Samojezdne maszyny górnicze zasilane bateryjnie

• Autorzy: Kozłowski Artur , Bołoz Łukasz , Czajkowski Andrzej , Ostapów Lesław

Warianty tytułu

EN

Battery powered underground mining machines

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W przedmiotowym artykule przedstawiono dwie samojezdne elektryczne maszyny górnicze zasilane bateryjnie, przeznaczone do pracy w warunkach polskiej kopalni rud miedzi. Obecnie w górnictwie światowym obserwuje się rosnące zainteresowanie maszynami elektrycznymi zasilanymi bateryjnie, które zastępują rozwiązania napędzane silnikami spalinowymi. W wyniku współpracy firmy Mine Master, Sieci Badawczej Łukasiewicz – Instytutu Technik Innowacyjnych EMAG oraz AGH w Krakowie zrealizowano szereg prac, które pozwoliły w rezultacie na wyprodukowanie dwóch zupełnie nowych maszyn. W celu opracowania wymagań i założeń do projektowanych układów napędowych z zasilaniem bateryjnym przeprowadzono badania dołowe istniejących maszyn spalinowych. Wykorzystując wyniki tych badań, opracowano układy zasilania oraz algorytmy sterowania, które zostały zweryfikowane w środowisku wirtualnym. Następnie opracowano i wykonano laboratoryjne stanowisko badawcze, na którym przeprowadzono walidację układów zasilania i algorytmów sterowania. Podczas badań sprawdzono wszystkie możliwe sytuacje, w których bateria jest rozładowywana w wyniku jazdy lub pracy oraz ładowana z sieci kopalnianej lub energią odzyskaną podczas hamowania. Na stanowisku badawczym zasymulowano również niepożądane sytuacje, jak wahania napięcia zasilana czy ograniczenie mocy ładowania. Uzyskano pozytywne wyniki testów. Finalnie układy zasilania wraz z algorytmami sterowania zostały zaimplementowane i sprawdzone w wyprodukowanych maszynach bateryjnych, podczas prób ruchowych.

EN

This article discusses the work which resulted in the development of two battery-powered self-propelled electric mining machines intended for operation in the conditions of a Polish copper ore mine. Currently, the global mining industry is seeing a growing interest in battery-powered electric machines, which are replacing solutions powered by internal combustion engines. The cooperation of Mine Master, Łukasiewicz Research Network - Institute of Innovative Technologies EMAG and AGH University of Science and Technology allowed carrying out a number of works which resulted in the production of two completely new machines. In order to develop the requirements and assumptions for the designed battery-powered propulsion systems, underground tests of the existing combustion machines were carried out. Based on the results of these tests, power supply systems and control algorithms were developed and verified in a virtual environment. Next, a laboratory test stand for validating power supply systems and control algorithms was developed and constructed. The tests were aimed at checking all possible situations in which the battery gets discharged as a result of the machine’s ride or operation, and when it is charged from the mine’s mains or with energy recovered during braking. Simulations of undesirable situations, such as fluctuations in the supply voltage or charging power limitation, were also carried out at the test stand. Positive test results were obtained. Finally, the power supply systems along with control algorithms were implemented and tested in the produced battery-powered machines during operational trials. The power systems and control algorithms are universal enough to be implemented in two different types of machines.

Słowa kluczowe

PL

napęd bateryjny; zasilanie bateryjne; samojezdne maszyny górnicze; elektryczne maszyny górnicze; wóz wiercący; wóz kotwiący

EN

battery drive; battery power; supply mining machines; electric mining machines; control algorithms; drilling rig; bolting rig

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Górnictwa
• Czasopismo: Przegląd Górniczy
• Rocznik: 2021
• Tom: T. 77, nr 10-12
• Strony: 44--53
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., fot., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kozłowski Artur

• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Technik Innowacyjnych EMAG

autor

Bołoz Łukasz

• AGH, Katedra Inżynierii Maszyn i Transportu

autor

Czajkowski Andrzej

• Mine Master Spółka z o.o.

autor

Ostapów Lesław

• Mine Master Spółka z o.o.

Bibliografia

• [1] Aramine . 2021 – Aramine battery loader, https://www.aramine.com/produit/mini-loader-l140b/, (dostęp 05.10.2021).
• [2] Artisan Vehicles . 2021 – Artisan Vehicles battery machines, https://www.artisanvehicles.com/, (dostęp 05.10.2021).
• [3] Biały W., Bołoz Ł., Sitko J. 2021 – Mechanical processing of hard coal as a source of Noise pollution. Energies, 14(1332), pp. 1-14.
• [4] BOŁOZ Ł. 2020 – Digital Prototyping on the Example of Selected Self-Propelled Mining Machines. Multidisciplinary Aspects of Production Engineering, 3(1), pp. 172-183.
• [5] BOŁOZ Ł. 2021 – Światowe trendy w rozwoju podziemnych maszyn górniczych z napędami bateryjnymi, VI Science Symposium (online): Rozwój i eksploatacja maszyn górnictwa podziemnego surowców mineralnych - efekty współpracy przemysłu i nauki.
• [6] Bołoz Ł., Casta ñeda L.F. 2018 – Computer-Aided Support for the Rapid Creation of Parametric Models of Milling Units for Longwall Shearers. Manag. Syst. Prod. Eng., 26, pp. 193-199.
• [7] BOŁOZ Ł., BIAŁY W. 2020 – Automation and Robotization of Underground Mining in Poland. Appl. Sci., 10(7221), pp. 1-14.
• [8] Burd JTJ., Moore EA., Ezzat H., Kirchain R., Roth R. 2020 – Improvements in electric vehicle battery technology influence vehicle lightweighting and material substitution decisions. Applied Energy, 12.
• [9] CAT. 2021 – Cat R1700 XE Features Electric Drive, https://www.oemoffhighway.com/trends/ equipment-launches/mining/press-release/21066468/caterpillar-inc-cat-r1700-xe-features-electric-drive, (dostęp 05.10.2021).
• [10] EPIROC. 2021 – Epiroc – The zero emission fleet, https://www.epiroc.com/en-gr/innovation-and-technology/zero-emission, (dostęp 05.10.2021).
• [11] Fugiel A., Burchart -Korol D., Czaplicka -Kolarz K., Smoliński A. 2017 – Environmental impact and damage categories caused by air pollution emissions from mining and quarrying sectors of European countries, Journal of Cleaner Production, 143, pp. 159-168.
• [12] Guo YJ., Yang ZL., Liu KL., Zhang YH., Feng W. 2021 – A compact and optimized neural network approach for battery state-of-charge estimation of energy storage system, Energies, 219, pp 1-20.
• [13] KOMATSU. 2021a – Komatsu – Joy Battery Haulers. https://mining.komatsu/product-details/battery-haulers, (dostęp 05.10.2021).
• [14] KOMATSU. 2021b – Komatsu – Innovation in hard rock mining from Komatsu, https://mining.komatsu/blog/details/innovation-in-hard-rockmining-from-komatsu, (dostęp 05.10.2021).
• [15] KOZŁOWSKI A., BOŁOZ Ł. 2021 – Design and research on power systems and algorithms for controlling electric underground mining machines powered by batteries, Energy, 14(4060).
• [16] KOZŁOWSKI A., WOJTAS P. 2017 – Systemowe podejście do cyfryzacji w procesach technologicznych w górnictwie. Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk, 99, pp. 47-56.
• [17] Mac Lean Engineering . 2021 – MacLean Engineering – EV Series, https://macleanengineering.com/products/mining/electric-vehicleseries, (dostęp 05.10.2021).
• [18] Miao Y., Hynan P., Jouanne A., Yokochi A. 2019 – Current Li-Ion Battery Technologies in Electric Vehicles and Opportunities for Advancements. Energies, 12, pp. 1-20.
• [19] MINE MASTER. 2021 – Battery Electric Rigs, Mine Master Spółka z o.o., https://www.minemaster.eu/battery-electric-rigs, (dostęp 05.20.2021).
• [20] NORMET. 2021 – Normet – Smart Drive, https://www.normet.com/smartdrive/, (dostęp 05.10.2021).
• [21] Phillips Machine . 2021 – Phillips Machine – battery powered shuttle cars, http://phillipsglobal.us/oem-equipment-2/, (dostęp 05.10.2021).
• [22] Polnik B., Kaczmarczyk K., Niedworok A., Baltes R., Clausen E. 2020 – Energy Recuperation as One of the Factors Improving the Energy Efficiency of Mining Battery Locomotives. Management Systems in Production Engineering, 28(4), pp. 253-258.
• [23] Rafi M. A. H., Rennie R., Larsen J., Bauman J. 2020 – Investigation of Fast Charging and Battery Swapping Options for Electric Haul Truck in Underground Mines. 2020 IEEE Transportation Electrification Conference & Expo (ITEC), Chicago, IL, USA, pp. 1081-1087.
• [24] SANDVIK. 2021 – Sandvik – battery electric machines, https://www.rocktechnology.sandvik/en/search/?q=battery&filter=searchsection%3aproducts, (dostęp 05.10.2021).
• [25] Wentker , M.; Greenwood , M.; Leker , J. A 2019 – Bottom-Up Approach to Lithium-Ion Battery Cost Modeling with a Focus on Cathode Active Materials. Energies, 12(504), pp. 1-18.
• [26] Wojtas P., Kozłowski A., Wojtas M. 2017 – Digitization of Polish mining industry by reducing costs and improving safety and quality of finished product, Mininig - Informatics Automation and Electrical Engineering, 3(531).