Формирование энергозатрат в гидравлических карьерных экскаваторах

Применение электромагнитных молотов в ковшах активного действия экскаваторов позволит существенно снизить энергетические затраты при переходе на прогрессивную безвзрывную технологию ведения горных работ.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Анистратов Ю.И. Оценка эффективности безвзрывных технологий разработки крепких горных пород на карьерах // Горный журнал. - 1997. - № 10. - С.37 - 39.

2. Афанасьев А.И., К pare, и» A.A., Сантов В.И. Опыт эксплуатации и перспективы развита« экскаваторов для безвзрывной технологии ведения горных работ // Совершенствование метода проектирования горных машин, нсфтегазопромыслового и дробильно-размольного оборудования: Сб. научи, трудов - Екатеринбург: УГТГА. 1997. - С. 12-15.

3. Афанасьев А.И., Ляпцев С. А., Сайтов В. И., Черны шов A.A. Исследование рабочего процесс» электромагнитного молота // Механизмы и машины ударного, периодического и вибрационного действия: Материалы Между народного научного симпозиума. 22-24 ноября 2000 г. - Орел. 2000. - С. 289-290.

4. Афанасьев А.И., Ляпцев С.А., Сайтов В.И. Теоретические и экспериментальные исследования электромеханического ударного механизма // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2000, St 4. - С.212-213.

5. Матгис А.Р., Лабутин В.Н., Лысенко ЛЛ. и др. Опыт созданшя и эксплуатации экскаватора ЭКГ-5В // Горный журнал. - 1997. - № 10. - С.43 - 47.

6. Сантов В.И. Электроимпульсная установка для безвзрывной технологии ведения горных работ  дробления негабаритов // Тезисы докладов на Международном симпозиуме Торная техника XXI века». 17-19 октября 1995 г. - М.: МГГУ. 19%. - С. 118-119.

7. Ушаков Л.С., Котылсв Ю.Е., Кравченко В.А. Гидраатические машины ударного действия -М: Машиностроение. 2000. -416с., ил.

УДК 621.879

А.П. Комиссаров

ФОРМИРОВАНИЕ ЭНЕРГОЗАТРАТ В ГИДРАВЛИЧЕСКИХ КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРАХ

Формирование энергозатрат в гидравлических карьерных экскаваторах характеризуется рядом особенностей по сравнению с мехлопатами ввиду применения комбинированных рабочих механизмов рычажно-гидравличсского типа.

Рычажно-гидравлические механизмы (РГМ), представляющие собой рычажные механизмы с ведущими звеньями в виде гидродвигателей, находят широкое применение в технике благодаря

НО

техническим преимуществам гидропривода. РГМ относятся к главным исполнительным механизмам горных машин - буровых станков, зарядных машин, карьерных гидравлических экскаваторов (ЭГ) и др.

На рис.1 приведена кинематическая схема рабочего оборудования (РО) ЭГ с индивидуальными приводами поворота стрелы, рукояти и ковша.

РГМ РО состоит из девяти звеньев, соединенных двенадцатью кинематическими парами первого рода. Число степеней свободы механизма составит W = 3-9-212 = 3.

РГМ отличаются рядом особенностей:

Рис. 1. Кинематическая схема

- неравномерностью движения звеньев; рабочего оборудования

- возможностью работы гидроцилиндров в режимах двигателя и насоса вследствие свойства обратимости гидромашин;

- возможностью изменения степени подвижности механизма при реализации «плавающего» положения звеньев (полости гидроцилиндра соединены с баком) и при жестком закреплении звеньев (полости гидроцилиндра заперты).

Кинематические и силовые параметры РО оцениваются через передаточные функции* и определяются на основе расчета системы уравнений, образующих математическую модель РО ЭГ.

Передаточные функции определяются для каждого из механизмов:

- гидроцилиндров поворота стрелы (цс);

- гидроцилиндров поворота рукояти (цр);

- гидроцилиндров поворота ковша (цк).

На рис.2 и 3 показаны зависимости передаточных функций гидроцилиндров от относительного (по отношению к максимальному значению) вылета Ra ковша при поступательном движении ковша и горизонтальной траектории перемещения вершины режущей кромки ковша на уровне стояния экскаватора.

Кинематические передаточные функции /v и функции мощности гидроцилиндров изменяются как по величине, так и по знаку. Отрицательные значения функций соответствуют работе гидроцилиндров в режиме насоса, т.е. перемещение штоков происходит под действием внешних сил. Работа гидроцилиндров в режиме насоса характерна для случая совместной работы всех гидроцилиндров при поступательном движении ковша ввиду наличия кинематических связей между звеньями механизма РО. Так, гидроцилиндры ковша в процессе внедрения ввиду уменьшения углового расстояния между рукоятью и ковшом работают только в режиме насоса. Гидроцилиндры стрелы работают как е режиме двигателя (при подъеме РО), так и в режиме насоса (при опускании РО).

* Кожевников С.Н. Теория механизмов и машин. - М.: Машиностроение. 1973. - 592 с.

Рис. 2. Зависимости кинематических и рИс. 3. Зависимости передаточных

силовых передаточных функций функций мощности от

цилиндров от относительного вылета относительного вылета ковша ковша

Работа гидроцилиндров в режиме насоса приводит к росту потребляемой энергии (другими гидроцилиндрами) и соответственно снижению КПД.

> Силовые передаточные функции /р изменяются по величине в зависимости от вылета ковша.

График суммарной передаточной функции мощности Е/'и (рис.3) имеет вид параболы и может быть разбит на три участка:

уЛ 1 - участок снижения энергозатрат (внедрение

ковша при малых радиусах действия). Величина ^ \ затрат определяется, в основном, работой сил

\ сопротивления внедрению ковша. РО перемещается

—»——в верхнее положение, мощность силы, действующей

_ . _ на штоке гидроцилиндра стрелы, резко уменьшается

Рис. 4. Характерные положения рабочего

оборудования при внедрении ковша ввиду уменьшения скорости выдвижения штока.

2 - участок с минимальным (и близким к минимальному) значением энергозатрат. При этом РО находится в верхнем положении (рис.4). 3 - участок возрастания энергозатрат (внедрение ковша при больших радиусах действия). Возрастание энергозатрат происходит вследствие работы гидроцилиндров ковша и стрелы в режиме насоса. При этом происходит регенерация гидравлической энергии, сопровождающаяся дополнительными потерями энергии.

Уравнение баланса мощностей имеет вид

ХА^Лк • Кк+Р«р- Кф+ Г*.  К+ Л* • Vm +£iVo,+- 2Д-= 0,

где Л,с, Лф, Рт - соответственно усилия на штоках цилиндров стрелы, рукояти и ковша; Рш„ -касательная составляющая сопротивления внедрению ковша; Уж, Ущ, Упк - скорости выдвижения

нгтоков; V- скорость внедрения ковша (вершины зубьев); ХЛ/Ь, - суммарная мощность, создаваемая силами тяжести звеньев РО; - суммарная мощность, создаваемая силами

инерции звеньев РО.

Величина суммарной передаточной функции мощности движущих сил определяет

ч

мгновенный КПД механизма РО

- 1 Лм= —--

где № - мощность сил сопротивления внедрению ковша; ЕЛ^ - суммарная мощность движущих сил.

Величина суммарной мощности движущих сил составит на 1-м участке

на 2-м участке на 3-м участке

где Nнсн Мцр - мощности, создаваемые усилиями на штоках цилиндров стрелы и рукояти.

На рис.5 показан график изменения мгновенного КПД механизма. Зависимость мгновенного КПД от относительного вылета ковша характеризуется наличием максимального значения КПД. Появление максимального значения КПД обусловливается действием следующих противоречивых факторов. При малом вылете ковша Д0 КПД снижается ввиду того, что "векторы" мощностей сил, действующих на штоках цилиндров стрелы и рукояти, практически перпендикулярны. Вследствие этого доля цилиндра стрелы в преодолении касательной составляющей силы сопротивления Рп (направленной в данном случае горизонтально) относительно мала, а значение суммарной мощности движущих сил (на штоках цилиндров рукояти и стрелы) велико. При большом вылете ковша КПД снижается вследствие роста мощности силы, действующей на штс-ке цилиндра рукояти, так как цилиндры стрелы и ковша работают в режиме насоса. Максимальное значение КПД достигается при верхнем положении РО (мощность движущих сил на штоках цилиндров стрелы равна нулю).

Площадь фигуры, образованной осями координат и ординатой графика .мгновенного КПД соответствует величине циклового КПД механизма. Значения циклового КПД для данной

Рис.5. Зависимость мгновенного КПД от относительного вылета ковша

ИЗ

структурной схсмы составляют г|=0,6±0,1 в зависимости, главным образом, от соотношений между геометрическими параметрами РО и размерами рабочей зоны экскаватора (максимальный

1е +1,р

вылет ковша /?т«) Так, при малой сумме длин стрелы /,с и рукояти Ьр (отношение -< 0,9>

^тжх

энергозатраты при внедрении ковша возрастают ввиду больших относительных смещений звеньев механизма. При увеличении геометрических параметров РО смещения звеньев уменьшаются, что приводит к снижению энергозатрат. Однако рост геометрических параметров обусловливает повышение металлоемкости экскаватора. При проектировании машины стремление конструктора к снижению металлоемкости (и соответственно, стоимости машины) может привести к росту энергозатрат при внедрении ковша.

Таким образом, в результате анализа установлены следующие свойства данного рычажно-гидравлического механизма:

выходные и входные параметры связаны посредством преобразователей, определяющихся структурной схемой;

ввиду обратимости гидравлических машин часть гидроцилиндров при их совместной работе функционирует в режиме насоса, что приводит к росту энергозатрат;

передаточная функция мощности характеризуется наличием минимального значения, т.е. параметры механизма имеют оптимальные значения.

УДК 622.68

Г.А. Боярских, Д.И.Симнсинов

ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ГОРНО-ШАХТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПО КРИТЕРИЮ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ

Одной из основных тенденций, определяющих экономическую ситуацию и эффективность работы горнодобывающих предприятий, является непрерывное старение парка горно-шахтного оборудования (ГШО).

Эксплуатация ГШО в предотказном состоянии связана с постоянным увеличением доли затрат на эксплуатацию и ремонт технологического оборудования в себестоимости добычи и переработки продукции горного производства. Признаком неблагоприятного развития данной ситуации является увеличение удельных энергетических затрат, вызванных значительным физическим износом ГШО и ростом потребностей в его ремонте. В целом темпы старения ГШО опережают его воспроизводство, модернизацию и реновацию.