Badania kręcenia się nośnych lin wyciągowych w szybach

Z E S Z YT Y N A UK OW E POLITECHNIKI ŚL ĄSKIEJ

S e r i e : G Ó R N I C T W O z. 182 -Nr kol. 1097

________ 1990

C A R S OG NO Alfred Politechnik» śląsks

Instytut Mec h an iz ac j i Górnictwa, Gliwice

B A D A NI A K R Ę CE N IA S i ą N O Ś N YC H LIN WYCIĄ G OW YC H W SZY BA C H

S t r e s z c z a n i e . W linie wycięgowej w w y ni ku śrubowego zmicia jej el e me nt ów pod "wpływa® o bciążenia powstaje moment skręcający.

W ur zę d zeniach wycią g ow yc h z kołem pędny«, w których naczynia wy­

c iągowe sę p rowadzone sztywno, moment skręca j ąc y w l inie wywołany jest obci ą że ni em końca liny oraz zmieniającym się podczas jazdy na­

czyń w szybie ciężarem własnym liny. W wyniku po wstawania w linie zm i en ne go momentu skrę ca ją c eg o wywołanego zmi en ia ją c yo się ciężarem vsła3nyw liny po wstaje w niej zmienne w zględne skr ę ca ni e s i ę są sied­

nich przekr o jó w liny, którego afektem jest kręcenie się liny w s zy­

bie. Dotychcz a so we s postrzeżenia dotyczące kręcenia się lin w szy­

bach podane w l it eraturze krajowej i zagranicznej świadczą o wpły­

wie tego z jawiska na t rwałość zm ęczeniową lin. Dotychczas podane w li teraturze dana do tycząca pomiarów kręcenia się lin w szybach są bardzo ograniczona, w zależn oś ci od publikacji dotyczą pomiarów p rz ep r ow ad zo n yc h w jednym do czterech urządzeń wyciągowych.

W a rtykule prze ds t aw io no podstawy teoretyczna kręcenia s ię lin w szyb ac h oraz s posób przepr ow a dz en ia i wyniki pomiarów k ręceni® się nośnych lin wy ciągowych w 16 dużych, skipowych urządzeniach w yc i ą­

gowych krajowych. Ł adowności s kipów wynosiły 15 do 30 Mg, głębo k o­

ści ciągnienia od 700 do 1100 m, a średnice badanych lin od 34 do 62 mm. Otrzymane w pracy wni os ki mogą posłużyć do doboru k onstruk­

cji lin nośnych do s z y b ó w głębokich.

i. «siąp

Z więks z en ie pa ra m e t r ó w użytkowych górniczych wyciągów s zybowych: pręd­

kości jazdy, głębokości ciągnienia, ładowności naczyń ma duże znaczenie w o d n ie si en i u do lin nośnych. Nośne liny wyciągowe są elementem urządze­

nia wyciągowego, decydującym w z n acznym stopniu o jego niezawodności.

Lina musi wyk az yw a ć absolutną pewność ruchu. Przepisy określają, jaki» w a ­ runkom powinna o dpowiadać lina w zastosowaniu do danego typu urządzenia w yciągowego. Dobór lin oparty jest na spełni en iu statycznych w arunków w yt rzymałościowych. Taki dobór nie uwzględnia wpływu wi el u czynników eks­

p loatacyjnych na jej żywotność, która powinna być jak największa ze wzglę­

du na duża koszty inwestycyjne i eksploatacyjne urządzenia wyciągowego, w tym eemyc h lin nośnych.

20 A, Carbogno

Dotychcz as ow a analiz® t rw ałości nośnych lin w y ci ąg o wy ch wykazała, że Jedną z przyczyn jaj spadku, zw ł as z c z a w szybach głębokich, jest zj awisko k ręceni® s i ę lin podczas eks pl oa t ac ji [i, 6, 8, 9, 12, 13]], Kręcsnie s i ę lin nośnych rośnie wraz z głębo ko śc i ą ciągnienia i zależy od ich masy własnej, sztyw no ś ci sk rę cania oraz odkrętności, którą charak te ry z uj e w sp ół czynnik odkr ęt n oś ci liny 02, 3, 5, icfj. Podane w l it eraturze wyniki b a d a ń kręcenia lin nośnych w postaci liczby o b ro t ów lin są sporad y cz ne i f ragmentar yc zn i e p ow iązane z innymi czynnikami w p ł yw aj ą cy mi na czas pracy lin w szybach 01 do 13^, W celu sz er s ze go poznania w p ły wu różnych c z yn n i­

k ó w na inte ns y wn oś ć kręcenie s i ę lin w szyba ch oraz w p ły w tego zjawiska na trwałość lin w Instyt uc ie Mecha n iz ac ji G ór nictwa P o li te c hn ik i śląskiej p rzepr ow a dz on o w 16 dużych u rz ądzeniach nacią g ow yc h badania kręcenia się lin w s z y b a c h . De dn oczaśnie prz ep ro w ad zo no analizę trwałości lin w ba d a­

nych u r zą dzeniach wyciągowych, wyrażoną w cyklach pracy w y c i ą g ó w pracą lin w fłhs/kg masy własnej liny, przez energetyczny w s kaźnik pracy lin, a nalizę wy dłużeń e k e pl oa ta c yj ny ch lin, analizę ob ciążeń eksploata c yj ny ch lin oraz nac ie k ów jednost ko wy c h lin na wykładziny kół pędnych. Ze względu na obszerność m at er ia ł u w niniejszej pracy prz ed st a wi on o tylko podstawy teoretyczna, sposób 1 wyniki pomiarów k ręcenia s i ę nośnych lirt w y c i ą g o ­ wych w szybach.

2. TEORIA KRąpENIA S i ą LIN W SZYBACH

Zagadnieniem opracowania teorii kręcenia się lin w szybach zajmowali się autorzy prac 02, 4, 6, 10, 11, 12], Teorie te powstawały w tym samym czasie na przełomie lat pięćdziesiątych 1 sześćdziesiątych w różnych k ra­

jach, w Holandii Hermes 3.M. i Bruens F.P. 010]], we Francji Pichot G, 011]] , w Polsce Popowicz 0. 012]], w Związku Radzieckim Głusko li.F. 04, 6, 7^. W niniejszej pracy teorię kręcenia się lin nośnych przedstawiono w oparciu o prace Głuski M.F. 04 do

"f\

Jako najbardziej przystępne.

W praktyce w urządzeniach wyciągowych możemy wyróżnić dwa schematy obcią­

żenia lin, obciążenie przy naczyniu nie prowadzonym i prowadzonym (rys.l).

Zgodnie z rys. Ib obciążenie w dowolnym punkcie liny wynosi:

S(x) » Q + q(L - x ), i ;

g d z i e :

Q - obciążenie końca liny, q - ciężar Jednostkowy liny,

L,x - długości odcinka liny zgodnie z rys. 1.

Badanie k rę c e n i a a l t n o ś n yc h lin... 21

Rys. 1. Schemat obciążenia lin w u rzędzeniu wyciąg ow y« przy naczyniu a) nieprowadzonym, b) prowadzonym

P rzyjm uj ę c linę Jako od powiednik pełnego pręta, zgodnie z prawem sp rę ­ żystości możemy zapisać;

S (x ) - EF % - A (2)

gdzie i

E - mo d uł s p rę ży s t o ś c i podłużnej liny, F - przekrój m etaliczny liny,

A * EF - szt yw no ś ć p odłużna liny,

S - - wz ględne odkształ ce ni e w z d ł u ż n a przekroju liny

przemi es zc z en ie u wynosi:

u(x) - $ x ♦ | ( L - £)x. (3)

W rzeczyw is to ś ci lina stalowa składa się za sprężystych śrubowo zwitych e le me n tó w i posiada dwa stopnie swobody. Zwięzsk pomiędzy s i ł am i a o d ­ kszt a łc an ie m w linia w odróż ni a ni u od pręta określa układ rórnnaó

,{V J*

22 A. Carbogno

(

4

)

g d z i e :

S(x), M(x) - uogólniona siia rozcłęgajęca i moment skręcaj ęc y linę.

A - sztywność liny przy czystym rozcięganiu, 3 - sztywność liny przy czystym skręcaniu,

C - współczynnik wpływu równy mo me ntowi skrę ca ją c em u w linia przy Jedn os tk o wy m wzg l ęd ny m jaj wydłużeniu, gj- = 1 i braku w y s t ę p o ­ wania skręcania v » 0,

Powyższy układ równań opisuje bardziej realny schemat obliczeniowy lin uwzględniający takie czynniki podczas pracy liny w y c i ę g o w e j , Jak moment s kręcajęcy M(x) oraz o d kształcenia skręt ne p r zekroji liny.

W o d ni es i en iu do pionowo zwisajęcej liny wysięgowej układ równań (4) po uwzględn ie n iu wzoru (l) p rzyjmie postać:

W przypadku naczynia pro wa dz on e go za pomocę pr ow a d n i k ó w (rys. Ib) przy z ał ożeniu war un kó w brzegowych w górnym pr z ekroju liny (utwierdzenie liny) przy x = 0 mamy u(o) » v(o) ■ 0 oraz w dolnym S(L) ■= Q, v ( L ) .» O (pro­

wadniki nie zezwalaję na obroty przekroju), rozwi ąz an i e układu równań (5) ma n astępujęcę postać:

Po z r ó ż n i cz k ow an iu wyrażenie (6) otrzymamy od ks zt ał c an ia przekroji liny :

- odk sz ta ł ce ni e skrętne p rz ekroju liny,

u, v - wzd łu żn e i skrętne przem ie sz c za ni a p rz ekroju liny, A, B, C - uogólnione (zastępcze) wspó łc zy n ni ki s pr ęż ystości liny.

(5)

v

u

(6⁾

(7)

Badania kręcenia się nośnych lin... 23

gdzie !

(8)

A « AB - C2 .

Moment skręcający w linie określa a ię z układu równań (5) jako jedną z dowolnych stałych!

W przypadku s w o b od ni e podwiesz on eg o naczynia (rys. la) możemy zapisać, że przy x * o również u(o) = v(o) » O, a przy x = L mamy S(L) ■ Q i M ( L ) » 0 wtedy ze wzoru (4) otrzymamy«

Z powyższ yc h rozważań wynika, że bez względu na sposób zamocowania ouu końców liny przed obrotem w linie w ys tępuje zjawisko skręcania względnych przekrojów wyw oł an e tylko przez jej ciężar własny niezależnie od w i e lk o­

ści obciąż en ia końca liny Q, przy czym kąty obrotu przekrojów liny zmi e­

niają się według paraboli (6), osiągając wart oś c i maksymalne w środku zwisającej gałęzi liny (rys. 2b), a zerowe na końcach liny. Maksymalny

Odkszta ł ce ni a skrętne liny zmieniają s i ę według zależności liniowej, przechodząc przez zero w środku zwisającej gałęzi liny.

Maksymalne o d ks zt ałcenia skrętne przekroju liny przy naczyniu pro wa d zo ­ nym wystąpią na końcach liny w miejscach jej utwierdzeń przed obrotem i wynoszą :

(9)

(1 0)

oraz odkształcenia:

(1 1)

kąt obrotu p rz ekroju liny wystą p i przy x = jf i wynosi

(1 2⁾

4 vmax

L ' (13)

Dodatnie s k ręcanie liny (dokręcanie) odnosi się do dolnego końca liny, a ujemne (rozkręcania) do górnego końca liny. Wielkość tych odkształceń

2 4 A. Carbogno

Rys. 2. Wykresy pr ze mi es z cz eń u, v i o dk s zt a ł c e ń £.,

1

?' w linie wyciągowej e) przy na cz yn iu nieprowadzonyra, b ) na cz yn iu prow ad zo ny ®

s kr ętnych rośnie ze w zrostem długości U z wisajęcej g a łę z i liny, a m a k ­ symalny kęt sk rę cenia (obroty) liny rośnie z k wa dratem jej długości.

Z p owyższego wynika, że odk s zt ał ce n ia skręt n e (13) jak i kęty obrotu liny (12) wz ra s ta ję ze wzr os te m głębok oś ci cięgn i en ia s z y b am i i wz rostem w s p ó łc zy nn i ka odkrę tn o śc i liny k, za le żn eg o od jaj konstrukcji, a maleję ze w zrostem sz ty w no śc i 3krętnej B liny. W calu porówn an i a o b r ot ów liny o blicz o ny ch teoretycznie z o brotami pomie r zo ny mi w sz ybie za poraocę rysy kredowej na linie, która daje po dwójnę wart oś ć o b r o t ó w liny, należy wzór (12) ok r eślajęcy kęt sk rę ce ni a p omnożyć przez 2 oraz po d zielić przez 2Jt, W tedy wzór na maksym al ne obroty liny ma postać i

2 V 2 2

max C qL k . a . L

V o ^rr!

T?? “ " Z

K •

_•

S T T “ “ 7 r"1

8 _{Tt "}

" (B - ~ r r 'VhVf

kc) 8 _rt

(!■*)

W prac ac h ¡JLO, 11, 12 J etos ujęć innę m et o dę w y p r ow ad ze n ia również o t r z ym a no podobne wzory, w tym wzó r na kęt o b ro tu pr ze kr o ju liny 1 ma k sy ­ m alny kęt o brotu w postaci:

V - j £ ( x 2 - Ux) o r a z V- a x - - * § £ (15)

Badania k r ęcenia się nośnych lin.. 25

Wzory (6), (12) i (15) są podobne, lecz różne Jest zdefiniowanie eztyw- ności skrętnej liny. W p rz ypadku Popowicza 0., Hermesa O.K. i Bruenss F.P.

oraz Pichota G. jako wsp ół c zy nn ik a K zależnego od sprężystości liny analogicznego do sztywności na skręcania G 0 Q pręta pełnego o przekroju kołowym, a w p rz y padku Głusko M. F. jako bardziej złożonego parametru (B - kC). Z porównania w z o r ó w (12) i (14) wynika, że K » 3 - kC, co nie jest prawdę. P rawidłowe okreś le n ia s z t yw no śc i skrętnej liny we wzorach (12) i (14) stan ow i zasad n ic zę trudność w posługiwaniu się tywi wzorami w praktyce.

Ws p ół czynnik o dk r ęt no śc i liny k może być najkorzystniej wyznaczony doświadczalnie według ne todyki podanej w pracy

[V).

Z kręceniem się lin nośnych w szybach zwięzane jest wy s tę powanie z ja­

wiska samoskre ca nl a się lin podczas eksploatscjl. Przypadki takie miały miejsce w ostatnich latach w górnictwie krajowym. Zgodn ie z teorię staty­

ki liny podanej w pracach [5, 7] o dkształcenie liny (7) w odowlnya jaj przekroju można przed st aw ić w post ac i dwóch składo wy ch p o c h o d z ę c y c h : - od c zystego rozcięgania liny siłę S Q (naczynie prowadzone)

Ł1 * S2, 1 ^1 “ °* (l6)

- od r oz cięgania s w o b od ni e podw ie sz on y m ciężarem Ss

£2 - I

^{S s 1}

^2 * * " - £ V U7)

Z tego w yn ik a również, że z ł o żo n e obcięże nl e liny z p r owadzonym na­

czyniem składa eię z dwu prostych obciężeń, a mianowicie c zystego 1 s w o ­ bodnego ro z cięgania liny. Ogólne w yd łu że n ie liny, to znaczy w zdłużne pr z em ieszczenie jaj dolnego końca, nie zależy od jej kręcenia e i ę i może być ok re ś lo ne w podobny sposób Jak dla pełnego pręta: ,

u ( L ) - ♦ § £ ( W )

które ok reślić można zarówno ze w z o r u (3) Jak i (6) przy x » U.

N aj wi ęk s za w zględne w yd ł uż en ie liny występi w górnym przekroju liny dla x • 0:

£ „ 8 § L (19)

max A A 2

Dla p rz ekroju dolnego przy x « L otrzymamy:

£ ( L ) ■ a2 “ s • I*1*

(20)

26 A. Carbogno

Ze w z or u (20) wynika. Ze przy okreś lo ny c h w a r u n ka ch w z d ł u ż n e o d k s z t a ł ­ cenie liny w Jej dolnym k ońcu może o s iągnąć w a r t oś c i ujemne lub równe z e ­ ro. Wstawisjęp do w z o ru (7) £(x) » 0 może my okr eś l ić w sp ół rz ę dn y x 0>

w której odkszta łc e ni e w z d ł u ż n e liny nie wystąpi:

*o * 5 * ł (21)

Wyró żn i k A B - C 2 > 0 wobec tego

C 2

0 < 1 - 5a < ł. (22)

Przy określ on yc h w i e l k o ś c i a c h obciążenia Q punkt * 0 z na jd u j e się w p rz ed zi a le dł ugości liny {xQ < L). Wystąpi to zawsze. Jeżeli:

5 ^- 2C2 ⁽²³⁾

q L ~~ A B - C*1

Poniżej punktu Xo w linie ni e za l e ż n i e od o bc ią że n ia końca liny w y ­ stąpi wzgl ęd n e Jej skrócenie. S p o w o d o w a n e to jest tym, że na wydłuż en ie liny pod wpływem obciąż e ni a w dolnej jej poło wi e nakł a da się ujemna w zględne wy dł u ża ni e liny w y w o ła ne jej dokręcaniem, które może być więk s ze od wydłuże ni e wy wo ł an eg o przez o b c i ą ż e n i a końca liny.

3. POMIARY K R ą C S N I A Sią NOŚNYCH LIN WYCIĄGOWYCH W SZYBACH KRASOWYCH

W celu do św ia dczalnego s pr aw d ze ni a zachowania się lin nośnych podczas ich ek s ploatacji p r z e p ro w ad zo no pomiary k ręcenia s i ę lin w w y b r a n y c h 16 u rz ądzeniach wycią go w yc h s kipowych, których schemat p r z e ds ta wi o no na rys, 3, a dane w tablicy 1. Przy wyborze k ie r owano s i ę głównie wys ok i mi p arametrami użytkowymi tych urządzać, to znaczy dużą głębo ko ś ci ą c i ą g n i e ­ nia i ładownością naczyń wyciągowych. 8yły te duża urządz en ia w yc iągowe o ładowności sk ipów 15 do 3 0 Mg, eksploa to wa n e w szyb ac h głównych o głę­

bokościach ciągnienia 7 0 0 do 1100 ta, naciskach je dn os t ko wy ch liny ne w y k ł a d z i n ę p * 1,32 do 1,95 MPa. W tych 16 u r zą dz e ni ac h w y ci ą go wy ch było 13 u rządzeń wycią go wy c h cz te ro l ln ow yc h z masz yn ą na w i e ż y , 2 u rządzenia w y c i ą g o w e dwulinowe z maszyną na z r ębie i jedno u rz ąd z en ie w y c i ąg o we

Jadnol in o wa z maszynę również na zrębie. Gakc liny nośne w tych urz ąd z e­

n ia ch w więks zo śc i s to sowana były liny t r ó j kę tn os p lo tk ow ą w 10 urzą dz e­

ni» orsz w mniej sz o śc i liny o l iniowym etyku d ru tó w w 6 u rz ądzeniach w y ­ ciągowych. ś r e d ni ce lin n o śn y ch w urzą dz e ni ac h cz t er ol ln o wy ch w ynosiły j? 34, 36 , 38 , 40 , 42 , 4 8 , 50 i 53 i s « d w ul in ow y ch fS 56 i. 59 sffi oraz

Badania kręcenia się nośnych lin.. 27

Rys. 3. Schemat badanych urządzeń w yc ię go w yc h z kołem pędnym a) w i e l o li no w yc h wieżowych, b) Jedno i dwullnowych zrębowych

w je dn o linowyn 62 mm. U rządzenia wyciągowa w większości były dwu na cz y­

niowe {skipy lub s k ip oklatki) lub Jednonaczyniowe z przeciwciężarem.

Oako liny wyrów na wc z a w tych urządzeniach stosowane były liny płaskie i okrągłe.

Pomiar kręcenia się lin nośnych polegał na naniesieniu na linę z n a c z ­ nika wzdł uż Jej osi podłużnej, obserwacji liny za znacznikiem podczas jej ruchu do szybu i z powrotem i notowania wskazań głębokeśclooierza w c ha ra k te rystycznych m om e ntach w id o cz no śc i zn aków na powierzchni liny.

W zależ no ś ci od w a r u nk ów lokalnych zna c zn ik i nanoszono na liny za pomocą białej kredy przemysłowej lub białej farby emulsyjnej spływającej z lej­

ka.

M iejsce znaczenia, a zarazem i obserwacji liny uzależnione było od konstrukcji maszyny wyciągowej. Osżsli koło pędne nie posiadało osłon, to be zpośredni dostęp do lin od miejsca maszynisty wyciągowego umożliwił p rzeprowadzenie pomi a ró w z tego miejsca. W wielu jednak przypadkach osło­

nięte koło pędne p owodowało konieczność znaczenia i obserwacji lin na

Tablic*

28 A. Carbogrto

Badania kręcenia się nośnych lin... 29

poziomie kół odciskowych, przy czym musiała być zapewniona łęczność m ię­

dzy tym p o ziomem a p o m i e s zc ze n ie m maszynisty w y sięgowego (rys, 4a). Punkt znaczenia i obserw a cj i liny przyjęto w miejscu schodzenia liny z koła pędnego lub kół odciskowych, o znaczając go na rys. 4a literę 0 lub O * .

Linę zna cz o no na całym odcinku podczas jazdy naczynia w dół do szybu od poziomu w y ła do w cz eg o na na ds zybiu do poziomu z ał ad owczego na p o ds zy ­ biu, W yj ś ci ow e p oł ożenie naczyń tak dobierano, aby znaczony odcinek z n a j ­ dował s ię na gałę z i liny schodzącej w dół - jazda naczynia z górnego po­

łożenia do dolnego, W taj syt ua cj i rozpoczynano jazdę z prędkością około 1 m/s. Przy stały m kontakcie kredy z linę, wzdł uż osi liny, na odcinku równym głębok oś ci ciągnienia H, nad naczyniem jadącym w dół powstawał

t _i

V. ^

a) p u n k t ó w zn aczenia

Rys. 4. Schematy

liny, b) obserw ac j i kręcenia a i ? liny, c) epoaobu ob­

serw a cj i z na cz ni k a na linia

30 A. Carbogno

biały znacznik. Obraz z n a c zn i ka punkt 0 .(0') w i d z ia ny w punkcie Jego na­

n o s z en i a był linię prostą pokry wa j ąc a a ię z osią liny (rys. 4 b ). W dal­

s zy m c ią g u d oświadczenia o bs erwowano z ac ho w a n i e s i ę z na cznika na linie w czas ie ruchu powrotnego naczynia w górę.

Oazda w górę szybu odby wa ł się z pr ęd ko ś ci ą Vj = 3 m/s, podczas któraj o bse r wo wa no powrót liny za znacz ni k ie m z szybu. Ot r zymany obraz zn ac znika nie był już linię prostą, gdyż kol ej na jego punkty, odpo wi ad a ją ce p o sz c ze ­ gólnym p rz e kr oj om liny, mijając punkt o bs er w a c j i O (O*), kręcąc się t w o ­ rzyły obraz linii śrubowej o dł ugim zmi e nn ym skoku (rys. 4 b ). R ów nocześ­

nie obsero wa no ws kaźnik głębo ko ś ci za pi s uj ąc jego ws ka z an ia w m o m e n c i e , gdy znacznik p r z ec ho d zą c od pu nktu i po n i ew idocznej stro ni s liny, po­

p rzez punkt 2 ( 2 ’ ) z n a j d o w a ł się w po ło że ni u środkowym na linie - pozycja o zn ac zo n a punktem 3 (rys, 4 c ).

R óżnica kątowa notowa ny ch c h a r a kt er ys t yc zn yc h położeń obra ca ją c eg o s i ę zn a cz ni ka w y n o si ł a TC lub 2TC. 2TC o d po w ia da ło jedn em u pełnemu o brotowi liny przy l iniowym pr ze m i e s z c z e n i u jej w z g l ę d o m punktu O ( O * ) o odcinek A H, odcz yt yw a ny na w s k a ź n i k u głębok oś ci maszyny wyciągowej.

O tr zymane w w yn ik u badań obrazy nan ie si o ne go na linę zna cz n ik a w e dług p r z e d st aw io n eg o na rys, 4b modelu są odw z or ow an i em k ręcenia s i ę lin n o ś ­ nych podczas ich pracy w w y c i ą g u szybowym.

Podczas jazdy w górę naniesiony znacznik da wa ł obraz dwu linii śr u bo ­ wych o p r zeciwnych kierunkach zwicia. Ilość s k ok ó w linii śrubowej była ta­

ka sama dla o bu połówek badanej gałęz i liny. Z a t e m ilości s k r ęc e ń p r z e ­ kroj ów dolnej połowy liny o dp o wiada taka sama ilość s k r ęc eń w drugą p r z e ­ ciwną s t ro nę górnej połowy. Skok linii śrubowej n a ni es i on eg o znacznika w z r a s t a ł od najmniejszej w a r t o ś c i na końcach do war to śc i maksymalnej w pobliżu środka ba da ne go odci n ka liny, gdzie n a s tę po wa ł a zmiana kierunku s kr ęcania (rys, 4b).

W ykr e sy p rz eb i eg u z mi e n n o ś c i lub o b r o t ó w p rz ek r o j ó w bada ny ch lin p r z e d ­ st a wi on o na rys. 5 1 6. Na wyrkesach tych w celu p r z e j rz y st oś ci obroty lin lewo- i pr a wo zwitych p r z e d st aw io n o s ym et r y c z n i e w z g l ę d e m osi g ł ę b o k o ­ ści szybu. W s pó ł rz ęd ne pion ow e p u nk tó w krzywej zosta ł y w yz n ac z o n e przez punkty od cz yt a ne na skali w sk aź n i k a głębokości, natomiast odp ow ia da j ąc e im zmiany położeń z na cznika ne linie - kolejne obroty liny - wyzna cz a ją w sp ół r z ę d n e poziome.

Krzywe na tych w y kr esach o tr zymane d oświadczalnie, z bliżone są k s zt a ł­

tem do krzywej teoretycznej w postaci paraboli. P r z e ds t aw io ne wykr es y w y ­ raźnie wy kazują za leżność całkowitej liczby o b r ot ów liny od głębokości ciągnienia.

Najw y ra źn ie j w pł y w drogi jazdy naczyń na ilość obro tó w liny można z a u ­ ważyć w szybie Budryk kopalni "Dymitrów". Dest to szyb d w u p r z e d z i a ł o w y , w obu prze d zi ał ac h pracują bliźni ac z e maszyny w y c i ą go we o jednakowej ko n­

stru k cj i i takich samych parame tr ac h ruchu. Różnica polega jedynie ne r óżnych głęboko ś ci ac h c iągnienia - pr ze d zi ał zac ho dz i 810 «, p rz edział w s c h o d n i 97 0 a,

/

Badania k ręcenia s i ę nośnych lin..* 31

V

IB 25 20 15 <0 KW K„ Hc

lina W-K '6 4 53 m »

,'WBudrykW Uno 3 ^36 m m H,m

KWK,,Wujek",» Lechio lino ó ^ 36m m

.«■ ILptd.

lino W-S

^ S m r n lino W-S.i38mm

KW lino Ał36mm

Rys. 5. Wyniki poe ia r ów o b ro tó w nośnych lin wyci ąg o wy ch w urządzeniach wy­

ci ą gowych wieloli no wy c h wi e żowych 1,2, 3, 4 - nuwery lin

32 A. Carbogno

KWK,Pvas.t:>W XWK,,Knu.njw*«iibJ:I XwX,7ie.rvw>#iil, * t ?W

lina Vi-S^SOwwn UnoSl.íMmm i Lina A$30mrn Kwx„bla«ic"«IL

,

Lincsá^Ormn

KWK, Sośnica* »ívn U n a ó Ó4iwww K W K Ja b ra e -Bitł." bxijWI ÍÍWK^Poicoj5; Wanda jj.

lin a ó $ 45mwi lina WÜiL^SÜmv*

V obrotu

Rys. 6. Wyniki pomi a ró w obro tó w noónych lin wyci ąg o wy ch w urzędzeniach w y ­ ci ą gowych czterol in o wy ch wi eż o w y c h 1 d w ul i no wy ch zrębowych, W czterollnle

s zy bu IV N KWK "Sośnica* b ad a no tylko jodnę linę

Badania kręcenia się nośnych lin««. 33

Przy różnicy głębokości wynoazęcej 160 » pomierzone Ilości obrotów różniły s ię z nacznie w obu przedziałach, oeięgajęc nawet dwukrotnie więk- azę wart oś ć dla przedz i ał u wschodniego, tj. głębszego (rys. 7).

W calu porównania wpływ u konst r uk cj i liny i głębokości cięgniania w szy­

bie, na ilość o b r ot ów lin kręcenia poszczególnych konstrukcji lin przed­

stawiono oddzie ln ie na rys, 3 i 9.

Pomiary kr ęcenia się lin nośnych prowadzone były przy niszaładowanych naczyniach wydob yw c zy ch i przy prędkości ruchu w górę « 2,5-3 m/e.

W celu uściślenia w y n i k ó w i w n i o sk ó w z badań w szybi e Karol kopalni" "Le­

nin" p r z e p ro wa d zo no dwukrotnie pomiar kręcenia się lin dla przypadku pu­

stego oraz z a ła d ow an eg o sk ip u urobkiem Q u » 30 Mg (rys. iOa). Porównania wyników obu pom i ar ów wyk a za ło ich niezależność od załadowania naczynia wyci ąg ow e go urobkiem. T ym samym została w ię c potwierdzona zależność teore­

tyczna liczby obr ot ó w liny, które nie zależę od obciężonla końca liny, a sę funkcję jedynie masy własnej liny i g łębokości szybu oraz współczyn-

» ttchio

śŹMJsmKKKĄniikBaf!

/ »Budnjk Z

/ 5udnjk W tkSrTn

500-

400

obrauj

Rys. 7. Wykresy kr ęcenia si ę lin konstrukcji

a) W a r ri ng to n -k ry ty WK16, b) t ró jk ętnoaplotkowych o śradnicy j* 36 ms

34 A. Ca rb ogno

Rys. 8. Zestawieniowy wy kres kręcenia s ię lin wycięgowycfi trólkętnoaplot- kowych

Badania kręcenia się nośnych lin... 35

Rys. 9. Zestawieniowy wykres kręcenia się lin wyci ąg ow yc h o liniowy« i l in io wo-punktowy« st yk u d rutów

36 A, Carbogno

a. ■ b. c.

KWKjenin' # Karol,lina5Oron KWK.FstroWski.’# 6,lma

&

4

t>

2

rtm

KWK„Bobrek“,«B,lfn«AtSfe

■'--- ^ ... — _ _ _ _ _ _ — ^1 A_

Rys. 10. Wykresy kr ęc e ni a się - o b r o t ó w v lin w yc i ęg o w y c h trójk ęt no sp l ot - kowych

a) przy nie- i z ał a d o w a n y m skipie w w y c i ę g u czterolinowym, b ) przy różnej p rę dk o śc i jazdy v, w w y c i ę g u jednolinowym, c) przy różnej prędkości

Jazdy w w y ci ę gu d u wl in o wy o z rębowym 1 , 2 , 3, 4 - numery lin

nika o dk rę t no śc i i s z t y w n o ś c i skrętnej liny. W pr zy p a d k u natomiast kopalń

“P s t r o w s k i ” , "Piast", "Halemba", "Bobrek" i "Ziemowit" pomiar kręcenia się lin nośnych u w z g lę dn ia ł różne pr ę dk oś ci Jazdy n a cz yń w zakresie 2-11 m/s.

Ilości o b ro t ów b adanych lin w tym z akresie p r ęd kości ruchu maszyny wy- cięgowej nie wyk a za ły i st o tn yc h różnic (rys. lOb i c). Badania wykazały, że najbardziej kręcę się liny w s pó łz w i t e t r ó j k ę t n o s p l o t k o w e , które z tago p owodu nia powinny być s to so wa n e w szybach głębokich.

I etotnym s p o s tr ze ż en ie m w y n i k a j ę c y m z prze p ro wa dz o ny ch badań sę różne ilości o b r o tó w poszcze g ól ny ch lin w w y ci ęg u wie lo l in ow ya ( c z t e r o l i n o w y m ), co świadczy o n i e r ó w n o mi er n oś ci ob ciężeń p os z cz eg ól n yc h lin.

Zauważono, że wy s tę p u j ę c e w niektórych przy pa d ka ch z jawisko b i c z o w a ­ nia lin d ot y czyło tych liń, które wykony w ał y największą ilość obrotów.

Z teorii wiadomo, żs liczba obro t ów liny zależy od jaj sztywności skrę­

cania, a ta z kolei zależy od o bciężenia r oz cięgajęcego linę. Mniejszy»

o b c i ę ż e n l o m odp ow ia d a mni ej sz a sz tywność skrę t na liny, a tya samym w i ę k ­

Badanie kręcenia sif nośnych lin.. 37

sza liczba obrotów. Z powyższego wynika, ża liny ulegające dużstiu b ic zo ­ waniu i wy ko n u j ą c e dużę liczbę o b ro tó w eę najmniej obciężone w układzie wielolinowyou Należy zaznaczyć, żs pominięto przy tya wni os ku w p ł y w in­

nych czynników na drgania lin, np. aimośro do wo ść średnic przewijania kół pędnych i odciskowych.

A. PORÓW NA NI E W Y N I K Ó W P O M I A R Ó W X OBLICZEfi TE OR E TY CZ NY C H O B R O T Ó W LIN W S Z Y B AC H

Obliczenia teoretyczne kręcenia s ię lin wyko n an o na podstawie wzoru (12) przy w y k o r z y s t a n i u ws pó ł c z y n n i k ó w sztywności liny obliczonych według pracy

w.

Z as tępcze w s p ó ł cz yn ni k i sprę ży st o śc i liny dwuzwitej obliczono z n a ­ si ępujęcych wzorów:

C 3„ 2 „ bs sin2 ^ + g8 cos2j3 A = ["a g cos3& + 2 sin3^ c o s 2 p ♦

RS 8

sin4jłcoBjiJ®k , (24)

[

a g Rgsin ¡łcoejj + bs cos j3 + gg (l + cos p)^{p p y 2}

s in2|łcospi+ 2 c a Rg cos'^sin|ijmk , (25)

C “ [ a 8 R8 co82jasinp + C6 (l + tg4 p } c o s 5 j3 +

o o

b cos B - g„(l + cos B) , 2

+ -2--- ^ ---£ - sin j^cos , (26)

g d z i e :

a g ,b8 ,cg ,gg - za st ępcze (uogólnione) współcz yn n ik i s ztywności splotki

V . , . . ¿ “ i -

i ś 1 s i-i i-1

(27)

gdzie:

ai ,bi ,ci ,9i “ za8t2Pczo (uogślnione) współczynniki sprężystości dla drutu w splotce.

38 A. Carbogno

2 2

■, c , _ ® sin c&. + g„cos ot, a. « a cos ot< 2 -— ■ sin d. cos“ ^ + --- — k— -— ^----— =■.

si psi

4

sin d^cosot^,

2 2 2

bj. « s0 r8 i 8in ^ i 00005! * bo cos'oci ł gc (l + coa etj)

2 4

sin oC. coscC. ♦ 2c r cos c£.sina;. ,

1 1 o o l i

“1 " “o ,s i ww~ ^ s i n ^ ♦ c Q (l ♦ tg a&i )cos oCi c, * sA r .cos t*.

2 2

b.cos <*, - g £l + cos <* ) , „

.--- - 2u_— s i n c K ^ c o s

4 2 2

sin c*. c c b sin a. + g cos oC, H ■ «o Ć S T * - 2 F2 - - l " 5* . “ -«! * -*---^ --- 4 •

1 61 rsi

, 4 . 2 . sin d^cos dii ,

gdzie :

ao .bo ,co ,gc - zastępcze w s p ół cz yn n ik i sprę ż ys to śc i dla drutu prostego, a » EF, b Q - G J o , CQ - O, go « EOp .

Kierunek kąta zwicla dr utów w eplotce ol o r a2 splo ta k w linie uwzględnia się o dp o wi ed ni o znak ie m (+) lub (~) przed wa rt oś c ią danego kąta. 3ako steiy przyjmuje się kąt zwic ia splotek w linie i w z g lę d em n i e ­ go określa się kierunek kąta z w ic ie d r u tó w w splotcs. P rz ykładowo dla l i ­ ny dwuzwitej - prawej, w sp ół zw i te j będzie to +jb . +0^ , natomiast w linie przeciwzwitej kąt będzie ujamny Wyni kó w obl ic ze ń w s p ó ł c z y n n i ­ ków sztyw no śc i b adanych lin w pracy nie przedst aw io no z uwagi na ich obszernoać. Obroty t eo retyczne ob l iczano według z al eż n oś ci

[

1 4

]

przy w y ­ k o r z ys t yw an iu wzoru GłuSko M. F.

[¿

2

]

oraz Popowicza 0. [ l 5j . Porównanie w y n i k ó w obliczeń toeretyc zn yc h i pom i ar ów obro tó w lin podano w tablicy 2,

Z tablicy 2 wynika, ża obroty lin obliczona teor et yc z ni e różnię się zn a cz ni e od rzeczywistych, pom ie rz o ny ch w warunkach ruchowych w szybach.

R ze czywiste obroty są mniejsze, w niektórych pr zypadkach nawet d w u kr ot ­ nie, niz wynikałoby to z teorii. Ni ezgodność ta spowo d ow an a jast tym, źs teorie kr ę ce ni a się lin nośnych nie u w zg lędniają wielu c zy n ników w p ł y w a ­ jących ne to zjawisko, między innymi i wpływu obciążenia rozciągającego

Badania kr ęcenia się nośnych lin... 39

40 A. Carbogno

na ws półczynniki sztywn oś ci liny, które w w y n ik u tego nie eą stałe. Jak przyjęto to w obliczaniach teoretycznych, w y tężenia ma teriału d ru tó w l i ­ n y , tarcia wewnętrznego, stanu liny, t ec hnologii i stara n no śc i jej w y k o ­ nania. Badania wykazały, że liny nowo z ałożone lub będęce w eksploatacji klika miesięcy kręcę się intensywniej niż liny stare e ks p lo atowana k il k a­

naście miesięcy lub kilka lat. Przypuszcza się, że ma to zwięzek ze zmi a­

nę własności m echanicznych lin z upływem czasu ich eksploatacji. Czas p r a ­ cy lin wpływa na zmianę w s p ó ł c z y n n i k ó w A, B , C sztywno śc i lin.

5. WNIOSKI

1. Stosowane obecnie w polskim g ó r n i c t w i e nośne liny wy c ię go we kręcę się wo kó ł osi podłużnej. Ilość obrotów, czyli kęt o który skręca s ię lina, zależy od głębokości szybu i konstr u kc ji liny.

2. 2 przeprowadzonej analizy teorii kręcenia s i ę lin w y ci ęg ow y cb w y n i ­ ka, że wzory na obliczanie ilości o b ro t ów lub m a ks ym a in sg o kęta skręcania przekroju liny sę podobne, różnię s ię tylko s p osobem określ en ia s z t y w n o ­ ści skrętnej liny.

3. Wyniki badań kręcenia się lin w szybach potwierdziły zależności teoretyczne (jakościowo). Liczba o b r ot ó w nie zależy od obcięż e ni a końca liny (naczynie puste lub za ładowane) i pr ęd kości jazdy maszyny. Znac zn a natomiast r o zb ieżności między poraiarzonę liczbę obr o tó w a obliczonę na drodze teoretycznej, wynikaję z powodu nieuw z gl ęd ni a ni a w p ł y wu Innych czynników na z jawisko kręcenia np. : wpły wu obcię że n ia rozcię ga ję ce g o na s zt ywność skręcania, wytężenia ma te ri a łu drutu liny, tarcia wewnętrznego, stanu liny.

4. W wieloli n ow yc h urzędzeniach wycię go w yc h pos zc z eg ól ne liny wykonuję różnę ilość obrotów. Różnice te dochodzę do 35 o b ro t ów w u rz ę dzeniach cz t erolinowych i 7 o b r o t ó w w urz ęd ze ni a ch dwulinowych. świadczy to o n i e ­ jednakowym o bciężenlu lin, z czym z więzane eę różne sztywn oś c i skręcenie liny lub o różnicy c h ar akterystyk m e c h a ni c zn yc h lin dane go kompletu.

5. Najintensywniej kręcę się liny trójkętnosplotkowe. W zak re s ie głę­

bokości clęgnienie H ■ 685 -9 95 o liczba o b r o tó w wy n os ił a n » 5-90 w obie strony. W przypadku lin wsp ół zw l ty ch konst ru kc j i W - S przy H » 759-882 o

liczba obrot ó w zawierała s i ę w g ra nicach 24-66 w obie strony, natomiast dla lin W-K16 przaclw zw i ty ch dla H « 869 -1 1 00 m ilość o b ro tó w wyn os ił a 32-56.

7. Kręcenie się lin nośnych w o kó ł osi podłużnej ma decydu j ęc e z n a c z e ­ nia dla ich trwałości. Wp ły w tego zj awiska Jest s z c ze g ól ni e widoczny w głębokich szy b ac h o dużym n a t ę ż en i u ruchu. Z tego wzglę d u dla każdego typu liny powinna być ok reślona racjo na ln a g łę b okość clęgnlenia, do Ja­

kiej należy sto so wa ć liny danej konstrukcji.

Sadenia kręcenie się nośnych lin»». 41

8, W pr z yp ad ku lin o dużej o dk rętnośei trójkątne- 1 o krągłoaplotko- wych ich st os o w a n i e należałoby ogran i cz yć do głębokości c iągnienia 750- 800 n. Powyżej tej głębokości, a s z c ze gó ln i e w szybach głę bo k ic h powyżej 900 m, należy sto so wa ć liny ni e ed k r ę t n e wi el o sp lo tk o we lub konstrukcji zamkniętej. Wniosek ten zgodny jest z propozycjami zawartymi również w pracach [ł, 7, 8. 9, 12, i i ] .

LITERATURA

[ i j Berry B.F, , Wainwright E.X. : Deep level K o ep e winding r o p e s . The South A f rican Machanical E n g i n e a r , 1962,

f 2*1 Bura L. i P rzyczynek do teorii momentu odkrętu liny nośnej przyłożo-

— nago do zawiesia na czynia wyciągowego, a wynikającego z ciężaru włas n eg o tej liny. B iuletyn GIG. Przegląd Górniczy 1972, Nr 2.

f 3j Carbogno A . : Moment odkrętny liny wyciągowej. Zeszyty Nauk ow e Poli­

techniki Śląskiej, S eria Górnictwo z. 52, Gliwice 1972.

f 4*1 Głulko M. F. : Małokrut jąlćijesja o dn oslojnye kanaty sralelanoj svivki i ich pr i mi e n l e n i j * v lacht non pod'arnia. IVUZ Górny j , Ż ur na ł 1961, Nr 5,

[ 5 j Głulko M.F. : l a l i e d o v a n i je nap ri az i en ij i v etalnych provołoćnych kanatach Sb, Raśćiety na p r o c n o s t . Vyp 7, Izd. Malgiz. Moskva 1961.

["ßl Głulko M.F. s Rabota kana to v na śa ch t ny ch pod'eanych ustanovkach s istiemy Kiepe. Sb. Stal ny e kanaty, Vyp. 1. Izd. Tiechnika. Kiev 1964.

jjfj Głulko M.F. ! Stal ny je p od 'emnye kanaty. Izd. Tiechnika. Kiev. 1966.

Fe”] Greis F.s Erke nn t ni ss e Uber die Lebensdauer von Schatf Orders eilen

— des Ruhrgeblatas i« Laufe cäer letzten 25 J a h r e , Be rg akademie 1958, Heft 7.

¡"

9

"] Grosse-Bley O.s Er fahrungen Bit ve rs ch i ed en en Forderssilmacharten

~ bei einer Turm. G e f ö sf or de r an ls ge und groear Teufe. Gliickauf 1957, nr 17/18.

fio]

Hermes J.M., Bruens F.P, : De T o r e ie wi ss e li ng en in Een Niet - Drall- vrije Kabel V an Een Qphaalinstallatie, Geologie en Mijnbouw (Nw. Ser.), 19e Jaargang, Pag 467-476, November 1957.

[iij Pichot G.: Cables d'extraction. Revue de l ’industrie mi nerale 3/1959.

[1 2 I Popowicz 0,: Kręcenie się lin w szybach pod działaniem ciężaru włas­

nego. Zeszyty Nauk ow e Politechniki ślęskiej, s. Górnictwo z. 7, G liw i ce 1963.

[

13

] Wainwright E . 3 . : Prseent day win di ng ropa praktice In South Africa.

Hoisting Confere n ce of SAP Mach E. Johannesburg 1974.

aCCHEjíOBAHíIE KPy^ffiKHH aOJgbHMHHX

K AHATOB B EAXTHHX CTBOJAI P 8 3 ¡0 M S

n o c z e Ä O T B z s « B a H i t s B a ä y K J t a A K H s a s i í s h í o b K a z a j a a s & s a s e H o s s e p S K a a z m i s ä

ií.omsst aiictyaasĘaa upa paatAiUBaiaseS sarpyaae Kaaaaa. B hoasmcikx yosasos- saz. CBC*«KH Ke aa ospanaieaŁmas $aas opoM » paöose x&Easa «szsesos¡ aro saaKcnepeMSHHoe oapyaasaaxe aos ASäcsBse« c oSc t s s h h o f ö s«oa. mohss r u

42 A. Carbogno

aBjiaKEnaeq/i p e 3ynb iaT O M « e8 o iB H a coScTB S H H oro B e oa ypaBHOBeEaBaj5Tu;a o p e a x - ne & y n p y r o o iH K a a a ia npz cx p y T O B a H zz . ¡Har cb h b kh x a H a ia H3M eBaeTC s, B 03p a - c i a s o a s s y BBepx z y M e a ia a a o B o a e p x y b h h 3 . IIpz A B x x eB z a mxBBa T p e H z z n o a sa u a e a itB xaHa* ae B3M6HH3T y r z a c s z b k h , o n yoK aeaaa K a n a i O K p ya a a a eT o a .

B aaoioasea peifepaie npeACiaBASHo TeopeTxaecxze oohobu KpyaesHa xaHaTOB, h b t o a npoBeAeaaa z peayzfaiaTH aeczeAOBaHHii xpyzeHHS noflteiiaax KaaasoB b 16 xpyauhix cKznoBHx oaho k U KorcKaHa?Ki« noA'aevHitx y c x a H O B x a x b oTpaae (nojies- Ha0 rpy3 15000-30000 xr, rjiyCaaa aoABeaa 7 00-1100 m, Azaweip xaaaioB 34-62 uu).-

P a 3 y z T a T i i H c c z a A O B a s z H a o x a o z c n o j i f a a o a a T B r z k n o A C o p a K O H C T p y x u z H n o A 'B e u H u z x a a a t O B s r z y f i o x s i x c i s o A a x .

T HE RESEARCH OF H O I ST IN G ROPE TURN IS IN SHAFTS

S u m m a r y

In hoisting ropa in case of helical compact her elements under the Influence of load forms twist moment. In mi ne hoists with driving wheel, in which hoist vessels have sfiff lead, the twist moment in rope is create by the load of rope end and changes of rope weight during the going of vessels in shaft. In case of create in rope chang ea bl e twist moment made by changing rope weight, inside her is create c hangeable turning of p ro ximity rope sections, whose effect is turning of rope in shafts.

Nowadays informations about turning of ropes in shafts in d o mestic and abroad literature shows a great mean in g of this affect for fatique durability. Given by literat u re infor m at io ns about turning of ropes in shafts a verg limited in depend en c e of p ub li cations about measurement they deal one to four mine hoists. In this article we shows theoretical basics on hoist ropes turning, mannevs and effacts of measurement of hoisting rope turn in sax t ee n big, skips mine hoists in our country load capacity were from 15 to 30 Mg, the depth of shafts were from 700 m to 1100 m, and diameters of ropes from 34 to 62 mm. T he effects of this work can be use in chaose of hoist rope in deep shafts.