– 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.
Zdjęcie: Wikimedia Commons, autor: Krzych.w
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. Spąg 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
