An applicability assessment of excavation tools for small-scale mining robots

Titel in Übersetzung: Eine Anwendbarkeitsanalyse von Abbauwerkzeugen für kleinmaßstäbige Bergbau-Roboter

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Die moderne Bergbauindustrie steht vor wachsenden Herausforderungen in Bezug auf Nachhaltigkeit und Rohstoffknappheit, die zusätzliche Anstrengungen im Bereich der Forschung und Entwicklung erfordern. Ein steigender Trend im Untertagebau ist die Entwicklung vollständig mechanisierter und automatisierter Prozesse bis hin zum Einsatz völlig autonomer Roboter. Künftige Bergbauroboter werden angepasste Abbautechnologien benötigen, um mit weniger Leistung und geringeren Massen eine ausreichende Produktivität zu garantieren. Im ersten Schritt wurde eine Übersicht über diverse Abbautechnologien erstellt, um eine vorläufige Bewertung derer potenziellen Anwendbarkeit vorzunehmen. Darüber hinaus wurden Leistungsparameter, wie Abbaurate und spezifische Energie, aber auch die zu erwartenden Reaktionskräfte, mit Hilfe theoretischer Ansätze am Beispiel eines Roboters mit einer Masse von 1500 kg ermittelt. Diese Arbeit befasst sich ferner mit der Vorhersagbarkeit der Schneidkraft von kleinen Längsschneidköpfen in weichem Gestein. Dies umfasst einen Überblick über theoretische Modelle zur Abschätzung der Schneidkraft einzelner Rundschaftmeißel, experimentelle Tests eines kleinen Längsschneidkopfes und die Bewertung der Anwendbarkeit von Einzelmeißel-Modellen auf die Berechnung der Schneidkräfte eines Längsschneidkopfes. Experimentelle Schneidversuche an Proben mit drei unterschiedlichen Gesteinsfestigkeiten (UCS = 16, 23 und 30 MPa) wurden erfolgreich durchgeführt und die erzielten Ergebnisse wurden zur Entwicklung einer Methodik zur Vorhersage der Schneidkräfte verwendet. Aufgrund der vergleichsweise kleinen Dimension der eingesetzten Rundschaftmeißel wurden große Abweichungen zwischen den Einzelmeißel-Modellen und den Messergebnissen festgestellt. Folglich wurde ein dynamisches Modell entwickelt, das den Effekt der sich verändernden Schnitttiefe eines Meißels in die Vorhersage der Schneidkraft einbeziehen kann. Die Simulationsmethodik liefert sehr zufriedenstellende Resultate und die Ergebnisse zeigten eine mittlere relative Abweichung von 7.2 % zwischen den gemessenen und simulierten Gesamtschneidkräften. Schließlich wurden Konzepte für ausgewählte Abbautechnologien entwickelt: Mehrere Hartgesteinsbohrsysteme, ein kleinmaßstäbliches Teilschnittsystem, ein Hochdruckwasserstrahlschneidwerkzeug und ein weiteres System, welches mithilfe von unter Druck stehendem Wasser Gestein lösen kann. Diese vorgeschlagenen Konzepte sind nicht als vollwertige Entwicklungen zu betrachten, sondern sollen als Grundlage für zukünftige Abbausysteme für kleine Bergbau-Roboter dienen.
Titel in ÜbersetzungEine Anwendbarkeitsanalyse von Abbauwerkzeugen für kleinmaßstäbige Bergbau-Roboter
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Sifferlinger, Nikolaus August, Betreuer (intern)
  • Rückert, Elmar, Beurteiler A (intern)
  • Antretter, Thomas, Mitbetreuer (intern)
  • Drebenstedt, Carsten, Beurteiler B (extern), Externe Person
DOIs
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2023

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • Bergbaumaschinen
  • Montanmaschinen
  • Montanmaschinenbau
  • Robotik

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