К вопросу создания перспективной модели бурового станка с гидравлическим приводом Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

метра скважины достаточно сложить выражения (4) и (6) : Лт.бур = Лбур + Лд, Дж. (7)

Таким образом, Лт.бур будет характеризовать теоретически минимально возможные затраты энергии, необходимой для разрушения и удаления из скважины горной породы при бурении одного погонного метра скважины.

5. Для определения значения коэффициента бурового станка Кб.ст необходимо знать эксплуатационные энергетические показатели его работы, а именно, фактические затраты энергии на разрушение горной породы в забое скважины, т.е. на вращение бурового става, его подачу и удаление буровой мелочи из скважины, а также затраты энергии на вспомогательные операции.

Коэффициент бурового станка находим по формуле:

Кб.ст = Лф. бур/Лт..бур, (8)

где Лф.бур - фактические эксплуатационные затраты энергии на бурение, производимые данной маркой бурового станка на один погонный метр пробуренных скважин в среднем за год работы горного предприятия, Дж.

Вычисление Лф.бур производится сложением фактических

затрат энергии на разрушение горной породы в забое скважины, на удаление разрушенной породы из скважины, на передвижение бурового станка и энергозатрат на вспомогательные операции.

В первом приближении для оценки значения коэффициента бурового станка можно воспользоваться паспортным значением затрат энергии на бурение Лп.бур, которое может быть вычислено по установленной паспортной мощности всех электродвигателей бурового станка:

Лп. бур = кс.гр ХРном. 1 ^п.м,

Дж, (9)

где ЕРномл - сумма паспортных номинальных мощностей всех электродвигателей установленных на буровом станке (вращателя бурового става, подачи бурового става, компрессора и др.), Вт-с; ксгр - групповой коэффициент спроса; ^.м - среднее время необходимое для бурения одного погонного метра скважины, с.

Групповой коэффициент спроса определяем по формуле [5]: кс.гр = 0,43+0,57Рн.мах/£Рном.1, (10) где Рн.мах - номинальная мощность наибольшего по величине потребителя в группе электродвигателей.

Каждая марка бурового станка будет характеризоваться своим коэффициентом Кб.ст, значение которого будут определяться фактическими эксплуатационными затратами энергии непосредственно на бурение скважин. Вычисление коэффициентов буровых станков позволит оценить эффективность их работы. Сопоставление функциональных критериев буровых станков различных марок позволит произвести выбор марки бурового станка оптимального для конкретных горно-технических условий производства по минимальному значению этого критерия. В тоже время по минимальному значению функционального критерия можно будет подобрать к данной марке бурового станка оптимальный диаметр скважин из паспортного размерного типоря-да бурового инструмента.

Таким образом, определение функциональных критериев буровых станков по формуле (2) позволит оптимизировать работу парка буровых станков и, как следствие, повысить эффективность работы горно-транспортного комплекса.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ржевский В.В. Процессы открытых горных работ. -М., Недра, 1978, 541 с.

2. Подерни Р.Ю. Горные машины и комплексы для открытых горных работ. - М., Недра, 1985, 544 с.

3. Квагинидзе В.С. Управление качеством эксплуатации карьерного горно-транспортного оборудования в условиях Севера. - Якутск: ЯФ изд-ва СО РАН, 2001, 188 с.

4. Ржевский В.В, Новик Г.Я. Основы физики горных пород. - М., Недра, 1984, 359 с.

5. Белых Б.П, Щуцкий Б.И. и др. Электропривод и электрификация открытых горных работ. - М., Недра, 1983, 269 с.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Квагинидзе B.C. - кандидат технических наук, доцент, ГУП «Якутуголь». Козлов В.А.- кандидат технических наук, доцент, ГУП «Якутуголь».

© В.С. Квагинилзе, А.П. Розентуль, С.В. Биньковский, 2002

УЛК 66.232.8.004.12+658.382(043.3)

B.C. Квагинилзе, А.П. Розентуль, С.В. Биньковский К ВОПРОСУ СОЗЛАНИЯ ПЕРСПЕКТИВНОЙ МОЛЕЛИ БУРОВОГО СТАНКА С ГИЛРАВЛИЧЕСКИМ ПРИВОЛОМ

Для увеличения объемов добычи полезных ископаемых и снижения себестоимости единицы объема продукции, при ведении горных работ требуется высокотехнологичная горная техника. К созданию новой модели бурового станка уже неоднократно

подходили конструкторы и технологи. В очередной раз эту тему затронули, убедительно обосновав такую необходимость, и привели ряд смелых и передовых идей авторы статьи "Основ-ные концепции создания универсального бурового станка нового технического уровня" ("ГМ и А" №2, 2001 г.). Хотелось бы дополнить такую концепцию внесением дополнительных рекомендаций по части гидропривода буровых машин.

Обозначенная тенденция перехода горных машин на гидропривод, уже давно завершилась. Лидеры мирового рынка горного оборудования: "Ингерсол Рэнд"

США - буровые станки, "КМС Германия - экскаваторы, "Ньюмэн Эквипмент" Австралия - драги и земснаряды, продают свою продукцию в гидравлическом исполнении. Перечислять преимущества гидропривода - не задача этой статьи, считаем необходимым остановиться на конкретных вопросах.

До сих пор в приводах хода, подачи, вращения используются аксиально-поршневые машины с механическим редуктором до выходного звена. Сейчас это - вчерашний день.

От редукторов необходимо отказаться. Редуктор является дополнительным звеном, снижающим часть КПД привода в целом и придающим дополнительные эксплуатационные затраты на ремонт и замену трансмиссионного масла. С этой задачей должны справляться высо-комоментные радиально-поршневые реверсивные гидромоторы многоцикличного действия. Для их "реанимации" потребуется применение новых высокопрочных материалов (при изготовлении сложного криволинейного профиля), раннее недоступных для отечественной горной промышленности.

А при доработке конструктивной части, узлов распределения и пар трения необходимо отказаться от пресловутой боязни большого количества грязи в масле. Масло в механизме должно быть чистым. И это требование - отнюдь не недостаток, а гарантия безаварийной работы и

долговечности узлов гидрооборудования. В качестве примера: очистка масла в цепях управления насосов фирмы "Дэнисон" производится фильтрами размерностью пор 3 микрона, а вся остальная система работает на масле, очищенным до 10 микрон. Отказ от допусков на грязь позволит уменьшить корпусные утечки и поднять КПД гидромашин.

В тех же механизмах, где привод будет осуществляться от аксиально-поршневых машин, рационально применение гидроконструкций с постоянной производительностью. Время наработки до первой неисправности у таких машин в 3-4 раза превышает срок работы конструкции переменной производительности. Всю плавность регулировок возьмут на себя аксиальноплунжерные реверсивные насосы переменной производительности. Такое распределение "обязанностей" облегчит конструкцию (мотор постоянной производительности легче и меньше мотора переменного объема при эквивалентной мощности), уменьшится количество масла, перегоняемого насосами вхолостую, и упростит трансмиссионную линию "насос-мотор" (не требуются переключающие клапана переменного сечения).

Для возможности унификации станка в диапазоне скважин диаметром 210-320 мм, и крепости буримых пород, требующих двукратного превышения оборотов вращателя, изменения ограничатся установкой двух главных насосов привода меньшего рабочего объема.

Нельзя во всем ориентироваться на зарубежные аналоги, пусть даже и лучшие модели. Многие фирмы, при окончательной сборке машины из поставляемых комплектующих, ориентируются на характеристики, указанные в гарантии изготовителя. На практике, заявленные показатели, порой, оказываются явно завышены. Одной из причин оказывается чрезмерная миниатюризация вспомогательных встроенных конструкций (питательные насосы, блоки клапанов согласования), в результате чего на валу насоса "нанизаны" узлы

с различным ресурсом наработки на отказ, что снижает эксплуатационную технологичность изделия. Конструкция главных насосов не должна включать в себя какие-либо дополнительные элементы управления, иметь легкодоступные измерительные порты для получения полной диагностики возможных начавшихся отклонений.

К еще более серьезным проблемам может привести подражание методам расчетов или уже готовым показателям. Например, на буровой машине "ОМ-И" фирмы "Ингерсол-Рэнд", эксплуатируемой на разрезе "Нерюнгринс-кий", для распределения потока масла на основные операции (вращение, подача става, подъем мачты), применен главный клапан пропускным сечением 90 галлонов в минуту, который принимает поток от двух насосов, имеющих производительность 67 галлонов в минуту каждый. В итоге, главные насосы задействованы не полностью, а установка нужной скорости гидромоторов вращателя происходит за счет регулировки угла наклона качающейся шайбы ближе к "мертвой" зоне, что увеличивает нагрузку на внутреннюю трансмиссию двигателей вращения.

Рассматривая работу трансмиссии, некоторые авторы предлагают использовать кардан, когда одно из достоинств гидропривода - гибкость передачи энергии. Гидромотор мощностью 150 кВт (постоянного объема) едва виден из мотор-колеса. Его корпус легко закрывается листом брони, а зимой в режиме бурения двигатель хода успешно прогревается линией циркуляции теплого масла. Такие схемы включения применяются на разрезе "Нерюнгринский" на экскаваторах и бурстанках с полным гидроприводом на протяжении двух десятков лет при морозе -50 °С.

По нашему мнению требует оптимизации и схема силового привода в электрическом исполнении с высоковольтным двигателем.

На рисунке показана предполагаемая примерная компоновка силовой установки с электриче-

ским приводом. Четыре сетевых двигателя 1, (380В) расположены на общей станине 2, снизу, соосно к ним через муфты 3 установлены: компрессор 4, два

главных аксиально-поршневых насоса 5 и 6, мощностью до 90 кВт, и сборка вспомогательных насосов различных конструкций соединенных соосно, 7 - насос для охлаждения масла, 8 - насос для вспомогательных операций, 9 - питательный насос (цепи управления главными насосами, подпиточная магистраль, за-нение дренажного ан-

онного коллектора). Такая схема

расположения агрегатов имеет следующие преимущества:

• максимально высокая ремонтная технологичность (при помощи вмонтированной лебедки такой ремонт не займет много времени и дополнительных грузоподъемных средств);

• в случае выхода из строя одного из моторов, существенно снижаются затраты на ремонт;

• отпадает надобность в планетарном редукторе;

• при перегоне станка можно отключить компрессор;

• быстрая диагностика уплотнений по валу и рабочих параметров каждого насоса в отдельности;

• применение системы регулирования частоты оборотов электродвигателей (частотное или параметрическое управление) позволит осуществлять плавный разгон до номинальных

оборотов ("мягкий" пуск), что позволит избежать как электрических, так и механических перегрузок и повысит надежность и долговечность как самих электродвигателей, так и насосов с компрессором; особенно "мягкий пуск" проявит свои преимущества при работе в холодное время года. Еще одним немаловажным аспектом применения системы управления электродвигателями является экономия электроэнергии.

• перегон станка можно осуществлять от ДЭС.

Разработчики новой техники обязательно должны проявить заботу о человеке, который и является главным звеном в согласованной работе механизмов машины. Отдельная, удобная, виб-ро- и пылезащищенная кабина оператора должна иметь: печку, кондиционер, незамерзаемые стекла, дворники, хороший обзор, аварийное освещение, понятную сигнализацию.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ --------------------------------------------

Квагинидзе В.С. - кандидат технических наук, доцент, ГУП «Якутуголь». Корецкий В.Б. - зав. лабораторией НТИ ЯГУ.

Биньковский С.В. - аспирант, НТИ ЯГУ.