Analysis of the fatigue strength of resting nodes of multiple-rope friction pulleys of a framed shaft headgear

Abstract

Укісні шахтні копри є найвідповідальнішими спорудами шахтної поверхні. На поточний момент гірничодобувної галузі спостерігається збільшення глибини шахтних стволів до 1200... 1300 м, що призводить до збільшення висоти укісних копрів до 60–70 м, а також до зростання динамічних навантажень. У зв’язку з цим, для гарантування безпеки конструкцій шахтних копрів необхідне уточнення наявних інженерних методик розрахунку шахтних укісних копрів. У роботі наведено результати теоретичних, експериментальних досліджень авторів, а саме – математичне моделювання напруженодеформованого стану вузлів опирання напрямних шківів конструкцій рамних шахтних копрів. За математичного моделювання встановлено: закономірності розподілу місцевих напружень; характеристики динамічних напружень для перевірки втомної міцності підшківних конструкцій; оцінено ресурс вузлів обпирання напрямних шківів за втомною міцністю. Проаналізовано втомну міцність конструкцій рамного шахтного копра багатоканатною підйомної установки, зокрема, вузлів обпирання напрямних шківів. Аналіз проводився на розрахунковій моделі, що складається з плоских і просторових скінченних елементів реалізованої в середовищі програмного комплексу “Ansys Workbrench 14.0”. У результаті численних експериментів у підшківних рамах полушатрового копра отримані: закономірності розподілу місцевих напружень під опорними підшипниками напрямних шківів, встановлені параметри напруженого стану при зміні технологічних і конструктивних чинників; встановлені характерні області змінних напружень; виконаний аналіз напружено-деформованого стану за дії динамічних навантажень; визначені характеристики циклів динамічних напружень. За характеристиками циклів виконані перевірки втомної міцності за трьома методиками: СНиП II-23-81 * (п.9.2 *), ДБН В.2.6-163 (п. 1.11.2) і EN1993-1-9-2009 (п. 8). Загалом отримані результати є основою для вдосконалення інженерних методик розрахунку сталевих конструкцій шахтних укісних копрів.

The paper comprises the results of the analysis of the fatigue strength of the framed shaft headgear structures, among them a multiple-rope hoisting plant, resting nodes of guide pulleys. The analysis was carried out on the design model consisting of flat and spatial finite elements within the software complex “Ansys Workbrench 14.0”. From the numerical experiments the typical ranges of alternating stresses were fixed in the sub-pulley frames of the semi-hipped headgear; the analysis of the stress-deformed state under dynamic loads was carried out; the behavior of the dynamic stress cycles was found out and on its base the fatigue strength was tested by three techniques: the Building Code II-23-81* (point 9.2*), the Building Code В.2.6-163 (point 1.11.2) and EN1993-1-9-2009 (point 8).