Učinak bagera s dubinskom lopatom pri eksploataciji mineralnih sirovina

Poslijediplomski studij

Autor: Vjekoslav Herceg, mag. ing. rud.

Rudarstvo se u svijetu posljednjih godina ubrzano razvija prateći globalni trend razvoja gospodarstva. Potražnja za pojedinim mineralnim sirovinama raste velikom brzinom, međutim prirodni, tehnološki, zakonski i društveni uvjeti uvelike mogu ograničavati kapacitete. Stoga je jedan od najvećih izazova modernog rudarenja biti u korak s vremenom. Da bi se to postiglo, uz kvalitetan kadar i društvenu podršku, moderna tehnologija je svakako jedan od ključnih faktora uspjeha. Trenutni tehnološki napredak u svijetu usmjeren je prema što većem smanjenju korištenja fosilnih goriva s ciljem smanjenja emisija CO2 u atmosferu. U rudarskoj industriji tehnologija je najvećim dijelom vezana za mobilne strojeva pogonjene pretežno motorima s unutarnjim izgaranjem. Stoga se razvoj tehnologije bazira na što većoj efikasnosti koja direktno utječe na smanjenje potrošnje energije a samim time i emisije CO2. U procesima dobivanja mineralne sirovina koriste se različiti strojevi čiji se učinak zasebno istražuje.

 

20200616 1

Slika 1 Hidraulički bager s dubinskom lopatom.

Učinak hidrauličkog bagera (Slika 1), kao jednog od najčešće korištenih strojeva u rudarstvu, glavni je predmet istraživanja u okviru disertacije „Učinak bagera s dubinskom lopatom pri eksploataciji mineralnih sirovina. Način rada ovog stroja relativno je složen te zahtjeva simultano mjerenje većeg broja parametara kako bi se ispitala njegova produktivnost. Ovisno o mjernom sustavu, neki od parametara mogu se mjeriti izravno, dok se neki dobivaju posredno preko mjerenja drugih parametara. Parametri koji se mjere prilikom detaljnog proučavanja učinkovitosti bagera nisu samo vrijeme i masa ili volumen iskopanog materijala već je potrebno poznavati i sile koje se javljaju kod kopanja (Kim et al., 2013; Lee et al. 2008). Za proračun sila kopanja potrebno je mjerenje tlakova hidrauličkog ulja u cilindrima i proračun trajektorije kretanja radnog alata. Kretanje radnog alata tijekom standardnog ciklusa bagera odvija se u prostoru odnosno u sve tri dimenzije pa je za izračun trajektorije potrebno mjerenje pomaka cilindara i kut zakretanja kupole. U tu svrhu konstruiran je specifični mjerni sustav za mjerenje pomaka i tlakova hidrauličkog sustava (Slika 2).

20200616 2

Slika 2 Mjerni sustav priključen na bager (Klanfar et al. 2018)

Mjerni sustav sastoji se od centralne upravljačke jedinice i sedam senzora koji se spajaju na nju. Senzorima tlaka, raspona od 0 do 400 bara, mjeri se tlak hidrauličnog ulja u cilindrima radnog mehanizma. Pomak cilindara ili izvlačenje mjeri se „Draw – wire“ senzorima odnosno senzorima linearnog pomaka. Kut zakretanja bagera oko vertikalne osi mjeri se žiroskopskim senzorom. Sustav automatski bilježi i pohranjuje sve izmjerene podatke na integriranu karticu te je također moguće bežično spajanje na prijenosno računalo, u realnom vremenu, radi praćenja kretanja izmjerenih vrijednosti na grafovima. Sustav je laboratorijski ispitan i umjeren. Izvedena su probna terenska mjerenja i usavršen postupak spajanja.

Uz pomoć ovog mjernog sustava omogućeno je kontinuirano praćenje svih navedenih parametara. Na temelju simultanih mjerenja trajektorija kretanja i sila koje se pritom javljaju dobiva se energija kopanja. Razmatranjem minimalne utrošene energije kopanja pri određenoj trajektoriji može se doći do optimalnih parametara rada bagera (Kang et al., 2014)  (slika 3) što dovodi do ušteda u potrošnji goriva (Du et. al., 2016). Usporedbom optimalnih parametara u različitim vrstama stijena i granulaciji materijala moguće je uvidjeti eventualne korelacije pojedinih svojstava materijala s određenim parametrima rada bagera. Također, pomoću tih podataka moguće je provjeriti točnost postojećih formulacija za određivanje učinka bagera (Chen et al., 2013; Lee et al. 2008), kao i formiranje novih.

20200616 3

Slika 3 Trajektorija kretanja lopate (Kim et al. 2013).

Reference:

Kim, Y.B., Ha, J., Kang, H., Kim, P. Y., Park, J., Park, F. C. (2013): Dynamically optimal trajectories for earthmoving excavators. Automation in Construction 35 (2013) Str. 568-578

Chen, J., Qing. F., Pang, X. (2013): Mechanism optimal design of backhoe hydraulic excavator working device  based on digging paths. Journal of Mechanical Science and Technology 28 (1) (2014) 213~222

Klanfar, M., Herceg, V., Kuhinek, D. and Sekulić, K. (2018): Construction and testing of the measurement system for excavator productivity. Rudarsko-geološko-naftni zbornik. 34, 51-58.

Kang, S., Park, J., Kim, S., Lee, B., Kim, Y., Kim, P., Jin Kim, H. (2014): Path Tracking for a Hydraulic Excavator Utilizing Proportional-Derivative and Linear Quadratic Control. 2014 IEEE Conference on Control Applications (CCA) Part of 2014 IEEE Multi-conference on Systems and Control, Antibes, France (2014)

Lee, S., Hong, D., Park, h., Bae, J. (2008): Optimal Path Generation for Excavator with Neural Networks Based Soil Models. International Conference on Multisensor Fusion and Integration for Intelligent Sistems Seul, Korea, (2008)

Du, Y., Dorneich, M. C. and Steward, B. (2016) Virtual operator modeling method for excavator trenching. Automation in Construction, 70, 14–25.

_________________________________________________________________________________

Vjekoslav Herceg, mag. ing. rud. je asistent na Zavodu za rudarstvo i geotehniku na Rudarsko-geološko-naftnom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu. Doktorski studij Primijenjenih geoznanosti, rudarskog i naftnog inženjerstva upisao je 2016. godine te trenutno provodi doktorsko istraživanje pod nazivom Učinak bagera s dubinskom lopatom pri eksploataciji mineralnih sirovina.

Google Scholar https://scholar.google.hr/citations?user=uQIVWFwAAAAJ&hl=hr

CROSBI https://bib.irb.hr/lista-radova?autor=358050

E-portfolio https://moodle.srce.hr/eportfolio/user/view.php?id=21853