Badanie zmechanizowanych obudów górniczych ze względu na trwałość zmęczeniową

• Autorzy: Polak-Micewicz M. , Łagoda T.

Warianty tytułu

EN

Research of the strength of powered roof supports due to fatigue life

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zmechanizowaną obudową ścianową określa się zestaw sekcji ustawionych koło siebie, który tworzy przestrzeń dla maszyny urabiającej, transportowej i obsługi. Obudowa zabezpiecza nowo odkryty strop, przesuwając się o odległość równą szerokości organu urabiającego. Taki system wydobywczy przyczynia się do powstawania obciążeń zmiennych, a dalej prowadzić może do wystąpienia złożonego splotu zjawisk i zmian w konstrukcji obudowy. Powstające wskutek cyklicznych obciążeń mikrouszkodzenia sukcesywnie rozwijają się I kumulują, prowadząc do pęknięcia zmęczeniowego. Prezentowany artykuł ukazuje złożoność projektowania obudów z uwzględnieniem trwałości zmęczeniowej. W artykule dodatkowo można znaleźć szereg informacji na temat występujących karbów oraz Ich uwzględniania w obliczeniach. Opisano również fazy rozwoju pęknięcia od inicjacji mikropęknięcia do propagacji w skali makroskopowej. Głównym celem było opracowanie takiej metodyki projektowania, aby obliczenia przeprowadzać z wykorzystaniem modelu ciała sprężystego, a następnie w krytycznych punktach zastosować lokalne metody ciała sprężysto-plastycznego z wykorzystaniem modelu Neubera, a w kolejnym kroku przyjąć odpowiednie kryteria zmęczeniowe, które pozwolą na określenie trwałości zmęczeniowej obudowy ścianowej. Aby uzyskać końcową postać algorytmu, zaprezentowano szereg badań zmęczeniowych, obejmujących: badania tensometryczne trzech różnych typów obudów ścianowych oraz analizy numeryczne, z wykorzystaniem metody elementów skończonych. Na podstawie przebadanych podzespołów określono najskuteczniejszą metodę, uwzględniającą wartości średnie amplitud cyklu, a w kolejnym kroku wyznaczono stopień uszkodzenia zmęczeniowego dla danego bloku obciążenia. Na tej podstawie określono trwałość dla punktów krytycznych podzespołów obudowy, a także ustalono najbardziej wytężony podzespół. Ze względu na brak usystematyzowanych procedur i wytycznych do obliczeń wytrzymałościowych obudowy ścianowej z uwzględnieniem trwałości zmęczeniowej proponowana metoda wychodzi naprzeciw oczekiwaniom prawidłowego i pełnego ujęcia analiz wytrzymałościowych statycznych I zmęczeniowych.

EN

As mechanized longwall housing is defined a set of sections arranged next to each other, which creates space for mining, transportation and handling machine. Cover protects newfound ceiling moving a distance equal to the width of the cutting drum. Such a system of mining contributes to variable loads, and further can lead to a complex number of phenomenons and changes in the design of the housing. Arising as a result of cyclic loads microdamages gradually develop and accumulate leading to fatigue crack. The presented work shows the complexity of designing enclosures including fatigue life. In the work there can also be found some information on existing notches and taking them into account in the calculation. There are also development phases described from the initiation of microcracks to a crack propagation on a macroscopic scale. The main purpose of this study was to develop such a design methodology to perform calculations using the model of an elastic body and then in the critical points of the body to use local methods of elastic-plastic model using the Neuber's model, and in the next step to adopt appropriate criteria of fatigue, which will enable determining the fatigue life of the housing longwall. To obtain the final form of the algorithm in the paper there was presented a series of fatigue tests including: strain gauge testing three different types of roof supports and numerical analysis using the finite elements method. Based on tested components there was determined the most effective method that reflects the mean amplitude of the cycle, and in the next step determined the degree of fatigue damage to the unit load. On this basis there was found the stability of the critical points of the housing components, and determined the most strenuous component. Due to the lack of systematic procedures and guidelines for roof support strength calculations, taking into account the fatigue life of the proposed method meets the expectations of proper and full recognition of static and fatigue stress analysis.

Słowa kluczowe

PL

zmechanizowana obudowa górnicza; zmechanizowana obudowa ścianowa; trwałość zmęczeniowa; model Neubera

EN

lining; fatigue life; Neuber's model

• Wydawca: Wydawnictwo HMR-TRANS Sp. z o.o.
• Czasopismo: Transport Przemysłowy i Maszyny Robocze
• Rocznik: 2013
• Tom: Nr 4
• Strony: 47--52
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Polak-Micewicz M.

• Famur Institute Sp. z o.o. Centrum Badawczo-Rozwojowe

autor

Łagoda T.

• Politechnika Opolska

Bibliografia

• [1] Adamczyk J.: Odkształcenie plastyczne, umocnienie i pękanie, Metaloznawstwo teoretyczne cz. 2, monografia, Gliwice 2002, s. 392-439.
• [2] Dietrich M.: Podstawy konstrukcji maszyn, Tom 2, WNT, Warszawa1995, s. 650.
• [3] Eurocode 3, Design of Steel Structures - Part 1-1, General Rules for Buildings. European Committee for Standardisation, Brussels 1992, ENV 1993-1-1.
• [4] Gładysiewicz L: Przenośniki taśmowe. Teoria i obliczenia, Oficyna Wydawnicza PWr.
• [5] Jaszczuk M., Markowicz J., Szweda S.: Ocena wytężenia elementów podstawowych sekcji obudowy zmechanizowanej przy różnym sposobie jej obciążenia, Komtech, Innowacyjne, bezpieczne oraz efektywne techniki i technologie dla górnictwa człowiek - maszyna - środowisko, Gliwice 2009, s. 347-355.
• [6] Kocańda S., Szala J.: Podstawy obliczeń zmęczeniowych. Warszawa 1997.
• [7] Łagoda T, Macha E.: Uogólnienie energetycznych kryteriów wieloosiowego zmęczenia cyklicznego na zakres obciążeń losowych. Studia i monografie, z 104, Politechnika Opolska, 1998, s. 101-115.
• [8] Łagoda T: Energetyczne modele oceny trwałości zmęczeniowej materiałów konstrukcyjnych w warunkach jednoosiowych i wieloosiowych obciążeń losowych, Studia i Monografie, z. 121, Opole 2001, s. 85-90.
• [9] Łukasik T, Szubryt M.: Wytrzymałość zmęczeniowa konstrukcji spawanych - metody nowego podejścia. Materiały szkoleniowe, Instytut Spawalnictwa, Gliwice 2007, s. 1-5.
• [10] Okrajni J., Plaza M., Jaszczuk M.: Deformation process of the material of mine powered roof supports in low-cycle fatigue conditions, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, vol. 50, issue 2, 2012, s. 59-65.
• [11] PN-EN 1804-1+A1: 2011: Maszyny dla górnictwa podziemnego. Wymagania bezpieczeństwa dla obudowy zmechanizowanej. Część 1: Sekcje obudowy i wymagania ogólne.
• [12] Polak-Micewicz M., Łagoda T: Metodyka badania spąg nicy obudowy zmechanizowanej FAZOS z uwzględnieniem trwałości zmęczeniowej, AGH, Monografia, Nowoczesne metody eksploatacji węgla i skał zwięzłych, s. 182-190.
• [13] Polak-Micewicz M., Wojtacha M.: Komputerowe wspomaganie procesu projektowania obudów ścianowych w FAZOS S.A., AGH Monografia, Nowoczesne metody eksploatacji węgla i skał zwięzłych, 2009, s. 258-265
• [14] Polak-Micewicz M., Łagoda T, Khair Abdul W.: Determination of the Strength of Powered Roof Supports According for Fatigue Life, USA - 31st International Conference on Ground Control in Mining, West Virginia University, 2012.
• [15] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z 21.10.2008 w sprawie zasadniczych wymagań dla maszyn i elementów bezpieczeństwa (DzU nr 199 z 2005 r, poz. 1228).
• [16] Rykulak K.: Pęknięcia w konstrukcjach stalowych, Wrocław 2002, s. 115-130
• [17] Sikora W., Jaszczuk M., Siwiec J.: Problematyka podporności wstępnej obudowy zmechanizowanej w aspekcie przodków o wysokiej koncentracji produkcji. Maszyny Górnicze, nr 63, Gliwice 1997, s. 35-41.
• [18] Świtoński E, Mężyk A., Kciuk S., Gąsiorek D. Duda, S., Bednarz, R.: Badania modelowe i doświadczalne korpusu ramienia wąskiego prototypowego kombajnu węglowego, Maszyny Górnicze, 2002, R 20, nr 3, s. 7-14.
• [19] Tokarczyk J.: Wirtualne prototypowanie obudów zmechanizowanych w stanach obciążeń zmiennych. Maszyny Górnicze 2/2005, s. 3-8.
• [20] Wöhler A.: Z. Bauwwesen, vol. 8, 1858, s. 642-652.