capacities in high conveyor angles and design-specific inclination coefficient to provide a realistic numerical analysis.