Оценка напряженно-деформированного состояния направляющих шахтного ствола с учетом динамики воздушных потоков

Рассматривается задача контактного взаимодействия роликов клети (лифта) шахтного подъемного комплекса с направляющими проводниками при эксплуатации системы лифтоподъемника в вентиляционном стволе с учетом динамики движения воздушных потоков. Изучено влияние различных режимов работы вентиляционной установки, а также движения клети и противовеса на параметры контактного взаимодействия, возникающего между роликами клети и направляющими проводниками. Разработана численная модель контактного взаимодействия роликов клети с шахтными направляющими проводниками на основе метода конечных элементов. Построенная конечно-элементная модель позволяет производить оценку напряженно-деформированного состояния конструкционных элементов направляющих устройств при различных конфигурациях силового воздействия со стороны клети, а также определять величины критических нагрузок, которые могут вызывать остаточные деформации в направляющих проводниках. Анализ результатов исследований показал, что аэродинамические силы, возникающие при эксплуатации шахтных подъемных комплексов, оказывают существенное влияние на напряженно-деформированное состояние данной геотехнической системы, что подчеркивает необходимость их учета при проектировании элементов шахтного подъемного комплекса. Полученные результаты могут быть использованы для обеспечения безопасной и безаварийной эксплуатации шахтных подъемных комплексов путем оптимизации их конструкций при проектировании для минимизации напряжений в узле контакта роликов клети с шахтными направляющими проводниками, а также для разработки рекомендаций по замене направляющих устройств в условиях многоциклового воздействия со стороны роликов клети.

1. Журавков, М. А. Контактная задача взаимодействия направляющего ролика с шахтным проводником / М. А. Журавков, М. А. Николайчик, П. С. Маевский // Механика машин, механизмов и материалов. – 2021. – № 3 (56). – С. 83–89. https://doi.org/10.46864/1995-0470-2021-3-56-83-89

2. Horizontal dynamic modeling and vibration characteristic analysis for nonlinear coupling systems of high-speed elevators and guide rails. / D. Song, P. Zhang, Y. Wang [et al.] // Journal of Mechanical Science and Technology. – 2023. – Vol. 37. – P. 643–653. https://doi.org/10.1007/s12206-023-0109-2

3. Wang, X. Mechanical model and seismic study of the roller guide–rail assembly in the counterweight system of elevators. / X. Wang, S. Günay, W. Lu // Earthquake Engineering & Structural Dynamics. – 2021. – Vol. 50, № 2. – P. 518–537. https://doi.org/10.1002/eqe.3344

4. Самуся, В. И. Компьютерное моделирование и исследование динамики систем «сосуд–армировка» в стволах с нарушенной геометрией / В. И. Самуся, И. С. Ильина, С. С. Ильина // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. – 2016. – Т. 15, № 20. – С. 277–285. https://doi.org/1010.15593/2224-9923/2016.20.8

5. Fiołek, P. Assessment of hoisting conveyance guiding forces based on field acceleration measurements and numerical simulation. / P. Fiołek, J. Jakubowski // Applied Sciences. – 2024. – Vol. 14, iss. 22. – Art. ID 10758. https://doi.org/10.3390/app142210758

6. Zhuravkov, М. А. Analytical model of skip motion taking into account influence of head and balancing ropes / M. A. Zhuravkov, V. P. Savchuk, M. A. Nikolaitchik // Журнал Белорусского государственного университета. Математика. Информатика. – 2021. – № 2. – С. 105–113. https://doi.org/10.33581/2520-6508-2021-2-105-113

7. Drzewosz, A. The problem of stability in mechanical systems using the example of mine hoist installations / A. Drzewosz, S. Wolny // Applied Sciences. – 2024. – Vol. 14, iss. 15. – Art. ID 6472. https://doi.org/10.3390/app14156472

8. Nikolaitchik, M. Determination of the skip force effect on guides in mine shaft / M. Nikolaitchik // E3S Web of Conferences. – 2020. – Vol. 201. – Art. ID 01017. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202020101017

9. Escalona, J. L. Advances in the modeling and dynamic simulation of reeving systems using the arbitrary Lagrangian– Eulerian modal method / J. L. Escalona, N. Mohammadi // Nonlinear Dynamics. – 2022. – Vol. 108. – P. 3985–4003. https://doi.org/10.1007/s11071-022-07357-y

10. Ивановская, А. В. Особенности динамического анализа тяговой системы с конечным натяжением / А. В. Ивановская // Вестник Керченского государственного морского технологического университета. – 2022. – № 1. – С. 37–46. https://doi.org/10.47404/2619-0605_2022_1_37

11. Журавков, М. А. Моделирование динамики движения лифта и противовеса в потоке воздуха вентиляционного шахтного ствола. / М. А. Журавков, М. А Николайчик, И. Н. Карпович // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. – 2025. – № 1. – С. 120–130. https://doi.org/10.15372/FTPRPI20250111

12. Wu, R. Computational fluid dynamics modeling of rope-guided conveyances in two typical kinds of shaft layouts / R. Wu, Z. Zhu, G. Cao // PLOS One. – 2015. – Vol. 10. – Art. ID e0118268. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0118268

13. Simulation of the lateral oscillation of rope-guided conveyance based on fluid-structure interaction. / R. Wu, Z. Zhu, G. Chen [et al.] // Journal of Vibroengineering. – 2014. – Vol. 16. – P. 155–163.

14. Улучшение проветривания тупиковой выработки путем увеличения начальной скорости воздуха в вентиляционной струе / Б. П. Казаков, А. В. Шалимов, О. С. Паршаков, А. В. Богомягков // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. – 2022. – № 1. – С. 112–118.

15. Computational study on aerodynamic characteristics and behaviour of S5010 airfoil / M. H. F. Yazik, M. Tamagawa, M. T. H. Sultan, A. Adzrif // Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences. – 2024. – Vol. 66, iss. 1. – P. 41–52. – URL: https://semarakilmu.com.my/journals/index.php/fluid_mechanics_thermal_sciences/article/view/3720

16. Комплексное исследование многоциклового контактного взаимодействия системы «направляющий ролик – шахтный проводник» / М. А. Журавков, А. В. Богданович, М. А. Николайчик [и др.] // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. – 2022. – № 4. – C. 5–18. https://doi.org/10.36535/0869-4176-2022-04-1

17. Design and analysis of engine timing silent chain system / Y. Cheng, S. Yin, C. Meng [et al.] // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. – 2016. – Vol. 230, iss. 13. – P. 2225–2234. https://doi.org/10.1177/0954406215590643

18. Gizicki, M. Classification and recognition of roller bearing damage in lift installations using supervised machine learning and vibration analysis / M. Gizicki, S. Kaczmarczyk, R. Smith // 14th Symposium on Lift & Escalator Technologies, 20–21 September 2023. – P. 65–72. URL: https://liftescalatorlibrary.org/paper_indexing/papers/00000533.pdf

19. Hu, D. Research on vibration reduction characteristics of high-speed elevator with rolling guide shoes based on hydraulic damping actuator / D. Hu, Q. Wang, J. Zhan // Actuators. – 2024. – Vol. 13, iss. 9. – Art. ID 356. https://doi.org/10.3390/act13090356

20. Roller–rail parameters on the transverse vibration characteristics of super-high-speed elevators / S. Cao, R. Zhang, S. Zhang [et al.] // Transactions of the Canadian Society for Mechanical Engineering. – 2019. – Vol. 43, № 4. – P. 535–543. https://doi.org/10.1139/tcsme-2018-0083

21. Марочник сталей и сплавов / сост.: А. С. Зубченко, М. М. Колосков, Ю. В. Каширский [и др.]; под общ. ред. А. С. Зубченко. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 2003. – 784 с.

22. Wang, H. Prediction of tire-pavement contact stresses and analysis of asphalt pavement responses: a decoupled approach / H. Wang, I. L. Al-Qadi // Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists. – 2011. – Vol. 80. – P. 289–316.

23. Основы трибологии (трение, износ, смазка): учеб. для техн. вузов / А. В. Чичинадзе, Э. Д. Браун, Н. А. Буше [и др.]; под общ. ред. А. В. Чичинадзе. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 2001. – 664 с.

24. Rubber friction: The contribution from the area of real contact / A. Tiwari, N. Miyashita, N. Espallargas, B. N. J. Persson // The Journal of Chemical Physics. – 2018. – Vol. 148, iss. 22. – Art. ID 224701. https://doi.org/10.1063/1.5037136