Identyfikatory
Warianty tytułu
Nowa koncepcja zmechanizowanej obudowy górniczej odpornej na tąpania
Języki publikacji
Abstrakty
A subject of the lecture is a description of construction and results of experimental investigations of device called an energy accumulation and diffusion converter (EADC). The device gives a possibility of rapid braking and prevention of equipment and mechanical vehicles against collision results by reducing of stroke forces with simultaneous restriction of associated inertia forces in these processes. The operating of these kind of equipment consists of conversion of progressive movement kinetic energy of vehicle into kinetic energy of mechanical accumulator rotational movement. The mechanical accumulator takes over the kinetic energy of vehicle through a gear. In the case of collision the gear is set motion due a force of run obstacle if appears the braking due to subgrade reaction forces. The investigations have been carried out on model vehicles of about 10 kg mass and real vehicles (cars) of about 1000 kg mass. One obtained many times lower maximum value of vehicle stroke force against the obstacle and inertia force generating during the collision compared with the same forces in the case when bumping vehicle was without the bumper with energy conversion. The equipment could be applied as the safety device of hydraulic mechanized shield supports against crumping results and protection of vertical hoisting and mining haulage in different kind of failures.
Ważny i trudny do rozwiązania problem techniczny stanowi skonstruowanie hydraulicznej obudowy górniczej odpornej na tąpania. Problem ten nie został dotychczas w sposób zadowalający rozwiązany. Energię tąpnięcia, które obudowa powinna wytrzymać przyjmuje się na poziomie [...]. Jest to energia tego rzędu jaką posiada samochód o masie 1000 kg jadący z prędkością około 50 km/h. Można zatem podjąć próbę przenoszenia do górnictwa rozwiązań stosowanych w technice motoryzacyjnej do ochrony pojazdów mechanicznych przed skutkami zderzeń. W pracy przedstawiona została zupełnie nowa metoda ochrony obiektów przed skutkami awarii, w których może wystąpić zamiana energii kinetycznej poruszających się mas w pracę niszczenia. Metoda polega na konwersji energii kinetycznej mas, na energię kinetyczną innych, specjalnie w tym celu wprowadzonych urządzeń. Urządzenie mogące przejąć w ciągu czasu rzędu kilkudziesięciu milisekund energię rzędu 106 J nazwane zostało energetycznym przetwornikiem akumulująco - rozpraszającym (EPARem). EPAR i jego podstawowe części składowe pokazane zostały na rysunku l. Główne części EPARu: element - 2, przejmujący siłę uderzenia, mechanizm zębatkowy - 5, dzięki któremu następuje zamiana energii kinetycznej ruchu postępowego w energię kinetyczną ruchu. obrotowego, przekładnia multiplikacyjna - 6, przekazująca energię do akumulatora mechanicznego -7. Schemat stanowiska badawczego pokazany został na rysunku 2. Podstawowym elementem stanowiska był samochód - l. Samochód wyposażony był w zderzak zawierający EPAR - 2. EPAR posiadał układ pomiarowy do rejestracji przebiegu prędkości obrotowej akumulatora wirnikowego - 3. Do samochodu przymocowany był układ pomiarowy do określania przebiegu drogi, prędkości i przyspieszenia w funkcji czasu - 4. Rejestracja tych wielkości dokonywana była przed zderzeniem i podczas zderzenia. Wewnątrz samochodu przymocowany był akcelerometr do pomiaru i rejestracji przeciążeń (sił bezwładności) - 5. Pojazd zderzał się z przeszkodą - 6. Przeszkoda wyposażona była w urządzenia do pomiaru i rejestracji siły uderzenia - 7. Przedstawimy wyniki badań uzyskane podczas jednego eksperymentu, w którym pojazd posiadający wraz z kierowcą masę m = 1100 kg jadąc z prędkością V= 7,2 m/s (25,9 km/h), czyli posiadając energię kinetyczną ruchu postępowego Eks = 28512 J, uderzył w nieruchomą przeszkodę zderzakiem połączonym z karoserią za pośrednictwem EPARu. EPAR posiadał mechaniczny akumulator wirnikowy o momencie bezwładności wynoszącym 1= 0,0125 kg m2. Wyniki badań przedstawione zostały w postaci wykresów na rysunkach 3, 4, 5, 6 i 7. Przebiegi parametrów fizycznych charakteryzujących badany proces rejestrowane były w ciągu czasu [...] = 100 ms. W przyjętej na rysunkach skali czasu, w chwili równej zeru z przeszkodą zetknął się przymocowany do samochodu czujnik przesunięcia mierzący drogę w funkcji czasu, oznaczony na rysunku 2 numerem 4. W tej samej chwili rozpoczęła się rejestracja wszystkich parametrów. Samochód jechał nadal ze stałą prędkością do chwili czasu t = 20 ms. W chwili czasu wynoszącej 20 ms nastąpił początek zderzenia, to znaczy z przeszkodą zetknęła się przednia część zderzaka, która jest ruchoma względem samochodu. Od tej chwili czołowa część zderzaka nie wykonywała już względem przeszkody żadnego ruchu, natomiast nadal w ruchu znajdował się samochód. Ruch samochodu względem przedniej części zderzaka uruchomił elementy EPARu a te przekazywały energię kinetyczną samochodu do akumulatora wirnikowego. Przebieg drogi - x(t) w czasie zbliżania się samochodu do przeszkody oraz podczas procesu zderzenia przedstawia rysunek 3. Długość drogi, na której samochód tracił prędkość i energię wynosiła [...] = 0,2 m. Długość tej drogi można w pewnym zakresie kształtować ciśnieniem początkowym w sprężynach pneumatycznych. Przebieg prędkości ruchu samochodu - V(t), określonej termoanemometrem, przedstawia rysunek 4. Przebieg przyspieszenia (w tym przypadku opóżnienia), określonego jako pochodna prędkości V(t) względem czasu, przedstawia rysunek 5. Przyspieszenie to będące wielkością kinematyczną oznaczone przez ii, zostało na rysunku wyrażone w bezwymiarowych jednostkach względnych odniesionych do przyspieszenia ziemskiego (a/g). Przebieg prędkości w funkcji czasu, pokazany został na rysunku 4. Przebieg przyspieszenia w funkcji czasu, pokazany na rysunku 5, można również określić na podstawie zarejestrowanego przebiegu drogi w funkcji czasu przedstawionego na rysunku 3. Rysunek 6 pokazuje określony przy pomocy akcelerometru przebieg przeciążenia. Przeciążenie będące wielkością dynamiczną. zgodnie ze swoją definicją, również wyrażone jest w jednostkach względnych odniesionych do przyspieszenia ziemskiego i oznaczone (b/g). Rysunek 7 pokazuje przebieg siły uderzenia pojazdu w przeszkodę - F(t). Analizując, związany z wprowadzeniem do pojazdu EPARu, problem zmiany wartości siły uderzenia pojazdu w przeszkodę podczas zderzenia, wiemy z zależności (3), że obniżeniu wartości siły bezwładności musi towarzyszyć obniżenie wartości siły uderzenia i odwrotnie. Przeprowadźmy tę analizę w oparciu o zasadę pędu i popędu. Porównajmy wyniki otrzymane z eksperymentu z wynikami, których należałoby się spodziewać w oparciu o zasadę pędu i popędu. Opierając się na tej zasadzie należy przyjąć, że popęd siły uderzenia pojazdu w przeszkodę - [...] jest równy zmianie pędu pojazdu - [...]. Co oznacza, że spełniona powinna być zależność: [...] Pęd samochodu przed zderzeniem wynosił p = 7,9 kNs natomiast po zderzeniu zero. Zatem wielkość ta jest równocześnie zmianą pędu. Popęd określony na podstawie wyników pomiarów, przebiegu czasowego siły uderzenia w przeszkodę pokazanego na rysunku 7 wynosi około 1f = 1,4 kNs. Nie jest zatem spełniona równość (5). Popęd siły uderzenia pojazdu w przeszkodę jest kilkakrotnie mniejszy niż zmiana pędu pojazdu wywołana działaniem tej siły. Dzięki wprowadzeniu EPARu zmiana pędu pojazdu zderzającego się z przeszkodą, następuje nie tylko na skutek popędu działającej na pojazd siły reakcji ale również na skutek odpływu jego energii. Formułując to inaczej można powiedzieć, że występujący podczas zderzenia przepływ energii powoduje znaczne odstępstwa przebiegu parametrów fizycznych tego zjawiska od przebiegu wynikającego z zasady pędu i popędu. Urządzenia typu EPAR mogą znaleźć szerokie zastosowanie w maszynach i urządzeniach górniczych. Na rys. 8 pokazano koncepcję wykorzystania urządzenia typu EPAR do skonstruowania nowego typu hydraulicznej obudowy górniczej odpornej na tąpania. W przypadku uderzenia o obudowę skał o energii rzędu 105+ l 06 J energię uderzenia przejmuje EPAR a część obudowy podpierająca strop obniża się jedynie o 10+ 15 cm i nadal podpiera strop. Istnieje również możliwość wykorzystania EPARów do zabezpieczenia urządzeń transportu pionowego. W przypadku urwania się liny lub awarii układów sterujących i upadku klatki o masie 10.103 kg z wysokości 102 m, EPAR zamontowany pod klatką może przejąć w momencie uderzenia około 90% energii klatki, na dodatek ewentualni pasażerowie odczują nieznaczną część siły bezwładności w stosunku do siły bezwładności jaka wynikałaby ze związku (1). Koncepcja wykorzystania urządzeń typu EPAR w kopalnianym transporcie poziomym jest analogiczna do przedstawionej na rysunku 2 dla pojazdów samochodowych. Na podstawie przeprowadzonych eksperymentów i analiz można stwierdzić, że poprzez konwersję energii kinetycznej obiektów będących w ruchu w inny rodzaj energii, można znacznie obniżać popęd sił uderzenia powstających przy zderzeniach tych obiektów z przeszkodami oraz znacznie obniżać siły bezwładności związane z utratą prędkości na skutek tych zderzeń. W demonstrowanym przypadku maksymalną wartość siły bezwładności udało się obniżyć około pięciokrotnie, natomiast popęd siły uderzenia udało się obniżyć ponad pięciokrotnie.
Wydawca
Czasopismo
Rocznik
Tom
Strony
275--288
Opis fizyczny
Bibliogr. 5 poz., rys., wykr.
Twórcy
autor
- Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Akademia Górniczo-Hutnicza, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland
Bibliografia
- [1] Doruch, H., Gumuła, S., 2003. Układy do hamowania i zabezpieczenia pojazdów przed skutkami zderzeń poprzez przekazanie energii akumulatorom mechanicznym. VI Sympozjum Naukowo – Techniczne: Silniki spalinowe w zastosowaniach wojskowych. Wojskowa Akademia Techniczna w Warszawie, Akademia Marynarki Wojennej w Gdyni. Jurata.
- [2] Doruch, H., Gumuła, S., 2003. Bumpers and brakes of vehicles with kinetic energy conversion of a vehicle progressive motion into kinetic energy of a mechanical accumulator rotational motion. 7th Conference on „Dynamical Systems – Theory and Applications”. Łódź.
- [3] Gumuła, S., Łągiewka, L., 2004. O możliwościach kształtowania związku między siłami a przyspieszeniami w układach mechanicznych i przydatności tego spostrzeżenia w technice. Przegląd Komunikacyjny, nr 7-8. Warszawa.
- [4] Gumuła, S., Łągiewka, L., 2004. Zderzak z konwersją energii redukujący siły uderzenia i siły bezwładności podczas zderzeń pojazdów mechanicznych. Międzynarodowa Konferencja Motoryzacyjna. Bezpieczeństwo i ekologia pojazdów. KONMOT – AUTOPROGRES. Zakopane.
- [5] Gwiazda, J.B., 1997. Górnicza obudowa hydrauliczna odporna na tąpania. Wyd. Śląsk. Katowice.
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-article-BPZ2-0018-0024
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.