Ocena wpływu obciążeń eksploatacyjnych na stan naprężenia w elementach nośnych konstrukcji basztowej wieży szybowej w świetle przeprowadzonych eksperymentów

• Autorzy: Wolny S. , Badura S.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rb.2014.42

Warianty tytułu

EN

The assessment of the impact of operating loads on the state of stress and strain in selected load-bearing elements of a tower-type headgear structure

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wykorzystanie do analizy wytrzymałościowej konstrukcji wieży szybowej metody stanów granicznych wymagało określenie wielkości obliczeniowych tak obciążeń jak i wytrzymałości. Do określenia obliczeniowych wartości obciążenia, niezbędnym było wyznaczenie charakterystycznych wartości obciążeń elementów konstrukcyjnych wieży szybowej [1, 3, 4]. W celu potwierdzenia poprawności przeprowadzonych – w tym zakresie obliczeń – w oparciu o uzyskane rezultaty przeprowadzono numeryczną analizę naprężeń i odkształceń. Wyniki tych analiz zostały zweryfikowane pomiarami naprężeń (odkształceń) w najbardziej wytężonych obszarach konstrukcji, wytypowanych na podstawie mapy naprężeń stanowiącej wynik analizy numerycznej, co stanowi treść opracowania. Tensometryczne pomiary stanu odkształcenia (naprężenia) wykonano na belkach kondygnacji poziomu +65,00 m), na których posadowione są maszyny wyciągowe (łożyska wału napędowego, mocowania stojanów silników elektrycznych) co schematycznie pokazano na rys. 2. Przeprowadzono ponadto analizę wytrzymałościową (numeryczną), którą ograniczono do obszarów elementów nośnych kondygnacji (poziom +65,00) wieży szybowej, w której mierzono odkształcenia (naprężenia) oraz obciążeń, które wywołały maksymalne wartości zmienionych wartości naprężeń [4]. Wyniki dodatkowo wykonanej (numerycznej) analizy stanu naprężenia, ograniczonej do obszarów elementów nośnych konstrukcji basztowej wieży szybowej, w których stwierdzono maksymalne wytężenie materiału konstrukcji [4], w całej rozciągłości korespondują z wynikami eksperymentu przeprowadzonego na obiekcie rzeczywistym. Oznacza to, że wykonane (numeryczne) analizy stanu odkształcenia i naprężenia w elementach nośnych konstrukcji basztowych wież szybowych – aktualnie eksploatowanych w polskim górnictwie upoważniają do przyjęcia generalnego założenia, że w ramach analizy geometrii układu napędowego maszyn wyciągowych, konstrukcje na których posadowione są elementy tego układu można traktować jako sztywne. Wniosek ten dodatkowo potwierdzają wyniki geodezyjnych pomiarów przemieszczeń wybranych punktów konstrukcji nośnej basztowej wieży szybowej. Wyniki te – co jest pewnego rodzaju ciekawostką – wskazują, że konstrukcja basztowej wieży szybowej, powyżej pierwszej kondygnacji, zachowuje się jak bryła sztywna.

EN

The headgear structure allows the conveyance to be moved over the shaft top to the loading (unloading) point, at the same time it keeps in place the rope pulleys while tower-type headgear structures also accommodate the entire winder installations. The headgear is where the final stage of the hoisting installation is located and where the surface transport systems begin. These aspects strongly impact the actual shape of the tower, its height and in some cases determine the design of the entire winding gear. In order that all the headgear functions should be provided, it is required that the ultimate state conditions should be maintained throughout its entire service life. In order to assess the critical service conditions, the computation procedure should be applied based on design loads and fatigue endurance parameters. The computations of characteristic loads acting on the headgear structure use the developed model of the system based on the dynamic analysis carried out for a specific case: a hoisting installation operated in one of the underground collieries in Poland. The maximal and minimal loads acting on a Koepe pulley and those required for the system operation are determined accordingly. The laws of dynamics provide a background for finding the forces and moments of forces acting in the components of the driving system (including the electric motors and pulley blocks) for the specified loading of the Koepe pulley. Underlying the numerical FEM model of the tower-type headgear structure are the technical specifications of the analysed object and FEM calculations followed by endurance analysis to find the state of stress in structural elements of the headgear under the typical service conditions. The results help in assessing how the design of the hoisting installation should impact on safety features of loadbearing elements in the headgear structure.

Słowa kluczowe

PL

wieża szybowa; obciążenie eksploatacyjne; stan naprężenia; pomiar tensometryczny; metoda stanów granicznych; obliczenia MES; analiza naprężeń

EN

tower-type headgear; operating load; stress condition; tensometric measurement; limit state method; FEM calculations; stress analysis

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2014
• Tom: z. 61, nr 2
• Strony: 209--220
• Opis fizyczny: Bibliogr. 4 poz., il.

Twórcy

autor

Wolny S.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, Kraków

autor

Badura S.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, Kraków

Bibliografia

• [1] Wolny S., 2009. Dynamic loading of the pulley block in a hoisting installation in normal operating conditions. Archive of Mining Sciences, Kraków, Vol. 54, No 2, 0. 261-284.
• [2] Wolny S., Badura S. i inni, 2011. Opracowanie metody kontroli fundamentów maszyn wyciągowych zainstalowanych na wieżach basztowych. Praca naukowo – badawcza. Katedra Wytrzymałości, Zmęczenia Materiałów i Konstrukcji. AGH. Kraków.
• [3] Wolny S, 2011. Dynamic loading of Conveyames in Normal Operating Conditions. Archive of Mining Sciences. Vol. 56 (2011). No 4, p. 665-682.
• [4] Wolny S., 2012. Wpływ obciążeń eksploatacyjnych na stan naprężenia oraz przemieszczenia wybranych elementów nośnych konstrukcji basztowej wieży szybowej. (Zgłoszono do druku w Archiwum Górnictwa).