Procedura optymalizacji ustawienia transportera gąsienicowego pod przemieszczaną stacją przenośnikową na przykładzie transportera TUR 600

SYSTEMY AUTOMATYZACJI W GÓRNICTWIE

Wprowadzenie

Najnowszym rozwiązaniem, znajdującym coraz szersze zasto- sowanie do przemieszczania stacji napędowych przenośników taśmowych, jest transporter gąsienicowy. Podjeżdża on pod stację przenośnikową i korzystając z mechanizmu hydraulicz- nego, unosi ją i niesie na nowe miejsce. Światowym liderem w produkcji transporterów gąsienicowych jest firma Krupp.

W kraju transportery gąsienicowe konstruowane są w Poltego- rze Projekcie Sp. z o.o. i SKW w Zgorzelcu. Projekty były reali- zowane przy współpracy z Poltegor-Instytutem. Producentem większości z nich jest FUGO Konin. Maszyny te nie ustępują wytwarzanym w zakładach Krupp i są eksportowane do wielu krajów świata. Dotychczas największym z nich jest, wyprodu- kowany w Zakładach Naprawczych Kopalni Bełchatów, trans- porter TUR 600 o nośności 600 Mg (rys. 1). Jego nadwozie, podobnie jak większości maszyn na podwoziu gąsienicowym z wahliwym układem kół jezdnych, ma trójpunktowe podparcie na dwugąsienicowym mechanizmie jazdy. Przy tak zawieszo- nym nadwoziu występują cztery krawędzie stateczności, two- rzące rąb (rys. 2). W układzie współrzędnych, którego środek leży w osi obrotu nadwozia, a oś X pokrywa się z kierunkiem jazdy transportera, równania tych krawędzi opisuje następujący układ równań:

C x dla C

B y C x B

C B y C x B

2 0 1 4 0

1 2 1 2 . 1 4

4 0 1 2 1 2 . 1 1

≤

≤









= + +

−

=

− +

(1)

Procedura optymalizacji ustawienia transportera gąsienicowego

pod przemieszczaną stacją przenośnikową na przykładzie transportera TUR 600 ¹

Stefan Wojciech Szepietowski

Streszczenie: Obecnie coraz częściej do przemieszczania du- żych stacji przenośników taśmowych stosowane są transportery gąsienicowe. W publikacji opisano procedury sterowania trans- porterem, ułatwiające operatorowi takie ustawienie transporte- ra pod podnoszoną stacją, aby w czasie przejazdu po drodze o zmiennym pochyleniu nie trzeba było dokonywać jeśli nie ja- kiejkolwiek korekty położenia platformy czy też samego trans- portera, to przynajmniej ich minimalizacji.

THE PROCEDURE OF OPTIMIZATION OF SETTING OF CRAWLER TRANSPORTER UNDER MOVED CONVEYOR STATION ON EXAMPLE TRANSPORTER TUR 600

Abstract: More at present more and more often to moved the large stations of belt conveyors the crawler transporters be ap- plied. It the transporter in publication was described was the procedure of steering, facilitating the operator such setting un- der raised station the transporter, to in time of ride after road about changing inclination, it does not one should will make if not any correction of position of platform or else the only trans- porter this at least then their minimization.

Rys. 1. Transporter gąsienicowy TUR 600

2 0 1 4 0

1 2 1 2 . 1 3

4 0 1 2 1 2 . 1 2

≤

≤

−









= + +

= + +

−

x dla

C B y C x B

C B y C x

B (2)

Dla monitoringu stateczności na ogół przyjmuje się uprosz- czoną krawędź wywrotu w postaci okręgu wpisanego w rąb utworzony z rzeczywistych krawędzi wywrotu [4]. Jego promień określa zależność:

α 2 sin 1 B

r_c= (3)

gdzie:

B arctanC

α= (4)

SYSTEMY AUTOMATYZACJI W GÓRNICTWIE

Dla zachowania bezpiecznego stanu równowagi kierunek siły ciężkości nadwozia wraz z obciążeniem nie powinien wycho- dzić poza okrąg określony zależnością (5).

c br w

r = (5)

gdzie: w_b – współczynnik bezpieczeństwa.

W przypadku transportera TUR 600 promień ten wynosi 0,5 m (B = 7 m, C = 9,5 m) [1].

Platforma transportera, na której posadowiony jest unoszony ładunek (stacja przenośnikowa), podnoszona jest przez cztery pionowe siłowniki rozmieszczone na planie kwadratu w jego rogach i jest trzymana centralnie przez teleskopowy prowad- nik, zamocowany w głównej konstrukcji nośnej transportera.

Zadaniem prowadnika jest przenoszenie sił poziomych wystę- pujących w czasie przewozu stacji. Platforma połączona jest z nim przegubowo za pośrednictwem łożyska przegubowego, które zapewnia swobodne pochylenie platformy w dowolnym kierunku oraz pozwala realizować wysuw prowadnika wraz z unoszoną platformą. Wyniki pomiarów ciśnień w cylindrach siłowników umożliwiają monitorowanie położenia linii środ- ka ciężkości ładunku. Niewielkie błędy w ocenie stateczności, wynikające z pominięcia ciężaru ustroju nadwozia transportera, uwzględni współczynnik bezpieczeństwa. Ustawienie transpor- tera idealnie pod środkiem masy podnoszonej stacji nastręcza wiele trudności. Manewr ten mógłby być znacznie uproszczony, jeżeli byłaby możliwość prognozowania zakresu przemieszcza- nia się siły ciężkości ładunku względem platformy podczas jaz- dy transportera po terenie o zmiennym nachyleniu. Wymaga to znajomości położenia wysokości środka masy ładunku nad platformą.

Procedura wyznaczania współrzędnych środka masy podnoszonego ładunku w układzie przestrzennym

Wszystkie trzy współrzędne środka masy podnoszonego ładunku w układzie związanym z platformą podnoszenia (x₀, y₀, z₀) można wyznaczyć w oparciu o pomiary wykonane dla dwóch różnych pochyleń platformy. Po obróceniu platformy wokół osi Y o kąt α_i, można wyznaczyć współrzędne środka masy ładunku w nowym układzie, z zależności (rys. 3):

i i

i z x

x = ₀sinα + ₀cosα (6)

i i

i z x

z = ₀cosα − ₀sinα (7)

gdzie: oznaczenia wg, rysunku 3.

Z pomiarów wartości x_i dla dwóch różnych kątów obrotów (α₁ i α₂) platformy wokół osi Y można wyznaczyć wartości skła- dowych wektora (x₀, z₀) z zależności:

(

²₂ ²₁

)

¹

0 1 sin

sin sin

α α

α α

−

=x −x

x (8)

(

¹₂ ¹₁

)

²

0 2 sin

cos cos

α α

α α

−

=x −x

z _x (9)

Zmieniając oś obrotów platformy z Y na X, w analogiczny sposób otrzymuje się:

(

²₂ ²₁

)

¹

0 1 sin

sin sin

β β

β β

−

= y −y

y (10)

(

¹₂ ¹₁

)

²

0 2 sin

cos cos

β β

β β

−

= y −y

z _y (11)

gdzie: β_i – kąt i-tego obrotu platformy wokół osi X.

Rys. 2. Schemat układu gąsienicowego transportera TUR 600.

1, 2, 3, 4 – krawędzie wywrotu nadwozia

Rys. 3. Rzut układu współrzędnych na płaszczyznę XZ po obróceniu układu o kąt αi

C

r^c α

α 2 1

3 4

Z

X x₀

z⁰

αⁱ αⁱ

α_i

SYSTEMY AUTOMATYZACJI W GÓRNICTWIE

Z jednoczesnego pomiaru ciśnień p_ji we wszystkich siłowni- kach można wyznaczyć wartości współrzędnych x_i i y_i położenia linii siły ciężkości ładunku. Mianowicie:

2 , ) 1

( 5 , 0

4 3 2 1

4 3 2

1 =

+ + +

−

−

= + i

p p p p

p p p p x A

i i i i

i i i

i i (12)

2 , ) 1

( 5 , 0

4 3 2 1

3 1 4

2 =

+ + +

−

−

= + i

p p p p

p p p p y A

i i i i

i i i

i i (13)

gdzie: A – długość boku kwadratu rozstawu siłowników.

Maksymalny wysuw prowadnika platformy transportera TUR 600 wynosi 0,8 m. Ogranicza to w sposób znaczny możliwości pochylania platformy z podniesioną stacją (rys. 4). Zatem do- kładność pomiaru kąta pochylenia powinna być stosunkowo duża. Analiza niepewności złożonego pomiaru pośredniego, jakim są pomiary współrzędnych środka masy stacji, prowadzi w przypadku transportera TUR 600 do zależności:

] [ 4066952

3165 ^{2 2}

0 u u cm

u_z = _wp+ _wα (14)

gdzie: ^uz₀– niepewność standardowa pomiaru współrzędnej = ^3165uwp² +^4066952uw²α ^[cm]

z₀; u_wp, u_wα – niepewność całkowita odpowiednio: pomiaru ciś- nienia i pomiaru kąta pochylenia platformy.

Z wartości współczynników występujących w zależności (14) wynika, że wskazane jest, aby dokładność pomiaru kąta po- chylenia platformy była o dwa rzędy większa niż dokładność pomiaru ciśnień.

Aby zmniejszyć niepewność pomiaru współrzędnych do wartości wymaganej, procedura przewiduje wykonanie kilku pomiarów, a jako wynik ostateczny wartości współrzędnych średnią ważoną z poszczególnych pomiarów. Wagami są stan- dardowe niepewności współrzędnych danego pomiaru. Źró- dłem niepewności wyników pomiarów może być również sam sposób ich przeprowadzania. W omawianym przypadku wiąże się to przede wszystkim z występowaniem tarcia podczas prze- mieszczania się tłoków w siłownikach. Z tego względu została opracowania procedura przebiegu ruchów platformy podczas wyznaczania współrzędnych, minimalizująca jego wpływ, na

rezultaty pomiarów [3]. Zawsze przed pomiarem ruchy wszyst- kich tłoków w siłownikach zachowują jeden i ten sam kierunek ruchu. Postępowaniem operatora podczas realizacji procedury kierują polecenia wyświetlane na panelu operatorskim (kolejne ekrany). Rysunek 5 przedstawia ekran początkowy procedury pomiaru współrzędnych i ekran zakończenia procedury.

Procedura ustawienia transportera gąsienicowego pod ładunkiem, prowadząca do minimalizacji ruchów manewrowych

Podczas przejazdu transportera z ładunkiem po terenie o zmiennym nachyleniu położenie kierunku siły ciężkości ła- dunku może wysunąć się poza obszar dopuszczalny. W takim przypadku dalsza jazda transportera wymaga uprzedniego wy- konania dodatkowych manewrów, obejmujących zatrzymanie transportera, dokonanie korekty pochylenia platformy lub na- wet, w skrajnym przypadku, jego ustawienia pod ładunkiem i ponowne uruchomienie napędu jazdy. Nachylenie toru jezd- nego, po którym przemieszcza się transporter, przede wszyst- kim zmienia się w kierunku jazdy, który odpowiada kierunkowi osi X, ale może zmieniać się również i w kierunku prostopad- łym do jazdy. Położenie linii siły ciężkości ładunku, w przyję- tym układzie współrzędnych, w zależności od pochyleń toru jezdnego określają wzory:

α α sin

cos ₀

0 z

x

x= + (15)

β β sin

cos ₀

0 z

y

y= + (16)

gdzie: α – kąt pochylenia toru jezdnego w kierunku jazdy, β – kąt pochylenia toru jezdnego w kierunku prostopadłym do jazdy.

Ekran startowy procedury

Ekran po zakończeniu procedury

Rys. 5. Ekrany panelu operatorskiego rozpoczęcia i zakończenia procedu- ry wyznaczania współrzędnych środka masy ładunku [2]

Rys. 4. Pochylenie stacji w prawo od kierunku jazdy transportera pod- czas testowania procedury

SYSTEMY AUTOMATYZACJI W GÓRNICTWIE

Pochylenia toru jezdnego są niewielkie, zatem, jak wynika z wzorów (15), (16), na położenie linii ciężkości mają decydują- cy wpływ wartości współrzędnych x₀ i y₀, a zależą one wyłącznie od miejsca ustawienia transportera pod ładunkiem. Dlatego właściwym postępowaniem byłoby, uwzględniając przewidy- wane nachylenia drogi, już w trakcie podnoszenia ładunku tak ustawić pod nim transporter, aby jeśli nie wyeliminować cał- kowicie konieczność korekty pochylenia platformy w trakcie jazdy, to ograniczyć ją do minimum. Z drugiej jednak strony nie należałoby dokonywać dodatkowych manewrów, jeżeli usta- wienie transportera jest już do przyjęcia. Takie postępowanie prowadzi do minimalizacji manewrów związanych z transpor- towanym ładunkiem.

Obszar, w którym powinna znajdować się linia siły ciężkości, w przypadku transportera TUR 600 określony jest zależnością:

( )

²

2 2

2+y ≤r = 0,5m

x (17)

Pochylenie toru jezdnego w kierunku jazdy jest większe niż w kierunku poprzecznym. Zatem wyjście linii siły ciężkości poza dopuszczalny obszar podczas jazdy transportera może nastąpić głównie w kierunku osi X. Prowadzi to do następu- jącego warunku:

(

0 0

)

²

2 y cosβ z sinα r

x ≤ − + (18)

W przypadku takiego samego pochylenia toru przy jeździe pod górę, jak i w dół oraz podobnie przy takim samym pochy- leniu poprzecznym w lewo, jak i w prawo przedział, w którym powinna znajdować się współrzędna x₀ środka masy ładunku, jest symetryczny względem początku układu współrzędnych.

Zatem:

α

α z

z x

x x g

g ₀ ≤ ₀≤+ ₀

− (19)

gdzie bezwzględna wartość granicy przedziału:

( )

α

α β

β

α cos

sin sin

cos _{0 0}

2 0

0

z z

y

g_xz + r − + −

= (20)

Transporter, przynajmniej teoretycznie, można ustawić tak, że x₀ = y₀ = 0. Rozwiązując dla tych wartości układ równań (15), (16), (17) względem z₀ , otrzymuje się graniczną wartość tej współrzędnej, przekroczenie której będzie wymagało ko- rekty położenia platformy podczas przejazdu po torze o kątach pochylenia wzdłuż jazdy ±α i w poprzek ±β:

β

α ²

2 2 0 ≤ sin r+sin

z _g (21)

Dla transportera TUR 600 (jak i dla wszystkich dotychczas wyprodukowanych w kraju transporterów) dopuszczalne po-

Rys. 6. Zależność granic przedziału dla współrzędnej x0 ładunku przy y₀  = 0 i β = 0 oraz o takim samym kącie pochylenia terenu przy jeździe pod górę, jak i w dół

chylenie drogi w kierunku jazdy α = ±10°, w kierunku poprzecz- nym β = ±5,6°, a promień koła, w którym musi znajdować się linia siły ładunku r = 50 cm. Dla tych wielkości graniczna war- tość współrzędnej z₀ ±251 cm. Przy większej bezwzględnej war- tości współrzędnej z₀ takie ustawienie transportera pod ładun- kiem, które nie wywoływałoby konieczności korekty położenia platformy podczas jazdy, jest możliwe tylko przy odpowiednio mniejszych nachyleniach terenu jezdnego. Szerokość przedzia- łu, w którym powinna znajdować się współrzędna x₀ środka masy ładunku, wzrasta dla malejącej wartości z₀. Rysunek 6 przedstawia granice tego przedziału dla transportera TUR 600, w przypadku gdy y₀ = 0 i występuje pochylenie toru jezdnego tylko w kierunku jazdy o wartości takiej samej zarówno przy jeździe pod górę, jak i w dół.

W ogólnym przypadku, gdy pochylenie toru jezdnego przy jeździe w dół (α₁) jest inne niż przy jeździe pod górę (α₂), prze- dział ten nie będzie symetryczny względem początku układu współrzędnych:

1 0 2

0_α 0 x_α

x x g

g ≤ ≤ (22)

gdzie: granice przedziału w zależności od znaku współrzędnej z₀ określają zależności:

( )

( )

( )

( )

⁻











− +

−

=+

− +

−

=−

 +











− +

−

=−

− +

−

=+

0 1

1 0 0

2 0

2

2 0 0

2 0

0 2

2 0 0

2 0

1

1 0 0

2 0

cos

sin sin

cos cos

sin sin

cos cos

sin sin

cos cos

sin sin

cos

2 0

1 0 2 0

1 0

z ujemnej z dla

z y

g r

z z

y g r

z dodatniej z dla

z y

g r

z z

y g r

x x x x

α

α β

β α

α β

β α

α β

β α

α β

β

α α α

α

( )

( )

( )

( )

⁻











− +

−

=+

− +

−

=−

 +











− +

−

=−

− +

−

=+

0 1

1 0 0

2 0

2

2 0 0

2 0

0 2

2 0 0

2 0

1

1 0 0

2 0

cos

sin sin

cos cos

sin sin

cos cos

sin sin

cos cos

sin sin

cos

2 0

1 0 2 0

1 0

z ujemnej z dla

z y

g r

z z

y g r

z dodatniej z dla

z y

g r

z z

y g r

x x x x

α

α β

β α

α β

β α

α β

β α

α β

β

α α α α

a kierunek liczenia kątów pochylenia jest zgodny z ruchem wskazówek zegara.

0 10 20 30 40 50 60

0 50 100 150 200 250 300 350 400

współrzędna |z0| środka masy ładunku [cm]

maksymalna wartość bezwzględna współrzędnej |gxo zα| [cm] |α| =2,5^|α| = 5^ |α| =7,5^ |α| =10^

(23)

SYSTEMY AUTOMATYZACJI W GÓRNICTWIE

Jak stwierdzono wcześniej, graniczna wartość współrzędnej

|z₀| środka masy ładunku, poniżej której zawsze można ustawić transporter, tak aby nie zachodziła konieczność korekty poło- żenia platformy podczas jazdy transportera TUR 600, wyno- si 251 cm. Wydaje się, że położenie środka masy istniejących stacji przenośników taśmowych nie przekracza tej wielkości.

Prawdopodobieństwo wystąpienia maksymalnego pochylenia drogi w obu kierunkach (w dół i pod górę) podczas jednego przenoszenia stacji jest niewielkie.

Podsumowanie

1. Wdrożenie obu opisanych procedur, przynajmniej w przy- padku istniejących stacji napędowych przenośników ta- śmowych, powinno umożliwić ustawienie transportera pod stacją tak, aby w przeciętnych warunkach terenowych nie zachodziła konieczność korekty położenia platformy podczas jazdy.

2. Wdrożenie procedury wyznaczania współrzędnych środka masy ładunku wymaga zastosowania sensorów pomiaro- wych o odpowiedniej dokładności. Niepewność pomiaru współrzędnych zależy prawie wyłącznie od dokładności po- miaru kątów pochylenia platformy. Zależy ona zarówno od błędu czujnika, jak i dokładności modułu przetwarzającego sygnał analogowy z czujnika na cyfrowy

Prace wykonano w ramach projektu rozwojowego UDA-POIG 01.03.01-00-430/08-00, współfinansowanego ze środków unijnych.

 Stefan Wojciech Szepietowski – Poltegor-Instytut

artykuł recenzowany

Przypisy

1. Artykuł jest rozszerzeniem i modyfikacją referatu wygłoszonego na VIII Międzynarodowej Konferencji „Techniki urabiania 2013”, Krynica, wrzesień 2013.

Literatura

[1] Materiały i katalogi Poltegor-Projekt Sp. z o.o.

[2] Radziejewski W., Wojtkiewicz R.: Oprogramowanie i wizuali- zacja wyznaczania współrzędnych środka masy ładunku w ukła- dzie trójwymiarowym. Praca niepub. Poltegor-Instytut nr arch.

6392/IGO, Wrocław 2012.

[3] Poterała K.: Technologia ustawienia ładunku na platformie mi- nimalizująca ruchy platformy przy przemieszczaniu się transpor- tera po terenie o zmiennym nachyleniu. Praca niepub. Poltegor- -Instytut nr arch. 6459/IGO, Wrocław 2012.

[4] Durst W., Vogt W.: Schauferlrad Bagger. Trans Tech Publika- tions Clausthal Germany 1986.

[5] Szepietowski S.W.: Dodatkowe funkcje i uzupełnienia w syste- mie sterowania transportera gąsienicowego. [W] Autor (red.), Nowoczesne Metody Eksploatacji Węgla i Skał Zwięzłych, AGH, Kraków 2013.