CC BY
13
- © B.C. Вагин, A.M. Филатов,
А.И. Курочкин, 2014
УЛК 622.676-82
В.С. Вагин, А.М. Филатов, А.И. Курочкин
КОРРЕКЦИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК В ПЕРЕДВИЖНЫХ ПРОХОДЧЕСКИХ ПОДЪЕМНЫХ УСТАНОВКАХ С БЕЗРЕДУКГОРНЫМ ГИДРОПРИВОДОМ
Старение полимерных труб обделки микротоннелей происходит по всему объемы и приводит к их полному и одновременному разрушению. Рассмотрена методика расчета долговечности этих обделок на основе гипотезы старения материалов, определены ожидаемые сроки выхода из строя некоторых видов полимерных обделок.
Ключевые слова: полимерные трубы, обделка, старение, полиэтилен, начальная прочность, мгновенная прочность.
Передвижные проходческие подъемные установки (ПППУ) с безредуктор-ным гидравлическим приводом работают в тяжелых режимах нагруже-ния. Вследствие большой концевой нагрузки на тяговый орган и малого момента инерции органа навивки и самого безредукторного высокомоментного привода в переходных режимах разгона возникают в упругих элементах большие динамические нагрузки. При разработке такого силового привода ПППУ особо остро встает проблема снижения динамических нагрузок не только в системе привода, но и в упругих элементах механической системы проходческого подъема.
Для улучшения динамических свойств приводов с большой инерционной нагрузкой необходимо увеличить демпфирующую способность следящего силового гидравлического привода, что конструктивными мерами не всегда удается выполнить. Наиболее эффективно это достигается с помощью корректирующих устройств, которые можно ввести в привод в виде электрогидравлических и гидромеханических обратных связей. Используя демпфирующие свойства обратной связи, можно значительно снизить амплитуды динамических нагрузок в упругих элементах проходческого подъема. Поэтому вопросы коррекции с помощью следящих гидравлических приводов имеют большое практическое значение.
В следящих гидравлических приводах применяется целый ряд гидравлических корректирующих устройств. Это корректирующие обратные связи по скорости гидродвигателя, по расходу и производной от расхода, с помощью межполостных перетечек, по динамическому давлению в гидродвигателе и ряд других. Некоторые из способов описаны в технической литературе [1]. Однако не все из известных способов являются эффективными для безредукторно-го привода подъема с большой массой концевого груза, так как высокая колебательность груженого подъемного сосуда в переходных режимах разгона и торможения накладывает особые требования на выбор корректирующего устройства.
Одним из способов снижения динамических нагрузок в подъемной установке с безредукторным гидроприводом без существенного уменьшения статической точности, возможно осуществить за счет искусственного демпфирования
привода путем создания небольших перетечек между полостями гидродвигателя через управляемый дроссель [1].
Если принять линейную закономерность истечения в дросселе, расход перетечек между полостями гидродвигателя определится по следующей зависимости:
О = С (р1 - р2),
где С - коэффициент пропорциональности, определяемый размерами дросселирующего отверстия.
В гидравлических следящих приводах, как и в электрических следящих приводах, реализация обратных связей по ускорению затруднительна, так как во многих случаях трудно выделить сигнал ускорения объекта управления на фоне сигнала ускорения мобильного элемента машины. В таких случаях применяют косвенные методы получения информации по ускорению в виде перепада давления в полостях гидравлических исполнительных устройств [2].
После начала движения перепад давлений на высокомоментном безредук-торном гидроприводе передвижной проходческой подъемной установки определятся суммарной внешней нагрузкой. Его значение для подъемного гидромотора определится из уравнения:
Др = 1ЛМ-У • dф2/dí2 + Лф • ёф/А + сВнФ + Мн + МТр),
где кМ - коэффициент момента гидромотора; ф - угол поворота выходного вала гидромотора; J - полный приведенный к валу гидромотора момент инерции вращающихся и поступательно движущихся подвижных частей проходческой подъемной установки [3, 4]; Лф - коэффициент вязкого трения нагрузки к валу гидродвигателя; сВн - жесткость внешней нагрузки приведенной к валу гидродвигателя; Мн - момент концевой нагрузки от поднимаемого груза приведенной к валу гидродвигателя; МТр - момент трения , действующий на выходной вал гидромотора.
Для снижения динамических нагрузок на упругие элементы проходческих подъемных установок следует использовать гидравлическое корректирующее устройство по перепаду давления в полостях безредукторного гидропривода проходческого подъема реализующее отрицательную гибкую обратную связь.
Рис. 1. Гидравлическая схема безредукторного гидропривода с пропорциональным напорным клапаном проходческой подъемной установки
Рис. 2. Схема управления пропорциональным напорным клапаном
Р1-Р;. МПа
/ ■
к г Г
V -3 х
! \ / \
1 г \ /
\ /
1
О 0.2 0.4 0.6 0.8 1 12 1.4 1.6 1.8
Рис. 3. Изменение перепада давления на гидромоторе для различных значений пиков давлений: 1-17 МПа; 2-16 МПа; 3-15 МПа
Принципиальная гидравлическая схема, реализующая гибкую обратную связь, показана на рис. 1.
Принцип работы представленной схемы следующий:
Пропорциональный напорный клапан НК (рис. 1), в данной гидравлической схеме обеспечивает управление давлением в напорной гидролинии безредукторного гидропривода подъемной установки с помощью электронного блока формирования входных сигналов 1 (рис. 2) и усилителя 2, обеспечивающих подачу необходимых величин токов на электромагнит 3 в режимах нормальной работы привода при значениях давления менее максимально допустимых. Блок формирования управляющих сигналов от датчика давления на рис. 2 не показан.
Одновременно этот же клапан работает в качестве предохранительного устройства от максимального давления и принимает на себя функцию по предохранению гидросистемы от перегрузки.
Для реализации функции среза высоких давлений в напорной гидролинии и осуществления гибкой об-
Рис. 4. Изменение натяжения тягового органа подъемной установки для различных значений пиков давлений: 1-17 МПа; 2-16 МПа; 3-15 МПа
Рис. 5. Изменение момента гидромотора для различных значений пиков давлений: 1-17 МПа; 2-16 МПа; 3-15 МПа
ратной связи по динамическому давлению, при работе гидродвигателя в динамических режимах, задаются напряжения в форме уставок, соответствующих заданным значениям давления. Усилитель преобразует сигнал напряжения в сигнал по току, магнит Y открывает клапан таким образом, чтобы обеспечивалось заданное давление среза. Таким образом, давление среза настраивается предварительным поджатием пружины.
Получить полное представление о характере существенных изменений динамических нагрузок на элементы подъемной установки и ее привода (рис. 1) при использовании гибкой обратной связи по динамическому давлению можно получить только на основании решения уравнений динамики описывающих движение подъемной системы [5].
Характер изменения динамических нагрузок в процессе разгона передвижной проходческой подъемной установки для различных значений ограничения пиков перепада давления на гидромоторе показаны на рис. 3-4.
Анализ полученных зависимостей показывает, что уменьшение пиковых давлений в напорной гидролнии на 2 МПа приводит к снижению усилий в тяговом органе (канате) и момента нагрузки на гидромотор безредук-торного гидропривода на 12,2%. Последнее означает, что если оставить динамичность подъемной системы неизменной, а пик динамического давления в гидросистеме снизить на 2 МПа с помощью пропорционального напорного клапана, то можно увеличить грузоподъемность проходческого подъема на величину порядка 12%. Это позволит увеличить скорость проходки вертикальных стволов строящихся шахт и сократить сроки ввода в эксплуатацию новых шахт.
Таким образом, применение гибких обратных связей по динамическому давлению в гидроприводе проходческого подъема позволит снизить динамические нагрузки на упругие элементы подъемной установки, повысить их долговечность и надежность или увеличить значительно ее производительность при неизменной динамичности подъемной системы.
1. Гамынин Н.С. Гидравлический привод систем управления. - М.: Машиностроение, 1972. - 373 с.
2. Навроцкий К.Л. Теория и проектирование гидро- и пневмоприводов. - М.: Машиностроение, 1991. - 384 с.
3. Борохович A.M., Вагин В.С. Уравнения динамики передвижных проходческих подъемных установок с безредукторным гидроэлектроприводом // Горный журнал. -1989. - № 4. - С. 92-96.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Вагин В.С. Уравнения движения без-редукторного гидравлического привода проходческих подъемных установок // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2011. - № 9. - С. 269-273.
5. Вагин В.С., Курочкин A.M. Динамика одноконцевого проходческого подъема // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2012. - № 9. - С. 232-238. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
Вагин Владимир Сергеевич - кандидат технических наук, профессор, Филатов Анатолий Михайлович - кандидат технических наук, доцент, Курочкин Антон Мванович - аспирант,
Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, e-mail: [email protected].
UDC 622.676-82
CORRECTION DYNAMIC LOADS IN MOBILE EXCAVATING GEARLESS HOISTING UNIT HYDRAULIC
Vagin V. S., Candidate of Engineering Sciences, Professor,
Filatov A.M., Candidate of Engineering Sciences, Assistant Professor,
Kurochkin A.I., Graduate Student,
Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov, e-mail: [email protected].
Presented a method for reducing dynamic loads in elastic elements of the lifting apparatus with unemployment the fountain using hydraulic proportional pressure relief valve, which implements a flexible get feedback on the dynamic pressure.
Key words: lift installation, hydraulic direct drive, flexible negative feedback proportional pressure valve, dynamic loads.
REFERENCES
1. Gamynin N.S. Gidravlicheskij privod sistem upravlenija (Hydraulic drive control systems), Moscow, Mashinostroenie, 1972, 373 p.
2. Navrockij K.L. Teorija i proektirovanie gidro- i pnevmoprivodov (Theory and design of hydro- and pneumatic drives), Moscow, Mashinostroenie, 1991, 384 p.
3. Borohovich A.I., Vagin V.S. Gornyj zhurnal. 1989, no 4, pp. 92-96.
4. Vagin V.S. Gornyj informacionno-analiticheskij bjulleten'. 2011, no 9, pp. 269-273.
5. Vagin V.S., Kurochkin A.I. Gornyj informacionno-analiticheskij bjulleten'. 2012, no 9, pp. 232-238.
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ПОГРУЖНЫХ НАСОСОВ
Акопов Емок Юрьевич - аспирант, e-mail: [email protected], Московский государственный горный университет.
Разработанные методы позволяют повысить ресурс насосов за счет увеличения износостойкости рабочих поверхностей борированием и усталостной прочностью магнитноимпульсной обработкой. Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований отказов основных деталей насосов. Показано, что основным видом изнашивания является абразивное и гидроабразивное изнашивание. Выявлено, что рабочее колесо в сравнении с другими конструктивными элементами насоса испытывает максимальный уровень нагрузок, связанных с одновременным воздействием на него сил, возникающих при вращении и сопутствующих колебаниях, а также при взаимодействии со скважинной жидкостью. На основе анализа качественных факторов показано, что существует значительный потенциал улучшения микроструктурных и эксплуатационных характеристик рабочих колес, получаемых по литейной технологии.
Ключевые слова: износостойкость, магнитно-импульсная обработка поверхности, массовый износ, центробежные насосы.
ANALYSIS OF METHODS FOR SURFACE HARDENING OF THE WORKING WHEELS
Akopov E.Yu., Graduate Student, e-mail: [email protected], Moscow State Mining University.
The results of theoretical and experimental studies of failure of the main parts of pumps. It is shown that the main type of wear is abrasive and hydroabrasive wear. It is revealed that the impeller in comparison with other components of the pump is experiencing the maximum level of stress associated with the simultaneous influence of the forces produced by the rotation and related fluctuations, as well as dealings with downhole fluid. In the result of the study provides a new solution of urgent scientific problems, which consists in the selection and justification of methods of increase of a resource of borehole submersible centrifugal pumps, which will increase the efficiency of the process of fluid extraction of mountain developments. Methods have been developed, allowing to increase the resource of submersible centrifugal pumps by increasing the wear resistance of working surfaces borirovany and fatigue strength of the mag-neticpulse processing.
Key words: wear resistance, magnetic-pulse processing, surface, borirovany layer, mass wear, centrifugal pumps.
- ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ
(ПРЕПРИНТ)
