УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПОДЪЕМНО-КОПАЮЩИМИ МЕХАНИЗМАМИ

Изобретение относится к пневматическим системам управления экскаваторами и кранами, работающими в условиях отрицательных температур.
Известно устройство управления подъемно-копающими механизмами (см. патент РФ 2158805 МПК Е02F 9/22, опубл. 10.11.2000), содержащее компрессор, масловлагоотделитель и ресивер пневматически последовательно соединенные между собой, а выход ресивера пневматически подключен к входам адсорберов с равномерно распределенными подогревателями, и выводы адсорберов пневматически подключены к потребителю, компрессор снабжен всасывающим фильтром, содержащим корпус с коническим днищем и отверстием в его нижней части, штуцер вывода очищенного воздуха, конденсатоотводчик, расположенный в отверстии днища, отражательную перегородку, штуцеры ввода очищаемого воздуха, корпус фильтра выполнен в виде двухслойной рубашки с воздушной полостью, соединенной штуцером ввода обогревающего отрегенерированного воздуха посредством трубопровода и регулирующего клапана с адсорберами и штуцером вывода обогревающего отрегенерированного воздуха в атмосферу.
Недостатком являются энергозатраты, обусловленные увеличением аэродинамического сопротивления воздушного фильтра из-за наличия во всасываемом атмосферном воздухе значительного количества твердых частиц технологической пыли, определяемых специфическими условиями эксплуатации, а наличие твердых частиц в полости компрессора, не только снижает его массовую производительность по сжатому воздуху, но и способствует аварийному режиму, что в конечном итоге снижает эффективность работы подъемно-копающих механизмов.
Известно устройство управления подъемно-копающими механизмами (см. патент РФ 2400598 MПК E02F 9/22, опубл. 27.09.2010), содержащее компрессор, масловлагоотделитель и ресивер, пневматически последовательно соединенные между собой, а выход ресивера пневматически подключен к входам адсорберов с равномерно распределенными подогревателями, и выводы адсорберов пневматически подключены к потребителю, при этом компрессор снабжен всасывающим фильтром, содержащим корпус с коническим днищем и отверстием в его нижней части, штуцер вывода очищенного воздуха, конденсатоотводчик, расположенный в отверстии днища, отражательную перегородку, штуцер ввода очищаемого воздуха, а корпус фильтра выполнен в виде двухслойной рубашки с воздушной полостью, соединенной штуцером ввода обогревающего отрегенерированного воздуха посредством трубопровода и регулирующего клапана с адсорберами и штуцером вывода в атмосферу обогревающего отрегенерированного воздуха, причем на внутренней поверхности штуцера ввода очищаемого воздуха, выполненного в виде суживающегося сопла, расположены криволинейные канавки с профилем в виде «ласточкина хвоста», а у его входного отверстия выполнена круговая канавка, соединенная с устройством удаления загрязнений, при этом круговая канавка соединена с криволинейными канавками и снабжена сеткой.
Недостатком является энергозатраты на работу компрессора по производству сжатого воздуха в количестве, превышающем нормативно необходимые в условиях эксплуатации при температуре воздуха окружающей среды ниже расчетной и, особенно при отрицательных температурах окружающей среды из-за отсутствия контроля температуры и, плотности всасываемого в компрессор атмосферного воздуха и, соответственно, потребляемой мощности.
Технической задачей является оптимизация потребляемой мощности на привод компрессора на производство сжатого воздуха в зависимости от его массовой производительности при работе устройства управления подъемно-копающими механизмами в изменяющихся погодно-климатических условиях эксплуатации.
Технический результат по снижению энергозатрат на производство сжатого воздуха при пониженных температурах окружающей среды с обеспечением надежной работы подъемно-копающих механизмов достигается тем, что устройство управления подъемно-копающими механизмами, содержит компрессор, масловлагоотделитель и ресивер, пневматически последовательно соединенные между собой, а выход ресивера пневматически подключен к входам адсорберов с равномерно распределенными подогревателями и выводы адсорберов пневматически подключены к потребителю, при этом компрессор снабжен всасывающим фильтром, содержащим корпус с коническим днищем и отверстием в его нижней части, штуцер вывода очищенного воздуха, конденсатоотводчик, расположенный в отверстии днища, отражательную перегородку, штуцер ввода очищаемого воздуха, а корпус фильтра выполнен в виде двухслойной рубашки с воздушной полостью, соединенной штуцером ввода обогревающего отрегенерированного воздуха посредством трубопровода и регулирующего клапана с адсорберами и штуцером вывода в атмосферу обогревающего отрегенерированного воздуха, причем на внутренней поверхности штуцера ввода очищаемого воздуха, выполненного в виде суживающегося сопла, расположены криволинейные канавки с профилем в виде «ласточкина хвоста», а у его входного отверстия выполнена круговая канавка, соединенная с устройством удаления загрязнений, при этом круговая канавка соединена с криволинейными канавками и снабжена сеткой, при этом компрессор снабжен приводом с регулятором скорости вращения и регулятором температуры с датчиком температуры, расположенным на штуцере ввода очищаемого воздуха, кроме того, регулятор температуры включает блоки сравнения и задания, электронный и магнитный усилители, блок нелинейной обратной связи, а регулятор скорости вращения выполнен в виде блока порошковый электромагнитных муфт.
На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства управления подъемно-копающими механизмами приводом регулятора скорости вращения и температуры с датчиком температуры; на фиг.2 - профиль криволинейных канавок в виде «ласточкина хвоста»; на фиг.3 - внутренняя поверхность штуцера ввода очищаемого воздуха с устройством удаления загрязнений.
Устройство состоит из соединенных последовательно системой трубопроводов (воздухопроводов) 1 всасывающего фильтра 2, компрессора 3, масловлагоотделителя 4, ресивера 5, двух циклично работающих адсорберов 6 и 7, подогревателя 8 с терморегуляторами 9, закрепленными на каждом элементе подогревателя 8. При этом всасывающий фильтр 2 включает корпус 10, выполненный в виде двухслойной рубашки с воздушной полостью, коническим днищем 11 с отверстием 12 в его нижней части, штуцер вывода очищенного всасываемого воздуха 13, штуцеры ввода очищаемого воздуха 14, конденсатоотводчик 15, расположенный в отверстии 12 конического днища 11, отражательную перегородку 16, штуцер ввода обогревающего воздуха 17, трубопровод 18, соединяющий через регулирующий клапан 19 штуцер 17 с адсорберами 6 и 7, штуцер сброса обогреваемого воздуха в атмосферу 20, при этом регулирующий клапан 19 обеспечивает также сброс воздуха после регенерации адсорберов в атмосферу при положительных температурах окружающей среды. На внутренней поверхности 21 штуцера ввода очищаемого воздуха 14, выполненного в виде суживающегося сопла, расположены криволинейные канавки 22 с профилем в виде «ласточкина хвоста», а у его входного отверстия 23 выполнена круговая канавка 24, соединенная с устройством удаления загрязнений 25, при этом круговая канавка 24 соединена с криволинейными канавками 22 и снабжена сеткой 26.
Компрессор 3 снабжен приводом 27 с регулятором скорости вращения 28 в виде блока порошковый электромагнитных муфт и регулятором температуры 29 с датчиком температуры 30, расположенным на штуцере ввода очищаемого воздуха 14.
Регулятор температуры 29 включает блоки сравнения 31 и задания 32, электронный усилитель 33 с блоком нелинейной обратной связи 34, магнитный усилитель 35.
Устройство работает следующим образом.
Мощность компрессора 3 задается параметрами минимизации энергозатрат на привод 27 по нормированному массовому расходу сжатого воздуха в устройстве управления подъемно-копающими механизмами при изменяющихся погодно-климатических условиях эксплуатации. Поступление наружного атмосферного воздуха с пониженной относительно нормированной, например, 20°С и особенно отрицательной температурой и, соответственно, повышенной плотности в штуцер ввода очищаемого воздуха 14 приводит к увеличению массового количества сжатого воздуха, направляемого для осушки в адсорберы 6 и 7.
Датчик температуры 30 фиксирует снижение температуры наружного атмосферного воздуха, поступающего в качестве всасываемого в штуцер ввода очищаемого воздуха 14, и сигнал, поступающий в регулятор температуры 29 становится больше, чем сигнал блока задания 32, и на выходе блока сравнения 31 появляется сигнал отрицательной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 33 одновременно с сигналом блока нелинейной обратной связи 34.
Сигнал с выхода электронного усилителя 33 поступает на вход магнитного усилителя, где усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на регулятор скорости вращения 28 в виде блока порошковых электромагнитных муфт.
Отрицательная полярность сигнала электронного усилителя 33 вызывает уменьшение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 35. В результате уменьшается момент от привода 27 компрессора 3, снижая подачу сжатого воздуха в два циклически работающих адсорбера 6 и 7 до параметров, необходимых для эффективной эксплуатации устройства управления подъемно-копающими механизмами.
Следовательно достигается не только снижение затрат на привод 27 компрессора 3, но и осуществляется работа в адсорберах 6 и 7 в режиме, нормированном по массовому расходу осушаемого сжатого воздуха.
Специфика условий эксплуатации подъемно-копающих механизмов обусловлена наличием значительного количества твердых частиц технологической и атмосферной пыли во всасываемом компрессором 3 атмосферном воздухе, поэтому в начале его работы данная смесь воздуха и массы загрязнений перемещается к штуцеру ввода очищаемого воздуха 14 и контактирует с сеткой 26, при этом крупные частицы отделяются от потока, а более мелкие через входное отверстие 23 проникают во внутреннюю полость штуцера ввода очищаемого воздуха 14. Так как штуцер ввода очищаемого воздуха 14 выполнен в виде суживающегося сопла, поток всасываемого воздуха с загрязнениями увеличивает свою скорость и, перемещаясь по криволинейным канавкам 22, закручивается. В результате твердые частицы, прошедшие сетку 26, центробежной силой отбрасываются к внутренней поверхности 21 штуцера ввода очищаемого воздуха 14 и заполняют полости криволинейных канавок 22, где накапливаются, и вследствие выполнения данных полостей по профилю в виде «ласточкина хвоста», не выпадают вновь в движущийся поток, а смещаются в сторону круговой канавки 24, откуда под действием силы тяжести перемещаются в устройство удаления загрязнений 25 для последующего удаления вручную или автоматически (на фиг.1 не показано).
Оставшиеся мельчайшие твердые частицы с потоком закрученного всасываемого атмосферного воздуха, выходя из штуцера ввода очищаемого воздуха 14, выполненного в виде суживающегося сопла, ударяются об отражательную перегородку 16. В результате контакта потока всасываемого атмосферного воздуха с отражательной перегородкой 16 твердые частицы загрязнений с каплеобразной или льдообразной влагой в своем большинстве выпадают в коническое днище 11, где накапливаются по мере накопления и выбрасываются из всасывающего фильтра 2 конденсатоотводчиком 15 через отверстие 11.
Очищенный от загрязнений всасываемый воздух через штуцер вывода очищенного всасываемого воздуха 13 по воздухопроводу 1 поступает на сжатие в компрессор 3, после чего через маслоотделитель 4, ресивер 5 направляется на осушку в адсорберы, например в адсорбер 6. Очистка всасываемого атмосферного воздуха от твердых частиц и капельной или льдообразной влаги обеспечивает снижение энергоемкости производства пневмоэнергии от 12% до 18% в зависимости от условий эксплуатации компрессора.
Осушенный сжатый воздух подается к пневмоаппаратуре системы управления подъемно-копающими механизмами. Одновременно часть осушенного воздуха направляется во второй адсорбер 7, находящийся в режиме регенерации. Первый по ходу регенерирующего воздуха элемент подогревателя 8 включается терморегулятором 9 и подогревает воздух. Ко второму элементу подогревателя регенерирующий воздух поступает с температурой 100°С. Мощность потребления вторым элементом подогревателя ниже мощности первого и складывается из затрат на потери тепла корпусом адсорбера в окружающую среду и необходимого тепла для регенерации. Аналогично работают остальные элементы подогревателя, причем каждый из них имеет индивидуальное подключение к источнику питания через терморегулятор 9.
Всасывающий фильтр 2 компрессора 3 находится в кузовном помещении, где температура всасываемого воздуха близка к температуре окружающей среды, или же всасывающий фильтр 2 выносится наружу из кузовного помещения. В результате при низких температурах окружающей среды и, особенно при метелях, наличии инея или дождях наблюдается налипание твердых загрязнений и каплеобразной или льдообразной влаги по сечению входного отверстия воздушного фильтра. Это приводит в конечном итоге к возрастанию гидравлического сопротивления во всасывающем тракте компрессора 3 и, как следствие, увеличивает энергозатраты на производство сжатого воздуха. Кроме того, наличие дополнительной влаги в сжатом воздухе приводит к более тяжелым условиям работы масловлагоотделителя 4, а возможное поступление влаги в адсорберы 6 и 7 приводит к растрескиванию зерен адсорбера, что резко ухудшает процесс осушки и значительно сокращает эффективность эксплуатации пневмооборудования подъемно-копающих механизмов. Поэтому предлагаемая конструкция всасывающего фильтра 1 компрессора 3 обеспечивает дополнительную очистку атмосферного воздуха, особенно при отрицательных температурах окружающей среды.
Сжатый воздух после регенерации, например, адсорбера? с температурой около 80°С по трубопроводу 18 направляется через регулирующий клапан 19 к штуцеру ввода обогревающего воздуха 17 и заполняет воздушную полость в двухслойной рубашке, в виде которой выполнен корпус 10 всасывающего фильтра 2. Обогревающий воздух, отдав тепло корпусу 10, выбрасывается в атмосферу через штуцер 20.
При положительных температурах окружающей среды, когда не требуется обогрева корпуса 10 всасывающего фильтра 2, нагретый сжатый воздух после процесса регенерации адсорберов 6 или 7 по трубопроводу 18 через регулирующий клапан 19 выбрасывается непосредственно в атмосферу. Капельная же влага, выбрасываемая с регенерирующим воздухом в атмосферу и частично вновь поступающая с атмосферным воздухом во всасывающий фильтр 2 компрессора 3, пройдя штуцер 14, ударяется об отражательную перегородку 16, накапливается в днище 11 и посредством конденсатоотводчика 15 выбрасывается наружу.
Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что автоматизированный контроль массовой производительности компрессора для устройства управления подъемно-копающими механизмами при выполнении регулятора скорости вращения его привода в виде блока порошковый электромагнитных муфт, соединенного с регулятором температуры, состоящем из блоков задания и сравнения, электронного и магнитного усилителей, а также блока нелинейной обратной связи и датчика температуры всасываемого атмосферного воздуха обеспечивает снижение энергозатрат на производство сжатого воздуха, особенного при отрицательных температурах атмосферного воздуха.
Кроме того, устранение постоянно находящейся в атмосферном всасываемом воздухе технологической и атмосферной пыли как на сетке перед поступлением в штуцер очищаемого воздуха, так и в его полости с эффективным отделением твердых частиц путем закрутки потока на криволинейных канавках, расположенных на внутренней поверхности штуцера, обеспечивает нормированную по аэродинамическим параметрам работу всасывающего фильтра, которая приводит к надежной работе компрессора и соответственно всего подъемно-копающего механизма.