Significance of cutting process parameters as related to improving dynamic state of roadheader and minimizing power consumption

• Autorzy: Cheluszka P. , Dolipski M. , Sobota P.

Identyfikatory

DOI

10.7494/miag.2017.2.530.59

Warianty tytułu

PL

Znaczenie parametrów procesu urabiania w aspekcie poprawy stanu dynamicznego kombajnu chodnikowego oraz minimalizacji zapotrzebowania mocy

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

The process of mechanical excavation, especially that of hard rocks, is very dynamic. This results in heavy loads and vibrations in the cutting system of a roadheader, the drive units of the mechanism related to the excavation process, and the load-carrying structure of the roadheader. The ad verse dynamic state that stems from excessive dynamic loads or even overloading will cause a high failure rate in the roadheader and low efficiency of its operational process (high energy consumption, low productivity), thus leading to high costs of driving tunnels using the mining method involving roadheaders. This article presents selected results of extensive computer studies on the impact of cutting process conditions on the dynamic state of a boom-type roadheader equipped with transverse cutting heads and on the energy consumed during the excavation process. On one hand, cutting process conditions result from properties of an excavated rock material and, on the other hand, from process parameter values set up during the excavation of tunnels. Simulation studies conducted using experimentally verified mathematical models made it possible to identify relationhips that link dynamic loads of the body of a boom-type roadheader and energy needed for mining to the cutting process parameters of rocks with different compressive strengths. The regulation properties obtained in this way show the possibility of reducing dynamic loads of the roadheader through the proper control of cutting process parameters, including the angular speed of the cutting heads. By equipping the roadheader with a cutting head inverter drive system, it is possible to adjust the speed to the cutting process conditions by changing the supply voltage frequency of an asynchronous motor installed in the roadheader's cutting system.

PL

Proces urabiania mechanicznego (zwłaszcza skał zwięzłych) cechuje się dużą dynamiką. Skutkiem tego jest silne obciążenie i drgania w układzie urabiania kombajnu chodnikowego, napędach mechanizmów związanych z realizacją tego procesu oraz ustroju nośnym kombajnu. Niekorzystny stan dynamiczny wynikający z nadmiernego obciążenia dynamicznego czy nawet przeciążeń będzie prowadzić do zwiększonej awaryjności kombajnu, niskiej efektywności realizowanego przezeń procesu roboczego (wysokiej energochłonności, małej wydajności), a przez to – wysokich kosztów drążenia wyrobisk korytarzowych lub tuneli techniką kombajnową. W artykule zaprezentowano wybrane wyniki obszernych badań komputerowych wpływu warunków realizacji procesu urabiania na stan dynamiczny wysięgnikowego kombajnu chodnikowego oraz moc zużywaną do realizacji procesu urabiania. Warunki realizacji tego procesu wynikają z jednej strony z własności urabialnego ośrodka skalnego, z drugiej zaś – z wartości parametrów procesu, zadanych w trakcie urabiania powierzchni czoła przodku. Przeprowadzone badania symulacyjne z wykorzystaniem zweryfikowanych doświadczalnie modeli matematycznych umożliwiły określenie relacji wiążących obciążenie dynamiczne nadwozia wysięgnikowego kombajnu chodnikowego i moc na urabianie z parametrami procesu urabiania skał o różnej wytrzymałości na ściskanie. Uzyskane w ten sposób charakterystyki regulacyjne wskazują możliwości redukcji obciążeń dynamicznych kombajnu chodnikowego w wyniku odpowiedniego sterowania parametrami procesu urabiania, w tym – prędkością kątową głowic urabiających. Dzięki wyposażeniu kombajnu w napęd przekształtnikowy głowic urabiających możliwe jest dostosowanie (regulacja) tej prędkości do warunków realizacji procesu urabiania przez zmianę częstotliwości napięcia zasilania silnika asynchronicznego zainstalowanego w układzie urabiania kombajnu chodnikowego.

Słowa kluczowe

EN

roadheader; cutting process; dynamics; simulation studies

PL

kombajn chodnikowy; proces urabiania; dynamika; badania symulacyjne

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Mining – Informatics, Automation and Electrical Engineering
• Rocznik: 2017
• Tom: R. 55, nr 2
• Strony: 59--68 [tekst ang.], 69--79 [tekst pol.]
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Cheluszka P.

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

autor

Dolipski M.

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

autor

Sobota P.

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

Bibliografia

• [1] Bartoszek S.: Pozycjonowanie kombajnu chodnikowego w wyrobisku korytarzowym, “Maszyny Górnicze” 2016, 1: 22–35.
• [2] Bickel J.O., Kuesel T.R., King E.H. et al.: Tunnel Engineering Handbook, Kluwer Academic Publishers, Boston – Dordrecht – London 2004.
• [3] Catalina J.C., Artieda J., García A.E., Orteu J.J., Devy M., Mańana R.: Recent developments on the use of computer vision as a face mapping tool, in: Mine Mechanization and Automation, ed. Almgren G., Kumar U., Vagenas N. et al., Wydawnictwo Balkema, Rotterdam 1993: 555–564.
• [4] Cheluszka P., Sobota P., Bujnowska A.: Bench testing of the influence of operating parameters of cutting heads on energy consumption of cutting with roadheader, “Technická Diagnostika” 2017, 1: 75–86.
• [5] Dolipski M., Cheluszka P.: Dynamika układu urabiania kombajnu chodnikowego, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2002.
• [6] Dolipski M., Cheluszka P., Sobota P.: 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” 2015, 2: 298–308.
• [7] Dolipski M., Cheluszka P., Sobota P., Bujnowska A.: Komputerowe badania wpływu parametrów ruchowych głowic urabiających na obciążenie układu urabiania kombajnu chodnikowego, “CUPRUM – Czasopismo Naukowo-Techniczne Górnictwa Rud” 2015, 3: 131–142.
• [8] Jasiulek D., Stankiewicz K., Świder J.: An adaptive control system of roadheader with intelligent modelling of mechanical features of mined rock, “Journal of KONES Powertrain and Transport” 2011, 2: 197–203.
• [9] Jonak J., Gajewski J.: Robotyzacja maszyn roboczych na przykładzie kombajnu chodnikowego, “Transport Przemysłowy i Maszyny Robocze” 2011, 4: 66–69.
• [10] Karaś H.: Why robotics in mining?, International Conference on New Technologies and Policies for Mining and Mining Products “Pushing boundaries beyond – Circular by 2020?”, Dublin; 9th March 2015, http://www.euromines.org/system/ files/events/pushing-boundaries-beyond-circular-2020/08- henryk-karas.pdf.
• [11] Kotwica K., Klich A.: Maszyny i urządzenia do drążenia wyrobisk korytarzowych i tunelowych, ITG KOMAG, Gliwice 2011.
• [12] Larsson J., Appelgren J., Marshall J., Barfoot T.: Atlas Copco Infrastructureless Guidance System for High-Speed Autonomous Underground Tramming, Proceedings of 5th International Conference and Exhibition on Mass Mining, 2008: 585–594.
• [13] Nanda S.K., Dash A.K., Acharya S., Moharana A.: Application of robotics in mining industry: A critical review, “The Indian Mining & Engineering Journal” 2010: 108–112.
• [14] Ocak I., Bilgin N.: Comparative studies on the performance of a roadheader, impact hammer and drilling and blasting method in the excavation of metro station tunnels in Istanbul, “Tunnelling and Underground Space Technology” 2010, 2: 181–187.
• [15] Starczewski Z.: Drgania mechaniczne, Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2010.
• [16] Su Hang, Ning Shurong, Gao Jun: Application of Approximate Iterative Method on Section Precision Forming of Boom – type Roadheader, “The Open Automation and Control Systems Journal” 2015, 7: 1421–1428.
• [17] Vogt D.: A review of rock cutting for underground mining: past, present, and future, “Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy” 2016, 116, 11: 1011–1026.
• [18] Ziętkowski L., Młynarczyk J.: Mechaniczne urabianie skał zwięzłych kombajnami w kopalniach KGHM Polska Miedź S.A., “Inżynieria Maszyn” 2014, 19, 2: 17–27.
• [19] http://www.power-technology.com/projects/tapovan-vishnugad- -hydroelectric-power-plant-uttarakhand/.
• [20] http://www.nvfnorden.org/library/Files/Utskott-och-tema/ Tunnlar/Seminarier-2012-2016/ITA-Island-2015NF_Oct_2029_ _Canada__20East_20and_20West_20Overview.pdf.

Uwagi

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