Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wykorzystanie systemów wizyjnych w technologiach zrobotyzowanych

Cheluszka P., Jagieła-Zając A.

Systemy Wspomagania w Inżynierii Produkcji

|

2018

|

Vol. 7, iss. 2

28--41

PL

W artykule dokonano przeglądu rozwiązań systemów wizyjnych na stanowiskach zrobotyzowanych. Zaprezentowano urządzenia wchodzące w skład takiego systemu. Dokonano klasyfikacji systemów wizyjnych ze względu na rodzaj rejestrowanego obrazu oraz ze względu na rozmieszczenie kamery lub kamer na stanowisku roboczym. Omówiono możliwości systemów wizyjnych w zależności od konfiguracji sprzętowej. Przedstawiono przebieg procesu wizyjnego rozpoczynając od akwizycji obrazu. Omówiono stosowane metody przetwarzania i analizy obrazu pochodzącego z kamer systemu wizyjnego. Pokazano także przykładowe aplikacje zrealizowane z wykorzystaniem systemów wizyjnych.

EN

The article presents an issue related to the use of vision systems at robotic stands. Devices included in such a system have been presented. The classification of vision systems was made due to the type of image being recorded and due to the location of the camera or cameras at the workstation. The capabilities of vision systems are discussed depending on the hardware configuration. The course of the video process was presented starting from image acquisition. The methods of image processing and analysis originating from video camera cameras are discussed. Also shown are examples of applications implemented using vision systems.

2

Porównanie charakterystyk energetycznych urabiania kombajnem chodnikowym z głowicami poprzecznymi o zróżnicowanej konstrukcji

Cheluszka P., Sobota P., Głuszek G.

Przegląd Górniczy

|

2018

|

T. 74, nr 3

59--70

PL

W Katedrze Mechanizacji i Robotyzacji Górnictwa Wydziału Górnictwa i Geologii Politechniki Śląskiej prowadzone są badania doświadczalne obejmujące urabianie bloku wykonanego z materiałów ekwiwalentnych kombajnem R–130 zainstalowanym na stanowisku badawczym. Wykonywanie skrawów równoległych do podłoża realizowane jest podczas wychylania wysięgnika kombajnu wyposażonego w głowice poprzeczne o zróżnicowanej konstrukcji. Kombajn chodnikowy wyposażony jest w układ pomiarowy rejestrujący parametry procesu urabiania. Dla potrzeb analizy obciążenia układu urabiania kombajnu chodnikowego z zarejestrowanych podczas realizacji procesu urabiania przebiegów czasowych wyznaczono prędkość wychylania wysięgnika w płaszczyźnie równoległej do podłoża, moc mechaniczną silnika układu urabiania, wydajność, energochłonność urabiania oraz wskaźniki charakteryzujące proces urabiania. Dla wybranych skrawów przeanalizowano wpływ prędkości kątowej dwóch głowic o różnej konstrukcji na charakterystyki energetyczne procesu urabiania.

EN

The Department of Mining Mechanization and Robotization of the Faculty of Mining and Geology of the Silesian University of Technology conducts experimental research covering cutting of a block made of equivalent materials using R–130 roadheader installed on a test station. Cuts parallel to the floor are carried out during swinging of a boom of a roadheader equipped with transverse cutting heads of varied construction. A roadheader is equipped with a measuring system which is recording the parameters of the cutting process. For the purposes of the analysis of a roadheader cutting system load on the basis of time lines registered during the cutting process, the speed of a boom deflection in the plane parallel to the floor, cutting system engine mechanical power, efficiency, cutting energy consumption and indicators characterizing the cutting process have been determined. The impact of angular velocity of two cutting heads of different constructions on the cutting process energy characteristics has been analyzed for selected cuts.

3

Komputerowa analiza drgań na stanowisku operatora kombajnu chodnikowego w aspekcie ergonomii i bezpieczeństwa

Cheluszka P., Gawlik J.

Przegląd Górniczy

|

2018

|

T. 74, nr 3

48--58

PL

Zagadnienie wibroizolacji stanowisk pracy operatorów maszyn ma istotne znaczenie w świetle wymagań wynikających ze spełnienia obowiązujących norm z zakresu ergonomii i higieny pracy. Dotyczy to również maszyn górniczych, w tym – kombajnów chodnikowych. Silnie dynamiczny charakter realizowanego przezeń procesu roboczego sprawia, że intensywne drgania przenoszone są poprzez węzły konstrukcyjne na stanowisko operatora. W celu ograniczenia narażenia operatora na drgania niezbędne jest określenie wielkości i charakteru tych drgań w aspekcie dziennej ekspozycji na drgania oraz występowanie w ich spektrum szkodliwych, niebezpiecznych dla człowieka składowych. Identyfikacja wpływu procesu roboczego na intensywność drgań oraz określenie możliwości ich redukcji, a także określenie wymaganych charakterystyk leży u podstaw doboru układu wibroizolacji stanowiska operatora. W artykule przedstawiono wybrane wyniki obszernych badań komputerowych, które pozwoliły na ocenę stopnia narażenia operatora wysięgnikowego kombajnu chodnikowego na drgania. W przebiegach przyspieszenia drgań wyodrębnione zostały główne ich składowe, których częstotliwości skonfrontowane zostały z częstotliwościami rezonansowymi organów człowieka. Pokazany został wpływ wartości parametrów procesu urabiania na wartość skuteczną oraz dzienną ekspozycję na drgania. Określone zostały możliwości redukcji drgań poprzez dobór własności tłumiących mocowania siedziska operatora kombajnu. W badaniach symulacyjnych wykorzystany został oryginalny, zweryfikowany doświadczalnie model matematyczny wysięgnikowego kombajnu chodnikowego z głowicami poprzecznymi.

EN

The issue of vibration isolation of machine operator working stations is significant in terms of requirements resulting from meeting the applicable standards of ergonomics and occupational health. This also applies to mining machines, including roadheaders. Due to the highly dynamic nature of the working process executed by the machine, intense vibrations are transmitted via construction nodes to the operator station. In order to limit the exposure of the operator to vibrations, it is necessary to determine the magnitude and nature of those vibrations in terms of daily exposure to vibrations and their occurrence in the spectrum of components which are harmful and dangerous for a human. Identification of the impact of the working process on the intensity of vibrations and determination of possibilities to reduce them, as well as determination of required characteristics, constitute a basis for selection of a operator station’s vibration insulation system. This paper presents selected results of extensive computer studies, which allowed to assess the degree of exposure of a boom roadheader operator to vibrations. In the waveforms of acceleration of vibrations, their main components have been isolated, the frequencies of which have been confronted with resonance frequencies of human organs. The results showed the impact of the values of parameters of the cutting process on the effective value and daily exposure to vibrations. The possibilities to reduce vibrations by selecting damping properties of mounting the roadheader operator’s seat have been determined. The simulation research used the original, experimentally verified mathematical model of boom roadheader with transverse cutting heads.

4

Experimental investigation of dynamic impact of roadheader on floor

Cheluszka P., Sobota P., Głuszek G.

Mining – Informatics, Automation and Electrical Engineering

|

2018

|

R. 56, nr 1

17--27

EN

This article presents the selected results of experimental examinations performed on the test stand in the Technological Hall of the Faculty of Mining and Geology at the Silesian University of Technology in which an R-130 roadheader (by Famur S.A.) is installed. During the examinations, the courses of dynamic load were determined in the points of the roadheader’s boom support during its operation. In order to determine the impact of the cutting process on the strengths transferred onto the floor, the distribution of the static load of the roadheader’s supports caused by its own weight with its changing center of gravity caused by the boom deflecting were determined. During the examinations, the size and nature of the dynamic impact of the roadheader on the floor in its support points while cutting the surface of the block made of equivalent materials (cement and sand masses) of various uniaxial compressive strength (UCS) was determined experimentally. The nature of the roadheader’s chassis vibrations caused by cutting as well as the changeability of the location of its anchorage point with the movement of the cutting heads on the surface being mined result in high load fitfully in the roadheader’s support points. The dynamic impact of the roadheader on the floor also has a strongly dynamic character.

PL

W artykule przedstawiono wybrane wyniki badań eksperymentalnych zrealizowanych na stanowisku badawczym w Hali Technologicznej Wydziału Górnictwa i Geologii, na którym zainstalowany jest kombajn chodnikowy R-130 (prod. Famur S.A.). W trakcie tych badań wyznaczone zostały przebiegi obciążenia dynamicznego w punktach podparcia wysięgnikowego kombajnu chodnikowego podczas realizacji przezeń procesu roboczego. W celu określenia wpływu procesu urabiania na siły przenoszone na podłoże wyznaczono rozkład obciążenia statycznego podpór kombajnu od ciężaru własnego przy zmieniającym się położeniu jego środka ciężkości spowodowanym wychylaniem wysięgnika. W trakcie badań wyznaczono doświadczalnie wielkość oraz charakter oddziaływania dynamicznego kombajnu na podłoże w punktach jego podparcia podczas urabiania powierzchni bloku wykonanego z materiałów ekwiwalentnych (mas cementowo-piaskowych) o różnej wytrzymałości na ściskanie. Charakter wymuszenia drgań nadwozia kombajnu od urabiania oraz zmienność położenia jego punktu zaczepienia w miarę przemieszczania głowic urabiających po urabianej powierzchni skutkują dużą nierównomiernością obciążenia w punktach podparcia kombajnu. Oddziaływanie dynamiczne kombajnu na podłoże ma przy tym silnie dynamiczny charakter.

5

Doświadczalne badania oddziaływania dynamicznego kombajnu chodnikowego na podłoże

Cheluszka P., Sobota P., Głuszek G.

Mining – Informatics, Automation and Electrical Engineering

|

2018

|

R. 56, nr 1

28--38

PL

W artykule przedstawiono wybrane wyniki badań eksperymentalnych zrealizowanych na stanowisku badawczym w Hali Technologicznej Wydziału Górnictwa i Geologii, na którym zainstalowany jest kombajn chodnikowy R-130 (prod. Famur S.A.). W trakcie tych badań wyznaczone zostały przebiegi obciążenia dynamicznego w punktach podparcia wysięgnikowego kombajnu chodnikowego podczas realizacji przezeń procesu roboczego. W celu określenia wpływu procesu urabiania na siły przenoszone na podłoże wyznaczono rozkład obciążenia statycznego podpór kombajnu od ciężaru własnego przy zmieniającym się położeniu jego środka ciężkości spowodowanym wychylaniem wysięgnika. W trakcie badań wyznaczono doświadczalnie wielkość oraz charakter oddziaływania dynamicznego kombajnu na podłoże w punktach jego podparcia podczas urabiania powierzchni bloku wykonanego z materiałów ekwiwalentnych (mas cementowo-piaskowych) o różnej wytrzymałości na ściskanie. Charakter wymuszenia drgań nadwozia kombajnu od urabiania oraz zmienność położenia jego punktu zaczepienia w miarę przemieszczania głowic urabiających po urabianej powierzchni skutkują dużą nierównomiernością obciążenia w punktach podparcia kombajnu. Oddziaływanie dynamiczne kombajnu na podłoże ma przy tym silnie dynamiczny charakter.

EN

This article presents the selected results of experimental examinations performed on the test stand in the Technological Hall of the Faculty of Mining and Geology at the Silesian University of Technology in which an R-130 roadheader (by Famur S.A.) is installed. During the examinations, the courses of dynamic load were determined in the points of the roadheader’s boom support during its operation. In order to determine the impact of the cutting process on the strengths transferred onto the floor, the distribution of the static load of the roadheader’s supports caused by its own weight with its changing center of gravity caused by the boom deflecting were determined. During the examinations, the size and nature of the dynamic impact of the roadheader on the floor in its support points while cutting the surface of the block made of equivalent materials (cement and sand masses) of various uniaxial compressive strength (UCS) was determined experimentally. The nature of the roadheader’s chassis vibrations caused by cutting as well as the changeability of the location of its anchorage point with the movement of the cutting heads on the surface being mined result in high load fitfully in the roadheader’s support points. The dynamic impact of the roadheader on the floor also has a strongly dynamic character.

6

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

Cheluszka P., Kaula R., Heyduk A., Gawlik J.

Archives of Mining Sciences

|

2018

|

Vol. 63, no. 1

183--204

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.

7

Excavation of a layered rock mass with the use of transverse cutting heads of a roadheader in the light of computer studies

Cheluszka P.

Archives of Mining Sciences

|

2018

|

Vol. 63, no. 4

871--890

EN

Rock excavation is a basic technological operation during tunnelling and drilling roadways in underground mines. Tunnels and roadways in underground mines are driven into a rock mass, which in the particular case of sedimentary rocks, often have a layered structure and complicated tectonics. For this reason, rock strata often have highly differentiated mechanical properties, diverse deposition patterns and varied thicknesses in the cross sections of such headings. In the field of roadheader technology applied to drilling headings, the structure of a rock mass is highly relevant when selecting the appropriate cutting method for the heading face. Decidedly differentiated values of the parameters which describe the mechanical properties of a particular rock layer deposited in the cross section of the drilled tunnel heading will influence the value and character of the load on the cutting system, generated by the cutting process, power demand, efficiency and energy consumption of the cutting process. The article presents a mathematical modelling process for cutting a layered structure rock mass with the transverse head of a boom-type roadheader. The assumption was made that the rock mass being cut consists of a certain number of rock layers with predefined mechanical properties, a specific thickness and deposition pattern. The mathematical model created was executed through a computer programme. It was used for analysing the impact deposition patterns of rock layers with varied mechanical properties, have on the amount of cutting power consumed and load placed on a roadheader cutting system. The article presents an example of the results attained from computer simulations. They indicate that variations in the properties of the rock cut – as cutting heads are moving along the surface of the heading face – may have, apart from multiple other factors, a significant impact on the value of the power consumed by the cutting process.

PL

Urabianie skał jest podstawową operacją technologiczną podczas drążenia tuneli oraz wyrobisk korytarzowych w kopalniach podziemnych. Tunele w budownictwie inżynieryjnym oraz wyrobiska korytarzowe w kopalniach podziemnych drążone są w górotworze, który szczególnie w przypadku skał osadowych ma budowę warstwową o niejednokrotnie tektonice. Stąd, w przekroju poprzecznym tego rodzaju wyrobisk występują warstwy skalne o niejednokrotnie silnie zróżnicowanych własnościach mechanicznych, różnym sposobie zalegania oraz miąższości. W technologii kombajnowej budowa górotworu ma istotne znaczenie ze względu na odpowiedni dobór sposobu urabiania powierzchni czoła przodku. Duże zróżnicowanie wartości parametrów opisujących własności mechaniczne poszczególnych warstw skalnych zalegających w przekroju poprzecznym drążonego tunelu czy wyrobiska korytarzowego wpływać będzie przy tym istotnie na wielkość i charakter obciążenia dynamicznego układu urabiania generowanego procesem urabiania, zapotrzebowanie mocy, wydajność i energochłonność urabiania. W artykule omówiono sposób modelowania matematycznego procesu urabiania górotworu o budowie warstwowej głowicą poprzeczną wysięgnikowego kombajnu chodnikowego. Założono, iż urabiany masyw skalny złożony jest z pewnej liczby warstw skalnych o zadanych własnościach mechanicznych, określonej miąższości oraz sposobie zalegania. Utworzony model matematyczny zaimplementowany został w programie komputerowym. Wykorzystany on został do analizy wpływu sposobu zalegania warstw skalnych o zróżnicowanych własnościach mechanicznych na przebieg obciążenia układu urabiania kombajnu chodnikowego oraz moc zużywaną na urabianie. W artykule zaprezentowano przykładowe wyniki symulacji komputerowych. Wskazują one na to, iż zmienność własności urabianych skał w miarę przemieszczania się głowic urabiających po powierzchni czoła przodku, obok wielu innych czynników może mieć silny wpływ na wielkość mocy zużywanej do realizacji procesu urabiania.

8

Komputerowa symulacja obciążeń dynamicznych w wybranych węzłach konstrukcyjnych nadwozia wysięgnikowego kombajnu chodnikowego w trakcie realizacji procesu roboczego

Cheluszka P., Gawlik J.

Systemy Wspomagania w Inżynierii Produkcji

|

2017

|

Vol. 6, iss. 2

54--67

PL

Wysięgnikowe kombajny chodnikowe stanowią podstawową grupę maszyn roboczych stosowanych w górnictwie podziemnym węgla kamiennego do drążenia wyrobisk korytarzowych. Proces urabiania, szczególnie skał trudno urabialnych jest źródłem silnych obciążeń dynamicznych, które prowadzić mogą do niskiej efektywności pracy kombajnu oraz awarii głównych jego podzespołów spowodowanych znacznym ich przeciążeniem. Identyfikacja stanu dynamicznego kombajnu chodnikowego podczas realizacji procesu roboczego - maszyny traktowanej jako złożony obiekt dynamiczny - ma dlatego fundamentalne znaczenie z punktu widzenia projektowania tego rodzaju maszyn oraz optymalizacji parametrów realizowanego przezeń procesu. W artykule przedstawiono wybrane wyniki symulacji komputerowych dynamiki nadwozia kombajnu chodnikowego R130 podczas realizacji procesu urabiania skał o zróżnicowanej urabialności. Z sytuacją taką mamy do czynienia powszechnie w przypadku drążenia wyrobisk korytarzowych w górotworze o budowie warstwowej, gdzie skałom łatwo urabialny (takim, jak na przykład węgiel kamienny) towarzyszą skały trudno urabialne (na przykład piaskowce). Zaprezentowano przykładowe charakterystyki dynamiczne napędu mechanizmów wychylania wysięgnika, które odpowiedzialne są, obok napędu głowic urabiających, za skuteczną realizację procesu urabiania. Określona została również wrażliwość napędu mechanizmów wychylania wysięgnika na warunki realizacji procesu urabiania.

EN

Boom-type roadheaders represent the fundamental group of working machines used in underground hard coal mining for drilling of dog headings. The cutting process, especially of rocks with low workability, is causing strong dynamic loads likely to lead to low effectiveness of a roadheader‘s work and to the failure of its key subassemblies due to significant loads exerted on them. The identification of dynamic states of a roadheader body when carrying out the mining process - a machine treated as a complex dynamic object - is therefore of fundamental importance in the context of designing such machines and for optimising the parameters of working processes performed by them. The article presents the selected results of computer simulations of R-130 roadheader body dynamics when carrying out the cutting of rocks with differentiated workability. Such situation is common in drilling dog headings in rock mass with a layered structure, where easily workable rocks (such as for instance hard coal) are accompanied by rocks difficult to work with (for example sandstones). The examples are presented of dynamic characteristics of the drive of boom deflection mechanisms which are responsible, apart from the drive of cutting heads, for performing the cutting process effectively. The sensitivity of the boom deflection mechanism drive to the cutting process implementation conditions was also established.

9

Analityczne wyznaczenie średniej wytrzymałości skrawów wykonywanych poprzecznymi głowicami kombajnu chodnikowego

Cheluszka P., Sobota P., Bujnowska A.

Systemy Wspomagania w Inżynierii Produkcji

|

2017

|

Vol. 6, iss. 2

68--79

PL

Prowadzone w Instytucie Mechanizacji Górnictwa Wydziału Górnictwa i Geologii Politechniki Śląskiej badania możliwości obniżenia energochłonności urabiania przez sterowanie ruchem głowic urabiających obejmują skrawanie bloku wykonanego z materiałów ekwiwalentnych o różnej wytrzymałości na ściskanie zbudowanego z pięciu warstw nachylonych ukośnie w stosunku do spągu. W artykule przedstawiono sposób analitycznego wyznaczenia parametrów geometrycznych skrawów wykonywanych głowicami poprzecznymi kombajnu chodnikowego oraz położenia skrawu względem spągu i osi wzdłużnej kombajnu. Umożliwia to wyznaczenie granicy warstw w przekroju poprzecznym skrawu a tym samym średniej wytrzymałości skały w tym przekroju. Wykonano przykładowe obliczenia średniej wytrzymałości skrawu zrealizowanego na stanowisku badawczym.

EN

The research conducted at the Institute of Mining Mechanisation, Faculty of Mining and Geology, Silesian University of Technology pertaining to reduction of energy consumption of cutting by controlled movement of cutting heads include the cutting of a rock block made of equivalent materials with various compressive strength, made of five layers inclined diagonally in relation to the floor. The article presents a method of analytical determination of geometrical parameters of cuts made with transverse heads of a roadheader and of the cut position relative to the floor and to the boom’s longitudinal axis. This enables to determine the limit of layers in the cut cross section, hence the average compressive strength of rock in this cross section. The examples of calculations of average strength of cut performed on a test station were made.

10

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

Cheluszka P., Dolipski M., Sobota P.

Mining – Informatics, Automation and Electrical Engineering

|

2017

|

R. 55, nr 2

59--68 [tekst ang.], 69--79 [tekst pol.]

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.

11

The anti-resonance criterion in selecting pick systems for fully operational cutting machinery used in mining

Cheluszka P.

Archives of Mining Sciences

|

2017

|

Vol. 62, no. 4

775--793

EN

This article discusses the issue of selecting a pick system for cutting mining machinery, concerning the reduction of vibrations in the cutting system, particularly in a load-carrying structure at work. Numerical analysis was performed on a telescopic roadheader boom equipped with transverse heads. A frequency range of the boom’s free vibrations with a set structure and dynamic properties were determined based on a dynamic model. The main components excited by boom vibrations, generated through the process of cutting rock, were identified. This was closely associated with the stereometry of the cutting heads. The impact on the pick system (the number of picks and their arrangement along the side of the cutting head) was determined by the intensity of the external boom load elements, especially in resonance zones. In terms of the anti-resonance criterion, an advantageous system of cutting head picks was determined as a result of the analysis undertaken. The correct selection of the pick system was ascertained based on a computer simulation of the dynamic loads and vibrations of a roadheader telescopic boom.

PL

W artykule zajęto się zagadnieniem doboru układu noży organów roboczych maszyn urabiających w aspekcie redukcji drgań występujące w układzie urabiania, a w szczególności w jego ustroju nośnym podczas realizacji procesu roboczego. Badania numeryczne zrealizowane zostały na przykładzie wysięgnika teleskopowego kombajnu chodnikowego wyposażonego w głowice poprzeczne. W oparciu o model dynamiczny określone zostały zakresy częstości drgań własnych wysięgnika o zadanej strukturze i własnościach dynamicznych. Dokonana została identyfikacja głównych składowych wymuszenia drgań wysięgnika generowanych procesem urabiania skały, które powiązane zostały ze stereometrią głowic urabiających. Określono wpływ układu noży (liczby noży oraz ich sposobu rozmieszczenia na pobocznicy głowicy urabiającej) na intensywność składowych obciążenia zewnętrznego wysięgnika, szczególnie w jego obszarach rezonansowych. W efekcie zrealizowanych badań określony został korzystny, ze względu na kryterium antyrezonansowe, układ noży na głowicy urabiającej. Poprawność doboru układu noży potwierdzona została w oparciu o symulację komputerową obciążeń dynamicznych i drgań wysięgnika teleskopowego kombajnu chodnikowego.

12

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

Dolipski M., Cheluszka P., Sobota P., Remiorz E.

Archives of Mining Sciences

|

2017

|

Vol. 62, no. 1

83--104

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.

13

Computer modelling of roadheader's body vibration generated by the working process

Cheluszka P., Gawlik J

Vibrations in Physical Systems

|

2016

|

Vol. 27

67--74

EN

Boom–type roadheaders represent heavy working machines used in underground mines for the drilling of dog headings, for tunnelling and – to a certain extent – for surface mining. The key working process carried out by such roadheaders is rock mining. This process, especially when cutting rocks with low workability, causes strong vibration excitations and dynamic loads not only in a roadheader cutting system, but within its entire construction. The article presents a dynamic model of a boom–type roadheader body. Four vibrating masses, representing the key subassemblies of the studied object and a seat together with a roadheader operator, are distinguished in a spatial physical model with a discrete structure. They are subject to the activity of an excitation from the loads generated in the cutting process. A mathematical model is comprised of 19 non-linear ordinary differential quotations of the second order. The model was implemented in the MATLAB/Simulink environment, in which a simulation model was created. The article presents the examples of results of numerical simulations using the established model.

14

Pomiary zużycia eksploatacyjnego gniazd bębna łańcuchowego wysoko wydajnego górniczego przenośnika zgrzebłowego

Cheluszka P., Sygit B.

Przegląd Górniczy

|

2016

|

T. 72, nr 7

8--19

PL

W artykule zaprezentowano wyniki analizy zużycia eksploatacyjnego powierzchni roboczych gniazd bębna łańcuchowego wykonanego z żeliwa ADI, który zastosowany został w przenośnikach ścianowych eksploatowanych w kopalni węgla kamiennego. Jest to bęben nowej generacji, o zmodyfikowanej geometrii zarysu gniazd, wykonany z materiału o zwiększonej odporności na zużycie ścierne. Badania te przeprowadzone zostały w oparciu o rekonstrukcję cyfrową (digitalizację) gniazd wykonaną metodą światła strukturalnego. Umożliwiły one określenie wartości zużycia oraz jego rozkładu na powierzchniach roboczych gniazd, jak również intensywności tego procesu w całym okresie użytkowania bębna łańcuchowego w wyrobiska ścianowych.

EN

This paper presents the results of an analysis of wear and tear of working surfaces of seats of a sprocket drum made of Austempered Ductile Iron used in face conveyors operating in hard coal mines. It is a new generation drum with modified geometry of seat profile, made of material with enhanced resistance to abrasive wear. The investigations were carried out based on digital reconstruction (digitalisation) of seats made with the structured light method. They allowed to determine the value of wear and its distribution over the working surface of seats, and the intensity of the process in the entire service life of a sprocket drum in longwalls.

15

Automatyzacja pomiarów współrzędnościowych organów roboczych maszyn urabiających z wykorzystaniem skanowania 3D

Cheluszka P.

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2016

|

R. 20, nr 3

33--42

PL

Maszyny urabiające należą do podstawowej grupy maszyn roboczych stosowanych w górnictwie podziemnym i powierzchniowym. W przypadku maszyn urabiających na zasadzie skrawania proces urabiania realizowany jest za pomocą organów roboczych wyposażonych w wymienne narzędzia, np. noże osadzone w uchwytach nożowych. Noże te rozmieszczone i ustawione są w przestrzeni w ustalony na etapie projektowania sposób, dostosowany do właściwości urabianego ośrodka skalnego. Pomiary współrzędnościowe sprowadzają się do wyznaczenia sześciu parametrów dla każdego z noży. Ze względu na sposób rozmieszczenia, pomiar bezpośredni tych parametrów nie jest możliwy. Metody pośrednie polegają na pomiarze wielkości wchodzących do definicji funkcji modelujących pomiar. W takim przypadku wygodnym rozwiązaniem zadania metrologicznego, szczególnie pod kątem automatyzacji procesu, jest wykorzystanie metod optycznych, na przykład skanera światła strukturalnego. Metoda ta wymaga zbudowania, dla każdego uchwytu nożowego oraz związanego z nim noża, modelu pomiaru. W przypadku dużej liczby noży jest to proces czaso- i pracochłonnych. Możliwość automatyzacji procesu pomiarowego przedstawiono na przykładzie głowicy urabiającej wysięgnikowych kombajnów chodnikowych, stosowanych do drążenia wyrobisk korytarzowych i tuneli. Omówiono przetwarzanie uzyskanych w trakcie pomiaru danych w celu wyznaczenia zestawu wartości parametrów stereometrycznych opisujących rozmieszczenie i ustawienie w przestrzeni poszczególnych noży oraz związanych z nimi uchwytów nożowych. Wykorzystano do tego funkcjonalność oprogramowania GOM Inspect Professional umożliwiającą budowanie strategii pomiaru za pomocą skryptów w języku Python.

EN

Mining machines belong to the key group of working machines used in underground and surface mining. In case of machines mining by way of cutting, the process is carried out with working units fitted with a specific number of replaceable tools in the form of picks mounted in pickboxes. The picks are arranged and positioned in space in a way defined at the stage of design, adapted to the properties of the rock being excavated. The stereometry of such working units is measured by determining the values of six parameters for each of the picks. Such parameters cannot be measured directly due to the way they are arranged. Measurements are carried out with indirect methods where values are measured which form part of a definition of measurement modelling functions. The use of optical methods, for example a structured light scanner, is a convenient solution to carry out the considered metrological task, especially in view of the automation of this process. For this, however, a measurement model enabling to determine the values of the magnitudes searched for has to be built for each pickbox and for the related pick. This is a time- and work-intensive process in case of a large number of picks, though. The options of the measurement process automation are presented with the example of a cutting head of boom–type roadheaders employed for drilling dog headings and tunnels. The focus was put on the stage of processing the measuring data obtained in the measurement process to establish a set of stereometry parameters values describing the arrangement and position of individual picks and related pickboxes in space. For this purpose, a feature of GOM Inspect Professional software was used enabling to build a measurement strategy based on scripts created in Python language.

16

Komputerowe badania poprzecznych głowic urabiających kombajnów chodnikowych

Dolipski M., Cheluszka P., Sobota P.

Budownictwo Górnicze i Tunelowe

|

2016

|

nr 1

1--14

PL

Zredukowanie prędkości obrotowej głowic urabiających może pozwolić na urabianie przy większych prędkościach ich przemieszczania. Do osiągnięcia tego celu niezbędna jest znajomość obciążenia głowic urabiających i układu urabiania kombajnu chodnikowego w zależności od prędkości obrotowej głowic urabiających i prędkości ich przemieszczania. Przeprowadzono obszerne badania komputerowe z wykorzystaniem programu KREON v. 1.2, które pozwoliły wyznaczyć charakterystyki regulacyjne czterech wytypowanych głowic stosowanych do urabiania skał w polskim górnictwie węgla kamiennego.

EN

Rotary speed reduction of cutting heads may allow for rock winning at the higher speeds of their transfer. In order to achieve this it is necessary to know the load of cutting heads and the arrangement of the mining system of the roadheader depending on the rotary speed of the cutting heads and the speed of their transfer. Extensive computer studies with the use of KREON v.l.2 software were used, which helped to determine the control characteristics of four selected heads used for rocks mining in the Polish hard coal mining.

17

Identyfikacja cech geometrycznych skrawów wykonanych nożami kombajnów górniczych z wykorzystaniem skanera laserowego

Cheluszka P., Dziędziel J.

Przegląd Górniczy

|

2015

|

T. 71, nr 4

72--82

PL

W artykule podjęto temat analizy cech geometrycznych skrawów wykonywanych nożami stożkowymi (stycznymi obrotowymi) w aspekcie modelowania ich kształtu dla potrzeb komputerowej symulacji procesu urabiania kombajnami chodnikowymi i ścianowymi. Dokonany został pomiar geometrii skrawów wykonanych nożem stożkowym w bloku cementowo-piaskowym na stanowisku do skrawania skał w laboratorium Instytutu Mechanizacji Górnictwa. Komputerowa rekonstrukcja kształtu skrawów zrealizowana została w oparciu o digitalizację ich powierzchni z wykorzystaniem skanera laserowego. Umożliwiło to przeprowadzenie obszernych analiz wartości podstawowych parametrów geometrycznych skrawów objętych pomiarem. Wyniki pomiarów skonfrontowano z wartościami teoretycznymi uzyskanymi w oparciu o powszechnie stosowane modele skrawów w celu określenia stopnia dopasowania teoretycznego (modelowego) kształtu skrawu do kształtu rzeczywistego.

EN

This paper presents the analysis of geometrie features of cuts made by point pivots (tangential tools) in the context of shape modeling for the purpose of computer simulation of heading machines and longwall shearers mining process. Geometry measurements of the cuts made by a point pivot in a cement-sand block were taken at the stand for rock machining in the laboratory of the Mining Mechanization Institute. The computer reconstruction of the cuts' shape was performed by digitizing their surfaces with the use of a laser scanner. This allowed to carry out comprehensive analyses of the values of basic geometric parameters of the cuts subjected to measurements. The results were compared with the theoretic values obtained on the basis of widely-applied cut models in order to determine the extent of matching the theoretic (model) cut shape with the real shape.

18

Wykorzystanie skanowania metodą światła strukturalnego w analizie zużycia górniczych łańcuchów ogniwowych

Cheluszka P., Ciupek M.

Mechanik

|

2015

|

R. 88, nr 1

42--47

PL

Jednym z podstawowych elementów przenośnika zgrzebłowego jest łańcuch zgrzebłowy składający się zazwyczaj z dwóch pasm łańcucha ogniwowego oraz przytwierdzonych do nich zgrzebeł. Przedstawiono możliwość zastosowania skanowania metodą światła strukturalnego do identyfikacji cech geometrycznych ogniw łańcucha ogniwowego. Metodę tę wykorzystano w analizie zużycia górniczego łańcucha ogniwowego 34 × 126 mm, eksploatowanego w wysoko wydajnym ścianowym przenośniku zgrzebłowym w kopalni węgla kamiennego.

EN

One of the basic elements of scraper chain conveyor is the scraper chain usually consisting of two strands of link chain with scrapers fixed to them. In the article the possibility of using a structured–light scanning in identification of geometrical features of the links of a link chain is presented. This method was applied for estimation of wear and tear of the link mining chain 34 × 126 mm used in high output AFC in a coal mine.

19

Zrobotyzowana technologia digitalizacji organów roboczych kombajnów górniczych dla potrzeb kontroli jakości ich wytwarzania

Cheluszka P., Nocoń M.

Górnictwo Odkrywkowe

|

2015

|

R. 56, nr 6

11--23

PL

Proces urabiania kombajnami górniczymi realizowany jest za pomocą organów roboczych wyposażonych w narzędzia urabiające – najczęściej noże skrawające osadzone w uchwytach nożowych. W przypadku urabiania na zasadzie skrawania o skuteczności i efektywności urabiania decyduje w dużym stopniu układ noży, a więc ich liczba oraz sposób rozmieszczenia i ustawienia na pobocznicy organu roboczego. Dlatego układy noży na tego rodzaju organach roboczych optymalizowane są na etapie projektowania dla określonych warunków eksploatacyjnych kombajnu. W celu zapewnienia oczekiwanych przez użytkownika efektów realizacji procesu urabiania niezbędna jest kontrola jakości wytwarzania, szczególnie w aspekcie zgodności rozmieszczenia uchwytów nożowych na pobocznicy z dokumentacją projektową. Stąd rodzi się problem pomiaru stereometrii organów roboczych maszyn urabiających. Skomplikowany zazwyczaj ich kształt sprawia, iż zastosowanie tradycyjnych, stykowych metod pomiarów jest tu mało praktyczne. W artykule przedstawiono możliwości wykorzystania zautomatyzowanego skanowania 3D dla potrzeb wyznaczenia wartości parametrów stereometrycznych organów roboczych górniczych maszyn urabiających. Automatyzację procesu digitalizacji osiągnięto w wyniku zastosowania robota przemysłowego z zainstalowanym skanerem światła strukturalnego, zintegrowanego poprzez sterownik PLC z pozycjonerem, na którym osadzony jest skanowany obiekt. W pracy omówiono procedurę pomiarową oraz przedstawiono przykładowe wyniki pomiarów głowicy urabiającej kombajnu AM–50z zrealizowane w celu określenia dokładności jej wykonania.

EN

A process of rock cutting with winning machines is carried out by means of working units fitted with cutting tools – most frequently picks seated in pickboxes. The configuration of picks, i.e. the number, arrangement and setting of a working unit at the side surface, is fundamental for mining effectiveness and efficiency by way of cutting. The configuration of picks on such type of working units is optimised in the phase of design for defined winning machine operating conditions. In order to ensure the results of cutting process performance, manufacturing quality control is indispensable, especially in terms of the conformity of pickboxes arrangement at the side surface to technical documentation. Therefore arises an issue of measuring the stereometry of mining machines working units. As their shape is usually complicated, the application of traditional, contact measurement methods is not very practical here. The article presents the potential uses of automated 3D scanning for the purpose of determining the values of stereometry parameters of mining machines working units. Digitalisation process automation was achieved by applying an industrial robot with a structured light scanner installed, integrated via a PLC with a rotary table onto which the scanned object is mounted. The work discusses a measuring procedure and presents the examples of results of AM–50z roadheader cutter head’s measurements carried out to determine the accuracy of its production.

20

Komputerowe badania wpływu parametrów ruchowych głowic urabiających na obciążenie układu urabiania kombajnu chodnikowego

Dolipski M., Cheluszka P., Sobota P., Bujnowska A.

Cuprum : czasopismo naukowo-techniczne górnictwa rud

|

2015

|

nr 3

131--142

PL

Kombajny chodnikowe stosowane w polskim górnictwie węgla kamiennego do drążenia wyrobisk korytarzowych wyposażone są w poprzeczne głowice urabiające różnych typów. Wielkość głowic, kształt pobocznicy, liczba i sposób rozmieszczenia noży na pobocznicy głowicy zależą przy tym od wielkości kombajnu chodnikowego, mocy zainstalowanej w jego układzie urabiania oraz przewidywanej wytrzymałości skał, do urabiania których głowice są przeznaczone. Obciążenie głowic urabiających i układu urabiania kombajnu chodnikowego zależą ponadto od parametrów ruchowych głowic urabiających, w tym przede wszystkim: prędkości obrotowej głowic urabiających i prędkości ich wychylania oraz parametrów skrawanej warstwy. Do symulacji procesu urabiania głowicami poprzecznymi kombajnu chodnikowego wykorzystano model matematyczny procesu urabiania, zaimplementowany w programie KREON v.1.2. Badania komputerowe doprowadziły do wyznaczenia zależności: momentu sił obciążenia głowic, mocy i energochłonności urabiania od parametrów ruchowych głowic.

EN

The roadheaders used in the Polish hard coal industry for drilling dog headings are equipped with transverse cutting heads of various types. The size of heads, the shape of the side surface, the number and method of picks positioning on the side surface of the head depend on the roadheader size, installed capacity of its cutting system and the predicted strength of rocks for mining which the heads are intended. The load of cutting heads and of the roadheader cutting system is also dependent on the operating parameters of cutting heads, including most of all: rotational speed of cutting heads and their deflection speed and on the parameters of the mined layer. A mathematical model of a mining process implemented in KREON v.1.2 software was employed to simulate the process of cutting with roadheader transverse heads. The following dependencies were determined as a result of the computer studies: moment of force of the heads’ load, power and energy consumption of cutting depending on operating parameters of heads.