Wolny S. - Obciążenie w układzie naczynie wydobywcze

XLV Sympozjon „Modelowanie w mechanice”
239
Stanisław WOLNY, Katedra Wytrzymałości Materiałów i Konstrukcji, AGH
OBCIĄŻENIE W UKŁADZIE NACZYNIE WYDOBYWCZE – ZBROJENIE
SZYBOWE W ŚWIETLE ANALIZY TEORETYCZNEJ (MODEL TRÓJMASOWY)
Problem wytrzymałości i trwałości eksploatacyjnej maszyn i urządzeń przemysłowych jest
zagadnieniem niezwykle istotnym szczególnie ze względu na bezpieczeństwo
eksploatowanych obiektów. Takimi obiektami w przemyśle górniczym są urządzenia
szybowe i pracujące w tych urządzeniach naczynia wydobywcze. W czasie eksploatacji
naczynia wydobywcze oddziaływuje na układ prowadzenia oraz zawieszenia (naczynia i lin
wyrównawczych), czego skutkiem są uszkodzenia zarówno naczyń jak i zbrojenia
szybowego.
W czasie okresowych kontroli i badań naczyń wydobywczych, najczęściej wykrywalnymi
uszkodzeniami ich elementów nośnych, są pęknięcia o charakterze zmęczeniowym
w obszarze węzłów łączących cięgna z koszem skipu, głowicą lub ramą dolną.
W obliczeniach projektowych tego typu konstrukcji cięgna i ich połączenia wymiaruje się
uwzględniając tylko ekstremalne wartości sił, które są sumą ciężarów naczynia, lin
wyrównawczych i transportowanego urobku. Oznacza to, że w tego typu obliczeniach pomija
się siły poziome, będące skutkiem wzajemnego oddziaływania zbrojenia szybu i naczynia
w czasie jego ruchu.
Problem sił wzajemnego oddziaływania naczynia i zbrojenia, ma w piśmiennictwie
technicznym bogaty polski rozdział, na który składają się prace realizowane przez zespoły
badawcze zgrupowane w AGH, GIG i Politechnice Śląskiej. Mimo wielu oryginalnych
i efektownych opracowań z tego zakresu, pojawiają się nowe problemy, które wymagają
rozwiązania. W tym kontekście próba określenia sił wzajemnego oddziaływania naczynia
i zbrojenia, może być przyczynkiem w analizie wytrzymałościowej konstrukcji skipu.
W opracowaniu podjęto próbę określenia sił wzajemnego oddziaływania naczynia
i zbrojenia szybu w oparciu o przeprowadzoną analizę pracy urządzenia zweryfikowaną
eksperymentem na obiekcie rzeczywistym w warunkach jazdy ustalonej z prędkością
v0 = const.
Analizę dynamiczną pracy urządzenia wyciągowego w warunkach normalnej eksploatacji
(jazdy z prędkością ustaloną v0 = const) wykonano w oparciu o model układu w którym
wyróżniono trzy masy skupione: głowicy, ramy dolnej i kosza skipu które połączono
nieważkimi, poprzecznie sprężystymi a wzdłużnie nieodkształcalnymi prętami. Uzyskane
rezultaty analizy dynamicznej siły wzajemnego oddziaływania naczynia i zbrojenia szybu
zostały podane za pomocą wzorów w formie ogólnej, co pozwala otrzymane wyniki
rozszerzyć na całą gamę urządzeń wyciągowych niezależnie od ich udźwigu, prędkości
i głębokości ciągnienia. Ponadto wyniki analizy dynamicznej zostały zweryfikowane
pomiarami obciążeń w układzie czołowych prowadnic tocznych, na obiekcie rzeczywistym
w jednym z szybów należących do KGHM „Polska Miedź” S.A.
Obciążenia te będą stanowiły materiał wyjściowy do przeprowadzenia analizy
wytrzymałościowo – zmęczeniowej elementów nośnych konstrukcji naczynia
wydobywczego.
XLV Sympozjon „Modelowanie w mechanice”
240
Stanisław WOLNY, Katedra Wytrzymałości Materiałów i Konstrukcji, AGH
LOADS IN THE SYSTEM SKIP BUCKLE – THE SHAFT STRUCTURE IN THE
VIEW OF THEORETICAL ANALYSIS (THREE-MASSES MODEL)
The problem of strength and operational durability of machines and industrial facilities is
particularly important specially in the view of safety of maintained objects. The shaft facilities
including skip buckles being their part are such kind of objects in mining industry. In
operation the skip acts on the guiding system and suspension (skip buckles and balance
ropes).
Periodical controls and tests of skip buckles report that the most frequent defects of
supporting elements are fatigue cracks in the area of knots connecting bars with the skip
buckle, head or bottom frame. In the design calculations the bars and their connections are
determined with account to extremum values of forces being the sum of the buckle weight,
balance ropes and transported material. Horizontal forces resulting from mutual action
between the shaft structure and the buckle in motion are neglected in this type of calculation.
The problem of the skip and the shaft structure mutual action has in the technical
bibliography the comprehensive Polish contribution realized by research groups from AGH,
GIG and Śląsk Technical University. Despite many original and effective works there appear
new problems demanding solution. Thus any effort to determine the forces of mutual action
between the buckle and the structure could be the contribution in the strength analysis of the
skip structure.
In the paper is presented an effort to determine the forces of mutual action between the
buckle and the shaft structure based on the analysis of the facility operation verified by the
experiment in the real object in conditions of steady move with the velocity v0 = const.
Dynamic analysis of the skip operation in conditions of regular operation (move with
steady velocity v0 = const.) has been made on the basis of the model system where three
concentrated masses were distinguished: the head, bottom frame and the skip buckle. It was
assumed that these elements are connected with weightless bars, perpendicularly elastic and
axially non – deformable. The results of dynamic analysis of mutual action between the
buckle and the shaft structure are given in the form of general relations enabling to use them
for other skip facilities undependently of the load capacity, velocity and the depth of
transportation. Besides, the results of dynamic analysis were verified by measurements of
loads in the arrangement of the front rolling guides of the real object located in a shaft being
the property of KGHM “Poska Miedź” S.A.
These loads will be the initial data for strength – fatigue analysis of the skip buckle
structure supporting elements.