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

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.

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.