Włodzimierz Madejczyk

Monografia nr 21
Gliwice 2019, s.1-155, il., bibliogr. 57 poz.
ISBN  978-83-65593-20-7     

cena egz. 35,00 zł

W monografii przedstawiono potencjał badawczy Instytutu Techniki Górniczej KOMAG dedykowany do badań kompletnych sekcji obudowy zmechanizowanej i jej elementów. Omówiono  rodzaje badań sekcji obudowy zmechanizowanej i jej elementów oraz stosowane metody badawcze. Opisano przykładowe prace badawcze realizowane od ponad 40 lat.

W obszarze badań o charakterze poznawczym zilustrowano badania wytężenia sekcji przy obciążeniu statycznym, badania weryfikujące metody wyznaczania obciążenia zewnętrznego sekcji oraz badania przy obciążeniu dynamicznym.Badania wytrzymałościowe weryfikujące odpowiednie obliczenia teoretyczne prowadzono przy wykorzystaniu metody tensometrycznej dla kompletnej sekcji obudowy zmechanizowanej i stojaka dwuteleskopowego oraz metody kruchych pokryć w przypadku określenia nośności granicznej osłony odzawałowej. Procedurę stanowiskowych badań weryfikujących wyniki obliczeń przedstawiono na przykładzie badań sekcji obudowy ZBMD-12/31-POz. Badana sekcja charakteryzowała się wysokim stopniem zużycia elementów nośnych. Porównanie wyników pomiarów odkształceń elementów sekcji obudowy zmechanizowanej zarejestrowanych przez tensometry z wynikami obliczeń wykonanych z użyciem modelu MES, świadczy o konieczności równoległego prowadzenia badań doświadczalnych i analiz wytrzymałościowych w procesie oceny stanu technicznego użytkowanej uprzednio sekcji obudowy. Przedstawiono analizę wytężenia dwuteleskopowego stojaka hydraulicznego z otworem konstrukcyjnym wierconym wzdłuż płaszcza cylindra, który prowadzi do miejscowego osłabienia ścianki cylindra i uszkadzania w krótkim okresie użytkowania, co potwierdziły wyniki badań kilkudziesięciu tego typu stojaków. W celu analizy odkształceń rury cylindra w trakcie badań wytrzymałościowych stojaków wykonano pomiary obwodowych wydłużeń względnych na powierzchni zewnętrznej rury. Uzyskane wyniki pomiarów wykonanych na stanowisku porównano z wynikami obliczeń numerycznych metodą MES, potwierdzając zasadność stosowania tej metody, zwłaszcza w miejscach, gdzie niemożliwy jest bezpośredni pomiar. Badania nośności granicznej osłony odzawałowej z zastosowaniem kruchych pokryć prowadzono na specjalnie wykonanym stanowisku badawczym, umożliwiającym zrealizowanie w osłonie odzawałowej stanu obciążenia, analogicznego do występującego w osłonie zamontowanej w sekcji obudowy zmechanizowanej. Zasadnicza część badań polegała na określeniu mechanizmu zniszczenia osłony i wyznaczeniu wartości obciążenia granicznego według przygotowanej procedury  postępowania. Dla zweryfikowania metody wyznaczania obciążenia zewnętrznego sekcji badaniom poddano sekcję obudowy zmechanizowanej typu FAZOS- 10/28-POz/BSN. Wielkościami mierzonymi przy weryfikacji były: ciśnienie w stojakach, odkształcenia jednostkowe łączników, składowe pionowa i pozioma obciążenia zewnętrznego sekcji. Zarejestrowane wyniki pomiarów zostały wykorzystane do weryfikacji modeli sekcji obudowy zmechanizowanej opracowanych w projekcie badawczym. W ramach badań o charakterze poznawczym prowadzono również badania sekcji obudowy i stojaków hydraulicznych przy obciążeniu dynamicznym. Badania kompletnej sekcji obudowy pozwoliły na zebranie doświadczeń odnośnie do procedury badań oraz ocenę stanowiska badawczego z zastosowanym generatorem obciążenia dynamicznego. Celem badań stojaków przy obciążeniu dynamicznym, było między innymi sprawdzenie skuteczności zastosowanego upodatnienia stojaka poprzez zmianę postaci konstrukcyjnej rdzennika lub zastosowania zaworu upustowego o określonej charakterystyce oraz weryfikacja modelu MES akumulatora gazowego zabezpieczającego stojak przed przeciążeniem dynamicznym. W obszarze badań sprawdzających wymagania normatywne odniesiono się do wymagań i procedur badawczych zawartych w normach serii PN- EN 1804. Opisano badania sekcji obudowy zmechanizowanej w zakresie badań funkcjonalnych, wytrzymałości statycznej i wytrzymałości zmęczeniowej zgodnie z PN-EN 1804-1+A1:2011. Przedstawiono badania siłowników hydraulicznych zgodnie z PN-EN 1804-2+A1:2012 i zaworów hydraulicznych zgodnie z PN-EN 1804-3+A1:2012. Przedstawiono informacje dotyczące stanowisk do badań sekcji obudowy zmechanizowanej i jej elementów funkcjonujących w wiodących europejskich ośrodkach badawczych pod koniec XX wieku. Omówiono przykłady badań poznawczych realizowanych na stanowiskach innych ośrodków. Dokonano porównania wymagań bezpieczeństwa dla sekcji obudowy zmechanizowanej ujętych we wdrożonej do stosowania w Polsce normie PN - EN 1804-1+A1:2011 z wymaganiami amerykańskimi wg metody CONSOL i rosyjskimi według normy GOST R52152-2003. Realizacja prac badawczych w ITG KOMAG, których przykładowe efekty przedstawiono w niniejszej monografii, możliwa jest dzięki ciągle rozwijanej i doskonalonej bazie badawczo-pomiarowej.

 Stand tests of powered roof support and its components

Potential of the KOMAG Institute of Mining Technology for testing the complete powered roof supports and its components is presented. Types of tests of powered roof supports and their components as well as applied testing methods are discussed. Examples of tests performed for over 40 years are described. Testing the powered roof support strain under static load, tests verifying the methods for determining the external load to the roof support and tests under dynamic load are illustrated. Strength tests verifying the theoretical calculations were carried out using a strain gauge for the complete powered roof supports and a two-telescopic leg, as well as the brittle cover method when determining the threshold load capacity of a gob shield. The procedure of stand tests verifying the calculation results is presented on the example of the ZBMD-12/31-Poz powered roof support. The bearing components of the tested roof support had signs of high degree of wear. A comparison of the results of deformation measurements of powered roof support components, recorded by strain gauges, with the results of calculations made using the FEM model, indicates the need for parallel tests and strength analyzes in the process of assessing the technical condition of the previously used roof support. Analysis of the strain tests of a two-telescopic hydraulic leg with a construction hole drilled along the cylinder jacket, leading to a local weakening of the cylinder wall and damage during a short period of use, was presented. The results of testing of several dozen such legs confirm it. Measurements of circumferential relative elongations on the outer surface of the pipe were made to analyze the deformations of the cylinder pipe during the strength tests of the legs,. The results of measurements taken at the stand were compared with the results of numerical calculations using the FEM method, justified using this method, especially in the places, where direct measurement is impossible. Tests of the threshold load capacity of a gob shield with the use of brittle covers were carried out on a specially made test stand, enabling the load condition to be realized in the gob shield, analogous to that occurring in the shield mounted in the powered roof support. The main part of the testing consisted in determining the mechanism of damage to the shield and determining the threshold load capacity, according to the procedure. The FAZOS-10/28-POz/BSN powered roof support was tested to verify the method for determining its external load,. The parameters measured during verification were: pressure in the legs, unit deformations of the connectors, vertical and horizontal components of the external load of the power roof support. The recorded measurement results were used to verify the models of powered roof supports developed in the research project. Tests of the powered roof support and hydraulic legs under dynamic load were also conducted. Tests of the complete roof support enabled gaining experience regarding the test procedure and assessment of the test stand with the applied dynamic load generator. The purpose of testing the legs under dynamic load was to check the effectiveness of the set leg yielding by changing the prop design or using a relief valve with specific characteristics, and verifying the FEM model of the gas accumulator protecting the leg against dynamic overload. In the area of testing the normative requirements, reference was made to the requirements and test procedures contained in the PN-EN 1804 series standards. Tests on the powered roof support were described in the scope of functionality tests, static strength and fatigue strength in accordance with PN-EN 1804-1+A1:2011. Tests of hydraulic cylinders according to PN-EN 1804-2+A1:2012 and hydraulic valves according to PN-EN 1804-3+A1:2012 are presented. Information regarding the test stands for powered roof supports and its components, which are used in the leading European research centres at the end of the 20th century is presented. Examples of tests carried out on the stands in other centres were discussed. Comparison of safety requirements for powered roof supports included in PN-EN 1804-1+A1:2011 standard implemented in Poland with the requirements according to the US CONSOL method and requirements according to the Russian GOST R52152-2003 standard is presented.