Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования 9
1.1 Современное состояние и перспективы развития конструкций карьерных комбайнов 9
1.2 Современное состояние и перспективы развития силового оборудования горных машин 16
1.3 Основные результаты исследований систем «гидробак-охладитель» гидрообъемных силовых установок горных машин 24
1.3.1 Анализ схем фильтрации рабочей жидкости в гидравлических системах карьерного оборудования 34
1.4. Цель, задачи и алгоритм исследования 36
Выводы по главе 39
2 CLASS Исследование влияния параметров рабочей жидкости на эффективность работы карьерного оборудовани CLASS я 40
2.1 Критерии оценки эффективности системы «гидробак-охладитель» гидрообъемной силовой установки карьерного оборудования 40
2.2 Анализ влияния температуры и вязкости рабочей жидкости на надежность работы карьерного оборудования 44
2.3 Исследование процесса изменения во времени температуры окружающей среды при эксплуатации карьерного комбайна 51
Выводы по главе 61
3 CLASS Исследование параметров технологического нагружения основных механизмов карьерного комбайн CLASS а 64
3.1 Анализ кинематических и силовых параметров процесса выемки породы карьерным комбайном со шнеко-фрезерным рабочим органом 64
3.2 Анализ кинематических и силовых параметров транспортной системы карьерного комбайна 71
3.3 Анализ параметров технологического нагружения основных механизмов карьерного комбайна за цикл его работы 76
3.4 Исследование влияния температуры окружающей среды на производительность карьерного комбайна при выемке слоя породы...85
Выводы по главе 92
4. CLASS Обоснование, выбор параметров и структуры системы «гидробак-охладитель» гидрообъемной силовой установки карьерного комбайн CLASS а 94
4.1 Математическая модель тепловых процессов в регулирующем контуре гидрообъемной силовой установки 94
4.2 Анализ теплопотоков рабочей жидкости в линии низкого давления регулирующего контура гидрообъемной силовой установки 102
4.3 Моделирование параметров системы «гидробак-охладитель» гидрообъемной силовой установки различной структуры 108
Выводы по главе 123
Заключение 127
Список использованных источников информации 129
Приложение 138
- Современное состояние и перспективы развития силового оборудования горных машин
- Анализ влияния температуры и вязкости рабочей жидкости на надежность работы карьерного оборудования
- Анализ кинематических и силовых параметров транспортной системы карьерного комбайна
- Анализ теплопотоков рабочей жидкости в линии низкого давления регулирующего контура гидрообъемной силовой установки
Введение к работе
Горнодобывающая промышленность Республики Узбекистан является одной из ведущих отраслей, базирующейся на мощной минерально-сырьевой базе. По ряду важнейших полезных ископаемых, например таких, как фосфориты Узбекистан по подтвержденным запасам и перспективам их увеличения не только занимает ведущее место в СНГ, но и входит в первую десятку государств мира. Основные запасы фосфоритов сосредоточены на Джерой-Сардаринском месторождении Центрально-Кызылкумского региона Узбекистана. Этот регион является объектом деятельности Навоийского горно-металлургического комбината (НГМК).
В соответствии с программой промышленного освоения Джерой-Сардаринского месторождения предусмотрено увеличение мощностей добывающего и перерабатывающего комплексов с доведением годовой производительности по руде до 3,6 млн.т. Сегодня, один из трех детально разведанных участков Джерой-Сардаринского месторождения «Ташкура» принят в качестве первоочередного к промышленной эксплуатации.
На комбинате ведется непрерывный поиск и внедрение в производство-технологий с новым оборудованием высокого технического уровня, значительно повышающего эффективность горных работ. Регулярно осуществляется замена выработавшей свой ресурс техники на новую.
Так, специалистами НГМК и ВНИПИпромтехнологии предложено добычные работы производить карьерными комбайнами со шнеково-фрезерными рабочими органами, однако первый опыт их эксплуатации показал недостаточно-высокую производительность при выемке рудных фосфопластов различной мощности. Это объясняется тем, что производительность карьерного комбайна с дизель-гидрообъемной силовой установкой существенно зависит от эффективности работы системы охлаждения рабочей жидкости в условиях жаркого климата Центральной Азии.
Таким образом, увеличение объемов и номенклатуры добычи фосфоритной руды может быть достигнуто на основе создания эффективной системы охлаждения рабочей жидкости обеспечивающей температурную адаптацию гидрообъемных трансмиссий всех механизмов карьерного комбайна в диапазоне высоких температур характерном для карьеров Центральной Азии.
Поэтому разработка многопараметрической модели технологического нагружения, обоснование и выбор параметров системы «гидробак-охладитель» гидрообъемной силовой установки карьерного комбайна в зависимости от характеристик его технологического нагружения и температурного диапазона, характерного для карьеров Центральной Азии является актуальной научной задачей.
Целью работы является обоснование и выбор параметров системы «гидробак-охладитель» гидрообъемной силовой установки карьерного комбайна в зависимости от характеристик его технологического нагружения и температурного диапазона, характерного для карьеров Центральной Азии.
Идея работы состоит в многопараметрическом синтезе характеристик системы «гидробак-охладитель» гидрообъемной силовой установки карьерного комбайна на основе их моделирования в зависимости от особенностей технологического нагружения и температурного диапазона эксплуатации.
Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:
- многопараметрическая модель технологического нагружения гидрообъемной силовой установки карьерного комбайна в течение технологического цикла отработки фосфоритового пласта с заданными физико-механическими свойствами, отличающаяся учетом относительного уровня установленных мощностей двигателей основных механизмов комбайна и относительной длительности их активации в течение цикла в заданном диапазоне температуры окружающей среды;
математическая модель теплового эквивалента мощности, генерируемой гидрообъемной силовой установкой карьерного комбайна, учитывающая в относительной форме процесс нагружения его основных приводов, характер износа гидромашин до исчерпания ими ресурса и соотношение установленных мощностей гидрообъемных трансмиссий исполнительных механизмов комбайна;
- выбор схемы и рациональных параметров системы «гидробак-
охладитель» карьерного комбайна должен осуществляться с учетом
температуры потока рабочей жидкости в нагнетательном и дренажном
коллекторах гидрообъемной силовой установки комбайна в зависимости от
температуры окружающей среды.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируется на применении широкого диапазона современных научных методов исследований, включающих аналитические исследования с использованием фундаментальных положений теоретической механики твердого тела и жидкостей, термодинамики, математического моделирования и системного анализа процесса нагружения гидрообъемной силовой установки карьерного комбайна, и на исследовании процесса изменения температуры окружающей среды с использованием современных методов математической статистики. Сходимость результатов аналитических и экспериментальных исследований при 15% относительной ошибке составляет 80%.
Научное значение работы заключается в разработке математических моделей и в установлении зависимостей (в относительной форме) теплового эквивалента мощности, генерируемой гидрообъемной силовой установкой карьерного комбайна, от:
- параметров процесса нагружения приводов его исполнительных
механизмов в течение технологического цикла отработки фосфоритового
пласта;
параметров и характера износа гидромашин силовой установки до исчерпания ими ресурса;
соотношения установленных мощностей приводов гидрообъемных трансмиссий исполнительных механизмов комбайна и температуры окружающей среды.
Практическое значение работы состоит в разработке: методики расчета и выбора рациональных параметров системы «гидробак-охладитель» гидрообъемной силовой установки карьерного комбайна с охладителем: в нагнетательной линии; в дренажной линии или с охладителем в линии, параллельной гидробаку, а также в разработке технических требований на модернизацию системы «гидробак-охладитель» гидрообъемной силовой установки карьерного комбайна MTS 250 фирмы MAN TAKRAF (Германия).
Реализация выводов и рекомендаций работы. В плановых научно-технических разработках 2008-09 гг. ООО «ГИДРОГОРМАШ» на контрактной основе с Навоийским ГМК приняты следующие результаты работы:
- технические требования на модернизацию системы «гидробак-
охладитель» гидрообъемной силовой установки карьерных комбайнов MTS
250 фирмы MAN TAKRAF (Германия), находящихся в эксплуатации на
Джерой-Сардаринском месторождении Навоийского горно
металлургического комбината (участок Ташкура);
-инженерная методика расчета и выбора рациональных параметров системы «гидробак-охладитель» гидрообъемной силовой установки карьерного комбайна с охладителем: в нагнетательной линии насоса подпитки; в дренажной линии или с охладителем в линии, параллельной гидробаку;
- программное обеспечение для моделирования температурного режима
потока рабочей жидкости в нагнетательном коллекторе гидрообъемной
силовой установки карьерного комбайна с охладителем в линии
параллельной гидробаку, в зависимости от температуры окружающей среды
и максимально допустимой температуры рабочей жидкости дренажного потока.
Апробация работы. Основные положения и содержание работы были доложены и обсуждены: на международных научных симпозиумах «Неделя Горняка» - в 2006, 2006, 2008 гг. (г. Москва, МГГУ); на научно-технической конференции «Истиклол» «Современная техника и технология горнометаллургической отрасли и пути их развития» (Респ. Узбекистан, г. Навои) - 2004 г; на техническом совещании при Техническом директоре ООО «ГИДРОГОРМАШ» в 2007 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано пять статьей, две из них опубликованы в журналах, входящих в перечень изданий, утвержденных ВАК.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения, списка использованных источников из 84 наименований и включает 41 рисунок и 8 таблиц.
Современное состояние и перспективы развития силового оборудования горных машин
Все карьерные комбайны по силовому оборудованию разделяются на работающие от собственной силовой установки и на использующие подведенную энергию. К первым относятся машины, снабженные теплосиловыми установками, в основном двигателями внутреннего сгорания, ко вторым - машины с электрическим или гидравлическим приводами. В исключительных случаях приходится иметь дело с машинами, которые могут работать как от собственной силовой установки, так и от подведенной энергии [43]. Так, например комбайн KSM 2000R питается от двух источников энергии. Его роторный рабочий орган мощностью в 1100 кВт, приводится в действия при помощи электрогидравлической силовой установки подсоединенной шести киловольтным кабелем к внешней сети. Собственный дизельный двигатель мощностью в 1000 кВт обеспечивает работу остальных приводов машины [44].
Если машина имеет несколько механизмов, то по количеству рабочих двигателей различают одномоторный и многомоторный приводы. При одномоторном приводе в случае наличия нескольких механизмов требующих независимого управления и регулирования на ходу, включение их производится обычно фрикционными муфтами, реже, электромагнитными муфтами скольжения. Если включение должно производиться во время остановки механизма или при очень медленном его движении и не требует регулировки скорости, применяются и кулачковые муфты. Многомоторный привод может быть индивидуальным и смешанным или групповым. В первом случае каждый механизм приводится отдельным двигателем или несколькими одинаковыми двигателями. Во втором случае один или одни механизмы приводятся одним двигателем, а другой или другие имеют индивидуальные двигатели. В этом случае в механизмах с групповым приводом муфты сохраняются.
Одномоторный привод имеет меньшую массу и габариты, дешевле многомоторного по стоимости [43]. Раньше считалось, что одномоторный привод (рис. 1.4, кривые V, VI и VII) по своим качествам уступает многомоторному электрическому и гидравлическому вследствие его жестких внешних характеристик, увеличивающих динамические нагрузки, износ и аварийность машин, особенно в тяжелых условиях эксплуатации. Применение гидромуфт и гидропреобразователей (рис. 1.4, кривая III.), а также электромагнитных муфт скольжения в значительной мере смягчило эти недостатки. Многомоторный привод (рис. 1.4, кривые I, И, IV, VIII, IX, X,) обеспечивает ограничение нагрузки каждого механизма в зависимости от условий работ, возможность блочного конструирования, лучшую ремонтопригодность, условия для стандартизации и унификации узлов и использования стандартных узлов и деталей. Однако такой привод имеет значительную массу, габариты и стоимость, а комбинированный еще и большую сложность вследствие использования нескольких видов энергии.
Привод от двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с механической, гидромеханической и с гидравлической трансмиссиями применяется там, где нежелательна связь с внешним источником энергии; привод обладает высокой готовностью к работе, экономичностью, малыми массой и габаритами. Его недостатком является наличие сложных трансмиссий при нескольких рабочих механизмах, необходимость принятия специальных мер при работе в условиях низких температур, невозможность непосредственного реверсирования. Механическая трансмиссия обычно эффективна при мощности до 120 - 170 кВт, при мощности от 170 до 750 кВт эффективнее ДВС с гидромеханической трансмиссией (рис. 1.5). Естественно, что при большой мощности легче обеспечить экономичность наимение сложного вида привода [43].
Дизель-гидравлический объемный привод с исполнительными цилиндрами применяется в последнее время достаточно широко, чаще для отдельных механизмов. Большое распространение объемного гидропривода в последние годы объясняется рядом преимуществ, обеспечивающих: отсутствие громоздкой механической трансмиссии и способность компактной гидравлической передачей реализовать большие передаточные отношения; осуществление разветвления мощности простыми средствами; несложное преобразование вращательного движения в поступательное и наоборот; бесступенчатое регулирование скорости рабочего органа в широких пределах (со/сотах до 1/10); независимость взаиморасположения блочных узлов гидропривода; автоматическое, в случае необходимости, увеличение усилия подающим органом при постоянном моменте на ведущем узле и автоматическое предохранение двигателя и механизмов от перегрузки; достаточно простое реверсирование рабочих движений, автоматическую смазку узлов.
Относительные приведенные затраты на дизельную силовую установку; М - с механической передачей, ГМ - с гидромеханической трансмиссией, ДЭ - электромеханической трансмиссией в зависимости от мощности Дизель-гидравлическая передача с высокомоментными гидромоторами применяется для полного или почти полного устранения механических трансмиссий в сложных машинах, в условиях нецелесообразности или невозможности применения других дизель-гидравлических передач и необходимости применения индивидуального привода всех механизмов. Так, например, из многообразия различных схем объемного гидропривода в карьерных комбайнах (см. рис. 1.2) получили распространение схемы с насосами регулируемой подачи и высокомоментными нерегулируемыми гидродвигателями.
В качестве первичного двигателя любого типа гидропривода обычно применяется дизель. Насосы устанавливаются непосредственно на валу двигателя или на выходных валах раздаточного редуктора, входной вал которого получает вращения от двигателя. Особенно упрощается ходовой механизм применением гидродвигателей встроенных в ходовые колеса или гусеницы. Количество насосов в приводе зависит от требований совмещения операций и особых условий регулирования скорости движения каждого рабочего механизма (рис. 1.6).
В настоящее время гидродвигатели выполняются главным образом плунжерного типа, они имеют более высокий к.п.д. и долговечность, а при регулируемом расходе обеспечивают также бесступенчатое изменение частоты вращения с высокими передаточными отношениями.
Анализ влияния температуры и вязкости рабочей жидкости на надежность работы карьерного оборудования
Выполненный нами анализ структуры простоев (за 2003 год и первое полугодие 2004 года) гидравлического экскавационного оборудования [52,53] Мурунтауского и Ташкуринского карьеров «методом декомпозиции по функциональным элементам», разработанным профессором Г.И. Солодом, показал что доля аварийных отказов узлов и агрегатов гидравлического экскавационного оборудования составляет 63% (см.рис. 2.2). Из них более половины отказов приходится на гидрооборудование.
Технический уровень современных гидрофицированных горных машин в значительной мере определяется техническим уровнем их гидрообъемных трансмиссий, а их надежность - надежностью достаточно сложных гидравлических систем, имеющих значительное число взаимодействующих элементов.
Опыт эксплуатации карьерного оборудования с гидрообъемными трансмиссиями показывает, что одним из важнейших факторов, влияющих на технико-экономические показатели работы гидрофицированных машин, является вязкость рабочей жидкости (РЖ), изменяющаяся при изменении температуры гидросистемы.
Наличие ограниченного допустимого вязкостно-температурного диапазона эксплуатации РЖ является существенной особенностью гидрообъемной трансмиссии, каждый элемент, которого имеет ограничения по минимальной и максимальной температуре эксплуатации [14].
При эксплуатации карьерного оборудования при нагреве РЖ до 100С, в результате увеличения износа насосов продолжительность их работы существенно снижается и составляет всего 250-400 часов; в 2-3 раза снижаются рабочие скорости штоков гидроцилиндров, возрастает время рабочего цикла экскаватора, давление нагнетания падает с 7,5 МПа до 6,0 МПа, часовая техническая производительность уменьшается более чем вдвое [7].
Опыт эксплуатации гидравлических экскаваторов ЭО-4121 показывает что, при увеличении температуры РЖ от 68 до 78С время цикла увеличивается от 19 до 23 с. Отмечается также, что чрезмерный рост температуры РЖ вызывает необходимость остановок экскаватора для охлаждения гидросистемы. По данным [36], при температуре воздуха выше 36С производительность машин снижается на 20-30%.
Изменение вязкости РЖ от температуры оказывает влияние прежде всего на КПД гидросистемы, максимальное значение которого достигается в достаточно узком вязкостно-температурном диапазоне [34].
На рис. 2.4. показано влияние теплового режима гидрообъемной трансмиссий на производительность гидравлического экскаватора ЭО-4121 при работе в грунтах 2-ой категории и температуре окружающего воздуха +25-И-30С [34]. Участки Аг, и Аг2 соответствуют периодам остановки
Анализ причин отказов элементов гидросистемы показывает, что в большинстве случаев причины отказов связаны с тепловым режимом эксплуатации карьерного оборудования.
На основе анализа причин отказов и нарушений работы гидрофицированных машин установлено, что примерно 75%) всех неисправностей является следствием трех факторов: загрязнения рабочей жидкости, насыщения ее воздухом и нагрева. В работе [34] отмечено, что основными источниками отказов гидрообъемной трансмиссий является перегрев и загрязнение РЖ.
В работе [И] указывается, что тепло является одной из основных причин, создающих неполадки в гидравлических системах, использующих РЖ на нефтяной основе: нагрев жидкости на каждые 20 выше 50С снижает полезный срок службы системы наполовину.
Одним из наиболее часто встречающихся случаев отказов является нарушение герметичности отдельных элементов гидрообъемных трансмиссий. Проведенные исследования экскаваторов Э-153, Э-1514, ЭО-2621, работающих в карьерах Центральной Азии, позволили установить, что повышенная температура РЖ и несоответствие ее условиям эксплуатации, являлись одной из основных причин отказов уплотнений гидроцилиндров и насосов [7].
Снижение надежности гидрофицированных машин за счет воздействия повышенной температуры РЖ обусловлено отрицательным влиянием перегрева на отдельные элементы гидрообъемной трансмиссии. При трении подвижных соединений элементов при высокой температуре среды увеличивается износ трущихся деталей. Уменьшение вязкости РЖ в парах трения может привести к разрушению масляной пленки и переходу жидкостного трения в полусухое [34]. Экспериментально установлено существование для пар трения критической температуры, вызывающей разрушение граничного слоя смазки, характерной для каждого сорта (типа) масла и для данного металла. Повышенный износ пар трения, а также снижение вязкости РЖ при повышении температуры вызывает увеличение утечек в элементах гидросистемы. Увеличенные утечки в гидроэлементах уменьшают жесткость механических характеристик гидрообъемных трансмиссий и тем самым влияют на степень рассогласования ведомого и ведущего движений в следящих гидросистемах.
Перегрев в гидросистеме вызывает также ухудшение свойств РЖ. В минеральные масла входят ароматические углеводы, которые окисляются кислородом воздуха. Этот процесс называют «старением» масла. Процесс старения зависит от температуры. При повышении температуры РЖ на каждые 10С интенсивность окисления практически удваивается [34]. Кроме того, под действием высокой температуры происходит разложение РЖ, выделение летучих составляющих, образование кокса. Из-за окисления образуются также кислоты и смолы (асфальхены, карбены и пр.). Часть продуктов окисления растворяется в РЖ и способствует коррозионному износу гидроэлементов, а часть находится в смеси с РЖ-ю, загрязняя ее и способствуя дальнейшему ее окислению [32].
Высокая температура оказывает наибольшее воздействие на срок службы РЖ при наличии в последней загрязнений и продуктов износа [33]. Дополнительное загрязнение, вызванное повышенной температурой, приводит к интенсификации облитерации щелевых отверстий [33].
Пенообразование РЖ понижает ее смазывающие свойства, способствует ржавлению металлических деталей гидроэлементов, а также вызывает окисление самой жидкости и образование устойчивых эмульсий [14,31,34]. В дальнейшем устойчивые эмульсии превращаются в вязкие включения, которые откладываются на поверхности золотниковых пар, фильтров, на предохранительных клапанах и т.д. и тем самым нарушают их нормальную работу [7].
Следует отметить, что очистка элементов гидросистемы и, в частности, сетчатых фильтров от продуктов разложения РЖ, вызванного перегревом связана с дополнительными трудностями так как частицы отложений под действием температуры и давления спекаются асфальто-смолистыми веществами и образуют на сетках фильтров высокопрочный пористый слой, не растворяющийся в промывочных растворах. Полная, очистка фильтров в этих случаях связана с механическим разрушением сетки и приводит тем самым к необходимости ее полной замены [7].
Вследствие теплового расширения изменяются линейные размеры нагреваемых элементов, вызывая отклонения в системе допусков, что может привести к нарушению кинематики системы. Возникает опасность заклинивания деталей прецизионного исполнения.
Повышенная температура, а также наличие в РЖ механических примеси может явиться основной причиной задиров и разрушения поверхностей в золотниковых парах.
Повышенная температура РЖ существенно влияет и на интенсивность износа уплотнений, что приводит к нарушению герметичности гидросистемы. Широко применяемые в настоящее время в гидрообъемных трансмиссиях карьерного оборудования уплотнения при температуре выше 50С обладают повышенным износом за счет ухудшения условий контакта уплотнения с трущейся поверхностью в результате разрушения масляной пленки и образования микро участков сухого трения.
Анализ кинематических и силовых параметров транспортной системы карьерного комбайна
Особенностью транспортной системы карьерных комбайнов является то, что в процессе транспортирования горной массы изменяется взаимное расположение разгрузочного и погрузочного конвейеров. Они могут находиться на одной линии, или под углом друг к другу.
На разгрузочном конвейере (см. рис. 1.3 - а) от 2 до 3 м/с. На погрузочном конвейере на 15 -20% больше от скорости разгрузочного конвейера. Как правило, привода конвейеров имеют одинаковую конструкцию, соответственно и равные установленные мощности - NK. В свою очередь, установленная мощность привода одного конвейера (рис. 3.2) определяется выражением [61]: N "W к f Вт (3.27) где Womax - максимальное тяговое усилие развиваемое приводом конвейера, Н; VK - скорость движения ленты конвейера, м/с; 77K - КПД привода; кш - коэффициент, учитывающий увеличение мощности во время пуска конвейера под нагрузкой, .=1,25 [61]. Максимальное тяговое усилие (Н) составит: ошах = я( тах+2 + + " , (3.28) здесь Кп - коэффициент, учитывающий дополнительные сопротивления на поворотных пунктах в зависимости от длины конвейера, для карьерных комбайнов Кп=\ , Чгтах, Чл погонная нагрузка соответственно от горной массы и ленты, Н/м.
Принципиальная схема разгрузочного и погрузочного конвейеров карьерного комбайна: 1 - приводной барабан; 2 - концевые барабаны; 3 - натяжной барабан; 4 - роликоопора; 5 - конвейерная лента; 6 - отклоняющий барабан; 7 - редуктор; 8 - гидромотор It погонная нагрузка от веса вращающихся частей роликов, соответственно грузовой и порожней ветвей конвейера, Н/м; L - длина конвейера, м; со - общий коэффициент сопротивления движению с учетом угла наклона конвейера, равный со = 0,1- 0,3 [61]. Меньшее значение коэффициента сопротивления движению соответствует горизонтальному положению конвейера, а большее значение наклонному конвейеру.
Опыт конструирования конвейерных систем карьерных комбайнов [49,62,63] свидетельствует о том, что отношение (3.29) имеет величину 02=1,6- 2,2 (большее ее значение соответствует использованию в качестве грузонесущего органа конвейера тканевых конвейерных лент, а меньшее резинотросовых лент). В то время как, опыт их эксплуатации [4,61,64,65] показывает, что загрузка привода конвейера по мощности без технологической нагрузки составляет 70+15%, причем большая загрузка соответствует применению резинотросовых лент.
Поскольку карьерный комбайн работает с возможностью одновременного бесступенчатого регулирования скоростей вращения шнека -сои его подачи - W (скорости движения комбайна), то машинист-оператор при выемке слоя породы различной высоты - h для поддержания максимальной толщины стружки в вертикальной плоскости (но не превышающей 80% вылета резца шнека), практически выдерживает постоянным безразмерное соотношение.
При постоянных параметрах: В= [В]; h — /zmax; при варьируемом параметре: 0 Wm WnBmax-где: —коэффициент увеличения потребной мощности ДВС за счет практически постоянной работы (см.рис.3.3) вспомогательных механизмов и электрогидро - аппаратуры управления и защиты. По данным профессора В.И. Супруна =1,05-И,07 [4]; Чий.» Цхм, Цкм - механический КПД приводов вращения шнека, ходового механизма и конвейера карьерного комбайна, соответственно; ц - КПД РК гидрообъемной силовой установки карьерного комбайна. Далее, поделив уравнения (3.43), (3.46) и (3.47) на величину секундной теоретической производительности карьерного комбайна получим удельную работу (энергоемкость) - Нщ для / - того режима работы карьерного комбайна.
Анализ зависимостей, приведенных нарис. 3.6, свидетельствует, что: - максимальная энергоемкость (#»vmax=100%) работы карьерного комбайна при выемке слоя породы, при всех прочих равных условиях, независимо от величины отношения. Относительная энергоемкость работы карьерного комбайна MTS 250 в режимах: а - «выемка слоя породы»; б — «поворот (разворот)»; в - «смена карьерного поля». - при повороте (развороте) карьерного комбайна относительная энергоемкость его работы - Hw2lHwimx\ имеет минимальное значение соответствующее относительной энергоемкости работы транспортной системы на холостом ходу -HW2mm/HWim!iX = Hiy /Hwimax 0,25% и возрастает прямо пропорционально величине отношения - WnB/W средней скорости маневрирования к скорости движения комбайна и составляет при WnB/W= 10,928, HW2mJHW]max = 2,5 %; - при переезде с одного карьерного поля на другое относительная энергоемкость работы карьерного комбайна - HyV3/HWJmaK возрастает от нуля прямо пропорционально величине отношения - WUB /W средней скорости маневрирования к скорости движения комбайна и составляет при WnB/W=\0,92%, HW3mJHWImuX =2,256 %;. - обоснование и выбор параметров системы «гидробак-охладитель» гидрообъемной силовой установки следует производить только для режима выемки слоя породы минимальной высоты {h = /zmjn) при ее максимальной прочности ( 7 = атах), поскольку этот режим является самым энергоемким режимом работы карьерного комбайна.
Анализ теплопотоков рабочей жидкости в линии низкого давления регулирующего контура гидрообъемной силовой установки
Обзор литературы [11,23,35,76,83] посвященной исследованиям систем кондиционирования РЖ при работе многоконтурных трансмиссий карьерного оборудования показал, что важнейшими критериями их эффективности являются реализуемые класс чистоты и температура РЖ.
Анализ кругов циркуляции РЖ РК гидрообъемной силовой установки карьерного комбайна позволяет сформировать расчётную схему (рис. 4.2) потоков РЖ в линии низкого давления РК.
В рассмотренных нами ранее РК (выполненных с замкнутой циркуляцией РЖ) для компенсации внешних утечек РЖ (поток - Qd ) подаётся из всасывающего коллектора гидробака через фильтр посредством насоса подпитки в линию низкого давления РК. Одновременно из линии низкого давления РК, РЖ (поток - QKn) поступает через поддерживающий клапан КП в дренажный коллектор в который одновременно поступает и поток утечек регулирующего контура-)у/е.
Для определения величины максимальной подачи насоса подпитки следует учитывать и то, что стационарный тепловой режим потоков нагнетания, всасывания и слива (дренажа) РЖ в РК наступает одновременно [23]. Вследствие чего, наибольшая погрешность расчета величины утечек без учёта влияния температуры РЖ (определяемой нагрузкой и расчетной температурой окружающей среды) при работе активированных приводов карьерного комбайна может достигать до 80%.
Анализ выражения (4.35) свидетельствует, что максимальная относительная подача насоса подпитки - бгтах/Ия ПРИ заданных: внутреннем объемном КПД - т]в, отношении объемных постоянных насоса - qH и гидромотора - qM РК, а также отношения минимальной - ymjn и максимальной - сотах скоростей вращения шнеко-фрезерного рабочего органа карьерного комбайна, существенно зависит от: - уровня настройки давления предохранительного клапана РК - [р]; - допустимой температуры РЖ на выходе из РК силовой установки карьерного комбайна - [4j=70C; - коэффициента вариации - ит соответствующего значению температуры окружающей среды в летний период; - параметров РЖ (величины произведения плотности РЖ на её удельную теплоёмкость - рсх).
Анализ уравнений (4.36), (4.38), (4.40) и (4.41), (графическая интерпретация которых приведена на рис. 4.3) свидетельствует, что установка обратного клапана - КО между входом в фильтр - ФН (рис. 4.2) нагнетательного коллектора и дренажным коллектором позволяет снизить динамику тепловой нагрузки в РК при уменьшении технологической нагрузки. А также при переходе с одного режима работы РК на другой с одновременным уменьшением грязепотока через нагнетательный фильтр-ФН (рис. 4.2), что увеличивает его относительный ресурс.
Целесообразность установки охладителя (радиатора) определяется следующими основными соображениями: - несмотря на то, что применение охладителя в целом усложняет схему системы «гидробак-охладитель», тем не менее, это позволяет существенно уменьшить размеры гидробака и соответственно объем РЖ гидрообъемной силовой установки; - уменьшение количества масла в баке снижает стоимость и пожароопасность гидрообъемной силовой установки машины; - применение радиатора повышает срок службы, уменьшает возможность засорения гидросистемы продуктами окисления и осмолення РЖ, повышает надежность работы гидроэлементов РК. При обдуве радиатора вентилятором можно увеличить теплоотдачу радиатора (по данным работы [11] на 40%) по сравнению с теплоотдачей при естественном охлаждении.
Для эффективного поддержания допустимого класса чистоты и температуры, РЖ в многоконтурной гидрообъемной силовой установке карьерного комбайна система «гидробак-охладитель» минимально должна включат один гидравлический бак и один охладитель. - первый вариант, когда охладитель - О устанавливается в нагнетательный линии системы «гидробак-охладитель», т.е. вход охладителя - О соединяется с нагнетательной линией насоса подпитки - Нт, (рис.4.4, а); - второй вариант, когда охладитель - О устанавливается в дренажной линии системы «гидробак-охладитель», а РЖ от насоса подпитки поступает непосредственно на вход нагнетательного фильтра - ФН.
При активизации РК соответствующей циклу работы карьерного комбайна (полная технологическая нагрузка) поддерживающий клапан - КП открыт и РЖ от насоса подпитки - Нт поступает через фильтр - ФН в нагнетательный коллектор системы «гидробак-охладитель» при закрытом обратном клапане - КО. В режиме неполного технологического нагружения механизмов карьерного оборудования, РЖ от насоса подпитки - Нт поступает, как в нагнетательный коллектор, так и на вход фильтра - ФД (поддерживающий клапан - КП и обратный клапан - КО - открыты).
Таким образом, система «гидробак-охладитель» соответствующая схемам рисунка 4.4, а, б обеспечивает работу РК основного и вспомогательного оборудования непрерывно фильтруя и охлаждая РЖ и подавая ее в гидробак независимо от того, какие силовые РК задействованы в данный момент времени. Что касается третьей схемы рисунка. 4.4, в то здесь следует отметить, что при работе в холостом режиме, РЖ посредством насоса подпитки - Нт через обратный клапан - КО, дренажный фильтр - ФД, гидробак и охладитель - О поступает во всасывающий коллектор, непрерывно фильтруя и охлаждая РЖ.
