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 м3 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 «Куз-бассразрезуголь», 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.
Г.
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 практикой 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 эксплуата
ции карьерных гидравлических экскаваторов в северных условиях. Пред
ложены новые аналитические соотношения для прогнозирования долго
вечности 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 загрязнен
ности 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 коэффициент готовности достигает 0,98 и ресурс основных агрегатов гидравлических экскаваторов - 40 тыс. моточасов при их эксплуатации в экстремальных условиях Севера;
Реализация выводов и рекомендаций работы. Разработанные нами технические требования па 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 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 горнотранспортного оборудования (январь 2008 г.) в Mil У, на «Международной научно-практической конференции «Мирный 2001» (июль 2001 г., ЯкутБИИпромалмаз), на научно-технических семинарах каф. ГМО МГТУ (январь 2008 и 2009 гг.) и ООО «МОГОРМАШ» (2008 г.), на технических семинарах фирмы KOMATZU "Перспективы применения гидравлических экскаваторов в экстремальных
условиях Севера и Тропиков на выставке «MINExpo2008» 14-20 ноября 2008 г. в Лас-Вегасе.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 6 печатных работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 183 страницы машинописного текста, 30 рисунков, 10 таблиц, список литературы из 102 наименований и 6 приложений.
