Mechatronic system for running-in and testing of mechanical transmissions in mining shovels

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

The mechanical transmissions of the hoist and drag winches, as well as the crowd mechanisms of mining shovels, operate under highly variable and shock cyclic loads. These severe operating conditions impose stringent quality requirements on both the manufacturing and assembly of such transmissions. The lifecycle management process for these gearboxes includes running-in and acceptance testing at the manufacturing plant, followed by diagnostics and condition monitoring during field operation. Test benches designed for these purposes must closely replicate the operating conditions experienced by the transmission in actual service. The developed test bench is designed to perform running-in (initial wear-in of mating surfaces) and quality control testing of hoist and crowd winch gearboxes installed in electric mining shovels of the following models: EKG-8US, EKG-10, EKG-12K, EKG-15M, EKG-18, EKG-20KM, and EKG-32R. These operations are carried out as part of the standard acceptance testing procedure. The test bench is equipped with DC excavator motors rated at 350 kW (drive motors) and 560 kW (loading motor). The hoist winch gearbox from the EKG-15M shovel serves as the torque multiplier. Two intermediate shafts are connected via an intermediate coupling, with the loading motor driving one of these shafts. Motor control is implemented using standard DC transistor converters with PWM control, identical to those used in mining shovels equipped with DC main drives. The running-in and testing processes are carried out using the mutual loading method, which enhances energy efficiency by allowing regenerative energy to be reused within the system. The test bench software is based on the Pulsar-7 information and diagnostics system, which supports the following operational modes: 1. Interactive manual control, enabling the operator to verify the functionality and calibration of test bench components. 2. Automatic control of the running-in and testing processes, where pre-programmed sequences from a built-in library generate the required control commands for each specific test type. Available test modes include: unloaded running-in, running-in under constant load, running-in under variable load and rotational speed, excavation cycle simulation. 3. Automated test report generation, including the ability to view and print previously generated reports. 4. Software configuration and auxiliary functions, including an embedded help system. A mathematical model of the mechatronic system was developed and used to simulate the running-in process of the EKG-15M crowd gearbox in Simulink. The developed test bench system has been successfully implemented at Joint Power Co., Ltd. (Moscow) and IZ-KARTEX named after P.G. Korobkov.

Sobre autores

S. Malafeev

Vladimir State University named after Alexander and Nikolay Stoletovs; United Energy Company LLC

Email: simalafeev@gmail.com
ORCID ID: 0000-0002-7691-3442

A. Malafeeva

Russian Presidential Academy of National Economy and Public Administration (Vladimir Branch)

Email: amalafeeva@rambler.ru
ORCID ID: 0009-0000-3141-874X

V. Konyashin

United Energy Company LLC

Email: solytonik@yandex.ru
ORCID ID: 0009-0007-7183-0780

A. Novgorodov

United Energy Company LLC

Email: novgorodov@jpc.ru
ORCID ID: 0009-0000-7557-0145

Bibliografia

  1. Quan Z., Ge L., Wei Z., Li Y. W., Quan L. A survey of powertrain for energy-efficient heavy-duty machinery technologies. In: Proceedings of the IEEE. 2021;109(3):279–308. https://doi.org/10.1109/jproc.2021.3051555
  2. Хорешок А. А., Кудреватых А. В., Ащеулов А. С. и др. Увеличение ходимости редукторов мотор-колес карьерных самосвалов методом внедрения контроля фактического технического состояния. Горные науки и технологии. 2021;6(4):267–276. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2021-4-267-276
  3. Drygin M. Yu., Kuryshkin N.P. Increasing the quality of excavators’ planetary reduction gearboxes on the basis of dimensional analysis and geometrical characteristics of tooth wheels. In: Journal of Physics: Conference Series, Volume 944, XI International scientific and technical conference "Applied Mechanics and Dynamics Systems". 14–16 November 2017, Omsk, Russian Federation. https://doi.org/10.1088/1742-6596/944/1/012030
  4. Mao Y., Tong J., Chin Z. Y. et al. Transmission error and vibration-based condition monitoring of gear wear with contaminated lubricant.Wear. 2023;523:2047–2060. https://doi.org/10.1016/j.wear.2023.204760
  5. Gericke B. L., Sushko A. E., Gericke P. B., Efremenkov A. B. Digital technologies used in technical diagnostics, assessment of technical condition, maintenance and repair of mining machines and equipment. In: Journal of Physics: Conference Series, Volume 2052, 3rd International Scientific and Practical Conference on Mathematical Modeling, Programming and Applied Mathematics (MMPAM 2021). 6–7 September 2021, Veliky Novgorod, Russia. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2052/1/012016
  6. Альгин В. Б., Ишин Н. Н. Надежность технически сложных изделий в свете «Индустрии 4.0». Актуальные вопросы машиноведения. 2017;(6):43–54.
  7. Blau P. J. On the nature of running-in. Tribology International. 2005;38(11–12):1007–1012. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2005.07.020
  8. Jamaria J., Ammarullaha M. I., Afifa I. Y. et al. Running-in Analysis of Transmission Gear. Tribologyin Industry. 2021;43(3):434–441. https://doi.org/10.24874/ti.1092.04.21.08
  9. Войнов К. Н. Обобщения в трибологии. СПб.: Издательско-полиграфическая ассоциация высших учебных заведений; 2024. 250 с.
  10. Kragelsky I. V., Kombalov V. S. Calculation of value of stable roughness after running-in (elastic contact). Wear. 1969;14(2):137–140.
  11. Sjöberg S., Sosa M., Andersson M., Olofsson U. Analysis of efficiency of spur ground gears and the influence of running-in, Tribology International. 2016;93A:172–181. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2015.08.045
  12. Wang Q., Ma B., Liang Y. et al. Effects of operating conditions on the tribological behavior of a wet multi-disc clutch during the running-in process. Tribology International. 2023;179:108096. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2022.108096
  13. Khonsari M. M., Ghatrehsamani S.,Akbarzadeh S. On the running-in nature of metallic tribo-components: A review. Wear. 2021;474–475:203871. https://doi.org/10.1016/j.wear.2021.203871
  14. Иванов В. П. Обкатка редукторов горно-шахтных машин. Горная механика и машиностроение. 2016;(2):55–59.
  15. Стрельцов В. В., Попов В. Н., Карпенков В. Ф. Ресурсосберегающая ускоренная обкатка отремонтированных двигателей. М.: Колос; 1995. 175 с.
  16. Жерве Г. К. Промышленные испытания электрических машин. Л.: Энергоатомиздат; 1984. 408 с.
  17. Малафеев С. И., Серебренников Н. А. Повышение энергетической эффективности карьерных экскаваторов на основе модернизации электрооборудования и систем управления. Уголь. 2018;(10):30–34. http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2018-10-30-34
  18. Malafeev S. I., Novgorodov A. A., Konyashin V. I. Bench tests of the quarry excavators main electric drives. In: XI International Conference on Electrical Power Drive Systems (ICEPDS). Saint-Petersburg, Russia, October 04–07, 2020. https://doi.org/10.1109/icepds47235.2020.9249257

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».