Mining Machines 2/2020(162)

In this work, a FEM dynamic analysis of the energy absorbing system was carried out on the example of a thin-walled column loaded with impact of mass. The results of the numerical analysis of the impact of the column cross-sectional shape and the notch on the amount of impact energy absorbed are presented. Modeling of phenomena occurring during impact is a very complex task, because it is necessary to analyze a complicated process in which geometric and physical nonlinearities and contact problems occur. Model preparation and calculation using the finite element method (FEM) is currently the most reliable method of modeling impacts. The results of numerical analyzes discussed in the paper were carried out using the special MSC.Software.

Keywords: numerical analysis, impact energy, energy dissipation, thin-walled structure

W niniejszej pracy przeprowadzona została analiza dynamiczna układu pochłaniającego energię na przykładzie cienkościennej kolumny, obciążonej udarem masy. Przedstawiono wyniki analizy numerycznej wpływu kształtu przekroju poprzecznego kolumny oraz karbu na wielkość pochłoniętej energii uderzenia. Modelowanie zjawisk zachodzących podczas uderzenia jest bardzo złożonym zadaniem, gdyż należy przeprowadzić analizę procesu, w którym następują nieliniowości geometryczne i fizyczne oraz problemy kontaktu. Przygotowanie modelu i przeprowadzenie obliczeń przy użyciu metody elementów skończonych (MES) jest aktualnie najbardziej wiarygodną metodą modelowania uderzeń. Omówione w pracy wyniki analiz numerycznych uzyskano przy wykorzystaniu specjalistycznego programowania firmy MSC.Software.

Słowa kluczowe: analiza numeryczna, energia uderzenia, rozpraszanie energii, struktura cienkościenna

Some papers, presented at the 20th Jubilee Scientific and Technical Conference KOMTECH-IMTech 2019, are discussed in the article. Part 1 of the article, published in the Quarterly “Mining Machines” No. 1, concerned the role of coal in the global economy, the importance of the coal sector for the Polish economy, the security of energy supply as well as technical and technological achievements of the coal sector over the years 2011-2017. Special attention was paid to automation and digitalization in coal mines, health and safety issues, a protection of the environment, sustainable coal technologies and also to an improvement of the coal use. Part 1 was ended with a description of the KOMAG Institute’s contribution to a development of the Polish mining industry in Sovereign Poland. Part 2 of the article concentrates on the role of the KOMAG Institute of Mining Technology in development processes of mining machines and equipment in Sovereign Poland. Over the period of nearly seventy years of the KOMAG scientific and technical activity more than 1100 technical documentations of mining machines and equipment for underground winning and for a beneficiation of coal were developed. The article also contains some information about Mine 4.0 in theory and practice.

Keywords: mining machines, technical documentation, longwall shearer, road-header, conveyor, winder, powered roof support, separator, jig

W artykule omówiono wybrane referaty, zaprezentowane podczas XX Jubileuszowej Konferencji Naukowo-Technicznej KOMTECH-IMTech 2019. Część 1. artykułu, opublikowana w Kwartalniku „Mining Machines” nr 1, dotyczyła roli węgla w światowej gospodarce, znaczenia sektora węglowego dla polskiej gospodarki, bezpieczeństwa energetycznego oraz technicznych i technologicznych osiągnięć sektora węglowego w latach 2011-2017. Szczególną uwagę zwrócono na automatyzację i cyfryzację w kopalniach węgla, kwestie zdrowia i bezpieczeństwa, ochronę środowiska, zrównoważone technologie węglowe, a także doskonalenie sposobów wykorzystania węgla. Część 1. została zakończona opisem wkładu Instytutu KOMAG w rozwój polskiego przemysłu wydobywczego Niepodległej Polski. Część 2. artykułu koncentruje się na roli, jaką Instytut Techniki Górniczej KOMAG odgrywał i odgrywa w procesach rozwoju maszyn i urządzeń górniczych w Niepodległej Polsce. W ciągu prawie siedemdziesięciu lat działalności naukowo-technicznej Instytutu KOMAG opracowano ponad 1100 dokumentacji technicznych maszyn i urządzeń górniczych do podziemnego pozyskiwania i wzbogacania węgla. Artykuł zawiera także informacje na temat Kopalni 4.0 w teorii i praktyce.

Słowa kluczowe: maszyny górnicze, dokumentacja techniczna, kombajn ścianowy, kombajn chodnikowy, przenośnik, maszyna wyciągowa, sekcja obudowy zmechanizowanej, separator, osadzarka

The article gives a short presentation of three basic test types of equipment used in ventilation of mine workings, such as dust collectors, fans and vortex ventubes.
The procedure for measurements preparation and tests realization as well as how to present the test results, is given. In addition, the article contains information on the regulations to be met for proper tests realization. The mentioned tests concern equipment operating in the forced or sucking-forced ventilation systems. Furthermore, the article presents the design and layouts of measuring stands used in KOMAG. It also specifies the parameters to be measured along with their read out places.

Keywords: testing, dust collectors, ventubes, vortex ventubes

Artykuł zawiera krótką prezentację trzech podstawowych rodzajów badań urządzeń wykorzystywanych przy przewietrzaniu i odpylaniu wyrobisk kopalnianych, jakimi są: odpylacze, wentylatory i lutnie wirowe.
W opracowaniu określono zasadnicze cele poszczególnych badań, zaprezentowano procedurę przygotowania pomiarów, tok postępowania podczas badań oraz sposób przedstawiania wyników. Dodatkowo zostały w nim zawarte informacje dotyczące przepisów do jakich należy się dostosować w celu prawidłowego przeprowadzenia danych pomiarów. Wymienione w artykule badania dotyczą urządzeń pracujących w najczęściej stosowanych na kopalniach układach przewietrzania tj. w układzie wentylacji ssącej lub ssąco tłoczącej. Ponadto w publikacji przedstawiono budowę oraz schematy stanowisk pomiarowych wykorzystywanych do badań w ITG KOMAG, a także zostały określone parametry jakie należy mierzyć wraz z miejscem ich sczytywania.

Słowa kluczowe: badania, urządzenia odpylające, wentylatory lutniowe, lutnie wirowe

Rare earth elements are recognized as Critical Raw Materials (CRMs) due to their wide range of applications in the glass, steel, chemical and electronic industries. Often rare earth elements are referred to as a single group, but in practice each element has individual technical applications. Therefore, the demand varies for each element. Demand for rare earth elements is likely to increase in the future due to use of NdFeB magnets, especially in vehicles with electric motors and wind turbines. This publication presents research results aimed at finding raw material or waste that can be used to obtain neodymium at economical profit. This publication presents tests aimed at an identification of the raw material from which neodymium can be obtained. Research began with an identification of materials that could potentially become an economically viable source of neodymium extraction. The following materials were selected: natural aggregates, fine-grained raw materials of magma origin as well as coal sludge and fine-grained waste after hard coal enrichment. These raw materials were subject to content analysis by mass spectrometry, with ionization in inductively compressed plasma (ICP-MS).

Keywords: rare earth elements, REE, mechanical processing, separation, new technologies

Pierwiastki ziem rzadkich zostały uznane w ostatnich czasach jako surowce krytyczne ze względu na ich szeroki zakres zastosowań w przemysłach: szklarskim, stalowym, chemicznym i elektronice. Często pierwiastki ziem rzadkich łączone są w jedną grupę, jednakże w praktyce każdy pojedynczy pierwiastek posiada odrębne zastosowania, dlatego popyt na każdy pierwiastek jest inny. Prognozy wskazują na prawdopodobny wzrost zapotrzebowania na pierwiastki ziem rzadkich, co może być związane między innymi ze zwiększenia stosowania magnesów NdFeB, szczególnie w pojazdach hybrydowych i elektrycznych oraz turbinach wiatrowych. W niniejszej publikacji przedstawiono badania mające na celu zidentyfikowanie surowca, z którego będzie można pozyskać neodym. Badania rozpoczęto od wskazania materiałów, które potencjalnie mogą stać się ekonomicznie uzasadnionym źródłem pozyskiwania neodymu. Wytypowane zostały: kruszywa naturalne, drobnoziarniste surowce pochodzenia magmowego oraz muły węglowe i drobnoziarniste odpady po wzbogacaniu węgla kamiennego. Surowce te zostały poddane analizie zawartości neodymu metodą spektrometrii mas, z jonizacją w plazmie indukcyjnie sprężonej (ICP-MS).

3D printing is a very popular technology for rapid production and prototyping. The rapid development of various 3D printing techniques began at the beginning of the 21st century. The concepts of rapid manufacturing and prototyping have gained new meaning due to unlimited shaping possibilities and the wide range of printing materials available. The possibility of obtaining a material object in accordance with the documentation relatively quickly, redefined the production process, especially in the case of a unit or small-lot production. One of the variants of 3D printing – FDM (Fused Deposition Modelling) technology has become the most popular, thanks to the wide possibilities of hardware modification and the low price of printing devices. 3D printing is used in almost all industries. The article presents examples of 3D printing applications in various areas of engineering activities, including medical applications. An example of an approach to implementing 3D printing technology in an organization was also presented. A description of the developed training resources is provided to quickly train all process participants – the people responsible for the 3D printing process itself and potential recipients. The implementation of 3D printing technology in an organization is not only associated with the purchase of appropriate equipment, but it is also necessary to ensure an appropriate level of knowledge, which avoids confusion and makes the expectations of potential technology recipients real

Keywords: 3D printing, FDM, rapid prototyping, mechanical engineering, innovation, design

Druk 3D to bardzo popularna technologia szybkiego wytwarzania i prototypowania. Szybki rozwój różnych technik druku 3D rozpoczął się z początkiem XXI wieku. Dzięki praktycznie nieograniczonym możliwościom kształtowania i dostępnej szerokiej gamie materiałów do druku, pojęcia szybkiego wytwarzania i prototypowania nabrały nowego znaczenia. Możliwość stosunkowo szybkiego uzyskania obiektu materialnego zgodnego z projektem, przedefiniowała proces produkcyjny zwłaszcza w przypadku produkcji jednostkowej czy małoseryjnej. Dzięki szerokim możliwościom modyfikacji oraz niskiej cenie urządzeń drukujących jedna z odmian druku 3D – technologia FDM (Fused Deposition Modelling) stała się najbardziej rozpowszechniona. Druk 3D znajduje zastosowanie praktycznie w każdej gałęzi przemysłu. W artykule przestawiono przykłady zastosowań druku 3D w różnych obszarach działalności inżynierskiej, w tym w zastosowaniach medycznych. Przedstawiono także przykład podejścia powalającego na wdrożenie technologii druku 3D w organizacji. Przedstawiono opis opracowanych zasobów szkoleniowych pozwalających w szybki sposób przeszkolić wszystkich uczestników procesu – osoby odpowiedzialne za realizację samego procesu wydruku 3D jak i potencjalnych odbiorców. Wdrożenie technologii druku 3D w organizacji, nie wiąże się jedynie z zakupem odpowiedniego sprzętu, konieczne jest zapewnienie odpowiedniego poziomu wiedzy, co pozwala uniknąć nieporozumień i urealnia oczekiwania potencjalnych odbiorców w zakresie rzeczywistych parametrów wydruków 3D.

Słowa kluczowe: druk 3D, FDM, szybkie prototypowanie, inżynieria mechaniczna, innowacje, projektowanie

Intelligent control and automation systems, capable for adaptation and learning, are expanding their area of application in industrial practice. Particularly, due to the necessity of continuous improvement of work safety, as well as the need to increase production efficiency and work reliability, the group of users of intelligent systems, which are currently implemented in many important branches of Polish industry, including mining, is constantly growing. The KOMAG Institute of Mining Technology develops modern, intelligent and distributed mechatronic systems which increase work safety and reduce energy consumption of technological processes. Innovative solutions of distributed control and power supply systems, focused on improvement of selected technological processes are presented in this article. Assumptions of IIoT (Industrial Internet of Things) and direct machine communication M2M (Machine to Machine) have a large impact on the structure and functionality of control systems, shaping the ideas of Industry 4.0. All control systems, compatible with IIoT, use communication networks, often of high complexity, combining various components, modules, actuators and sensors. KOMAG researchers have noticed and proposed a solution to the problem of self-organized communication paths in a complex sensor network. In order to create and optimize the communication structure, the SA class algorithm (Swarm Algorithm) was proposed. As an example of a distributed control system, the KOGASTER control system using the CAN communication bus was described. Another innovative solution, presented in the article, is Shield Support Monitoring System (SSMS), which allows monitoring the condition of the powered roof support in real time by monitoring its operating parameters (such as geometry, hydraulic pressure parameters and tip to face distance). SSMS provides data for the Longwall Mining Conditions Prediction System (LMCPS) in order to forecast the risk of a dike and generate information on necessary corrective actions. The projects developed at the KOMAG perfectly fit into the current development trends of mechanization and automation systems for the industry, including the mining industry.

Keywords: mechatronic systems, control algorithms, electrical systems, communication systems

Inteligentne systemy sterowania i automatyki, zdolne do adaptacji i uczenia się, zyskują coraz szersze grono użytkowników i powiększają obszar zastosowań w praktyce przemysłowej. Jest to szczególnie uwarunkowane potrzebami ciągłego polepszania bezpieczeństwa pracy, a także zwiększaniem wydajności produkcji i ciągłości pracy w wielu ważnych gałęziach polskiego przemysłu, w tym w górnictwie. Instytut Techniki Górniczej KOMAG rozwija nowoczesne, inteligentne i rozproszone systemy mechatroniczne, które wychodzą naprzeciw tym oczekiwaniom jednocześnie zmniejszając energochłonność procesów technologicznych. W artykule przedstawiono innowacyjne rozwiązania rozproszonych systemów sterowania i zasilania, ukierunkowane na usprawnienie wybranych procesów technologicznych. Założenia IIoT (Industrial Internet of Things) i bezpośredniej komunikacji maszyn M2M (Machine to Machine) mają duży wpływ na strukturę i funkcjonalność układów sterowania maszyn, kształtując przy tym idee Przemysłu 4.0. Wszystkie systemy sterowania, kompatybilne z IIoT wykorzystują sieci komunikacyjne, często o dużej złożoności, łączące różne komponenty, moduły, siłowniki i czujniki. Specjaliści ITG KOMAG dostrzegli i zaproponowali rozwiązanie problemu samoorganizacji ścieżek komunikacyjnych w złożonej sieci czujników. W celu stworzenia i optymalizacji struktury komunikacyjnej zaproponowano algorytm klasy SA (ang. Swarm Algorithm). Jako przykład rozproszonego systemu sterowania opisano system sterowania KOGASTER wykorzystujący magistralę komunikacyjną CAN. Innym nowatorskim rozwiązaniem, przedstawionym w artykule, jest System Monitorowania Zmechanizowanej Obudowy Ścianowej (SSMS, ang. Shield Support Monitoring System), który pozwala na monitorowanie jej stanu w czasie rzeczywistym poprzez monitorowanie wybranych parametrów (takich jak geometria, ciśnienia hydrauliczne i odległość od czoła ściany). SSMS dostarcza dane do Systemu Predykcji Warunków Wydobycia LMCPS (ang. Longwall Mining Conditions Prediction System), w celu prognozowania ryzyka zawału stropu i generowania informacji o koniecznych działaniach naprawczych. Projekty opracowane w ITG KOMAG doskonale wpisują się w aktualne trendy rozwoju systemów mechanizacji i automatyzacji przemysłu, w tym górnictwa.

Słowa kluczowe: systemy mechatroniczne, algorytmy sterowania, systemy elektryczne, systemy komunikacyjne

Seventy years of interdisciplinary activities of the KOMAG Institute of Mining Technology in support of widely understood environmental protection are presented in the article. The research and development projects oriented onto subject-matter of environmental protection and realized within the framework of the statute, research, research-and–development, ordered, thematic as well as testing-and-servicing activities are described. The article also contains some information about a dissemination of knowledge on environmental protection during the KOMEKO scientific and technical conferences which have been organized by KOMAG since the year 2000.

Keywords: environmental protection, innovative solutions, clean coal technologies, jig, pulsatory classifier

W artykule przedstawiono siedemdziesiąt lat interdyscyplinarnych działań Instytutu Techniki Górniczej KOMAG w zakresie szeroko rozumianej ochrony środowiska. Opisano projekty badawczo-rozwojowe, ukierunkowane na tematykę ochrony środowiska, zrealizowane w ramach działalności statutowej, projektów badawczo-rozwojowych, zamawianych, celowych oraz działalności badawczo-usługowej. Artykuł zawiera również informację na temat dzielenia się wiedzą, dotyczącą ochrony środowiska, podczas konferencji naukowo-technicznych z cyklu KOMEKO, organizowanych przez KOMAG od 2000 roku.

Słowa kluczowe: ochrona środowiska, innowacyjne rozwiązania, czyste technologie węglowe, osadzarka, klasyfikator pulsacyjny