The influence of operating loads on the state of stress and strain in selected load-bearing elements of a tower-type headgear structure in the light of the experimental data

• Autorzy: Wolny S.

Warianty tytułu

PL

Wpływ obciążeń eksploatacyjnych na stan naprężenia oraz przemieszczenia elementów nośnych konstrukcji basztowej wieży szybowej w świetle przeprowadzonych eksperymentów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In order that the ultimate state method should be applied to the strength analysis of the tower-type headgear structure, it is required that the design loads and endurance parameters be first established. For that purpose the characteristics of loads experienced by structural elements of the headgear structure are required (Wolny, 2012) as well as the numerical analysis of stresses and strains. Thus obtained results are verified through stress (strain) measurements taken in structural elements subjected to highest loads found on the basis of the stress map derived from numerical analysis, being the subject matter of the present study. Strain (stress) measurements are taken on the beams located at the floor level +65.00 m on which the winding machines are positioned (drive shaft bearings, stators in the electric motors), as shown schematically in Fig. 2. The strength analysis by numerical methods is restricted to those elements of the load bearing structure in the headgear at the level (+65.00) where the strain (stress) and measurements are taken and where loads are measured that give rise to the maximal strain changes (Wolny, 2012). Alongside the strain (stress) measurements in the load-bearing elements of the headgear structure, measurements are taken of horizontal displacements at selected points of the structure with the use of an interferometric radar IBIS-S. Results of the repeated numerical analysis of the state of stress, restricted to those elements of the load bearing structure in the tower-type headgear where the maximal loads are registered (Wolny, 2010), agree well with experimental data obtained from tests done on a real object. Therefore, the numerical analyses of the state of stress and strain in the load-bearing elements of the headgear structures operated in the Polish collieries lead us to the assumption that when analysing the geometry of the driving systems in the winding gear, the structures on which the elements of the winder installation are positioned ought to be treated as rigid. This conclusion is further corroborated by displacement measurements by geodetic methods taken on selected points of the tower-type headgear structure. An interesting point is that the tower-type headgear structure above its first floor level will behave as a rigid solid.

PL

Wykorzystanie do analizy wytrzymałościowej konstrukcji wieży szybowej metody stanów granicznych wymagało określenie wielkości obliczeniowych tak obciążeń jak wytrzymałości. W tym celu niezbędnym było wyznaczenie charakterystycznych wartości obciążeń elementów konstrukcyjnych (Wolny, 2012) a ponadto przeprowadzenia analiz numerycznych w zakresie 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 rysunku 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 (Wolny, 2012). Równolegle z pomiarami odkształceń (naprężeń) w elementach nośnych konstrukcji wieży szybowej, wykonano pomiary poziomych przemieszczeń wybranych punktów konstrukcji, naziemnym radarem interferometrycznym IBIS-S. Wyniki dodatkowo wykonanej (numerycznej) analizy stanu naprężenia , ograniczonej do obszarów elementów nośnych konstrukcji basztowej wieży szybowej, w których stwierdzono maksymalne wytężenie materiału konstrukcji (Wolny, 2012), 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.

Słowa kluczowe

EN

stress state; loading; experiment; tower-type headgear

PL

basztowe wieże wyciągowe; stan naprężenia; obciążenia; eksperyment

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 57, no. 4
• Strony: 831--842
• Opis fizyczny: Bibliogr. 4 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Wolny S.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• 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, p. 261-284.
• Wolny S. et al., 2011. Opracowanie metody kontroli fundamentów maszyn wyciągowych zainstalowanych na wieżach basztowych. Praca naukowo-badawcza. Katedra Wytrzymałości męczenia Materiałów i Konstrukcji. AGH, Kraków.
• Wolny S., 2011. Dynamic loading of Conveyames in Normal Operating Conditions. Archive of Mining Sciences. Vol. 56. No 4, p. 665-682.
• Wolny S., 2012. The influence of operating loads on the state of stress and strain in select load - bearing elements of a tower - type headgear structure. Archive of Mining Sciences, Vol. 57, No 3, p. 497-515.