JP2008224551A

JP2008224551A - コンベヤベルトの耐挫屈性能評価方法

Info

Publication number: JP2008224551A
Application number: JP2007065838A
Authority: JP
Inventors: Kunitoshi Suzuki; 邦俊鈴木; Shigehiko Amano; 成彦天野; Toru Fujii; 藤井　　透; Taisuke Ito; 泰助伊東
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2007-03-14
Filing date: 2007-03-14
Publication date: 2008-09-25
Anticipated expiration: 2027-03-14
Also published as: JP4867730B2

Abstract

【課題】コンベヤベルトの現実の耐挫屈性能と整合性のある評価を可能にしたコンベヤベルトの耐挫屈性能評価方法を提供する。
【解決手段】複数の心体層２をコートゴム層３を介して積層した心体部の試験サンプルを用いて、取得した引張弾性率および曲げ弾性率に基づいて、コンベヤベルトの固有値解析モデル７の材料特性値を設定し、この固有値解析モデル７を用いて有限要素解析により算出したコンベヤベルトの臨界挫屈荷重とコンベヤベルトを曲げたときに生じる反力との比である固有値Ｅｖに基づいてコンベヤベルトの耐挫屈性能を評価する。
【選択図】図５

Description

本発明は、コンベヤベルトの耐挫屈性能評価方法に関し、さらに詳しくは、コンベヤベルトの現実の耐挫屈性能と整合性のある評価を可能にしたコンベヤベルトの耐挫屈性能評価方法に関するものである。

従来、心体層を複数積層したコンベヤベルトでは、プーリ径が小さくなる程、プーリ巻付け内周側が波打つようにしわになり、プーリ巻付け内周側の心体には挫屈が生じることが知られている（例えば、特許文献１参照）。このように心体が挫屈したコンベヤベルトを使用し続ければ、心体強度の著しい低下や心体の破断等の不具合につながり、コンベヤベルトを使用することができなくなる。そこで、予めコンベヤベルトの耐挫屈性能を把握することが必要である。

ところが、心体の挫屈には、プーリに巻付いたコンベヤベルトの中立軸よりも内周側に生じる圧縮応力や心体の剛性等の種々の要因が、複雑に絡み合って影響を与えていると考えられている。そのため、コンベヤベルトの現実の耐挫屈性能と整合性のある適切な評価を行なうことができる評価方法を確立することは困難であった。
特開平８−８１０２９号公報

本発明の目的は、コンベヤベルトの現実の耐挫屈性能と整合性のある評価を可能にしたコンベヤベルトの耐挫屈性能評価方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のコンベヤベルトの耐挫屈性能評価方法は、複数の心体層をコートゴム層を介して積層したコンベヤベルトの耐挫屈性能評価方法であって、前記複数の心体層をコートゴム層を介して積層した心体部の試験サンプルを用いて、該試験サンプルの引張弾性率および曲げ弾性率を取得し、該取得した引張弾性率および曲げ弾性率に基づいて、前記コンベヤベルトの解析モデルの材料特性値を設定し、該解析モデルを用いて有限要素解析により算出したコンベヤベルトの臨界挫屈荷重と該コンベヤベルトを曲げたときに生じる反力との比である固有値に基づいてコンベヤベルトの耐挫屈性能を評価するようにしたことを特徴とするものである。

ここで、前記解析モデルを、それぞれの心体層にはり要素を埋設した構造に設定することもできる。前記はり要素を、例えば、心体層の層厚方向の上端、下端および中央部の３箇所に埋設するように設定する。

本発明によれば、複数の心体層をコートゴム層を介して積層した心体部の試験サンプルを用いて、試験サンプルの引張弾性率および曲げ弾性率を取得し、この取得した引張弾性率および曲げ弾性率に基づいて、コンベヤベルトの解析モデルの材料特性値を設定することで、解析モデルによって現実のコンベヤベルトに近い応力状態を再現することができる。そして、この解析モデルを用いて有限要素解析により算出したコンベヤベルトの臨界挫屈荷重とコンベヤベルトを曲げたときに生じる反力との比である固有値に基づいてコンベヤベルトの耐挫屈性能を評価することにより、複合的な種々の要因を考慮することなく、コンベヤベルトの現実の耐挫屈性能と整合性のある適切な耐挫屈性能の評価を行なうことが可能になる。

以下、本発明のコンベヤベルトの耐挫屈性能評価方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１に例示するように、本発明に用いる心体部の試験サンプル１は、コートゴム層３を介して５層の心体層２を積層した構造になっている。実際のコンベヤベルトの表面からカバーゴム層を除去した構造である。心体層の積層数は、複数であればよく、５層に限定されるものではない。心体層２は、帆布等から構成されている。この試験サンプル１を用いて、三点曲げ試験および引張試験を行なう。

３点曲げ試験は、図２に例示するように、所定のスパンで配置された突起状の治具上に、試験サンプル１を両端自由端にした状態で設置し、スパン中心位置で上方から下方に荷重を負荷することにより行なう。この際の反力（負荷した荷重）とスパン中心位置の試験サンプル１の上下変位量との関係から、試験サンプル１の曲げ弾性率を取得する。

引張試験は、図３に例示するように、試験サンプル１の長手方向一端部をチャッキング治具等で固定し、他端部に長手方向に引張荷重を負荷することにより行なう。この際の反力（負荷した引張荷重）と試験サンプル１の長手方向変位量（伸び）との関係から、試験サンプル１の引張弾性率を取得する。

次いで、図４に例示するような、平面ひずみ場を仮定した材料特性解析モデル６を用いて、有限要素解析により心体部の曲げ弾性率および引張弾性率を算出する。材料特性解析モデル６は、図１に示した試験サンプル１のそれぞれの心体層２に、はり要素５が心体層２と平行に層状に埋設された構造に設定されている。はり要素５は、心体層２の層厚方向の上端、下端および中央部に設定されている。

材料特性解析モデル６を用いて算出した心体部の曲げ弾性率、引張弾性率がそれぞれ、心体部の試験サンプル１を用いて取得した曲げ弾性率、引張弾性率と一致するように、材料特性解析モデル６の心体層２、はり要素５の弾性率を決定する。ここで、心体層２は低剛性部材として小さな弾性率に設定し、はり要素５は高剛性部材として大きな弾性率に設定する。

このように、材料特性解析モデル６を、心体層２にはり要素５を埋設した構造に設定し、心体層２とはり要素５とに異なる材料特性値（弾性率）を与えることにより、心体部を異方性材料に設定することができ、心体層２とはり要素５とに与える材料特性値を任意に変えることにより、実際の心体部（コンベヤベルト）と同じ特性を容易に再現することが可能になる。はり要素５の数、埋設位置は、実施形態に示したものに限定されるものではないが、図４に例示したようにはり要素５を設定すると、実際のコンベヤベルトと同様の特性を再現し易くなる。

次いで、図５に例示するような、平面ひずみ場を仮定した固有値解析モデル７を用いて、有限要素解析によりコンベヤベルトの固有値Ｅｖを算出する。固有値Ｅｖとは、コンベヤベルトの臨界挫屈荷重Ｐｃｒと、そのコンベヤベルトを曲げたときに生じる反力Ｆとの比（Ｐｃｒ／Ｆ）である。オイラーの柱の挫屈の式から、Ｐｃｒ＝（１／４）・（π^２ＥＩ／Ｌ^２）と表わせる。ここで、Ｅは引張弾性率、Ｉは断面二次モーメント、Ｌは軸方向長さである。

固有値解析モデル７は、図４に示した材料特性解析モデル６の両表面にカバーゴム層４を積層した構造であり、実際のコンベヤベルトと同様の構造に設定されている。ただし、それぞれの心体層２には、実際のコンベヤベルトとは異なり、はり要素５が心体層２と平行に層状に埋設されている。

固有値解析モデル７では、心体層２とはり要素５の材料特性値（弾性率）を、材料特性解析モデル６により決定した値に設定して解析を行なう。コートゴム層３およびカバーゴム層４の材料特性（弾性率）については、例えば、試験サンプルを用いた試験により予め取得した値に設定する。具体的には、コートゴム層３、カバーゴム層４を構成するゴム材料により試験サンプル作製する。この試験サンプルを用いて１軸拘束１軸引張試験を行なうことにより、コートゴム層３およびカバーゴム層４の材料特性値（弾性率）を取得しておく。

固有値解析は、図６に例示するように、ＳＴＥＰ１として固有値解析モデル７の中心点を完全拘束（１軸方向および２軸方向の変位を拘束）して両端に強制回転変位を与えて静的に屈曲させる。次いで、ＳＴＥＰ２として、ＳＴＥＰ１と同じ境界条件にして両端部に強制回転変位を与えて固有値を得る。

この固有値解析により、固有値Ｅｖが大きくなるほど心体層２（心体２ａ）が挫屈しにくくなり、コンベヤベルトの耐挫屈性能が向上することが判る。設定する固有値解析モデル７の構造等により異なるが、例えば、固有値Ｅｖが１よりも小さい場合は、心体層２（心体２ａ）に挫屈が生じることが判る。したがって、解析により算出した固有値Ｅｖが、予め決定した基準となる固有値以下の場合は、コンベヤベルトの耐挫屈性能が不十分であると評価を行なうようにすることができる。

また、この解析により、心体部の引張弾性率／曲げ弾性率で表わせる無次元パラメータＢと、固有値Ｅｖとに相関関係があることが判る。例えば、図５の構造の固有値解析モデル７において、全長１５０ｍｍ、はり要素５の個々の１層の厚さ１ｍｍ、心体層２の個々の１層の厚さ０．４８ｍｍ、コートゴム層３の個々の１層の厚さ０．６５ｍｍ、カバーゴム層４の個々の１層の厚さ３ｍｍとする。そして、はり要素５および心体層２の引張弾性率を、表１に示すように設定する。

この条件下で強制回転変位を１．６７（ｒａｄ）として解析を行なうと、図７に示すように、固有値Ｅｖと無次元パラメータＢとの相関関係が線形であることが判明する。したがって、コンベヤベルトの耐挫屈性能を向上させるには、無次元パラメータＢを小さくすることが好ましいことが判る。

このように、本発明では、コンベヤベルトの耐挫屈性能に影響を与える多数の複合的な要因を考慮することなく、二次元の有限要素解析により算出したコンベヤベルトの臨界挫屈荷重とコンベヤベルトを曲げたときに生じる反力との比である固有値Ｅｖに基づいて簡易に、コンベヤベルトの耐挫屈性能を評価することができる。しかも、解析モデルでは、試験サンプルを用いた試験により取得した引張弾性率および曲げ弾性率に基づいて、解析モデルの材料特性値を設定するので、コンベヤベルトの現実の耐挫屈性能と整合性のある適切な耐挫屈性能の評価を行なうことが可能になる。

図１に例示した構造で、心体層（心体）の挫屈が発生するサンプル１と、心体層（心体）の挫屈が生じないサンプル２の２種類のサンプルを用いて引張試験および３点曲げ試験を行ない、引張弾性率および曲げ弾性率を取得した。また、取得した引張弾性率および曲げ弾性率を用いて、上記実施形態で説明した同様の手順により、解析を行なって固有値Ｅｖ、臨界挫屈荷重を算出し、その結果を表２に示す。尚、表２の耐挫屈性能は、サンプルを所定の曲率で実際に曲げた際に、心体が挫屈した場合を×、心体が挫屈しなかった場合を○で示している。

表２の結果から、本発明に用いる解析により算出した固有値Ｅｖが大きい程、コンベヤベルトの耐挫屈性能に優れ、固有値Ｅｖに基づいてコンベヤベルトの耐挫屈性能を評価することができることが確認できた。また、心体部の引張弾性率／曲げ弾性率により表わされる無次元パラメータＢが小さい程、コンベヤベルトの耐挫屈性能に優れることが確認できた。

本発明に用いる試験サンプルを例示する断面図である。図１の試験サンプルの三点曲げ試験の方法を例示する説明図である。図１の試験サンプルの引張試験の方法を例示する説明図である。本発明に用いる材料特性解析モデルを例示する説明図である。本発明に用いる固有値解析モデルを例示する説明図である。図５に例示した固有値解析モデルの解析方法を示す説明図である。解析により算出した固有値Ｅｖと無次元パラメータＢとの関係を示すグラフ図である。

符号の説明

１試験サンプル
２心体層
２ａ心体
３コートゴム層
４カバーゴム層
５はり要素
６材料特性解析モデル
７固有値解析モデル

Claims

複数の心体層をコートゴム層を介して積層したコンベヤベルトの耐挫屈性能評価方法であって、前記複数の心体層をコートゴム層を介して積層した心体部の試験サンプルを用いて、該試験サンプルの引張弾性率および曲げ弾性率を取得し、該取得した引張弾性率および曲げ弾性率に基づいて、前記コンベヤベルトの解析モデルの材料特性値を設定し、該解析モデルを用いて有限要素解析により算出したコンベヤベルトの臨界挫屈荷重と該コンベヤベルトを曲げたときに生じる反力との比である固有値に基づいてコンベヤベルトの耐挫屈性能を評価するようにしたコンベヤベルトの耐挫屈性能評価方法。
前記解析モデルを、それぞれの心体層にはり要素を埋設した構造に設定した請求項１に記載のコンベヤベルトの耐挫屈性能評価方法。
前記はり要素を、心体層の層厚方向の上端、下端および中央部の３箇所に埋設するように設定した請求項２に記載のコンベヤベルトの耐挫屈性能評価方法。