Modelling the dynamics of a drive of boom-type roadheader cutting heads at adjustable angular speed

• Autorzy: Cheluszka P. , Kaula R. , Heyduk A. , Gawlik J.

Identyfikatory

DOI

10.24425/118894

Warianty tytułu

PL

Modelowanie dynamiki napędu głowic urabiających wysięgnikowego kombajnu chodnikowego z regulowaną prędkością kątową

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents a dynamic model of a drive system of cutting heads of a boom-type roadheader equipped with an inverter system. Such roadheaders are used in underground mining for the mechanised drilling of roadways and for tunnelling in civil engineering. If the created mathematical model takes into account the electromagnetic effects accompanying the work of an asynchronous motor and an adjustable source of the motor power supply (inverter), dynamic effects can be simulated in the drive system working at different, angular velocities of cutting heads with stepless adjustment. The created mathematical model was implemented in Matlab/Simulink environment. The so established simulation model allows to perform numerical investigations, in particular for the purpose of optimisation of the values of the cutting process parameters, including the selection of cutting heads’ angular speed in the aspect of reducing dynamic loads and minimising the energy consumption of the cutting process. The representation of the inverter system dynamics allows to analyse the dynamic loads of all the key elements of the drive of the cutting heads – a drive motor, the parts of the system of power transmission onto cutting heads, equipped with a multistage transmission gear, and (allows) to examine the behaviour of an inverter system in its different operational modes.

PL

W artykule przestawiono model dynamiczny układu napędowego głowic urabiających wysięgnikowego kombajnu chodnikowego wyposażonego w układ przekształtnikowy. Kombajny tego rodzaju stosowane są w górnictwie do zmechanizowanego drążenia wyrobisk korytarzowych oraz tuneli w budownictwie inżynieryjnym. Uwzględnienie w opracowanym modelu matematycznym zjawisk elektromagentycznych towarzyszących pracy silnika asynchronicznego oraz sterowanego źródła zasilania silnika (falownika) pozwala na symulowanie zjawisk dynamicznych w układzie napędowym pracującym przy różnych, regulowanych bezstopniowo prędkościach kątowych głowic urabiających. Utworzony model matematyczny został zaimplementowany w środowisku Matlab/Simulink. Uzyskany w ten sposób model symulacyjny pozwala na realizację badań numerycznych, między innymi dla potrzeb optymalizacji wartości parametrów procesu urabiania, w tym doboru prędkości kątowej głowic urabiających w aspekcie redukcji obciążeń dynamicznych i minimalizacji energochłonności procesu urabiania. Odwzorowanie dynamiki układu przekształtnikowego umożliwia analizę obciążeń dynamicznych wszystkich kluczowych elementów napędu głowic urabiających – silnika napędowego, elementów układu przeniesienia napędu na głowice urabiające wyposażonego w wielostopniową przekładnię zębatą oraz badanie zachowania się układu przekształtnikowego w różnych stanach jego pracy.

Słowa kluczowe

EN

roadheader; cutting system; inverter system; speed adjustment; mathematical model; dynamics simulation

PL

kombajn chodnikowy; układ urabiania; układ przekształtnikowy; regulacja prędkości; model matematyczny; symulacja dynamiki

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 63, no. 1
• Strony: 183--204
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., fot., rys., wykr.

Twórcy

autor

Cheluszka P.

• Silesian University of Technology, Falculty Mining and Geology, Department of Mining Mechanization and Robotisation, 2 Akademicka Str., 44-100 Gliwice, Poland

autor

Kaula R.

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

autor

Heyduk A.

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

autor

Gawlik J.

• Silesian University of Technology, Falculty Mining and Geology, Department of Mining Mechanization and Robotisation, 2 Akademicka Str., 44-100 Gliwice, Poland

Bibliografia

• [1] Bishop R.H. (ed.), 2002. The Mechatronics Handbook. CRC Press, Boca Raton – London – New York – Washington, D.C.
• [2] Cheluszka P., 2015. Modeling of the geometry of cuts for purpose of the computer simulation of a point-attack picks cutting process. Technicka Diagnostika, 24, 1, 66-74.
• [3] Clarke E., 1943. Ci rcuit Analysis of A-C Power Systems. Symmetrical and related components. Wiley, New York.
• [4] Dolipski M., 1993. Dynamic model of coal plough. Archives of Mining Sciences, 38, 3, 315-330.
• [5] Dolipski M., Cheluszka P., 1999. Dynamic model of a roadheader’s cutting system with incorporates transverse cutter heads. Archives of Mining Sciences, 44, 1, p.113-146.
• [6] Dolipski M., Cheluszka P., Sobota P., 2014. Numerical tests of roadheader’s boom vibrations. Vibrations in Physical Systems, 26, 65-72.
• [7] Dolipski M., Cheluszka P., Sobota P., 2015. Investigating the simulated control of the rotational speed of roadheader cutting heads relating to the reduction of energy consumption during the cutting process. Journal of Mining Science, 51, 2, 298-308, DOI: 10.1134/S106273911502012X.
• [8] Hand L.N., Finch J.D., 1998. Analytical Mechanics. Cambridge University Press, Cambridge.
• [9] Kessler F., Siebenhofer G., Zitz A., 1989. Untersuchung des dynamischen Verhaltens eines Doppelschneidantriebes mit Ausgleichswelle am Beispiel eines Continuous Miners. DYNAMACH’89 Conference Proceedings, 93-105.
• [10] Matlab on-line docum entation, 2016. Power_AsynchronousMachineParams. The Mathworks Inc.: MATLAB Release 2012a, available at http://www.mathworks.com.
• [11] Park R.H., 1929. Two reaction theory of synchronous machines. Transactions of the AIEE, 48, 716-730.
• [12] Pedra J., Candela I., Sainz L., 2009. Modelling of squirrel-cage induction motors for electromagnetic transient programs. IET Electr. Power Appl., 3, 2, 111-122.
• [13] Suresh L., Mahesh K. , Janardhna M., Mahesh M., 2014. Simulation of Space Vector Pulse Width Modulation for Voltage Source Inverter using MatLab/Simulink. Journal of Automation & Systems Engineering, 8-3, 133-140.
• [14] Wang F., Gao Y., Zhang F., 2015. Research of trajectory tracking strategy of roadheader cutting head using ILC. Proceedings of the 2015 Chinese Intelligent Systems Conference, 2, 35-44.
• [15] Wei X.H., Xie M., 2012. Dynamic Analysis on the Longitudinal Roadheader’s Cutting System. Advanced Materials Research, 619, 160-163, DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.619.160.
• [16] Xiang X., Zhuo J., L uo Z., Wang S., 2010. Transient simulation of double-cage induction motors under power source reversal connections braking. Proceedings of the International Conference on Electrical and Control Engineering, 4502-4505.
• [17] Zhou K.L., Wang D.W. , 2002. Relationship between space-vector modulation and three-phase carrier-based PWM. A comprehensive analysis. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 49, 1, 186-192.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018)