Inżynierska kontrola w kopalni

"Kopalnie martwią się o swoje maszyny i zlecają nam wykonanie badań. Mamy odpowiedzieć na wiele pytań, na przykład o to, ile jeszcze czasu sprzęt może bezawaryjnie pracować albo czy maszyny na nowo projektowanej odkrywce w Bełchatowie wytrzymają zmiany nadkładu, jaki miałyby urabiać. Przy okazji prac użytkowych dla przemysłu pojawiają się tematy naukowe. Maszyny, o jakich mówimy, poruszają się na gąsienicach. Możemy opracować nowe modele interakcji gąsienicy z gruntem – i od razu w terenie sprawdzić, czy to, co teoretycznie wydaje nam się możliwe, sprawdzi się w świecie rzeczywistym” - mówi Paweł Maślak, doktorant w Instytucie Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn PWr.

Jak tłumaczy, koparki czy zwałowarki to najbardziej imponujące maszyny samojezdne w Polsce. Największa zwałowarka ma wysokość ponad 70 m, a wysięg ramienia, przez które jest przerzucany urobek, wynosi nawet 200 m. Takie maszyny pracują przez cały rok, a wraz ze zmianami pogody zmienia się twardość i wilgotność podłoża, po jakim się poruszają. Poza tym pokonują różne grunty – węgiel, żwir, piasek czy iły.

Poszczególne moduły gąsienic lepiej lub gorzej funkcjonują w zmiennych warunkach. Uczeni sprawdzają, jakie są obciążenia na poszczególnych gąsienicach, jakie moce silników należałoby dobrać do różnych zadań. Obliczają, czy gąsienica nie została przed laty przewymiarowana i czy przy następnych projektach można zastosować mniejsze, lżejsze konstrukcje. Bo w przypadku tak dużego sprzętu, jak ten wykorzystywany w górnictwie, każda procentowa zmiana masy pozwala na znaczne zmniejszenie kosztów.

Uczeni oceniają stan techniczny maszyn. Jeżeli diagnoza jest zła, współpracują z firmami, które projektują nowe maszyny. Zanim jeszcze zostaną wykonane prototypy, inżynierowie sprawdzają projekty na wirtualnych modelach. Szukają słabych punktów, miejsc, które będą bardzo narażone na pęknięcia czy tzw. efekty zmęczeniowe.

„Metoda elementów skończonych pozwala nam na zbudowanie wirtualnych modeli takich maszyn. Analizy wykonujemy też na istniejących obiektach – jeździmy do kopalni i sprawdzamy, jak maszyny zachowują się podczas normalnej eksploatacji i co z nimi możemy zrobić, jak poprawić bezpieczeństwo górników i, idąc dalej, bezpieczeństwo energetyczne naszego kraju, jeśli chodzi o górnictwo odkrywkowe” - mówi Paweł Maślak.

Badania metodą elementów skończonych polegają na sprawdzaniu metodami komputerowymi wytrzymałości różnych obiektów mechanicznych, które pracują we współczesnym świecie. Doktorant zajmuje się głównie badaniem maszyn dla górnictwa podziemnego i odkrywkowego. Sprawdza ustroje nośne maszyn - czy maszyna wytrzyma podczas normalnego użytkowania w pracy pod ziemią i czy kabina operatora będzie bezpieczna podczas wypadku – jeżeli na kabinę upadnie skała, nastąpi tąpnięcie lub wypiętrzenie spągu. Zjawisko wypiętrzania spągu jest jedną z głównych przyczyn utraty stateczności oraz funkcjonalności wyrobisk korytarzowych. Spag to dolna powierzchnia warstwy skalnej, pokładu lub wyrobiska.

„W przypadku górnictwa odkrywkowego, sprawdzamy, w których miejscach mogą pojawić się uszkodzenia i jak przeprogramować maszyny, żeby one dalej mogły funkcjonować w kopalniach węgla brunatnego. Problem z tymi maszynami jest taki, że większość była projektowana jeszcze w latach 70. ubiegłego wieku. I obecnie pojawiają się uszkodzenia wymagające zmian kształtu maszyn. Trzeba przeprojektować węzły, gdzie się spotyka kilka blach - połączenia ze sobą poszczególnych elementów obrotowych, które nie wytrzymują próby czasu. Te maszyny pracują po 40-60 lat, więc wymagane są bieżące naprawy” - wylicza Maślak.

Zespół liczy 26 osób, kieruje nim prof. Eugeniusz Rusiński na Wydziale Mechanicznym w Katedrze Konstrukcji i Badań Maszyn. Uczeni współpracują m.in. z KGHM i kopalniami węgla brunatnego w Bełchatowie, Turowie, Koninie.

PAP – Nauka w Polsce, Karolina Olszewska

kol/ agt/