New computer simulation procedure of heading face mining process with transverse cutting heads for roadheader automation

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

Identyfikatory

DOI

10.1515/amsc-2017-0007

Warianty tytułu

PL

Nowa procedura komputerowej symulacji procesu urabiania czoła przodku głowicami poprzecznymi dla potrzeb automatyzacji kombajnu chodnikowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The key working process carried out by roadheaders is rock mining. For this reason, the mathematical modelling of the mining process is underlying the prediction of a dynamic load on the main components of a roadheader, the prediction of power demand for rock cutting with given properties or the prediction of energy consumption of this process. The theoretical and experimental investigations conducted point out – especially in relation to the technical parameters of roadheaders used these days in underground mining and their operating conditions – that the mathematical models of the process employed to date have many limitations, and in many cases the results obtained using such models deviate largely from the reality. This is due to the fact that certain factors strongly influencing cutting process progress have not been considered at the modelling stage, or have been approached in an oversimplified fashion. The article presents a new model of a rock cutting process using conical picks of cutting heads of boom-type roadheaders. An important novelty with respect to the models applied to date is, firstly, that the actual shape of cuts has been modelled with such shape resulting from the geometry of the currently used conical picks, and, secondly, variations in the depth of cuts in the cutting path of individual picks have been considered with such variations resulting from the picks’ kinematics during the advancement of transverse cutting heads parallel to the floor surface. The work presents examples of simulation results for mining with a roadheader’s transverse head equipped with 80 conical picks and compares them with the outcomes obtained using the existing model.

PL

Urabianie skał jest zasadniczym procesem roboczym realizowanym przez kombajny górnicze. Modelowanie matematyczne tego procesu stanowi dlatego podstawę predykcji obciążenia dynamicznego głównych podzespołów kombajnu, prognozowania zapotrzebowania mocy do urabiania skał o określonych własnościach oraz jego energochłonności. Prowadzone badania teoretyczne i doświadczalne wskazują, w szczególności w odniesieniu do parametrów technicznych obecnie stosowanych w górnictwie podziemnym kombajnów chodnikowych oraz warunków ich eksploatacji, że wykorzystywane dotychczas modele matematyczne procesu urabiania mają wiele ograniczeń, a uzyskiwane z ich wykorzystaniem wyniki w wielu wypadkach istotnie odbiegają od rzeczywistości. Wynika to z nieuwzględnienia na etapie modelowania pewnych czynników silnie wpływających na przebieg procesu urabiania, bądź traktowanie ich w mocno uproszczony sposób. W artykule zaprezentowano nowy model procesu urabiania skał nożami stożkowymi głowic urabiających wysięgnikowych kombajnów chodnikowych. Istotną nowością w stosunku do dotychczas stosowanych modeli jest zamodelowanie rzeczywistego kształtu skrawów wynikającego z geometrii noży stożkowych oraz uwzględnienie zmienności głębokości skrawów na drodze skrawania poszczególnych noży, wynikającej z kinematyki noży podczas przemieszczaniu poprzecznych głowic urabiających równolegle do spągu. W pracy zamieszczono przykładowe wynik symulacji urabiania głowicą poprzeczną kombajnu chodnikowego wyposażoną w 80 noży stożkowych oraz ich porównanie z wynikami uzyskanymi z wykorzystaniem dotychczas stosowanego modelu.

Słowa kluczowe

EN

roadheader; mining; cutting process modelling; computer simulation

PL

kombajn chodnikowy; urabiane; modelowanie procesu skrawania; symulacja komputerowa

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 62, no. 1
• Strony: 83--104
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Dolipski M.

• Institute of Mining Mechanisation, Faculty of Mining and Geology, Silesian University of Technology, Akademicka 2, 44-100 Gliwice, Poland

autor

Cheluszka P.

• Institute of Mining Mechanisation, Faculty of Mining and Geology, Silesian University of Technology, Akademicka 2, 44-100 Gliwice, Poland

autor

Sobota P.

• Institute of Mining Mechanisation, Faculty of Mining and Geology, Silesian University of Technology, Akademicka 2, 44-100 Gliwice, Poland

autor

Remiorz E.

• Institute of Mining Mechanisation, Faculty of Mining and Geology, Silesian University of Technology, Akademicka 2, 44-100 Gliwice, Poland

Bibliografia

• [1] Cheluszka P., 2012. Metrologia organów roboczych górniczych maszyn urabiających. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice.
• [2] Cheluszka P., 2015. Modeling of the geometry of cuts for purpose of the computer simulation of a point-attack picks cutting process. 34th International Conference “Technical diagnostics of machines and manufacturing equipment DIAGO 2015”, 66-74.
• [3] Cheluszka P., Dziędziel J., 2015. Identyfikacja cech geometrycznych skrawów wykonanych nożami kombajnów górniczych z wykorzystaniem skanera laserowego. Przegląd Górniczy 71, 4, 72-82.
• [4] 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.
• [5] Dolipski M., Cheluszka P., 1998. Bestimmung der Form des Schnittkraftverlaufs an Kegelmeißeln von Vortriebsmaschinen. Glückauf-Forschungshefte 59, 4, 123-127.
• [6] Dolipski M., Jaszczuk M., Cheluszka P., Sobota P., 2001. Mathematical modelling of the roadheader’s cutting process. 17th International Mining Congress and Exhibition of Turkey – IMCET 2001, 645-652.
• [7] Evans I., 1984. Basic mechanics of the point-attack pick. Colliery Guardian, May, 189-193.
• [8] Frenyo P., Lange W., 1993. Die Auslegung von Schneidköpfen für optimale Löseleistungen. Glückauf 129, 7, 524-531.
• [9] Haaf J., 1992. Das Verschleiß- und Drehverhalten von Meißeln für Teilschnitt-Vortriebsmaschinen. Diss. TU Clausthal.
• [10] Hekimoglu O.Z., Fowell R.J., 1991. Theoretical and practical aspects of circumferential pick spacing on boom tunnelling machine cutting heads. Mining Science and Technology 13, 3, 257-270.
• [11] Huang H., Lecampion B., Detournay E., 2013. Discrete element modeling of tool-rock interaction I: Rock cutting. Int. Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanicsm 37, 1913-1929.
• [12] Hurt K.G., Evans I., 1981. Point attack tools: an evaluation of function and use for rock cutting. Mining Engineer 140, 234, 673-675.
• [13] Jaime M.C., Gamwo I.K., Lyons, D.K. Lin J.S., 2010. Finite Element Modeling of Rock Cutting. 44th U.S. Rock Mechanics Symposium and 5th U.S.-Canada Rock Mechanics Symposium, 1085-1092.
• [14] Jamie M.C., 2011. Numerical modeling of rock cutting and its associated fragmentation process using the finite element method. Diss. University of Pittsburgh.
• [15] Knissel W., Mertens V., Kleinert H.-W., Mittmann M., 1984. Verfahren zur Auslegung und Optimierung der Schneidköpfe von Teilschnitt-Vortriebsmaschinen. Glückauf 120, 23, 1534-1539.
• [16] Knissel W., Wiese F., 1981. Möglichkeiten zur Verbesserung des Lösevorgangs von Teilschnitt-Vortriebsmaschinen. Glückauf 117, 20, 1360-1366.
• [17] Kui-Dong G., Chang-Long D., Song-Yong L., 2012. An empirical mathematic model of drums cutting torque. Journal of Theoretical and Applied Information Technology 46, 2, 785-789.
• [18] Mahnert U., Gerhardt H., Bellmann A., 1988. Untersuchungen zur Gesteinszerspannung mit Rundschaftmeißeln im Hinblick auf die rechnergestützte Meißelbestückung und dimensionierung von Teilschnittgewinnungsorganen. Neue Bergbautechnik 18, 10, 375-381.
• [19] Mahnert U., Gerhardt H., Bellmann A., 1990. Rechnergestützte Optimierung der Arbeitsweise von Schneidköpfen an Teilschnitt-Vortriebsmaschinen. Glückauf-Forschungshefte 51, 6, 277-282.
• [20] Rojek J., Labra C., Oñate E., 2010. Discrete element simulation of rock cutting processes. 10th International Conference “Modern building materials, structures and techniques”, 1040-1044.
• [21] Rostami J., Ozdemir L., Neil D., 1994. Roadheaders performance optimization for miting and civil construction. 13th Annual Technical Conference, Institute of Shaft Drilling Technology, 1-17.
• [22] Shenghua Y., 2004. Simulation of rock cutting by the finite element method. International ANSYS conference proceedings, 61-71.
• [23] Sobota P., 2015. The impact of the roadheader boom settings and pics position on the cutting depth. 34th International Conference “Technical diagnostics of machines and manufacturing equipment DIAGO 2015”, 249-257.
• [24] Tiryaki B., Ayhan M., Hekimoglu O.Z., 2001. A new computer program for cutting head design of roadheaders and drum shearers. 17th International Mining Congress and Exhibition of Turkey – IMCET 2001, 655-662.
• [25] Vorona M., 2012. Optimierung des Schneidprozesses und Prognose der relevanten Arbeitsgrößen bei der Gesteinszerstörung unter Berücksichtigung des Meißelverschleißes. Diss. TU Bergakademie Freiberg.
• [26] Wiese H.-F., 1982. Grundlagenuntersuchung zur Optimierung der Lösearbeit von Teilschnitt-Vortirebsmaschinen mit Querschneidkop. Diss. TU Clausthal.
• [27] Xiang Ping Tang, Duan Yi Wang, 2014. Predication of rock cutting force of conical pick base on RBF Neural Network. Aplied Mechanics and Materials, 501-504, 92-95.
• [28] Xueyi Li, Binbing Huang, Chaochao Li, Shoubo Jiang, 2012. Dynamics Analysis on Roadheader Cutting Head Based on LS-DYNA. Journal of Convergence Information Technology 7, 23, 333-340.

Uwagi

PL

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