Обґрунтування методу розрахунку головних гумотросових канатів шахтних підйомних установок з урахуванням порушеної геометрії стовбурів

Abstract

Дисертацію присвячено вирішенню актуального наукового завдання з підвищення рівня експлуатаційної безпеки сучасних шахтних підйомних установок з головними гумотросовими канатами на основі встановлення закономірностей формування й перерозподілу напружено-деформованого стану головних гумотросових канатів при їх взаємодії з механічною системою шахтної підйомної установки з урахуванням впливу порушеної геометрії стовбурів, експлуатаційних параметрів шахтних підйомних установок та можливих розривів тросової основи канатів для обґрунтування методу їх розрахунку. Виконано дослідження впливу форми поперечного перерізу тросів гумотросового каната на опір стисканню та зсуву гумової матриці. Враховано геометричні параметри каната, конструкції скручених зі стренг тросів каната, механічні характеристики матеріалу еластичної оболонки та її форму. Оцінено вплив вказаних параметрів на працездатність головного гумотросового каната шахтної підйомної установки. Виконано дослідження напружено-деформованого стану підйомного гумотросового каната внаслідок зміщення та повороту посудини в шахтному стовбурі з порушеною геометрією. Проаналізовано вплив відхилень напрямних стовбурів шахт на напружено-деформований стан каната та на зміну тиску посу дини на криволінійні напрямні. Розроблено та обґрунтовано метод розрахунку напружено-деформованого стану підйомного гумотросового каната з урахуванням впливу розривів тросової основи та комплексу чинників. Отримано аналітичні вирази у загальному вигляді, у замкненій формі, що дозволяють визначати додаткові внутрішні сили навантаження тросів каната, максимальні значення коефіцієнтів концентрації напружень у тросах каната, що знаходиться під впливом зовнішніх чинників. Обґрунтовано алгоритм, розроблено та впроваджено методичні рекомендації зі встановлення напружено-деформованого стану каната, зумовленого розривами різних тросів у різних перерізах. Рекомендації дозволяють визначати можли вість подальшої експлуатації підйомної установки в шахтних стовбурах з порушеною геометрією, включно після аварій та техногенних катастроф.

Диссертация посвящена решению актуальной научной задачи повышения уровня эксплуатационной безопасности современных шахтных подъемных установок с головными резинотросового канатами на основании установления закономерностей формирования и перераспределения напряженно -деформированного состояния головных резинотросовых канатов при их взаимодействии с механической системой шахтной подъемной установки с учетом влияния нарушенной геометрии стволов, эксплуатационных параметров шахтных подъемных установок и возможных разрывов тросовой основы канатов для обоснования метода их расчета. Выполнено исследование влияния формы поперечного сечения тросов резинотросового каната на сопротивление сжатию и сдвигу резиновой матрицы. Учтены геометрические параметры каната, конструкции скрученных из стренг тросов каната, механические характеристики материала эластичной оболочки и ее форма. Оценено влияние указанных параметров на работоспособность головного резинотросового каната шахтной подъемной установки. Установлены аналитические зависимости для определения напряженно- деформированного состояния плоского головного резинотросового каната шахтной подъемной установки с учетом отклонений геометрических параметров армировки ствола от проектных значений. Установлены зависимости напряженно-деформированного состояния головного резинотросового каната в результате смещения и поворота сосуда для одноканатной и многоканатной схемы ее подвешивания с учетом влияния нарушенной геометрии шахтных стволов и пространственного деформирования плоского каната. Выполнены исследования напряженно-деформированного состояния подъемного резинотросового каната в результате смещения и поворота сосуда в горизонтальной плоскости ствола. Проанализировано влияние отклонений направляющих стволов шахт на напряженно-деформированное состояние кана- та и на изменение давления сосуда на криволинейные направляющие. Разработан и обоснован метод расчета напряженно-деформированного состояния подъемного резинотросового каната с учетом влияния разрывов тросовой основы и комплекса факторов. Получены аналитические выражения в общем виде, в замкнутой форме, позволяющие определять дополнительные внутренние силы нагружения тросов каната, максимальные значения коэффициентов концентрации напряжений в тросах каната, находящегося под влиянием внешних факторов. Обоснован алгоритм, разработаны и внедрены методические рекомендации по установлению напряженно-деформированного состояния каната, обусловленного разрывами различных тросов в различных сечениях. Рекомендации позволяют определять возможность дальнейшей эксплуатации подъемной установки в шахтных стволах с нарушенной геометрией, включительно после аварий и техногенных катастроф. Результаты диссертационной работы в виде методики определения напряженно-деформированного состояния головного резинотросового каната с учетом условий его присоединения к конструктивным элементам шахтной подъемной установки и методики определения допустимых отклонений сосуда в стволе шахты внедрены в ИГТМ им. Н.С. Полякова НАН Украины и ГП «Днепрогипрошахт».

The thesis is devoted to the solution of an acute scientific problem of increasing the level of operational safety of modern mine hoists with the head rubberable ropes on a basis of establishing the laws of formation and redistribution of a stress strain state of head rubber-cable ropes during their interaction with mechanical system of a mine hoist considering the parameters of mine hoists and possible breakages of a cable base of ropes to justify the method of their calculation. A study of influence of a cross-section shape of cables of a rubber-cable rope on compression and shear strength of the rubber matrix is performed. A discrete change in the number of rope cables with variable cross-section, the structure of rope cables made of twisted strands, mechanical characteristics of elastic shell material, and its shape are considered. The influence of the specified parameters on efficiency of a design of a hoist is estimated. A study of the stress-strain state of the hoisting rubber-cable rope due to displacement and rotation of the vessel in a horizontal plane of a shaft if performed. The influence of deviations of mine shafts on the stress-strain state of a rope and on the influence of vessel pressure on curved shaft guides are analyzed. The method of calculation of a stress-strain state of a hoisting rubber-cable rope considering influence of breakages of a cable base and a complex of factors is developed and justified. Analytical expressions are obtained in a general, closed form, which allows determining additional internal loads on rope cables, maximum values of stress concentration coefficients in rope cables, which are under the influence of external factors. The algorithm is justified, methodical recommendations for establishing the stress-strain state of the rope caused by breakages of different cables in different cross-sections are developed and implemented. Recommendations allow determining the possibility of further operation of a hoist in mine shafts with disturbed geometry, including after accidents and technogenic disasters.