Wpływ obciążeń eksploatacyjnych na stan naprężenia oraz przemieszczenia wybranych elementów nośnych konstrukcji basztowej wieży szybowej

The headgear structure allows the conveyance to be moved over the shaft top to the loading (unloading) point, at the same time it keeps in place the rope pulleys while tower-type headgear structures also accommodate the entire winder installations. The headgear is where the final stage of the hoisting installation is located and where the surface transport systems begin. These aspects strongly impact the actual shape of the tower, its height and in some cases determine the design of the entire winding gear. In order that all the headgear functions should be provided, it is required that the ultimate state conditions should be maintained throughout its entire service life. In order to assess the critical service conditions, the computation procedure should be applied based on design loads and fatigue endurance parameters. The computations of characteristic loads acting on the headgear structure use the developed model of the system based on the dynamic analysis carried out for a specific case: a hoisting installation operated in one of the underground collieries in Poland. The maximal and minimal loads acting on a Koepe pulley and those required for the system operation are determined accordingly. The laws of dynamics provide a background for finding the forces and moments of forces acting in the components of the driving system (including the electric motors and pulley blocks) for the specified loading of the Koepe pulley. Underlying the numerical FEM model of the tower-type headgear structure are the technical specifications of the analysed object and FEM calculations followed by endurance analysis to find the state of stress in structural elements of the headgear under the typical service conditions. The results help in assessing how the design of the hoisting installation should impact on safety features of load-bearing elements in the headgear structure.Wieża szybowa jest konstrukcją umożliwiającą wyprowadzenie naczynia wydobywczego ponad zrąb szybu do miejsca wyładunku (bądź załadunku) i jednocześnie podtrzymuje koła linowe, a w przypadku wież basztowych, całą maszynę wyciągową. W wieży mieści się końcowy odcinek transportu pionowego i zaczyna transport powierzchniowy. Fakt ten w istotny sposób wpływa na kształt wieży, w tym na jej wysokości, a często decyduje o konstrukcyjnym rozwiązaniu całego urządzenia wyciągowego. W tym kontekście, poprawne spełnienie wszystkich funkcji wieży szybowej, będzie na etapie eksploatacji urządzenia, wymagać zapewnienia warunków stanu granicznego użytkowalności. Obliczenie stanu granicznego użytkowalności, wymagają stosowania obliczeniowych wartości obciążeń i obliczeniowych wartości wytrzymałości. W celu wyznaczenia charakterystycznych wartości obciążeń konstrukcji wieży szybowej, w oparciu o opracowany model układu, przeprowadzoną analizę dynamiczną, przykładowo dla urządzenia wydobywczego pracującego w jednej z polskich kopalń, wyznaczono maksymalne i minimalne wartości obciążenia konstrukcji koła pędnego, konieczne do realizacji procesu. Korzystając z zasad dynamiki, dla określonych wartości obciążenia koła pędnego, wyznaczono siły i momenty w elementach układu napędowego, w tym silników elektrycznych, kół kierujących. Bazując na dokumentacji technicznej analizowanego obiektu, opracowano model numeryczny MES konstrukcji nośnej wieży szybowej, a następnie wykonano analizę wytrzymałościową - stanu naprężenia w elementach konstrukcyjnych wieży szybowej - wywołanego normalną eksploatacją wyciągu. Wyniki przeprowadzonych analiz i obliczeń, pozwoliły na ocenę wpływu podstawowych parametrów wyciągu, na bezpieczeństwo eksploatacji elementów nośnych konstrukcji wieży szybowej