Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Zagadnienie obliczania zmęczeniowej trwałości projektowej cięgieł nośnych skipu górniczego

Płachno M.

Napędy i Sterowanie

|

2018

|

R. 20, nr 2

64--75

PL

Przy projektowaniu skipów górniczych wykonuje się obliczenia zmęczeniowe cięgieł nośnych, dotyczące zmiennych obciążeń statycznych. Mimo to uszkodzenia zmęczeniowe cięgieł, zwłaszcza przy skipach o dużej ładowności, nie są sporadyczne, czego główną przyczyną są drgania poprzeczne skipów związane z ich użytkowaniem w szybach. Te drgania są bardzo trudne do redukcji w ruchu szybowym, w związku z czym użytkownicy skipów górniczych oczekują, aby projektowe obliczenia zmęczeniowe cięgieł dotyczyły także takich drgań. Jednak, mimo podejmowanych prób, nie dopracowano się dotychczas wiarygodnej metody oczekiwanych obliczeń, która jest nadal aktualnym wyzwaniem dla naukowo-badawczego zaplecza przemysłu wydobywczego. Niniejsza praca dotyczy tego wyzwania, a inspiracją do jego podjęcia były doświadczenia poznawcze uzyskane w diagnostycznych badaniach [1] naprężeń w cięgłach skipów, przedstawione w poprzednim rozdziale tej monografii.

EN

When designing mining skips, fatigue calculations of carrying pull rods for static load variables are per-formed. In spite of this, the fatigue failures of carrying pull rods, especially in high payload skips, is not sporadic, which is mainly due to the transverse vibrations of the skips associated with their use in the shafts. These vibrations are very difficult to reduce in shaft motion, so users of mining skips expect that the fatigue design of tie rods also involves such vibrations. However, in spite of the attempts ma-de, the reliable method of expected calculations has not yet been developed, which is still a current challenge for the mining industry’s research and development background. This paper deals with this challenge, and the inspiration for it was the cognitive experience gained in diagnostic studies [1] of stresses in carrying pull rods, presented in the previous chapter of this monograph.

2

Doświadczenia poznawcze wynikające z diagnostycznych badań naprężeń doznawanych przez cięgła nośne skipów górniczych o dużej ładowności

Płachno M.

Napędy i Sterowanie

|

2018

|

R. 20, nr 1

56--64

PL

Przedstawiono doświadczenia poznawcze uzyskane z diagnostycznych badań [1] naprężeń w cięgłach nośnych ośmiu skipów górniczych, których cięgła nośne doznały uszkodzeń zmęczeniowych po wykonaniu przez skipy wielokrotnie mniejszej liczby cykli transportowych w szybie, niż zaplanowano. Pomiary naprężeń w zakresie badań [1] wykonano równocześnie dwoma metodami, tj. tradycyjną metodą tensometryczną [15] oraz nową metodą dynamiczną [11]. Przedstawiono rezultaty fizycznej weryfikacji uzyskanych wyników pomiarów, która była konieczna, bo te wyniki znacząco wykroczyły poza dotychczas opublikowane poglądy na temat badanych naprężeń.

EN

This article presents cognitive experience gained from diagnostic measurements [1] of stresses in carrying pull rods of eight mining skip hoists which carrying pull rods had fatigue failures. These failures happened after that hoist skips operated many times less amount of transport cycles in shaft than there was planned. The tests covered stress measurements which were conducted in two ways simultaneously id est. traditional extensometer method [15] and new dynamic method [11]. This article presents the results of physical verification of findings of the measurements. This verification was necessary because of the results exceeded significantly beyond so far published opinions about tested stresses.

3

Mathematical model of transverse vibrations of a high-capacity mining skip due misalignment of the guiding tracks in the hoisting shaft

Płachno M.

Archives of Mining Sciences

|

2018

|

Vol. 63, no. 1

3--26

PL

W artykule zaproponowano rozwiązanie problemu naukowego, jakim od ponad dwudziestu lat jest model matematyczny drgań poprzecznych doznawanych przez skipy górnicze o dużych ładownościach podczas jazdy w szybach. Taki model, przydatny w szczególności do opracowania metody obliczeń dla zmęczeniowej trwałości skipów projektowanych, jest oczekiwany przez środowisko inżynierskie odpowiedzialne za bezpieczeństwo wyciągów górniczych. Obliczenia trwałości jw. nie są, jak dotąd, wykonywane, wskutek czego znacząca część skipów mających duże ładowności – aktualnie użytkowanych – doznaje uszkodzeń zmęczeniowych po wykonaniu w szybie znacznie mniej cykli transportowych niż zaplanowano. W artykule podano wyniki badań (Rys. 5) drgań poprzecznych takich skipów wykazujące, że opublikowane dotychczas propozycje przedmiotowego modelu są niekompletne i wymagają aktualizacji zarówno co do założeń jak i jego równań. W artykule zaproponowano taką aktualizację opartą o zamieszczone wyniki badań, a także sformułowano nową propozycję omawianego modelu (6)÷(32), zweryfikowaną w oparciu o te wyniki.

4

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).

5

New approach to the design of shaft steelwork

Płachno M.

Archives of Mining Sciences

|

2005

|

Vol. 50, no 4

465-496

EN

The key problem in the operation and maintenance of Polish shafts is too short service life of buntons and guides, which has its roots in the adopted design strategy dating back to the 1960s. Accordingly, the steelwork structure is dimensioned so as to achieve the required endurance factors for the guides and buntons, traditionally made from closed profiles, made by welding of two hollow sections. Despite the large endurance redundancy, thus manufactured guides and buntons fail to ensure a sufficiently long fatigue life as the maximal admissible loss in the section wall thickness occurs much earlier due to differences in wall thickness. A definite solution to this problem is the "repair-free steelwork", proposed by the author, i.e. a steelwork that does not require any major repairs throughout the whole projected service life of the shaft: 50-80 years. This solution was shown to be practicable as long as the new approach to the steelwork design is adopted whereby the proper selection of design parameters helps to reduce the forces to be taken by the steelwork elements, and the fatigue wearing of these elements. It is emphasised that the new approach might be successfully employed while planning steelwork repairs and modernisation which will soon be necessary in nearly one hundred out of over three hundred shafts currently operated in Poland.

PL

W artykule zwrócono uwagę, że najistotniejszy problem zbrojenia polskich szybów górniczych, jakim jest zbyt mała, użytkowa trwałość prowadników i dźwigarów, ma swą główną przyczynę w metodzie projektowania zbrojenia, stosowanej od początku sześćdziesiątych lat ubiegłego wieku. Ta metoda, polegająca na wymiarowaniu konstrukcji zbrojenia ze względu na wymagane wskaźniki wytrzymałości prowadników i dźwigarów, preferuje na elementy zbrojenia przekroje zamknięte, uzyskane przez zespawanie dwu ceowników stalowych. Tak wykonane prowadniki i dźwigary, mimo dużych naddatków wskaźników wytrzymałości, nie zapewniają zbrojeniu szybu oczekiwanej trwałości, gdyż ze względu na niejednakową grubość ścianek, stan dopuszczalnego ubytku grubości ścianek jest osiągany znacznie wcześniej, niż stan dopuszczalnego zmniejszenia wskaźnika wytrzymałości przekroju. Dla rozwiązania tego problemu, autor w swoich pracach (Płachno, 1983; 1984; 1987; 1994; 1996a; 1996b; 2002; 2005) zaproponował a następnie sprecyzował nowe podejście do projektowania zbrojenia pionowych szybów górniczych, którego celem jest tzw. zbrojenie bezremontowe, tj. zbrojenie nie wymagające remontu przez cały okres planowanej eksploatacji szybu, określanej na 50+80 lat. Dla realizacji takiego celu nowe podejście do projektowania zbrojenia było niezbędne, ponieważ przy podejściu tradycyjnym, uzyskanie kilkakrotnego wzrostu trwałości użytkowej elementów zbrojenia wymagałoby wielokrotnego zwiększenia ich masy oraz wymiarów. Zatem, przy utrzymaniu tradycyjnej zasady wymiarowania prowadników i dźwigarów metodą wymaganych wskaźników wytrzymałości, zbrojenie bezremontowe nie było realne. Okazało się jednak do uzyskania, gdy przy wymiarowaniu prowadników i dźwigarów wykorzystano prawidłowość, że poprzez odpowiedni dobór parametrów konstrukcyjnych zbrojenia można ograniczać zarówno siły przejmowane przez elementy zbrojenia (Płachno, 1983, 1984, 1987), jak i eksploatacyjne zużycie tych elementów podczas pracy w szybie (Płachno, 1996a, 1996b), Sprecyzowane na tej podstawie nowe podejście do projektowania zbrojenia pionowych szybów górniczych (Projekt badawczy KBN nr 5 T12 A 05422) obejmuje dwie, nowe metody obliczeń, tj. metodę wymiarowania prowadników i dźwigarów oraz metodę obliczania i oceny parametrów bezpieczeństwa tych elementów zbrojenia. Istotą nowej metody wymiarowania jest to, że najpierw dobiera się grubość ścianki prowadników i dźwigarów, wymaganą ze względu na zadany okres bezremontowej pracy zbrojenia w szybie, a następnie oblicza się pozostałe wymiary elementów zbrojenia, ze względu na możliwe ograniczenie sił przejmowanych przez te elementy w szybie. W nowej metodzie wymiarowania prowadników i dźwigarów nie ma zatem doboru sił obliczeniowych zbrojenia. Największe siły przejmowane przez zbrojenie szybu mogą być bowiem obliczone dopiero po zwymiarowaniu elementów zbrojenia, dlatego, w nowym podejściu do projektowania, obliczenia tych sił stały się istotą nowej metody sprawdzania parametrów bezpieczeństwa prowadników i dźwigarów. Omówione w artykule nowe podejście do projektowania prowadników i dźwigarów zilustrowano przykładami obliczeń, pokazującymi możliwości praktycznego zastosowania nowego podejścia do wymiarowania oraz sprawdzania parametrów bezpieczeństwa prowadników i dźwigarów. Przykłady dotyczą nowoprojektowanego szybu z dwoma dwuskipowymi wyciągami o największych, obecnie stosowanych parametrach oraz ze zbrojeniem, które ma pracować bez remontu w szybie przez 80 lat. Wyniki przykładów pokazują, że stosując przedstawione w p. 2 i 3 nowe podejście do projektowania zbrojenia szybów można zaproponować rozwiązania prowadników i dźwigarów, które bez zwiększonej masy oraz wymiarów w stosunku do takich elementów zbrojenia wykonanych z typowych ceowników stalowych, będą pracować w szybie przez 80 lat. Wyniki przykładów potwierdzają więc, że zaproponowana przez autora koncepcja bezremontowego zbrojenia szybów jest technicznie w pełni realna. A zatem, najistotniejszy problem zbrojenia polskich szybów górniczych, jakim jest zbyt mała użytkowa trwałość prowadników i dźwigarów, ma już definitywne rozwiązanie, które z powodzeniem może być wykorzystane także przy projektowaniu remontów lub modernizacji zbrojenia wokoło stu spośród ponad trzystu polskich szybach, obecnie eksploatowanych.

6

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.

7

Problem rzeczywistych obciążeń lin nośnych wielolinowych wyciągów górniczych

Płachno M., Rosner Z., Stępień J.

WUG : bezpieczeństwo pracy i ochrona środowiska w górnictwie

|

2001

|

nr 12

24-27

PL

Chociaż omawiany w artykule problem znany jest od ponad pięćdziesięciu lat, tj. od uruchomienia pierwszego , czterolinowego wyciągu górniczego to prace nad rozwiązaniem tego problemu nadal są podejmowane. Ciągle aktualne jest, stawiane przez praktyki szybowe różnych górnictw, pytanie: "Jak skutecznie i efektywnie przeciwdziałać zjawisku nierównomierności obciążeń lin nośnych wielolinowych wyciągów górniczych" ? W ZG "Rudna", gdzie w szybach R-I, R-II, R-III i R-VII eksploatowanych jest siedem wielolinowych wyciągów, typowe urządzenia i rutynowe metody do ograniczania różnic sił w linach nośnych tych wyciągów oceniane są krytycznie. Dlatego od wielu lat podejmowano w ZG "Rudna" próby wdrożenia układu, umożliwiającego systematyczne i wiarygodne pomiary rzeczywistych sił w linach tych wyciągów. W artykule omówiono wyniki ponad 300 pomiarów, analiz i regulacji sił w linach nośnych, jakie przy czterech wielolinowych wyciągach skipowych szybów R-I, R-II i R-III, wykonane zostały przez obsługę tych wyciągów, w okresie od lutego 1999 r. do października 2000r. Pomiary wykonano za pomocą układu, który stanowi oryginalne, polskie rozwiązanie.

EN

Though the problem discussed in the article has been known for more than fifty years, i. e. from the starting of the first multi-rope shaft winding system, the necessary work on solving that problem are still being undertaken. Still a live issue is the question asked by shaft practitioners of various mining sectors: How to effectively neutralize the phenomenon of unevenness of rope loads in multi-rope shaft winding systems? In the ZG "Rudna" mining unit, where in the R-I, R-II, R-III and R-VII shafts operated are seven multi-rope, the standard equipment and routine methods of reducing different loads in the carrying ropes of those winding systems are met with critical opinions. For that reason, for a number of years undertaken have been, in the ZG "Rudna", attempts to implement a system that makes it possible to systematically take reliable measurements of the effective loads in the ropes of those winding systems. In the article discussed are the results of more than 300 measure-ments, analyses and adjustments of loads in the carrying ropes preformed on four multi-rope skip winding systems, in Shafts R-I, R-II, R-III, by the operators of the systems in the period from February 1999 to October 2000. The measurements were taken by means of a system which is an unconventional Polish solution.