Determination of critical rock mass in a bucket of a dinting loader

• Autorzy: Remiorz E.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amsc-2017-0039

Warianty tytułu

PL

Wyznaczenie masy krytycznej urobku w czerpaku ładowarki do pobierki spągu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The extraction of hard coal deposits lying in increasing depth causes significant problems with maintenance of roadways (maingates, tailgates, etc.). The reduction of the cross section of such excavations, caused by the floor upheaval, leads to the occurrence of many problems with transport and ventilation. Dinting loaders are employed to restore the original size of roadways tightened due to the activity of adverse stresses occurring in the rock mass. These are tracked machines, usually with small width of about 1 m. They often work in roadways with high longitudinal and lateral inclination, as a result of which they are especially susceptible to overturning. The article presents a mathematical model allowing to determine the critical mass of broken rock in a bucket. The model also allows to determine spatial coordinates of a dinting loader’s centre of gravity depending on temporary position of movable elements of the loader such as a turntable, boom, coupler and bucket, and depending on the level of loading the bucket with broken rock. It also enables to determine critical angles of the roadways’ longitudinal and lateral inclination. The outcomes of computer studies of variations in the position of the loader’s centre of gravity depending on deflection angles of moving elements of the loader and the mass of broken rock in the bucket are also presented. Variability ranges of spatial coordinates of the centre of gravity of the loader are also established and examples are given for values of the critical mass of broken rock in the bucket.

PL

Ładowarki do pobierki spągu są maszynami wykorzystywanymi w wyrobiskach chodnikowych do mechanizacji prac związanych z pobierką spągu i ładowaniem urobku. Wykonywanie tych czynności jest zwykle trudne w realizacji ze względu na istniejące wyposażenie wyrobiska chodnikowego i konieczność utrzymania regularnego transportu szynowego lub taśmowego. Ze względu na zmniejszone przekroje wyrobisk chodnikowych z wypiętrzonym spągiem do pobierki spągu stosowane są ładowarki o długości kilku metrów i niewielkiej szerokości wynoszącej zwykle około 1 m. Są one wyposażone w czerpaki skrzyniowe o pojemnościach wynoszących około 0,3÷0,4 m3. Niekorzystny stosunek szerokości ładowarki do jej długości oraz znaczne wartości kątów wychylania wysięgnika i czerpaka, a także praca w wyrobiskach o dużym nachyleniu podłużnym i poprzecznym powodują, że maszyny te narażone są w szczególny sposób na wywrócenie. Bardzo ważnym czynnikiem wpływającym na możliwość wywrócenia się ładowarki do pobierki spągu jest obciążenie czerpaka urobkiem. Może się ono zmieniać się w bardzo szerokim przedziale. Zbyt duże obciążenie czerpaka urobkiem może spowodować wywrócenie się ładowarki pracującej nawet w zakresie dopuszczalnych przez producenta kątów nachylenia podłużnego i poprzecznego wyrobiska. Dlatego znajomość wartości masy krytycznej urobku wypełniającego czerpak jest bardzo istotna w aspekcie bezpieczeństwa pracowników obsługi ładowarki do pobierki spągu. W artykule przedstawiono model matematyczny (wzory 1÷6) służący do wyznaczenia masy krytycznej urobku w czerpaku dla danego nachylenia podłużnego i poprzecznego wyrobiska chodnikowego z uwzględnieniem możliwości wychylania się obrotnicy, wysięgnika, wahacza czerpaka i czerpaka. Model ten umożliwia również obliczenie współrzędnych przestrzennych środka ciężkości ładowarki do pobierki spągu w zależności od chwilowego wychylenia obrotnicy, wysięgnika, wahacza czerpaka i czerpaka oraz masy urobku w czerpaku. Ponadto pozwala on na wyznaczenie granicznych kątów nachylenia podłużnego i poprzecznego wyrobiska chodnikowego dla których ładowarka znajduje się w stanie równowagi chwiejnej. Znajomość zmian położenia środka ciężkości ładowarki do pobierki spągu na skutek wychylania obrotnicy, wysięgnika, wahacza czerpaka i czerpaka (który może być obciążony urobkiem) pozwala na ocenę zachowania się maszyny w wyrobisku chodnikowym. Na rysunku 3 przedstawiono obliczone komputerowo chmury punktów odzwierciedlające możliwe położenia środka ciężkości badanej ładowarki do pobierki spągu dla całego zakresu wychyleń obrotnicy, wysięgnika, wahacza czerpaka i czerpaka w przyjętym globalnym układzie współrzędnych XYZ (Rys. 2) dla następujących wartości masy urobku w czerpaku: mBr = 0 kg, mBr = 400 kg, mBr = 800 kg. Obliczono szerokości przedziałów zmienności współrzędnych środka ciężkości badanej ładowarki z czerpakiem pustym oraz dla różnego stopnia obciążenia czerpaka urobkiem (Rys. 4). Wzrost masy urobku w czerpaku powoduje przemieszczenie środka ciężkości maszyny w kierunku osi obrotnicy co wpływa niekorzystnie na możliwość wywrócenia się ładowarki do przodu. W artykule zamieszczono charakterystyki pozwalające na wyznaczenie masy krytycznej urobku dla różnego nachylenia podłużnego i poprzecznego wyrobiska chodnikowego oraz dla dziewięciu charakterystycznych położeń obrotnicy, wysięgnika, wahacza czerpaka i czerpaka. Podane przykładowe przebiegi dotyczą możliwości wywrócenia ładowarki na prawy bok (Rys. 5) i do tyłu (Rys. 6). Podano wartości masy krytycznej urobku znajdującego się w czerpaku badanej ładowarki do pobierki spągu pracującej w wyrobisku chodnikowym o nachyleniu poprzecznym wyrobiska βLT = 15° i βLT = –20° oraz o nachyleniu podłużnym βLG = 16°. Wnioski z tych badań można wykorzystać przy budowie układu automatyki ostrzegającym przed możliwością wywrócenia się ładowarki podczas pracy w wyrobisku chodnikowym o danym nachyleniu podłużnym i poprzecznym.

Słowa kluczowe

EN

dinting loader; centre of gravity; critical mass; broken rock

PL

ładowarka do pobierki spągu; środek ciężkości; masa krytyczna; urobek

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 62, no. 3
• Strony: 531--543
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., fot., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Remiorz E.

• Silesian University of Technology, Faculty of Mining and Geology, Department of Electrical Engineering and Control in Mining, 2 Akademicka Str., 44-100 Gliwice, Poland

Bibliografia

• [1] Acaroglu O., Ergin H., 200 6. A new method to evaluate roadheader operational stability. Tunneling and Underground Space Technology 21, 2, 172-179.
• [2] Borkowski W., Konopka S., Prochowski L., 1996. Dynamika maszyn roboczych. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa.
• [3] Dolipski M., Cheluszka P., 1999. Dynamic model of a roadheader’s cutting system which incorporates transverse cutter heads. Arch. Min. Sci. 44, 1, 113-146.
• [4] Dolipski M., Cheluszka P., Remiorz E., Sobota, P., 2009. Problemy stateczności masz yn górniczych na podwoziu gąsienicowym. Work Safety and Environmental Protection in Mining 184, 12, 7-12.
• [5] Dolipski M., Cheluszka P., Sobota P., 2013. The Relevance of the Rotational Speed of Roadheader Cutting Heads According to the Energy Consumption of the Cutting Process. Arch. Min. Sci. 58, 1, 3-19.
• [6] Dolipski M., Sobota P., 1998. Badania zmiany położenia środ ka ciężkości kombajnu chodnikowego. Maszyny Górnicze 16, 1, 23-29.
• [7] Dolipski M., Sobota P., Cheluszka P., 1998. Stateczność kombajnu chodnikowego. Przegląd Górniczy 54, 4, 10-18.
• [8] Ergin H., Acaroglu O., 2005. The effect of cutting head shapes on roadheader stability. Mining Technology 114, 3, 140-146.
• [9] Ergin H., Acaroglu O., 2007. The effect of machine design parameters on the stability of a roadheader. Tunnelling and Underground Space Technology 22, 1, 80-89.
• [10] Gospodarczyk P., Kotwica K., Stopka G., 2013. A new generation mining head with disc tool of complex trajectory. Arch. Min. Sci. 58, 4, 985-1006.
• [11] Kotwica K., 2011. The influence of water assistance on the character and degree of wear of cutting tools applied in roadheaders. Arch. Min. Sci. 56, 3, 353-374.
• [12] Telford W.M., Geldart L.P., Sheriff R.E., 1990. Applied Geophysics. Second Edition. Cambridge Univ. Press, Cambridge.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017)