Оценка энергетической характеристики карьерных экскаваторов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

© Р.Г. Г афурьянов, А.П. Комиссаров, В.С. Шестаков, 2011

УДК 622.271

Р.Г. Гафурьянов, А.П. Комиссаров, В. С. Шестаков

ОЦЕНКА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ

На основе уравнений энергетического баланса выполнена сравнительная оценка энергетических показателей карьерных экскаваторов-мехлопат и гидравлических экскаваторов. Показано, что для мехлопат значения КПД при копании составляют 0,5—0,6 ввиду непроизводительных затрат энергии на подъем груженого ковша и элементов рабочего оборудования. Для гидравлических экскаваторов КПД зависит от конструктивной схемы рабочего оборудования. Применение схем с параллелограммами и гидро-аккмуляторами позволит повысить КПД.

Ключевые слова: кинетическая энергия, горная масса, мехлопата, инерция, гидроаккумулятор, энергопоток.

Энергетическая характеристика, — работа сил сопротивления копанию;

как составная часть техниче- Ас —

ской и эксплуатационной (рабочей) [1] характеристик, определяется следующими показателями:

• энерговооруженностью экскаватора или удельной (отнесенной к массе экскаватора) установленной мощностью привода;

• средневзвешенными мощностями главных механизмов [2];

• энергопотреблением или удельными (отнесенными к единице продукции) энергозатратами.

Наиболее энергозатратной операцией при экскавации горной массы является копание (для мехлопат) или внедрение ковша в навал породы (для гидравлических экскаваторов).

При копании уравнение энергетического баланса имеет вид

Ааа - Ап - А0 - Ам + Аё1 = 0 ,

где Адв — работа движущих сил (усилий подъема и напора); Ас

252

при копании: Rусmin — минимальный радиус копания на уровне стояния; Rmax — максимальный радиус копания; Нтах — максимальная высота копания; Gp, Gк+п — силы тяжести рукояти и ковша с породой; R — реакция в сед-ловом подшипнике

нии: 1—2 — ширина заходки экскаватора

Минимум работы движущих сил

(Й

К

\/////у\ гидравлическая энергия, выделяемая ЦК ШИШИ гидравлическая энергия, выделяемая ЦС

потери на трение, объемные и гидравлические потери затраты энергии на подъем РО работа сил тяжести элементов РО

Ацр, Ацс - работа сил на штоках ЦР и ЦС; Адв - работа движущих сил, Ас -работа сил сопротивления внедрению ковша ЦР, ЦС, ЦК - гидроцилиндры рукояти, стрелы и ковша

Рис. 3. Структура энергопотока

работа сил тяжести ковша и рукояти; Атр — работа сил трения; Аин — работа сил инерции.

Так как изменение кинетической энергии движущихся масс за время копания равно нулю, то Аин = 0.

Работа сил сопротивления копанию составит [2]

= 0Oi • I,,

где Р01 — касательная составляющая силы сопротивления копанию; Нн — высота оси напорного вала.

Работа сил тяжести равна

Ag = G + 0,5Gr • I ,,

где GK, Gn — соответственно силы тяжести ковша и породы.

Основным рабочим механизмом при копании является механизм подъема. Максимальное значение мощности, реализуемое механизмом, составит (рис. 1, положение II)

0 = S . • v . • л-1 ,

i max I е I е У ’

где Sie, vie — значения усилия и скорости подъема в момент окончания копания; п — КПД механизма (потери на трение).

Общий КПД при копании составит

Ориентировочно цгій = 0,5..0,6 .

1. Комиссаров А.П., Шестаков В.С., Жиганов П.А. К обоснованию рабочей характеристики карьерного экскаватора. // Горный информационно-аналитический бюллетень. —

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

При экскавации горной породы ковшом гидравлического экскаватора (рис. 2) уравнение энергетического баланса имеет вид

Ааа - А-- А. - А, - А.аа = 0 ,

аа п Со I оаа ’

где Ап — объемные и гидравлические потери энергии; Арег — регенерируемая энергия при работе гидроцилиндров в режиме насоса.

На рис. 3 приведена структура энергопотока при внедрении ковша в навал породы для стандартной схемы рабочего оборудования (рис. 2 — гидроцилиндры приводного звена закреплены другим концом с предшествующим звеном).

Общий КПД для стандартной схемы рабочего оборудования = 0,5..0,6 .

Выводы

Рабочий процесс карьерных экскаваторов (копание для мехлопат и внедрение ковша в навал породы для гидравлических экскаваторов) характеризуется непроизводительными потерями энергии.

В гидравлических экскаваторах снижение энергозатрат при экскавации горной массы достигается за счет применения схем рабочего оборудования с параллелограммами (схема TRIPOWER) или со вспомогательными гидроцилиндрами (гидроаккумуляторами).

------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

М.: Издательство МГГУ, 2006. — № 5. — С. 236—238.

2. Подэрни Р.Ю. Механическое оборудование карьеров. — М.: Издательство МГГУ, 2007.—680 с.ЕШ

Гафурьянов Р.Г. — аспирант;

Комиссаров А.П. — доктор технических наук, профессор;

Шестаков В.С. — кандидат технических наук, профессор;

Уральский государственный горный университет (УГГУ), office@ursmu.ru