Содержание к диссертации
Введение 5
Глава 1. Анализ состояния вопроса. Цель, задачи и
методы исследований 10
Мировой уровень развития экскаваторостроения с
гидравлическим приводом 10
Сравнительный анализ силовых и кинематических
параметров карьерных механических лопат и
гидравлических экскаваторов 13
Применение карьерных гидравлических экскаваторов на
открытых разработках в экстремальных условиях 31
Особенности открытой разработки месторождений
полезных ископаемых Якутии 36
Цель и задачи исследований 40
Глава 2. Исследования карьерных гидравлических
экскаваторов « Komatsu » в условиях 42
Якутии
Методика проведения промышленных экспериментов
карьерных гидравлических экскаваторов с применением информационных средств мониторинга параметров их
гидравлических приводов 42
Исследование силовых и кинематических параметров гидравлических экскаваторов во взаимосвязи с параметрами забоя. Установление зависимостей усилий напора и отрыва
на ковше экскаватора от высоты и радиуса копания 53
Обоснование необходимости применения, определение параметров и разработка устройств предварительного
подогрева гидравлической жидкости 67
Выводы 72
Глава 3. Исследование и разработка рациональных
режимов функционирования гидравлических систем
карьерных экскаваторов в условиях Крайнего 74
Севера
1 Методика проведения промышленных экспериментов по
определению чистоты и вязкости рабочей жидкости в
условиях низких температур 74
-
Статистический анализ функционирования гидравлических систем в экстремальных условиях 83
-
Исследование влияния температуры внешней среды на эффективность работы гидропривода экскаваторов в
карьерах Якутии 100
4 Исследование влияния загрязненности рабочей жидкости на
надежность функционирования основных агрегатов
гидропривода карьерных гидравлических экскаваторов.
Установление закономерностей износа основных агрегатов
гидроприводов с учетом изменения вязкости в процессе ее
эксплуатации в северных условиях 104
Выводы 121
Глава 4. Разработка рекомендаций по повышению
эффективности применения гидравлических
экскаваторов «Komatsu» при открытой разработке
месторождений Якутии 123
-
Разработка требований и создание всесезонной гидравлической жидкости для КГЭ 123
-
Выбор рациональных параметров гидравлических экскаваторов во взаимосвязи с горнотехническими . ~~ параметрами месторождений
-
Методика выбора карьерного экскаватора 131
-
Инженерная методика оценки загрязненности гидравлической жидкости систем карьерных экскаваторов в . „д
условиях Севера
Выводы 147
Заключение
Список использованной литературы 152
Приложение 1. Исходные данные по эксплуатации
экскаваторов РС-5500 в 2003 году 161
Приложение 2.Коэффициент технической готовности
экскаваторов ЭКГ-20 в 2003 г 163
Приложение 3. Номенклатура и характеристики рабочих
жидкостей 164
Приложение 4. Основные результаты исследований
вязкости рабочей жидкости 175
Приложение 5. Рекомендации по предварительному подогреву гидравлической системы и запуску экскаватора
при низких температурах 181
Приложение 6. Акт внедрения результатов диссертационной
работы Кёлына Р.Х. на заводе Komatsu Mining Germany... 183
Введение к работе
Актуальность работы. Интенсификация открытого способа разработки твердых полезных ископаемых в значительной степени определяется применением современных комплексов оборудования большой единичной мощности, в которых головным является экскаватор. Во многих исследовательских работах неоднократно рассматривалась целесообразность технического перевооружения горных предприятий с вытеснением карьерных механических лопат с электроприводом основных механизмов экскаваторами с гидроприводом. Однако экстремальные условия их эксплуатации при низких температурах усложняют такого рода перевооружение и требуют дополнительных мероприятий как для подготовки гидравлических систем к работе, так и для обеспечения их бесперебойного и эффективного функционирования.
Разработка и обоснование таких мероприятий позволит широкомасштабно внедрять гидравлические экскаваторы и новые гибкие технологические схемы горного производства в условиях Севера, с одновременным снижением металлоемкости экскаваторного парка и затрат на их эксплуатацию.
Опыт работы зарубежных предприятий подтверждает возможность широкомасштабного применения карьерных гидравлических экскаваторов, в том числе в самых сложных горно-геологических и климатических условиях. Десять лет назад доля гидравлических экскаваторов во всем парке машин с ковшами вместимостью более 12 м составляла не более 30%. В настоящее время около 85% машин, поставляемых на открытые горные работы, составляют карьерные гидравлические экскаваторы и только 15% -мехлопаты с электроприводом. Заказчиками которых являются предприятия имеющие соответствующую, традиционно сложившуюся инфраструктуру с ремонтными цехами, системами электроснабжения и т.п.
В России производственное применение гидравлических экскаваторов началось в Якутии в начале 80-х годов прошлого века и в настоящее время активно распространяется по всему Сибирскому региону. Горные предприятия АК «АЛРОСА» и ОАО ХК «ЯКУТУГОЛЬ» около 10 лет применяют карьерные гидравлические экскаваторы производства Komatsu Mining Germany. В настоящее время экскаваторы этого типа применяются в ОАО «Кузбассразрезуголь», ОАО «Междуречье», ОАО «Южный Кузбасс», ОАО «Коршуновский ГОК». Однако, несмотря на имеющиеся успехи, показатели эффективности использования гидрофицированной техники в условиях Российского Севера пока отстают от общемирового уровня.
Обоснование рациональных силовых и режимных параметров копания, а также необходимых параметров гидравлической жидкости и средств ее подогрева для обеспечения эффективности работы карьерных гидравлических экскаваторов при их эксплуатации в северных условиях является актуальной научной задачей.
Целью работы является повышение эффективности эксплуатации карьерных гидравлических экскаваторов на горных предприятиях Якутии.
Идея настоящей работы заключается в обосновании рациональных силовых и режимных параметров копания, необходимых параметров гидравлической жидкости и средств ее подогрева, обеспечивающих повышение эффективности работы карьерных гидравлических экскаваторов при их эксплуатации в северных условиях.
Научные положения, выносимые автором на защиту: Зависимости усилий напора и отрыва на ковше экскаватора от высоты и радиуса копания применительно к северным условиям их эксплуатации, позволяющие обосновать рациональные режимы копания, обеспечивающие повышение эффективности работы карьерных гидравлических экскаваторов.
Закономерности изменения вязкости рабочей жидкости в зависимости от срока ее службы при эксплуатации карьерных гидроэкскаваторов в северных условиях, необходимые для оценки надежности и прогноза ресурса гидравлических приводов и выбора параметров систем их подогрева.
Зависимости ресурса гидроагрегатов от параметров нагружения и характеристик рабочей жидкости, учитывающие изменение ее вязкости от температуры окружающей среды в процессе эксплуатации карьерных гидравлических экскаваторов в северных условиях.
Методы исследований, использованные в работе: систематизация и анализ литературных источников; теория планирования эксперимента и математические методы обработки данных; методы теории вероятности математической статистики.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением апробированных положений теории и практики создания карьерных гидравлических экскаваторов и систем гидропривода; представительным объемом экспериментальных исследований, например, устойчивости экскаваторов при копании, полученных с достоверностью не менее 0,95, и представительными данными промышленной эксплуатации карьерных гидравлических экскаваторов на горных предприятиях в северных условиях.
Научная новизна работы:
Установлена взаимосвязь силовых параметров, развиваемых на рабочем оборудовании с технологическими режимами работы гидравлических экскаваторов при их эксплуатации в сложных горнотехнических условиях горных предприятий Севера.
Впервые установлена закономерность изменения вязкости гидравлической жидкости в зависимости от срока эксплуатации карьерного экскаватора в Северных условиях
Установлены параметры гидравлической жидкости, обеспечивающие эффективную эксплуатацию гидравлических экскаваторов в условиях Якутии с прогнозируемым уровнем их надежности.
Выявлены закономерности изменения ресурса агрегатов гидропривода при их гидроабразивном изнашивании, учитывающие влияние класса чистоты и изменение вязкости рабочей жидкости в процессе эксплуатации карьерных гидравлических экскаваторов в северных условиях. Предложены новые аналитические соотношения для прогнозирования долговечности гидроагрегатов гидравлических экскаваторов.
Практическая ценность работы заключается в следующем: разработаны инженерные методики, позволяющие производить: выбор рациональных параметров гидравлических экскаваторов во взаимосвязи с горнотехническими параметрами месторождений; оценку загрязненности гидравлической жидкости систем карьерных экскаваторов; выбор типа гидравлического экскаватора для эксплуатации в условиях Севера. разработаны рекомендации по обеспечению рациональных режимов копания в забоях с различными углами откоса, зависящими от температуры окружающей среды, за счет реализации усилий напора при положительных температурах и усилий отрыва при низких температурах, обеспечивающие безопасный и эффективный процесс экскавации; создана система мониторинга состояния гидравлических систем карьерных экскаваторов, предусматривающая согласованное использование приборных комплексов контроля характеристик жидкости и рабочих параметров гидропривода на базе информационного накопителя - анализатора физических параметров; выявлены и экспериментально апробированы параметры вязкости и чистоты гидравлической жидкости, при поддержании которых достигается коэффициент готовности до 0,98 и ресурс основных агрегатов гид- равлических экскаваторов до 40 тыс. моточасов при их эксплуатации в экстремальных условиях Севера;
Реализация выводов и рекомендаций работы. Разработанные нами технические требования на всесезонное гидравлическое масло реализованы фирмой Shell при создании масла марки «Shell Tellus Arctic 32» и, совместно с устройствами его предварительного подогрева, использованы на горных предприятиях ЗАО «АК АЛРОСА» и ОАО ХК «Якутуголь» в системах гидроприводов экскаваторов. Основные результаты наших исследований используются фирмой Komatsu Mining Germany при разработке и изготовлении модификаций гидравлических экскаваторов северного исполнения, а также при организации их сервис-мониторинга на карьерах, разработке технических средств и инструкций по эксплуатации гидросистем.
Апробация работы. Основные научные положения и принципиальные разделы диссертации в целом доложены на «Второй международной научно-практической конференции по проблемам горно-транспортного оборудования», январь 2008 г. в МГГУ, на «Международной научно-практической конференции «Мирный 2001» (июль 2001г., ЯкутНИИпро-малмаз), на научно-технических семинарах МГГУ (январь 2008 и 2009 гг) и ООО «МОГОРМАШ» (2008 г), на технических семинарах фирмы КО-MATZU "Перспективы применения гидравлических экскаваторов в экстремальных условиях Севера и Тропиков» на Выставке MTNExpo 2008, 14-20 ноября 2008, Лас-Вегас.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 6 печатных работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов и заключения, содержит 183 страницы машинописного текста, 30 рисунков, 10 таблиц, список литературы из 102 наименований и 6 приложений.
