Model tests of longwall shearer with string feed system

• Autorzy: Bołoz Ł.

Identyfikatory

DOI

10.24425/118885

Warianty tytułu

PL

Badania modelowe kombajnu ścianowego z cięgnowym systemem posuwu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This article concerns model tests of longwall shearer with string feed system. The introduction outlined the problem of exploitation of thin seams, in particular hard coal seams, and briefly described the construction and operation technology of a single-unit shearer with a string feed system for their exploitation. The problem of modeling of longwall machines with such a feed system was presented, as well as the author’s physical and mathematical model of a longwall unitary shearer. Then, for the assumed parameters, model tests were carried out on the dynamics of the longwall shearer together with the string feed system. Comprehensive dynamic tests were carried out for the wall height range from 1.0 m to 1.6 m, length from 180 m to 300 m and taking into account four dimensions of the applied chain. As a result, a number of information was obtained concerning the kinematics of the longwall shearer, its feed along the wall, as well as translations and rotation in relation to particular axes and loadings of particular construction nodes. The most important part are the results of model tests, which together with their interpretation enable verification and optimization of the construction as well as the selection of power of feeder drives and shearer body.

PL

W ostatnich latach kopalnie węgla kamiennego jak i producenci maszyn górniczych coraz więcej uwagi poświęcają możliwości skutecznej eksploatacji cienkich pokładów, czyli o miąższości od 1.0 m do 1.6 m. Sytuacja ta wynika ze znacznej ilość węgla zlokalizowanego w tych pokładach oraz braku odpowiedniego umaszynowienia pozwalającego na ich efektywną eksploatację w warunkach występujących w polskich kopalniach. W związku z tym omówiono innowacyjny kompleks ścianowy do eksploatacji pokładów cienkich. Realizacja prototypu takiego kompleksu, który nie ma odpowiednika wśród istniejących rozwiązań wymagała opracowania modelu fizycznego i matematycznego oraz realizacji badań symulacyjnych. Badania miały na celu przede wszystkim określenie obciążeń działających na poszczególne węzły konstrukcyjne kombajnu oraz napędów posuwu. Badania analityczne oraz symulacyjne są mocno rozwijaną dziedziną, ponieważ oprócz aspektu poznawczego, pozwalają na zminimalizowanie wystąpienia błędów w prototypie. Badania te, dzięki możliwości przetestowania wielu wariantów, również o skrajnych i krytycznych wartościach parametrów wejściowych, są źródłem cennych informacji, które nie są możliwe do uzyskania podczas badań rzeczywistego obiektu. Podczas pracy, na kombajn działa szereg obciążeń wynikających z procesu urabiania organem frezującym, procesu ładowania ładowarką odkładniową, grawitacji, oporów ruchu kombajnu i łańcucha oraz siły z napędów posuwu. Przyjmując szereg akceptowalnych uproszeń opracowano model fizyczny a następnie matematyczny kombajnu jednoorganowego z cięgnowym systemem posuwu. Zapisany, za pomocą równań, model dynamiczny kombajnu z cięgnowym systemem posuwu umożliwił przeprowadzenie badań modelowych w środowisku Matlab. Parametry geometryczne kombajnu oraz jego masę, momenty bezwładności oraz położenie środka ciężkości wyznaczono na podstawie projektu wstępnego kombajnu w programie Autodesk Inventor. Kompleksowe badania dynamiki zrealizowano dla zakresu wysokości ściany od 1.0 m do 1.6 m, długości od 180 m do 300 m oraz przy uwzględnieniu czterech wielkości zastosowanego łańcucha. W rezultacie uzyskano szereg informacji na temat kinematyki kombajnu, jego posuwu wzdłuż ściany oraz translacji i rotacji względem poszczególnych osi oraz obciążenia poszczególnych węzłów konstrukcyjnych. Najważniejszą cześć stanowią wyniki badań modelowych, które wraz z ich interpretacją umożliwiają weryfikację i optymalizację konstrukcji oraz dobór mocy napędów posuwu i organu kombajnu. Szczególnie istotne jest obciążenie działające na płozy kombajnu, ramię ładowarki, zaczepy łańcucha napędowego oraz wał organu urabiającego. Dodatkowo wyznaczono wymaganą siłę napięcia wstępnego łańcucha gwarantującą prawidłową pracę cięgnowego systemu posuwu. Zaproponowane rozwiązanie kombajnu jednoorganowego rozwiązuje szereg problemów związanych eksploatacją omawianych pokładów. Prezentowane rozwiązanie jest konstrukcją nową, znacznie różniącą się od obecnie produkowanych kombajnów ścianowych, stąd wyniki przeprowadzonych badań są kluczowe dla realizacji prototypu maszyny i całego kompleksu.

Słowa kluczowe

EN

thin seams; longwall shearer; analytical loadings tests; model tests; physical and mathematical model of the longwall shearer

PL

cienki pokład; kombajn ścianowy; badania analityczne obciążenia; badania modelowe; model fizyczny kombajnu; model matematyczny kombajnu; obciążenie kombajnu

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 63, no. 1
• Strony: 61--74
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Bołoz Ł.

• AGH Univeristy of Science and Techonology, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, Department of Mining, Dressing and Transport Machines, al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] Biały W., 2014. Coal cutting force measurement system – (CCFM). 14th SGEM GeoConference on Science and Technologies In Geology, Exploration and Mining, SGEM2014 Conference Proceedings, ISBN 978-619-7105-09-4/ISSN 1314-2704 June 17-26, Vol. III, 91-98.
• [2] Biały W., 2016. Determination of workloads in cutting head of longwall tumble heading machine. Management Systems in Production Engineering, 1, 45-54.
• [3] Bołoz Ł., 2016. Kombajnowy kompleks ścianowy przeznaczony do pracy w niskich ścianach. Przegląd Górniczy, 6, 91-98.
• [4] Bołoz Ł., 20 12. Ocena obciążenia jednoorganowego kombajnu ścianowego na podstawie badań analitycznych. Praca doktorska. Kraków, AGH w Krakowie.
• [5] Bołoz Ł., 2013. Uniq ue project of single-cutting head longwall shearer used for thin coal seams exploitation. Archives of Mining Sciences 58, 4, 1057-1070.
• [6] Bołoz Ł., Krauze K., P aszcza H. 2015. Czy warto poszukiwać nowych technologii eksploatacji cienkich pokładów węgla kamiennego w Polsce? Transport Przemysłowy i Maszyny Robocze, 3, 94-99.
• [7] Kotwica K., Mendyka P., Bołoz Ł. i in., 2016. Wybrane problemy urabiania, transportu i przeróbki skał trudnorabialnych. Część 1, Wydawnictwa AGH, Kraków.
• [8] Korzeniowski W., Herezy Ł., 2011. Nowoczesna technologia ścianowej eksploatacji pokładu węgla o miąższości 1,6 m kompleksem strugowym. Przegląd Górniczy, 1-2, 17-24.
• [9] Krauze K., Rączka W., Stopka G., 2017. Design and t est result of the new solution hydraulic roof support for low seams. International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM; ISSN 1314-2704, ISBN: 978-619-7105-00-1. Science and technologies in geology, exploration and mining, vol. 2, Exploration and mining, mineral processing, Sofia, Bulgaria, 189-196.
• [10] Litak G., Syta A., Gajewski J., Jonak J., 2010. Dete cting and identifying non-stationary courses in the ripping head power consumption by recurrence plots. Meccanica, 45, 603-608.
• [11] Midor K., 2017. Innovation in coal mining management as an intelligent specialization. Production Engineering Archives 15, 41-44.
• [12] Prostański D., 2012. Dust control with use of air-water spraying system. Archives of Mining Sciences 4, 975-990.
• [13] Vanek M., Bora P., 2017. Maruszewska E.W., Kasparkova A., 2017. Benchmarking of mining companies extracting hard coal in the Upper Silesian Coal Basin. Resources Policy 53, 378-383.
• [14] Zasadzień M., Midor K., 2015. Innovative application of quality management tools in a hard coal mine. 15th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2015. Science and technologies in geology, exploration and mining. 3, Exploration and mining, applied and environmental geophysics. Sofia : STEF92 Technology, 415-421.

Uwagi

PL

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