Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Weryfikacja stanu naprężenia w elementach nośnych zmodernizowanego koła pędnego górniczego urządzenia wyciągowego

Wolny S., Badura S.

Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture

|

2017

|

z. 64, nr 2/I

139--148

PL

Urządzenia wyciągowe w kopalniach są budowane i stosowane od wielu lat. Są one jednak tematem ciągłych badań, których celem jest poznanie czynników umożliwiających poprawę ich właściwości eksploatacyjnych. Koło pędne maszyny wyciągowej stanowi skomplikowany element konstrukcji w skład którego wchodzą m.in. płyty, powłoki, tarcze, przepony, elementy żeber promieniowych i obwodowych rozmieszczonych w zależności od rodzaju konstrukcji. Celem podjętej – powtórnej – analizy wytrzymałościowej koła pędnego urządzenia wyciągowego, było uzyskanie pełnej informacji o stanie naprężeń jaki powstaje w zmodernizowanych jego elementach składowych, stosownie do sugestii zawartych w opracowaniu [7]. Celem tych sugestii było globalne obniżenie stanu naprężenia oraz eliminacja obszarów o znacznej koncentracji naprężeń. Wyniki przeprowadzonych analiz – numerycznych i eksperymentalnych w zakresie stanu naprężenia, pozwoliły na określenie trwałości zmęczeniowej konstrukcji koła pędnego.

EN

Hoisting installations in mines have been constructed and operated for many years, yet they still merit a rigorous research to identify all factors that would enable us to improve their performance parameters. A Koepe pulley in a winding system is a complex structural component, made of plates, shells, discs, membranes, radial or circumferential fin elements varying in their actual layout, depending on the design.The strength analysis of a Koepe pulley in a hoisting system is carried out to get a better insight into the state of stress experienced by modernized pulley components, according to the suggestions made in the study [7]. The purpose of these suggestions was global reduction of stress and elimination of areas of significant stress concentration. The results of the analyzes numerical and experimental the state of stress allowed to determine the fatigue life for a Koepe pulley.

2

Loads acting on the mine conveyance attachments and tail ropes during the emergency braking in the event of an overtravel

Wolny S.

Archives of Mining Sciences

|

2016

|

Vol. 61, no. 3

497--507

EN

It has now become the common practice among the design engineers that in dimensioning of structural components of conveyances, particularly the load bearing elements, they mostly use methods that do not enable the predictions of their service life, instead they rely on determining the safety factor related to the static loads exclusively. In order to solve the problem, i.e. to derive and verify the key relationships needed to determine the fatigue endurance of structural elements of conveyances expressed in the function of time and taking into account the type of hoisting gear, it is required that the values of all loads acting upon the conveyance should be determined, including those experienced under the emergency conditions, for instance during the braking phase in the event of over travel. This study relies on the results of dynamic analysis of a hoisting installation during the braking phase when the conveyance approaches the topmost or lowermost levels. For the assumed model of the system, the equations of motion are derived for the hoisting and tail rope elements and for the elastic strings. The section of the hoisting rope between the full conveyance approaching the top station and the Keope pulley is substituted by a spring with the constant elasticity coefficient, equal to that of the rope section at the instant the conveyance begins the under wind travel. Recalling the solution to the wave equation, analytical formulas are provided expressing the displacements of any cross-profiles of hoisting and tail ropes, including the conveyance attachments and tail ropes, in the function of braking forces applied to conveyances in the over travel path and operational parameters of the hoisting gear. Besides, approximate formulas are provided yielding: loading of the hoisting rope segment between the conveyance braking in the headgear tower and the Keope pulley, deceleration of the conveyance during the braking phase. The results will be utilised to derive the function governing the conveyance load variations during the emergency braking, depending on the parameters of the hoisting installations and the braking systems. These relationships are required for adequate design of the frictional contact between the ropes and the pulley and will become the basic criteria for dimensioning and design of load-bearing components of conveyances in the context of improving their reliability and safety features.

PL

Stosowane obecnie w praktyce projektowej naczyń wydobywczych, metody wymiarowania ich elementów konstrukcyjnych – głównie nośnych nie pozwalają na prognozowanie bezpiecznego okresu ich eksploatacji, a jedynie na określenie współczynnika bezpieczeństwa odniesionego do obciążeń statycznych. Rozwiązanie problemu polegającego na opracowaniu zweryfikowanych zależności, niezbędnych do określenie trwałości zmęczeniowej elementów konstrukcyjnych naczynia wydobywczego jako funkcji czasu ich eksploatacji oraz rodzaju urządzenia wyciągowego, wymaga określenie wartości wszystkich obciążeń działających na konstrukcję naczynia, w tym w stanach awaryjnych jakim jest hamowanie krańcowe. Rozważania zawarte w tym opracowaniu koncentrują się na wynikach analizy dynamicznej pracy górniczego urządzenia wyciągowego w warunkach hamowania krańcowego. Dla przyjętego modelu układu zapisano równania ruchu elementów lin (nośnych i wyrównawczych) jak dla cięgna sprężystego. Odcinek lin nośnych między naczyniem (pełnym) dojeżdżającym do górnego poziomu załadowczego a kołem pędnym zastąpiono sprężyną o stałym współczynniku sprężystości równym sprężystości tego odcinka lin w momencie wjazdu naczynia w strefę „wolnych dróg przejazdu”. Wykorzystując rozwiązanie równania falowego podano wzory analityczne określające przemieszczenia dowolnych przekrojów poprzecznych lin nośnych i wyrównawczych w tym zawieszeń naczyń i lin wyrównawczych, jako funkcji sił hamowania przyłożonych do naczyń w strefie wolnych dróg przejazdu oraz parametrów ruchowych wyciągu. Ponadto podano w postaci zamkniętej uproszczone wzory z pomocą których wyznaczyć można między innymi: – obciążenie odcinka lin nośnych między naczyniem hamowanym w wieży a kołem pędnym, – opóźnienie hamowania naczyń. Uzyskane rezultaty pozwolą opisać funkcję obrazującą zmianę obciążenie naczynia wydobywczego podczas hamowania krańcowego (awaryjnego) w zależności od parametrów wyciągu jak i urządzeń hamujących. Zależności te są niezbędne do właściwego zaprojektowania między innymi sprzężenia ciernego lin z kołem pędnym a ponadto stanowią jeden z podstawowych czynników koniecznych do opracowania kryteriów wymiarowania i projektowania elementów nośnych naczynia wydobywczego w aspekcie podwyższenia bezpieczeństwa i niezawodności ich pracy.

3

Stress analysis in structural components of the Koepe pulley in hoisting installations

Wolny S., Badura S.

Engineering Transactions

|

2012

|

Vol. 60, iss. 2

155-155

EN

Hoisting installations in mines have been constructed and operated for many years, yet they still merit a rigorous research to identify all factors that would enable us to improve their performance parameters. A Koepe pulley in a winding system is a complex structural component, made of plates, shells, discs, membranes, radial or circumferential ?n elements varying in their actual layout, depending on the design. The strength analysis of a Koepe pulley in a hoisting system is carried out to get a better insight into the state of stress experienced by pulley components under the operational loads and to find the extreme values of the stress components, which underlies the fatigue endurance and life assessments. Accordingly, the stress analysis of pulley elements is performed by the numerical methods, utilising the FEM approach. Models are developed using the program “FEMAP” and the stress analysis uses the package “NE”/“Nastran for Windows’. The numerical data are then verified through strain (stress) measurements taken on a real object, under the typical operating conditions.

4

Węgiel wodą podnosić

Frużyński A.

Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie

|

2012

|

nr 5

47-52

5

Propozycja sterowania maszyną wydobywczą górniczego urządzenia wyciągowego według innego niż trapezowy „wykres jazdy wyciągu”

Wolny S., Nikolin P.

Przegląd Górniczy

|

2011

|

T. 67, nr 11

9--15

PL

Sterowanie maszyną wydobywczą górniczego urządzenia wyciągowego według tradycyjnego trapezowego „wykresu jazdy wyciągu” wprowadza znaczące zmiany obciążenia zawieszenia naczynia oraz koła pędnego dla następujących faz pracy urządzenia; Zakończenie procesu rozruchu (uzyskanie przez naczynie prędkości ustalonej), Rozpoczęcie procesu hamowania pełnego naczynia dojeżdżającego do nadszybia. Aby wyeliminować lub ograniczyć do minimum skutki tych niekorzystnych, z punktu widzenia trwałości eksploatacyjnej elementów urządzenia wyciągowego, zjawisk, wykonano analizę wpływu charakteru „wykresu jazdy wyciągu” na obciążenie naczyń oraz bębna maszyny wyciągowej. Zmiana charakteru „wykresu jazdy wyciągu” pozwoliła na całkowite wyeliminowanie nagłych zmian obciążenia w zawieszeniach lin oraz koła pędnego w wyżej opisanych fazach pracy urządzenia wyciągowego, spowodowała jednak nieuniknione wzrosty czasu rozruchu, jak i hamowania, przy zachowaniu dotychczasowych wartości przyśpieszenia α1 oraz opóźnienia α2 w przypadku sterowania maszyną według tradycyjnego trapezowego „wykresu jazdy wyciągu”.

EN

Conveyance guiding in a conventional trapezoidal motion sequence causes considerable changes of loads acting upon conveyance suspensions and the Koepe pulley during the following phases of the duty cycle: end of the start-up process (when the conveyance begins to move with a fixed velocity), beginning of the braking phase (when the fully loaded conveyance approaches the top station). In order to eliminate or reduce these effects which exert negative impact on the fatigue life of structural elements of conveyances, an attempt was made to evaluate how the type and parameters of the motion sequence (other than trapezoidal) would exert impact on the loads acting on conveyance attachments and the drum. The control of a winding machine in accordance with the proposed motion pattern allowed to eliminate entirely sudden load variations in conveyance attachments and the pulley within the normal duty cycle of a hoisting installation. On the other hand, the time required for start-up and braking increased whilst the acceleration α1 and deceleration α2 during the start-up and braking stage remained unchanged.

6

Experimental verification of bearing rope loading in typical operating conditions of the hoisting installation

Wolny S., Płachno M.

Archives of Mining Sciences

|

2009

|

Vol. 54, no 3

531-542

EN

Theoretical data covering the start-up of a fully loaded conveyance moving from the shaft bottom with constant acceleration and the braking of the loaded conveyance reaching the top station with constant acceleration (Wolny, 2009) are to be verified experimentally, on a real object, to confirm the adequacy of the assumed simplifications. Theoretical results: predicted force levels in conveyance attachments are to be confirmed by experimental tests. Besides, testing facilities available to the authors enabled them to verify the formulas governing the magnitude of force acting in ropes at points the rope passes onto the pulley block during the two phases of the hoisting operation (results are obtained for the same model of the hoisting installation).

PL

Uzyskane rezultaty charakteryzujące proces rozruchu pełnego naczynia z podszybia ze stałym przyśpieszenie, jak również hamowanie pełnego naczynia dojeżdżającego do nadszybia, ze stałym opóźnieniem będące wynikiem analizy teoretycznej (Wolny, 2009), postanowiono zweryfikować eksperymentem na obiekcie rzeczywistym, w celu potwierdzenia zasadności wprowadzonych założeń upraszających. Praktyczne potwierdzenie rezultatów analizy teoretycznej - uzyskanych zależności na wartości sił w zawieszeniach naczynia, ponieważ Autorzy dysponowali takimi możliwościami pomiarowymi będzie równocześnie oznaczało zweryfikowanie zależności na wartości sił w linach w miejscu ich wejścia na koło pędne, dla w/w faz pracy urządzenia wyciągowego (rezultaty uzyskane z tego samego modelu urządzenia wyciągowego).

7

Dynamic loading of the pulley block in a hoisting installation in normal operating conditions

Wolny S.

Archives of Mining Sciences

|

2009

|

Vol. 54, no 2

261-284

EN

In order to develop reliable criteria for assessing the working condition of hoisting installations incorporating a pulley block, in the context of their fatigue endurance in the function of service time and depending on the type of hoisting gear. A thorough fatigue analysis is required to find the real loads and their time variations, necessitating the study of dynamic processes during the normal operating conditions of a hoisting gear and in emergency. This study is limited to dynamic processes during the normal service. Predicted data are verified experimentally through measurements of loading of selected elements of the analysed system using a real object.

PL

Opracowanie kryteriów oceny stanu technicznego elementów górniczego urządzenia wyciągowego w tym koła pędnego, ze szczególnym uwzględnieniem trwałości zmęczeniowej w funkcji czasu eksploatacji i rodzaju urządzenia wyciągowego, wymaga przeprowadzenia gruntownej analizy wytrzymałościowo-zmęczeniowej, uwzględniającej rzeczywiste wartości ich obciążeń oraz zmiany tego obciążenia w czasie. Nie można jednak tego osiągnąć bez wnikliwych studiów nad dynamiką procesów zachodzących w czasie normalnej eksploatacji urządzenia jak również awarii. Rozważania zawarte w pracy ograniczono do analizy zjawisk dynamicznych zachodzących w czasie normalnej eksploatacji. Uzyskane rezultaty zweryfikowano pomiarami obciążeń wybranych elementów analizowanego układu na obiekcie rzeczywistym.

8

Assessment of hoist control to ensure conveyance guiding in a motion sequence other than trapezoidal

Wolny S.

Archives of Mining Sciences

|

2009

|

Vol. 54, no 4

623-639

EN

Conveyance guiding in a conventional trapezoidal motion sequence causes the loads acting upon conveyance suspensions and the Koepe pulley to vary in the domains of nonlinear peripheral velocity and acceleration of the pulley. In order to eliminate or reduce these effects which negatively impact on the fatigue life of structural members of conveyances, an attempt was made to evaluate how the type and parameters of the morion sequence (other than trapezoidal) should impact on the loads acting on conveyance attachments and the Keope pulley.

PL

Sterowanie maszyną wyciągową, górniczego szybu wydobywczego według tradycyjnego trapezowego "wykresu jazdy wyciągu" wprowadza znaczące zmiany obciążenia zawieszeń naczyń oraz koła pędnego w obszarach nieciągłości prędkości obwodowej i przyśpieszenia obwodowego koła pędnego.

9

Częstotliwościowa dziedzina rzeczywistych sił oddziaływania górniczych naczyń wodociągowych na zbrojenie szybowe

Płachno M.

Archives of Mining Sciences

|

2005

|

Vol. 50, no 1

101-130

PL

Autor zwrócił uwagę, że wymagana przez przepisy górnicze kontrola rzeczywistych sił oddziaływania górniczych naczyń wyciągowych na zbrojenie szybowe (tzw. sił prowadzenia) jest dużym problemem, mimo że w celu takiej kontroli od wielu lat wykonuje się rutynowe pomiary poziomych przyspieszeń naczyń. Istota problemu tkwi w interpretacji wyników pomiarów przyspieszeń, którą rutynowo wykonuje się przy niesprawdzających się w praktyce założeniu, że przy współpracy z prowadnikami, naczynie wyciągowe zachowuje się jak bryła sztywna. Z tego powodu, określanie rzeczywistych sił prowadzenia metodą rutynowej interpretacja poziomych przyspieszeń naczyń jest obarczone dużym błędem, którego poziom może osiągać nawet 300%. Przedstawiono rozwiązanie nowej interpretacji poziomych przyspieszeń naczyń wyciągowych, umożliwiające określanie rzeczywistych sił prowadzenia z błędem na poziomie ok. II %. Istotą nowej interpretacji jest rozpatrywanie przebiegów pomiarowych przyspieszeń naczynia w dziedzinie częstotliwości drgań własnych tego naczynia, po uprzednim zweryfikowaniu przebiegów przyspieszeń ze względu na nieciągłości kontaktu prowadnic naczynia z prowadnikami w szybie. Zaprezentowano niektóre wyniki przemysłowych prób nowej interpretacji, wykonanych w ramach projektu badawczego KBN pt.: "Opracowanie nowych metod projektowania zbrojeń szybowych dla modernizowanych szybów górniczych" (nr rej. 5 TI2A 054 22).

EN

According to the Author, the control ofthe real impacting forces of conveyances and shaft steelworks (i. e the guiding forces) required by mining regulations still presents major difficulties though routine measurements of lateral conveyance accelerations have been rigorously pursued for a number of years. The major concern in raised about the interpretation of results. So far the conveyance interacting with the guides has been treated as a stiff body. Accordingly, lateral accelerations are expressed in terrns of the guiding force of the conveyance by formula (1), where M stands for the mass of a conveyance and [...] is the fraction of the conveyance mass interacting with the guides, taken as 0.2 for the forward direc tion and 0.1 for the lateral direction (Kawulok, 1988). Fig 1 shows the frequency characteristics (power spectral densities) of lateral accelerations of a conventional skip. It appears that the power spectrum of the forward and lateral accelerations extends to several bands, and each band corresponds to a different fraction of conveyance mass impacting on the guides. The conveyance mass fraction [...] is not to be treated as a number, but a function [...](t) of natural frequencies of a conveyance, depending on the direction of the acceleration and the guide type. That is why routine interpretation of lateral accelerations of a conveyance in terms of guiding forces is encumbered with a major error, arnounting to even 300%. In the new approach the real guiding forces are determined more accurately (error 11 %) and the results of acceleration measurements are represented in the frequency domain of natural vibrations of a conveyance. The results are first verified to account for discontinuities in the conveyance/guide contact. The relationship (1) is replaced by (3), where F(t) - guiding force in the function oftime, a(t) - measured accelerations, FFT - time-to-frequency transform operator, [...](f) - frequency-domain characteristics of conveyance guiding inertia, FFT - frequency-to-time transform operator, s(t) - measured discontinuities of the conveyance/guide contact, assuming the value 1 at the instants a(t) when the conveyance slipper plates hit the guides, otherwise it is equal to O; M - total mass of a conveyance during measurements. It is readily apparent that the frequency-based interpretation of lateral accelerations of a conveyance offers certain novel features. First of all, acceleration measurements are supported by simultaneous measurements of the distance between the conveyance and the guide, using the contact-less techniques. Accelerations and distances are measured in the direct vicinity of the slipper plate, that is why the distance pattern can be algebraically transformed into the pattern of discontinuities s(t), further utilised in (3). Apart from the application of FFT and FFT transforms, another novel solution involves the calculation of a frequency-domain characteristics of guiding inertia [...](f), using the specialised algorithm. The study outlines the subsequent stages of formulation of the algorithm (i. e. physical models shown in Fig. 4, 5 and a mathematical model governed by Eq (4) as well as the formulas yielding the guiding inertia (Eq 9-12). Conventional conveyances operated in Polish mines that were subject to research investigations are: a four-deck cage (Fig. 2) and a skip with a movable bottom (Fig. 3). Fig. 7, 8 show examples of frequency-domain interpretation of lateral acceleration of conveyance, measured during the industrial tests. Fig. 7, 8 show the results obtained for a skip with the total mass 25.3 Mg, hauling velocity 15 m/s. On the upper plots in Fig. 7, 8 are measured lateral accelerations, on the lower ones are the corresponding guiding forces, determined by the frequency-based approach. Subsequent stages of the interpretation procedure are shown in Fig. 7, 8, yielding the required force patterns. The fust stage consists in determining the spectral characteristics of the lateral accelerations of a conveyance. Accordingly, those characteristics are represented as power spectral densities of lateral accelerations (Fig. 1). The second stage involves the numerical computation of natural frequency of conveyance vibrations for the predetermined range of guiding stiffness factors. The calculation procedure utilises Eq (4), describing the physical models of conveyances shown in Fig. 4, 5 and hence the statistical parameters of these models were required: the mass of the main conveyance assemblies, their dimensions, inertia moments and stiffness factors for the modelled elastic components. Accordingly, the first part involved the structural analysis of a conveyance design, the second part consisted in numerical computations followed by data verification (part three) by comparing the calculation results with the spectral characteristics of lateral accelerations. In the last section, thus verified results are plotted as guiding stiffness patterns in the frequency domain (see Fig. 9). During the third stage the frequency-domain characteristics of the guiding inertia, governed by Eq (9) and (12), were determined for all conveyance types subjected to research investigation. In order to determine the coefficients [...], the coordinates of the local maximums of the charactristics are first read from the frequency axis in the spectral density characteristics (the upper plots in Fig. 1). These cordinates are then plotted on the frequency axes in the respective diagrams in the upper section of Fig. 9. On the horizontal axes in each of these diagrams are the corresponding stiffness factors [...], for the rolling guiding. Thus obtained results are provided with the diagrams. The procedure to determine the coefficients cx, dx, cy, dy is recapitulated as follows. First, the coordinates corresponding to frequencies [...] setting the lower and upper boundaries of the frequency range of accelerations measured for rolling guiding of the conveyance are found on the frequency axes of the spectral density characteristics in the lower part of Fig. 1. These coordinates are then plotted on the frequency axes on the relevant diagrams in the lower part of Fig. 9. On the horizontal axes of each plot are the corresponding stiffness factors [...] for the rolling guiding. Thus obtained results are given with the plots, together with the straight lines corresponding to Eq (10) and with the coefficients [...] derived from the formula (11). Frequency-domain characteristics of the guiding inertia for the skip are governed by Eq (17), (18). The final stage of the interpretation procedure consists in processing of the lateral acceleration patterns to convert them into the corresponding guiding forces in accordance with the formula (3), yielding the guiding force patterns in the lower plots in Fig. 7. 8. Fig. 10 shows the plots illustrating how the frequency of 1ateral accelerations of a conveyance should affect the value of [...], which expresses the predetermined fraction of the conveyance mass in the guiding force, obtained by the frequency-based approach. In the traditional approach the factor [...] is taken as 0.2 for the forward direction and 0.1 for the lateral direction. It is readily apparent that the results obtained by the frequency-based interpretation and the traditional approach will differ, the error amounting to even 300%. That is why a specialised error estimation algorithm is developed, whereby the guiding displacements obtained by the frequency-based approach are compared with those derived from guiding distance measurements. The resultant algebraic formulae to compute the mean relative error of the frequencybased interpretation are written as Eq (25) and (26). Table 1 compiles the values of error involved in the results shown in Fig. 7, 8. It appears (see table l) that the results shown in Fig. 7, 8 accurately emulate the real guiding forces, with the error below 11 %. In other industrial applications of the frequency-based approach the errors involved in the guiding force calculations were on a very simi1ar level. Hence, it is concluded that the method of controlling conveyance guiding forces using the frequency-based interpretation of lateral accelerations of conveyances should help overcome certain problem experienced in the mining practice.

10

Dynamic loading of mining hoist elements in the condition of emergency braking.

Wolny S.

Archive of Mechanical Engineering

|

2002

|

Vol. XLIX, nr 3

231-250

EN

The advance of technical state criteria for elements of mining hoists demands a basic strength-fatigue analysis where the real values of loads and the real time function of the load variability could be used. That problems concerns also the suspension gear of skip and balance ropes, where fatigue durability should be considered as time function related to the hoist facility type. Such objective can not be achieved without comprehensive study of the dynamics of processes both in the regular operation of the facility and in its emergency states. In this work the author presents some considerations, that are however, limited to the analysis of dynamic phenomena observed in the condition of the emergency braking of the hoist facility. The results were verified by load measurements taken for some elements of the analysed real object system.

PL

Opracowanie kryteriów oceny stanu technicznego elementów górniczego urządzenia wyciągowego w tym zawieszeń naczyń i lin wyrównawczych, ze szczególnym uwzględnieniem trwałości zmęczeniowej w funkcji czasu eksploatacji i rodzaju urządzenia wyciągowego, wymaga przeprowadzenia gruntownej analizy wytrzymałościowo-zmęczeniowej, uwzględniającej rzeczywiste wartości ich obciążeń oraz zmiany tego obciążenia w czasie. Nie można jednak tego osiągnąć bez wnikliwych studiów nad dynamiką procesów zachodzących w czasie normalnej eksploatacji urządzenia jak również awarii. Rozważania zawarte w pracy ograniczono do analizy zjawisk dynamicznych zachodzących w warunkach hamowania manewrowego urządzenia wyciągowego. Uzyskane rezultatay zweryfikowano pomiarami obciążeń wybranych elementów analizowanego układu na obiekcie rzeczywistym.

11

Theoretical and experimental analysis of loads in mining tub suspensions in the condition of operational braking of a mine hoist facility

Wolny S.

Archives of Mining Sciences

|

2001

|

Vol. 46, nr 1

19-36

EN

The paper presents the results of a dynamic analysis of a mine hoist in the operational braking condition. Particular emphasis is placed on the analytical determination of incurred loadings in mining tub suspensions in comparison with the results obtained in actual practice.

PL

Obowiązujące obecnie kryteria wymiarowania i projektowania elementów naczynia wydobywczego nie odzwierciedlają pełnej specyfiki pracy górniczego urządzenia wyciągowego. Stosowana metoda naprężeń dopuszczalnych umożliwia jedynie ocenę ich nośności, nie daje natomiast możliwości określenia ich trwałości zmęczeniowej. Potrzebę nowelizacji metod obliczeń wytrzymałościowych elementów urządzenia wyciągowego stwierdzono już przed kilkunastu laty, czemu towarzyszyło podjęcie szeregu prac teoretycznych i badawczych między innymi (Gerlich & Horstman, 1993), (Knop, 1975) w zakresie identyfikacji ich obciążenia. Wykazano istotną rozbieżność wartości obciążeń rzeczywistych do przyjmowanych na podstawie obowiązujących wytycznych (aktualnie Załącznik, 1995), zwłaszcza przy wzroście udźwigu, prędkości oraz głębokości ciągnienia. Podsumowując można stwierdzić, że pomimo różnego rodzaju prób rozwiązania tego problemu, obliczenia wytrzymałościowe elementów naczynia wydobywczego (zawieszenia, głowica, rama dolna, cięgna) w dalszym ciągu wykazują pewne braki, wśród których jako zasadnicze wymienić można: a) maksymalne naprężenia w elementach naczynia wydobywczego określa się uwzględ niając tylko obciążenia statyczne, b) w naczyniu wydobywczym, jako konstrukcji przestrzennej wyróżnia się elementy, zastępując je schematami obliczeniowymi (pręty rozciągane, belki swobodnie podparte) znacznie odbiegającymi od rzeczywistości, c) obowiązuje metoda naprężeń dopuszczalnych, a w bardzo ograniczonym zakresie ocenia się wytrzymałość zmęczeniową. Mając powyższe na uwadze, koniecznym jest podjęcie prac nad opracowaniem nowych kryteriów umożliwiających wymiarowanie i ocenę bezpieczeństwa elementów naczynia wydobywczego. Osiągnięcie tego celu wymagać będzie: 1. określenia wartości obciążeń elementów naczynia wydobywczego w czasie normalnej eksploatacji jak i dla stanów awaryjnych na podstawie przeprowadzonej analizy dynamicz nej, zweryfikowanych pomiarami na obiekcie rzeczywistym, 2. przeprowadzenia analizy wytrzymałościowej wybranych elementów i węzłów naczy nia wydobywczego, 3. opracowania kryteriów oceny przydatności wybranych elementów naczynia wydo bywczego w aspekcie obniżenia masy i przedłużenia okresu bezpiecznej ich eksploatacji. Rozważania zawarte w tym opracowaniu koncentrują się na części punktu 1, a dotyczą wyników analizy dynamicznej pracy górniczego urządzenia wyciągowego w warunkach hamowania manewrowego. Szczgółowym badaniom poddano obciążenia zawieszeń naczyń wydobywczych, na tle wyników eksperymentu przeprowadzonego na obiekcie rzeczywistym. Ograniczając się do najbardziej interesującego dla praktyki ruchowej przypadku położenia naczyń wydobywczych, jak na rysunku 1, gdy jedno z nich znajduje się w okolicy nadszybia, a drugie w okolicy podszybia (hamowanie przy dojeździe do nadszybia) wyciąg zastąpiono modelem jak na rysunku 2. Dla przyjętego modelu zapisano równania ruchu elementów lin (nośnych i wyrównawczych) jak dla cięgna sprężystego (3). Odcinek lin nośnych między naczyniem (pełnym) dojeżdżającym do górnego poziomu załadowczego a kołem pędnym zastąpiono sprężyną o współczynniku sprężystości równym sprężystości tego odcinka lin. Wykorzystując rozwiązanie równania falowego podano wzory określające przemieszczenia dowolnych przekrojów poprzecznych lin nośnych (7a) i wyrównawczych (7b) w tym zawieszeń naczyń i lin, jako funkcji siły hamującej oraz parametrów ruchowych wyciągu. Ponadto podano wzory w postaci zamkniętej na naprężenia w dowolnych przekrojach lin. Uzyskane na drodze teoretycznej rezultaty, charakteryzujące proces hamowania manewrowego, zostały zweryfikowane drogą pomiarów wybranych wielkości na obiekcie rzeczywistym. Eksperyment - z uwagi na trudności natury technicznej - ograniczono do pomiaru sił w zawieszeniu naczynia pełnego dojeżdżającgo do górnego poziomu załadowczego, hamowanego przy użyciu hamulca manewrowego. Wyniki wykonanych pomiarów korespondują z wynikami przeprowadzonych symulacji opartych na rezultatach przeprowadzonej analizy dynamicznej. Różnica w przebiegach czasowych mierzonych i wyznaczonych na drodze teoretycznej wartości wielkości charakteryzujących proces hamowania manewrowego - sił w zawieszeniach naczyń - w skrajnych wypadkach nie przekracza kilku procent (vide wykresy rys. 7, rys. 8). Uzyskane rezultaty stanowią materiał wyjściowy do właściwego opisu funkcji obrazującej zmianę obciążenia elementów naczynia wydobywczgo podczas hamowania manewrowego jako parametrów układu jak i urządzenia hamującego. Zależności te są niezbędne do właściwego zaprojektowania między innymi sprzężenia ciernego liny z kołem pędnym a ponadto stanowią jeden z podstawowych czynników koniecznych do opracowania kryteriów wymiarowania i projektowania elementów naczynia wydobywczgo w aspekcie podwyższenia bezpieczeństwa i niezawodności ich pracy.

12

Modelowanie dynamiki układu napędowego maszyny wyciągowej

Kciuk S.

Zeszyty Naukowe Katedry Mechaniki Stosowanej / Politechnika Śląska

|

2000

|

nr 13

171-176

PL

W artykule przedstawiono schemat blokowy układu napędowego maszyny wyciągowej, który zawiera: silnik prądu stałego obcowzbudny, regulator prędkości, regulator prądu, przekształtnik tyrystorowy. Zaprojektowano dwie pętle sprzężenia zwrotnego prędkościową i prądową. W opracowanym modelu układu napędowego uwzględniono również zmienny moment obciążenia oraz obwód wzbudzenia. Schemat blokowy został zaprojektowany przy pomocy programu Simulink w środowisku Matlab. Dla przyjętych warunków początkowych przeprowadzono symulacje komputerową. Efektem symulacji komputerowej jest zbiór wyników, który zawiera przebiegi: momentu obciążenia, prądu twornika, prądu wzbudzenia, momentu dynamicznego silnika, wszystkie wielkości przedstawiono w funkcji czasu.

EN

In this paper it has been presented block diagram of power transmission system which contain: DC motor, speed governor, current regulator, thyristor converter, two loops of feedback-speed and current. Block diagram has been design in Simulink - Matlab software. The results of computer simulation are range of values in time function, which contain e.g.: armature current, motor speed, load torque, exciting current.

13

Modelling dynamics of electric motor and control system of mine hoist

Kciuk S.

Zeszyty Naukowe Katedry Mechaniki Stosowanej / Politechnika Śląska

|

2000

|

z. 12

49-54

EN

The paper presents the simplified mathematical model, describing jointly the dynamic phenomena, occurring in the drive with controller and in mechanical part of the system. In this paper it has been presented block diagram of power transmission system which contain: dc motor, speed governor, current regulator, thyristor converter, two loops of feedback- speed and current. Block diagram has been design in Simulink - Matlab software.

PL

w pracy przedstawiono uproszczony model matematyczny, opisujący łącznie zjawiska dynamiczne powstające w napędzie z układem sterowania oraz mechanicznej części układu. W artykule zamieszczono schemat blokowy układu napędowego, który składa się z silnika prądu stałego, regulatora prędkości, regulatora prądu, przekształtnika tyrystorowego oraz dwóch pętli sprzężenia zwrotnego - ze względu na prędkość i prąd. Schemat blokowy zbudowano z wykorzystaniem programu Matlab - Simulink.