автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Обоснование параметров системы кондиционирования рабочей жидкости гидрообъемной силовой установки карьерного бурового станка

На правах рукописи

САЙДАМИНОВ Исохон Абдулфайзович

УДК 622.242 (043.3)

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ ГИДРООБЪЕМНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ КАРЬЕРНОГО БУРОВОГО СТАНКА

Специальность 05.05.06 — «Горные машины»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1996

Работа выполнена в Московском государственном горном университете.

Научный руководитель ■проф., докт. техн. наук, член-кор. РАЕН ПОДЭРНИ Р. Ю.

Официальные оппоненты: докт. техн. наук, 'проф. ДМИТРИЕВ В. Н., канд. техн. наук ЕФИМОВ В. Н.

Ведущее предприятие — ИГД им. А. А. Скочинского.

Защита состоится « » МОр/ТР^. . . 1990 г

в 11 . чае. на заседании диссертационного совет; К-053.,12.03 в Московском 'государственном горном универси теге по адресу: 117935, ГСП-1, Москва,. В-49, Ленинский про спект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке уни верситета.

Автореферат разослан «

50. » ЯНЗ&Р/? . . 1996 I

Ученый секретарь диссертационного совета

канд. техн., наук, проф. ШЕЩКО Е, I

СЕДАЯ ХАРАКгачетККА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТУ. В общей технологии открытых горних работ при разработке месторождений.сложенных скальными породами, буровзриь ¡ше работы являются одним из основных производственных процессов.

Основными направлениями совершенствования гор1шх машин, в том числе буровых сташсов, в современных условиях является увеличение единичной мощности приводов с применением гидравлики. Однако гидрс^и кация буровых станков возможна только при условии обеспечения высокой надежности применяемых гидроэлементов и привода в целом.

Опыт показывает, что надежность существующих гидроприводов, работящих в условиях сильной запыленности. переменной температуры окружающей среды, довольна низка, причем безотказность и технический ресурс гидрсыапш и гидроаппаратуры устанавливаемых на гидрообъемной силовой установке бурового станка зависят, прежде всего, от эксплуатационных свойств,чистоты и температуры рабочей жидкости, в свою очередь , существенно зависящей от совершенства систем! ее кондиционирова ния. В то же время задачу создания рациональной системы кондиционирования рабочей жидкости гидрообъемной силовой установки(ГСУ) буровогг станка нельзя считать полностью решенной. В частности, недостаточж еде изучены вопросы многоприводности единой ГСУ. так как расчет е( параметров обычно выполняется беэ учета одновременности работы нескольких регулирующих контуров различной мощности и уровня их загруженности. Отсутствуют достаточно обоснованные рекомендации по выбор' величины потока подпитки в зависимости от климатического исполнени гидрообъемной силовой установки бурового станка.

Поэтому научная задача обоснования рациональных параметров сис темы 1сондиционирования рабочей жидкости,обеспечивающих надежную и эф фективную работу иногоприводной ГСУ в любом заданном диапазоне темпе ратуры окружающей среды, является актуальной.

ЦЕХЫЭ РАВота является установление зависимости генерируемой ре гулирующим контуром тепловой мощности от относительных величин скс рости, нагрузки и климатического исполнения ГСУ бурового станка д; обоснования рациональных параметров системы кондиционирования рабоче жидкости обеспечивающих надежную и эффективную работу ыногоприводш ГСУ. в любом заданном диапазоне температуры окружающей среды.

НДш РАБОТЫ заключается в уменьшении влияния величины теплов< мощности, генерируемой в регулирующих гидроконтурах.на параметры еж

теми кондиционирования рабочей яшдкости многоприводной ГСУ карьерного бурового станка.

НАУЧНЫЕ ПОЛОМШЯ, РАЗРАБОТАННЫЕ ДНЧШ АВТОРШ, ц ШЖШ:

1.Оптимальная структура системы кондиционирования рабочей лад-кости многоприводной гидрообъемной ендовой установки (СУ) карьерного бурового станка имеет место только при исполнении СУ о единым первичным приводным двигателем (электрически или диаельнш);

2. Рациональное величины объемных постоянных гидромашнн и диапазоны их регулирования расхода в гидроконтурах многоприводной гидро-обгишюй силовой установки зависят от типа привода, его силовик характеристик, кинематических параметров механизмов бурового станка л определяются применительно к условиям 1« работы в соответствующих периодах цикла проходки скважины;

3. Тепловая мощность, генерируемая регулируемыми гидроконтураыи, зависит от: величины объемных постоянных(типа привода); объемного и механического КПД гидроызлшн входящих в регулирующий контур; величины потока перетечек в насосе; силовых и кинематических характеристик одновременно функционирующих механизмов Сурового станка в конкретном диапазоне температур окружающей среди.

ОШСШВАШЮСТЬ Ы ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУ'ДйК ПОХОДЫ ШЙ. ЕЫВОДРЯ 13 РЕ КПШ1ДАЦНЙ. Научные- положения, выводы и рекомендации обоснованы: достаточным объемом теоретических исследований; использованием б теоретических исследованиях математических методов, основанных из положениях классической механики и математического моделирования; достоверностью принятых допущений; проверкой адекватности математической модели на базе применения ЭШ. ОщиОка моделирования не превышала 5*, что следует пригнать удовлетворительным.

ЗНАЧЕНИЕ РАГОТЫ. Научное значение работы заключается в установлении аналитических зависимостей параметров основных элементов системы кондиционирования рабочей жидкости от установленной мощности гид-роиэашн ГСУ для любого заданного диапазона температуры окружающей среды, что является уточнением известных ранее зависимостей прикладной теории теплообмена в гидрообъемных передачах.

Практическое значение работы состоит в разработке методики и расчетных зависимостей для определения параметров: ьспоыогателькых насосов; гидробака; воздушного охладителя; теплоэдектронагревателя, а также относительного ресурса нагнетательного и дренажного фильтров системы кондиционирования рабочей жидкости мпогоприводной ГСУ карьер-

наго бурового станка.

РЕАДГШЦП! РГЗУЛ.ТАТОВ РЛШШ. разработанные в диссертационШ'й работе методики и расчетные зависимости использованы в НЩ "НАДЕЛ НГХЛЬ" при модернизации полностью гидрофицированкых зерноуборочных комбайнов серии ДОН-1500 о дизель-гидроходом.

Расчетный годовой экономический эффект от применения модернизм ровшшой системы кондиционирования рабочей жидкости для многопривод -ной силовой установки »сомбайна серии ДОН-1БОО составил 3,7 млн. руб. в год на одну назину и получен за счет снижения уровня эксплуатационник затрат(в ценах сентября месяца 1994г.).

ЛПРОПАЦКЯ РАШта. Основные положения и результаты работы докладывались на: Международной межвузовской научно-практической юзнферен-дай МП! "Совершенствование конструкции, технологии изготовления и эксплуатации горного оборудования"(г.Москва, 1992г.); научно-практической сеиинаре МТУ "Обеспечение качества и надежности горных машин и оборудования на разных стадиях их жизненного цикла"(г.Москва, 1993г.); техническом совете НПЦ "НАДЕЖНОСТЬ"(г.Дуианбе, 1994г.); Международном симпозиуме 'Торная техника на пороге XXI века" (г.Москва, МГГУ, 1995г.); заседании кафедры ТИМ и СМ Таджикского технического университета (г.Душанбе, 1994-95гг.).

ГОГЕШШдП!. По теме диссертации опубликоваяно шесть печатных работ. Получено решение Комитета РО по патентам и товарным знакам о выдаче патента, от 17.11.1994г.

СВЪЕЗ II СТРУКТУРА РЛШТН. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографии из 71 наименований, 1 приложений, изложена на 185 страницах машинописного текста и содержит 42 рисунков и 27 таблиц.

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю, д.т.н., проф. Р.Ю.Подзрни, к.т.н. доц. М.Р.Хромому и сотрудникам кафедры горных машин и оборудования Московского государственного горного университета за содействие и всестороннюю помощь в проведении исследований.

ССЕВГКПЕ СЭДЕРЯАЕЕЕ РАБШН

Сострпнкэ вопроса, зада та гжазедозакля. Круг вопросов, связанных с обеспечением надежности и конструирования приводных систем буровых станков,рассмотрен в работах ряда ученых. Большой вклад в отечественную теории и прзктику в этой области внесли: Б.Н.Кутузов, Л.И.Канто-

ы 14. И.Л.Дмитриев, Ю.Д.Красников. И.Э.НарилскиЯ. Р.Ю.Лодэрни, Г.И.Солод. В.Н.Гетопанов, A.A.Комаров, Л.Л.Кондаков. Г.А.Никитин. Л.Я.Рогов, Т.А.Сырицин, А.А.Жуковский. В.М.Мороз. В.А.Сущинский. Е.Н.Удиц-кий, Р.Г.Шмидт и другие.

Созданию систем и средств кондиционирования рабочей жидкости для гидравлических приводов г; освящены исследования С.В.Елюшша, Г.С.Бродского. В.И.Зуева, В.П.Коваленко, В.М.Коновалова, В.К.Ковалевского. В.Ю.Мануйлова, К.Р..Рыбакова, Э.И.Удлера и других авторов.

Уадача системы кондиционирования заключается в поддержании температуры, относительной влажности, чистоты, состава и скорости движения рабочей жидкости, в результате чего обеспечивается устойчивая производительная работа машины. Недостаточная чистота и повышенная температура рабочей жидкости в наиболее существенной степени снижают ее работоспособность, поэтому в настоящей работе детальному анализу был подвергнут круг вопросов связанный с конкретными задачами поддержания определенного уровня чистоты и температуры рабочей жидкости гидравли-чссю1х систем эксплуатирующихся в различных климатических условиях.

Надежная и э<Мюктивная работа гидравлического привода возможна только в условиях оптимального теплового обмена, обеспечивающего постоянство рабочих характеристик рабочей жидкости.

Проведенный анализ ранее выполненных исследований и литературы показывает, что существующие методики и росомендации по выбору параметров отдельных элементов и системы кондиционирования рабочей жидкости в целом не учитывают особенностей, присущих многоприводности единой гидрообъемной силовой установки, так как расчет параметров выполняется без учета одновременности работы нескольких регулирующих itoiiTypoB различной мощности и уровня их загруженности.

Креме того, редко принимают во внимание: .

- температуру окружающего воадуха, соответствующую конкретному климатическому исполнению ГСУ бурового станка;

- длительность и структуру цикла работы основных механизмов бурового станка; '

- выходные статические характеристики приводов основных механизмов бурового станка и параметры их нагружения;

- влияние расхода внешних утечек и внутренних перетечек в насосе регулирующего контура на величину температуры как при входе рабочей жидкости в насос, так и на выходе рабочей жидкости из насоса.

- влияние диапазона температуры окружающего воздуха при конкретном

климатическом исполнении ГСУ Сурового станка на производительность насоса подпитки;

- объем рабочей жидкости гидробака ГСУ буровых станков и его вдия-ние на режим их работы с учетом одновременности работы нескольких подпиточных и вспомогательных насосов.

Полностью отсутствует отражение в технической литературе вопросов связанных со схемным решением гидромеханического привода и системы его кондиционирования.

Исходя из вышеизложенного в работе поставлены и решены следующие основные задачи:

- установление зависимости величины установленной мощности гидромашин основных механизмов бурового станка от типа привода;

- установление зависимости расхода в регулирующем контуре основных механизмов от относительных величин скорости и нагрузки;

- установление зависимости величины генерируемой регулирующим контуром тепловой мощности от относительных величин скорости и нагрузки;

- выбор величины потока подпитки в зависимости от климатического исполнения ГСУ бурового станка;

- выбор величин объема гидробака при работе нескольких подпиточных и вспомогательных насосов;

- выбор рациональной величины эффективной охлаждающей поверхности воздушного охладителя и мощности теплонагревателя в зависимости от диапазона температуры окружающего воздуха.

1&сдедгаззш;э парг^етроа цагигдзгня оснавша кезаикзыга буродого стайка и структура сто ГСУ. К главным механизмам карьерных буровых станков относятся: механкем вращения бурового става(врашатель); механизм подачи бурового става на забой и подъема его ив скважины; механизм хода и механизм привода компрессора. Их силовые и кинематические параметры наиболее полно определяют процесс бурения скважины.

Длительность цикла работы станка (время проходки одной скважины заданной глубины) вазисит от способа отработки уступа.

При отработке уступа, в зависимости от конструкции мачты Сурового станка, можно выделить три вида элементарного цикла бурения одной скважины о использованием станка у которого глубина наклонной скважины уступа заданной высоты (с учетом расстояния между долотом и устьем скважины в начальнкй момент ее отработки) меньше:

- хода непрерывной подачи станка ("синглпас"):

- суммы хода непрерывной подачи станка и длины одной дополнитесь-

ной штанги ("синглпас плюс один");

- суммы хода непрерывной подачи станка и "п" длин дополнительных штинг ("мультипас").

В зависимости от вида элементарного цшгла ыатеимальную относительную длительность работы в течение этого цикла станка имеют маханиями' вращения и подачи Сурового става СПКХ. до &0-85Z), а минимальную - механизм хода и гориэонтироваяия станка в сумме от общей длительности цикла проходки скваышы (IBZ до 15-202).

Относительна длительность работы привода компрессора соответствует длительности цикла любого вида, т.е продолжительность его включения равна 100%.

Для реализации требуемых выходных нагрузочных характеристик бурового станка определенного типоразмера мощность его основных механизмов должна быть достаточной для механизмов:

- вращения бурового става(долота). способного обеспечить требуемый момент развинчивания Сурового става н максимальное число оборотов при бурении максимальным диаметром долота с половинным моментом развинчивания;

ЯПо2 г,

Nfi- Mi--Ю-3 . (1)

30

- подачи, способного обеспечить осевое •усилие необходимое для разрушения крепких пород долотом максимального диаметра и максимальную заданную скорость подъема шпинделя;

FeiV«

N« - —. (2)

S&00

- хода способного обеспечить номинальное тяговое усилие на половине максимальной заданной скорости хода.

TMVX

Nk--. (3)

7.2

где п02(об/мин)-максимальная частота вращения бурового стаза; М»(Ны)-потребный момент для бурения мягких пород, вычисляемый по формуле

Mi - 2,84*10"3*kf*Dt*(0.22F2i)m . (4)

F2i (кН)-допустимое осевое усилие; Vu (»¿/с)-максимальная заданная скорость подъема шпинделя; Di(m)-диаметр долота; kf- коэффициент. зависящий от крепости буримых пород; ш- показатель, зависящий от качества продувки скважины; Ух(кы/ч)-максшальная скорость хода при 0,5ТМ;

- б -

ТМ(Н)-расчетное максимальное тяговое усилие вычисляемое ьв выражения кБя

Тм--. (5)

C0Srt2

где к- коэффициент сцепления; «(град)- максимальный уклон движения станка вверх(внив); к(м/с2) - ускорение свободного падения, ; С(кг) вес станка, определяемый по формуле

G(- k/^67—- , (б)

к

где Ид- коэффициент, при осевых усилиях подачи (200-300 кН) равный 0,142-0,145; при осевых усилиях 350-600 кН равный 0,148-0,150.

Известно, что гидрофикация приводов основных механизмов позволяет снизить металлоемкость малины, энергоемкость рабочего процесса, обеспечить защиту трансмиссий и металлоконструкций от перегрузок при работе в сложноструктурном забое.

В настоящее время гидрофикация горных машин выполняется в основном нз базе традиционного гидропривода (7ТП) или гидромеханических трансмюсий применяем« в основном на колесных и гусеничных горно-транспортных машинах, а также в качестве предохранительных устройств в приводах роторных экскаваторов.

Характерной особенностью гидромеханических силовых установок является наличие параллельных потоков мощности, передаваемых от вала первичного двигателя, суммирующихся затем на планетарном дифференциале. Далее суммарный поток мощности, как правило, через дополнительную трансмиссию передается на рабочий орган. Напротив, в традиционном гидроприводе мощность от вала первичного двигателя полностью передается через систему насос-мотор, редуктор и трансмиссию к рабочему органу.

На рис.1 показаны кинематические схемы силовых установок как для традиционного гидропривода (ТТЛ), так и для гидромеханического (ГМП). Они содержат: первичный двигатель-Е, соединенный через зубчатые передачи с тремя гидромашнами номинальной производительностью Ось 0с2 и Он; трехзвенный дифференциал-Д с входными звеньями(валами)-a,b и выходными звеном(вй1Юм)-В; входное звено-a дифференциала-Д (соединено с валом гидромгшины номинальной производительностью Qai). причем входное ввено-b у ТГП заторможено, а у ГМП черев зубчатую передачу с передаточным отношением 1в связано с валам первичного двигателя-E; гидромоторы ходового механизма с номинальным расходом-Ор, а также гид-

Трехзвешшй дифференциал (2К-Н)

"р р и

1 а.

©

Ог0

«„ ч„

^10

с,

ФШФ:

Ос г а«*

' Ос,

р„

пь=0

1Ь = 1А

Ч, О.

п., М,=М/1„

Ог0 4

Он ч„

<3с2 Чс

п,, М„=М/10

I—с»—4—ГмШ"

1» в-1«

1 п>

" С*

р

п А д

Рис. I. Принципиальная кинематическая схема силовой установки станка - «Единый вал»: а) - для ТГП; б) - для ГМП.

- Ь

равлические потребители (натори ши гидроцилиплры) системы подачи станка и вспомогательных механизмов (например гидродомкраты) услопно на рисунках не по!саэаны.

Таким образом, силовая установка у современного бурового станка должна быть гидрофицированной и выполненной по принципу "единого вала", где в качестве первичного двигателя используется один высоко водьтный электродвигатель переменного тока с постоянный частотой вращения вала-ПЕ или дизель, а приводы основных механизмов должны быть обеспечены бесступенчатыми передачами, регулирующий контур которых должен быть образован объемным гидроприводом.

Аналитические исследования показывают, что зависимости частоты вращения вала гидромашины А1-П02 от частоты вращения бурового ста-ва(долота)-п соответственно имеют вид:

ДЛЯ ТГП По2Т- 1рТ* п , (7)

ДМ ГШ по£г- 1ргл (п-П*) . (8)

где п*(об/ыин)-частота вращения бурового става при заторможенном зве-не-а дифференциала-Д; 1рт, 1рг-передаточное отношение диФФеренциала-Д от вал; -а к валу-В соответственно для ТТЛ и ГМП.

Последние для идентичной механической статической характеристики вращателя связаны мегду собой соотношением

1рг - 1,Б1РТ , (9)

Объемная постоянная гидромалиш А1 определяется иэ условия 212,!р

<Ы> - 10б (10)

0аР1р

и принимается в соответствии со стандартным параметрическим рядом объемных постоянных с учетом зависимости 2 Щ)

Рм--10С«Р1 . (11)

ССа131р

где 1р определяется раздельно для ТГП и ГШ в зависимости от типоразмера станка с учетом соотношений (7) и (8); Мр(Ны)-необходимый момент для развинчивания бурового става; Р(Па)-номинальное давление в регулирующем контуре при относительном диапазоне регулирования скорости вращения 0а-0; Гра1Э(м3/рад)-объемная постоянная соответствующая стандартному ряду; Рм (Па)-давление действующее в регулирующем контуре при свинчивании-развинчивая™ бурового става; 1Р](Па)-наибольшее допустимое давление в регулирующем контуре.

При независимом двухдвигателькоы приводе хода и равенстве уста-

ноьдеишх мощностей хода как для ТТЛ, так и для ГМП, а такхе идентичности их "выходных нагрузочных характеристик имеем (0с1+0сг)т -- (0сз+0се+0,50а1)г -20а1г , причем для ТГП

0с1-0с2-0а1Г , (12)

а для ГШ

Qci-Qci

(13)

0с2^ О.БОаа- Qci

Пцои

где Qai -[qai3— 10 0 . (Ш

60

здесь Пцом(о0/мин)-максимальная частота вращения вала гидромаишш Ai в соответствии со стандартным параметрическим рядом.

Номинальный (паспортный) расход гидромотора Сортовой передачи механизма хода. ы3/с

0,5NX103

0р2---. (15)

Р ад

где ад - .0,85 - минимально допустимый объемный КПД регулирующего контура хода.

Расход Qai* для вращения Сурового става с частотой лб-0.1п2 в режиме его подъема ив скваиины (байпас) определяются соответственно по формулам:

0.1П2 о

для ТГП Qal - [qalllo-Ю"3, (16)

60

(0.1П2-П*) -

для ГШ Qal - [Qal31p-Ю-3. (17)

60

Тачим образом, для реализации требуемых выходных нагрузочных характеристик основных механизмов Сурового станка его ГСУ (кроме двигателей, число которых соответствует числу механизмов) должна иметь три главных насоса, один из которых обеспечивает только горнаонтирование. а остальные два (основные) работу всех механизмов во всех режимах их работы, причем для ТГП главные насосы должны Сыть равной производительности. а для ГМП величины их производительности относятся как 1.0:0,5 (2:1).

Необходимая минимальная установленная ыоаиость механизмов враще-гая става, подачи долота и хода модет Сыть достигнута только применением в регулирующих контурах названных мехаииаыов пщроиашш с регулируемыми по объему их рабочими камерами, причем регулирование объема

рдбочих камер додано осуществляться в диапазоне от половины их максимальной частоты вращения до максимальной.

При реализации идентичных выходных нагрузочных характеристик вращателя, механизма хода и механизма подачи, силовая установка ГШ имеет в зависимости от типа станка в среднем в 1,5 раза меньшую установленную мощность гидромзшины вращателя при более широком (в среднем в 1,65 раза) диапазоне частоты вращения бурового става с постоянным крутящим моментом.

Аиалкз и сиитеа гидроо&ьсмти передач многоприводиой ГСУ бурового станка с замкнутой циркуляцией раЭочей шдкости. Опыт эксплуатации современного карьерного оборудования с гидравлическими приводами различных видов показывает, что силовые контуры приводов вращательного и поступательного действия должны выполняться по схеме с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости, в которых плавное изменение скорости движения рабочего органа обеспечивается регулированием расхода в силовом регулирующем контуре изменением объема рабочих камер насоса (насосов).

Сервисные контуры приводов современных горных машин всегда выполняются по схеме с открытой циркуляцией жидкости между гидролиниями низкого давления силовых регулирующих контуров и гидравлическим баком и при оснащении теплообменниками и фильтрами совместно о гидробаком образуют систему кондиционирования рабочей жидкости ГСУ.

Гидравлические силовые регулирующие контуры передач главных механизмов бурового станка образуются в соответствии с заданным циклом их работы путем коммутации гидромашин, гидроаппаратуры и вспомогательных устройств.

Таким образом, многоприводная ГСУ Сурового станка с регулирующими контурами основных механизмов выполненных по замкнутой схеме циркуляции рабочей жидкости в любом режиме работы может иметь только два открытых круга циркуляции рабочей жидкости низкого давления, где:

1-й круг циркуляции: гидробак - нагнетательный коллектор-линии низкого давления одновременно задействованных регулирующих контуров;

. 2-й круг циркуляции: линии низкого давления одновременно задействованных регулирующих контуров, внешние утечки - дренажный коллектор - гидробак.

Для эффективной защиты всех гидрсэлементов гидросистемы необходимо и достаточно поместить один фильтроэлемент в любую точку одного из открытых кругов циркуляции. Таким образом, для многоприводной ГСУ

минимальное число несааисимых фильтроэлементов с одинаковой тонкостью фильтрации должно быть равно числу открытых кругов циркуляции рабочей жидкости нивкого давления.

Для современных аксиально-поршневых регулируемых гидрсмапин и вспомогательной гидроаппаратуры номинальная тонкость фильтрации филь-трозлементов для 1-го и 2-го открытых кругов циркуляции рабочей жидкости нивкого давления должна выбираться в диапазоне от 3 до 10-25 мкы.

Для обеспечения однозначной коммутации двигателей всех механизмов бурового станка с основными главными насосами в различных режимах работы необходимо и достаточно для первого основного главного насоса производительностью 0с1 оснастить кахдую его линию давления двухходовым двухпозиционным распределителем, а для второго основного главного насоса производительностью Осг соответственно трехходовым трехпозици-онным распределителем. Таким образом, минимальное число различных коммутаций первого основного главного насоса равно двум, а второго основного главного н&соса-трем как для ТТЛ. так и для ГШ.

Величина расхода рабочей жидкости в регулирующем контуре, а также величины потоков внешни утечек н внутренних перетечек в нем в ва-висимоети от параметров рабочих реишоз станка и . соответствующих ки нагрузкам для любого регулирующего контура механизма ГСУ бурового станка имеют вид:

О* - Q

Dik iW

kq /Ре-Рэ <л + кб(1-гю)--Ю+ЮоЧ

kq+1^ СРЗ >

(18)

kq /-Рг-Рэ <л

Оук- Окб(1-Ло)- - + О + Ytío2 ; (10)

kq+1* [Р] >

В + icio2

Ол - Q(l-Uo)- , (20)

kq+l

где Q - расход рабочей гддкости ю регулирующем контура, зависящий от величины объемных постоянных гидромашины (гидрошшш) работающей в насосном режиме, ы3/с; tío- бевраемериая величина, характеризующая параметр (режим) работы соответствующего регулирующего 1сонтура; о - безразмерная величина, характеризующая нагрузку (релиы) при работе соответствующего регулирующего контура; ka- коэффициент учета установленной мощности регулирующего контура при расчете утечек и перетечгк;

kq- коэффициент утечек, равный отношению потока внсш»« утечь« к потоку перетечек; Р2.Р3- соответственно давления в линии низкого д-хчл-ния регулирующего контура и дренажного коллектора ГСУ, IIa; D/Di- относительная величина объема рабочих камер насоса(насосов) регулирующего контура; tío- объемный КПД контура (насоса, мотора); т - уд-льш^ перепад давлений между полостью противодавления гидроцилиядра и отводящего трубопровода

pVTg E(ipZ[P)

(21)

где р - плотность рабочей жидкости, кг/м3; 7Т - допустимая скорость движения рабочей жидкости а отводящем (подводящем) трубопроводе гид-рсцилиндра; г-р - коэффициент расхода при входе (выходе) рабочей жид кости из гилрошшшдра.

Значения кб. «о, 0, Ц и п" в зависимости от фушешюнальнего назначения регулирующего контура, типа пршюда, режима работы ГСУ Сурового стгнка с учетом приведенных обозначений приведены в табл.1.

Из вышеприведенных уравнений следует, что:

- расход в замкнутой регулирующем контуре-СЦ основных иохшмиез бурового с та"] сз при заданных объемных постоянных гидромазин контура ?аз!!С];т от относительны:« величин скорости и нагрузки п конкретном механизме. а его максимальное значение имеет место при входе в основной насос (насосы) и не превышает величины номинально;! проиэьодительности последнего;

- расход внесши угечек- Оук при работе регулирующего контура при заданных объемных-постоянных гидромашин контура, для механизмов вра-сйния става и хода вохисит только от величии относительной нагрухен-ности названных ыехализмоа. а для механизма подачи долота от относительных величк! нагрузил н скорости независимо от рекнча работы бурового стачка;

- расход внутренних перетечек в насссе регулирующего коитура-Оп при заданной объе>аюй постоянной нассса для механизмов вращения става и хода зависит только от гедичнны относительной нагрузки последних, а й'-Я механизма подачи долота- от относительных величин нагрузки и ско-

иезвв'Асглю от регаша раСсгы Сурового станка.

Расход О« в регудируац-эя контуре механизма подачи долота для стачка типоразмера СЕШ-250 с раэдвляной мачтой в режима бурения меньше на 20,7-22,52,чем у стенка с длинной или коротко;! мачтами при оди-

М Е X А Н И 3 М Ы РЕЖИМ Тип г.рисода Иб ! а0 | С ■ 1 ч ; г,- ! 1 I

ВРАЩЕНИЯ РУГАНИ» (Ьайпа?, СВ'ЛНЧИР-. , ра.т.«нч.) ТГЛ | ; Го V П ;

1'МП 1:2 ! Го 2 МмОл

ПОДАЧИ ТГП гмп 0,5 V" '»м 0с1 ( ! 1

Быстрый подтем шпинделя ТГП ' ,0 г км 1-! ! Гц ! ;

гмп 1 +-Ю,Г5- Чс1 Рс1 ° !

ХОЛЛ Левая борт, передача Ход ЧР V*

Правая Сорт, передача Т 1 1 Ос: | |

Левая борт, передача гмп 1«Пр

Правая борт, передача —^—:— . ! ! I 1 ! 1 ! ; : 1

исковых номинальных осевом усилии и диапагоне относительной скоро.:;:;; подачн. Бри одинаковом номинальной расходе а регулируьщем контур* не ханиэма подачи раздвижная мачта имеет больший диапазон регулирск'лнл скорости по срагшешш с длинной или короткой мачтой н режиме байпас на 20.1-, а в режиме быстрого подтема на 11.5?. как для ТГП. так и для ГМП.

Надалярозяниа работа агстеии иоздзарюнирстюния рабочей хоуыастя ГГС Оурдаого. В гидравлических регулирую®« контурах существует три источника генерации тепла вигывлгзие изменение температ»; н контура и входящих в#нее элементов:

- потери энергии вызванные внутренним трением жидкости, ее внл-ксстью и утечками в насосах и гидромоторах;

- потери энергии в трубопроводах и аппаратах управления, клапанах и золотниках распределения;

- дросселирование дидкости под давлением при частичном или полном протекания потгаса жидкости через предохрячителышй или переливней клапаны.

Избыточно высокая температура резко снижает надежность системы, выбывает пенообразование и отрицательно влияет на рабочие свойства минеральных масел. применяемых в качестве рабочих жидкостей, уменьшает срок службы гидроэлементов и эластичных уплотнений. Объективная оцешеа допустимой максимальной температуры очень важна для правильной эксплуатации гидросистемы и выбора режима нагруяок. Максимальной установившейся температурой для объемного гидропривода принято считать температуру не ticte 70°с. Наилучшей эксплуатационной температурой является температура порядка Б0°С на вхоле в насос (мотор).

Энергия, теряемая в замкнутом регулирующем контуре при его работе, превращаясь в теплоту, повышает температуру рабочей жидкости в ГСУ бурового станка и генерирует тепловую мощность, которую необходимо рассеивать в системе кондиционирования рабочей жидкости. Тепловая мощность, генерируемая аемкнутым регудиругаим контуром-Ек определяется по Формуле

(22)

где к7- 0езразмер:шл ^пределяе.чый по формуле

Л1,5;г безразмерные комплексы для контуров: "ньсос-мотор" к "насос-гидрошшшдры" приведена в табл.2.

Таблкца 2.

ПАРАМЕТРЫ

1 ачэ/гнты Перепад (рост) температур на участке "8х-Рых" перепад давления на элементе Рг- Ра. Па 61- т)мг[ — - Л 1 1)1 *

1. контур "насос-■ мотор" ^- с6 (1-Ло)(кб1<д-"1)*Т1иг

(1-Ио)(кбкч+1)+(кб-1)(кч+1)(йо-п"/По2

"мотор" Ьу 1Р]0 (1-т10)кч ---*Пмг (к^+1)(Оо-П /По2)

3. "насос" t5- (1-Ло) (к<,+1)АЦцГ-

(1-По) (кбкч+1) (кб-1) (к<гИ) («о-п'/пу/

4. "гидро-щиишр" 17- Ь5 1РЗС0+

5 "насос- ггдро-цилиндр" 17" 1б (1-По)(кбк^И)л11«г

(1-11о) (кбкч+1) + (кб-1) (кч+1) (ио_п"/По2

15 - температура рабочей жидкости е линии высокого давления контура. °С; 1б - температура рабочей жидкости при входе в насос регулирующего контура, °С; 17 - температура рабочей жидкости при еы-:<оде из мотора,°С; - температура рабочей кидкости пото!са под-шитки, С.

Тепловая мощность, генерируемая аа",мгутш регудгаукдж контуром прямо пропорциональна величинах допустимого давления в контуре; нагрузки и скорости. определягоим уровень внешних утечек и расхода; абсолютной температуру подпитки контура. Она ке зависит от схемыСсносо-Са) отвода к подвода тедлопотокоз в хэизо ого низкого давление, а в течение времени полного расхода ресурса гкдроигяиз ГСУ увеличивается от ыин^дъного значения (при тю-0.»5) до максимального (при по-0.Ь5) 4 в 4-5 рьз.

Так, напржер, иалбодьсая величина гелеркруешй ГСУ Сурового станка 1'елхйьой мощности соответствует рекшу хода как для ТГП, так и для

ГШ. Однаш ТТЛ имеет меньшую тепловую генерируемую мощность чем ГШ в режиме хода (на 3.3%); в режиме быстрого подъема (на 41,67.-для длинной и гороткой мачт; на 40,IX-для раздвижной мачты), но большую в режиме бурения (ка 30,97,-для длинной н короткой мачт; на 35,15-для раздвижной мачты); в режиме байпаса (на гз,7Х-для длинной и ¡кроткой мачт; на 35,4- для раздвижной мачты) и свинчивание-развинчивание (на 41,4%-для длинной и короткой мачт; на 39,IX-для раздвижной мачты).

Рациональная производительность насоса подпитки ГСУ бурового станка-Ог определяется по формуле

0кпохк?1Р]051

От--'- . (24)

к7авЧ40)рС1 - [Р]0Гк7-(к7-1)б13

где Окшах(м3/с)- максимальная величина расхода рабочей жидкости в регулирующем контуре бортовой передачи механизма хода;1в(°С)-температу-ра внешних утечек; 14(°С)-максимальная температура окружающего воздуха, соответствующая климатическому исполнения бурового станка; Са-удельная теплоемкость рабочей жидкости при постоянном давлении, Дж/кг.град.

При выполнении условия Ьа-Ш для рабочей жидкости МГ-30 ТУ38-10150-79 а]-70°С [13) и и-10. где и определяется максимальной величиной температуры окружающего воздуха для конкретного климатического исполнения ГСУ бурового станка. Так, для одной бортовой передачи механизма хода бурового станка СБШ-250, имеющей максимальную генерируемую мощность, при 8-1.0; с0-«о1; Оюпах- 0с1 имеем:

для климатического исполнения станка "Т"

при 1о~45 С, 0т/0с1-0.3б

для климатического исполнение станка "У"

при Ьо-40оС, 0т/0с1-0,22

для климатического исполнение станка "ХЛ"

при 1о-25°С. Цт/Ос1-0.102 < 0ук/0с1-0,1Б2

(25)

Анализ вышеприведенных зависимостей и рис.2 позволяет сделать вывод о том, что производительность насоса подпитки регулирующего контура существенно зависит от климатического исполнения ГСУ бурового станка. Для исполнения "ХП" производительность насоса подпитки из условия неразрывности потока рабочей жидкости в линии низкого давления регулирующего контура следует принимать равной расходу утечек контура.

Таким образом, рациональная производительность насоса подпитки ГСУ бурового станка должна определяться на основе заданного- перепада

подппточного насоса от величины допустимо!! температуры подпитки регулирующего контура бортовоП передачи механизма хода (параметры СЕШ-250) при [ф = 70 °С

мс-лду температурой внешняя утечек (принимаемой не более 70°С) и максимальной положительной температурой опухающего воздуха, соотп«тс-твушей климатическому исполнении бурового станка (не ниже <lí>°C для исполнения "Т"; не шие 40°С для исполнения "У" и не нихе Г5°С для исполнения "ХЛ") при максимальных величинах расхода рабочей жидкости в регулирующем контуре бортовой передач» механизма хода и его относительной-вагруденности, а также с учетсм удельной теплоемкости рабочей жидкости.

Для снижения тепло- и грязе.чагрузки на сервисный кс.чтур ГСУ и режимах бурения, байпас, езинчивания-раэвинчиг.атя и Сыст;>ого подъ'ма следует ограничить "поток подпитки в упомянутые регулирующие контур!' путем индивидуального подбора расхода (сечения) лсддегливасщего клапана. устанавливаемого а линии низкого давления, a T.w.e v.zy од я иь потребности под пи г,-о! конкретного регулирующего контура при его работе а конкретных климатических условиях так. чтоС-л максимальная температура утечек не престала 70°С.

При работе регулирующих контуров механизмов хода, вращения и подачи избыток рабочей жидкости, поступающей в конкретный контур от подг.иточши насосов, доджей быть возвращен через обратный клапан ь дренажный коллектор, причем клапан должен быть установлен до нагнетательного Фильтра, что позволяет уменьшить поток рабочей жидкости через последний и увеличить его относительный p<?cvpc-Rj%. вычисляемый по формуле

ПЗ Г, ¡}rJ \ ( От. ч -1

R 2----f - ♦ 0.15 . (26)

2 U Qkij-'Wi V Orel 4+0ук'2 J где J - климатическое исполнение станка; C^i- расход (сечение) подер-,~.и2а\щего клапана КПЗ, м3/с.

Гидробак ГСУ буровых станков при работе в различных режимах имеет различные объемы наполнения рабочей жидкостью, а следовательно, и различные аффективные охлаздахщие поверхности. Так, в режиме хода (демкраты горизонтироьания втянуты) объем наполнения гидробака имеет максимальную величину, а а родимо бурения уменьшается на величину объема рабочей жидкости, задействованной при горизоитировании бурового станка.

Рациональная емкость гидробака-V3 должна вычисляться при условии одновременности работы двух подлиточкыл насосов и насссз с производительностью, необходимой для выполнения горизонтирования станка, причем

производительность двух подпиточных насосов должна соответствовать типоразмеру Сурового стгапса и его климатическому исполнению.

во/с^

БХдг

Из>1ео/(Ш}12)3+ 0,5—кн . (27)

СРЗл

где 01 - производительность 1-х подпиточных насосов, м3/с; Хд - максимальный ход домкрата, ы; кн - коэффициент неравномерности распределения нагрузки между домкратами; '[РЗД- максимальное рабочее давление в гидродомкратах, Па.

Сервисный контур ГСУ Сурового станка конкретного климатического исполнения для нормальной работы во всем его температурном диапазоне должен иметь охладитель, устанавливаемый в нагнетательной линии перед фильтром и подключавшийся к работе при температуре бака превышающей заданную, а также нагреватель, устанавливаемый в гидробаке и подключающийся к работе при температуре бака ниже температуры рабочей жидкости, необходимой для работы аксиально-поршневых гидроыашин с допустимой вязкость».

Величина эффективной охлаадащей поверхности воздушного охлади-

теля-Рэо определяется по формуле

4рС10т , ч

Тэо--, (28)

Кркхо2

где кт02 - коэффициент теплопередачи для охладителя; кр - коэффициент трубчатого радиатора. Мощность нагревателя-Кз определяется по формуле

На- ктохРег^+Ь"1-^-)^^! , (29)

где кТ01- коэффициент теплопередачи для бака. Вт/м2.град; Р02" эффективная поверхность Сака в режиме хода, ы2; 11- температура бщ;а, равная температуре рабочей жидкости, необходимой для работы аксиально -поршневых гидромашин с допустимой, вязкостью, °С;1-температура. равная минимальной величине температурного диапзгона конкретного климатического исполнения ГСУ, °С; температурный диапазон нагревателя, °С.

Кз анализа зависимостей (28) и (29) следует, что: - вэлкчина эффективной охлаждающей поверхности Еосдушюго охладителя обратно пропорциональна величине коэффициентов его рядности и теплопередачи и прямо пропорциональна учетверенному произведешь плотности, теплоемкости рабочей жидкости и велстипе производительности подпкточиого насоса, соответствующих клиыатичеогсэму исполнения ГСУ

сурового столкл;

- мощность нагревателя должна определяться с учете,и доиелш-разогрева массы Озка и рабочей жидкости в нем на основе «а-лысто гл репада между максимальной отрицательной температурой г...«

духа, соответствующей климатическому исполнен!® Сурового слан к;» (и-ыше: -10°С-для исполнения "Т"; -40°С-для исполнения "У"; - ¡лгС-д.".! исполнения "УМ") и максимальной отрицательной температурой Л

жидкости с допустимой для работы аксиально-порпневых гидрсмаанн ыз-ксстьв.

• Зшисзченяо

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научна"; задачи обоснования рациональных параметров системы кондкцисниг-ьани.! рабочей лндкссти обеспечиваю^ надежную и эффективную работу многеп риводиой ГСУ в любом заданном диапазоне температуры окружающей средн.

На основе выполненных теоретических и экспериментальных ис-гледо ваний раграоотан и предложен ряд методик по определению рациональны/, параметров системы кондиционирования рабочей жидкости мшгопсквод1кй ГСУ карьерного Сурового станка и сделаны следующие выводы:

1. Оптимальная структура системы кондиционирования рабочей ."нд-кости многоприЕодной гидрообъемной силовой установки (СУ) карьерного Сурового станка может Сить реализована только в ее (СУ) исполнении с единым первичным приводным двигателем (электрическим иди дизельшлО.

2. Рациональные величины объемная постояшшх и диапазонов их регулирования в гидроконтурах многоприводиой ГСУ Сурового станка зависят от типз привода, его силовых характеристик и кинематических параметров механизмов и определяются раздельно применительно к условиям их работы в соответствующих периодах цикла проходки скваишы.

3. Тепловая мощность, генерируемая регулируемыми гвдрскснтурами, зависит от: величины объемных постояшшх (типа привода); объемного и механического КЩ гидромашин, входящих в регулирующий контур; величина потека перетечек в насосе; силовых и кинематических характеристик одновременно Функционирующих механизмов Сурового станка и диапазона температур окружающей среды.

4. Тепловая мощность, генерируемая замкнутым регулирующим контуром, прямо пропорциональна величинам: допустююго давлешш в контуре; нагрузки и скорости, определяющих уровень внешних утечек и расхода;

згеллтнсй температуры подпитка контура и не зависит от схемы (спосо-Сз) отполз и подеодз теплопотоков в лшит его низкого давления, а в тс-чс-¡¡но вромени полного расхода ресурса гадромашин ГСУ увеличивается от минимального значения (при по~0,95) до максимального (при Т|О-0,В5) в 4 Р раз.

5. Рациональная (номинальная) производительность насоса подпитки ГСУ Сурового станка должна определяться на основе заданного перепада между температурой внешних утечек (принимаемой не Солее 70°С) и мзк-симагьнои положительной те),!пературой окружающего воздуха, соответствует що и климатическому исполнению Сурового станка (но ниже 45°С для и^пелнеш'я "Т"; не ниже 40°С для исполнения "У" и не ниже 25°С для илг.-лие-шш "ХЛ"), при максимальных величинах расхода рабочей жидкости в ¡.ч-гулируюгем контуре Сортовой передачи механизма хода и его относительней гзгружишссти.а также с учетом удельной теплоемкости рабочей жидкости.

с. Рациональная емкость гидроСака должна вычисляться при условии еднэьременнооти работы двух подпиточных насосов производительностью, соответствующей типоразмеру Сурового станка л его климатическому исполнению, и насоса с производительностью, необходимой для выполнения операции горизонтирования станка.

7. Сервисный контур ГСУ бурового станка конкретного климатического исполнения для нормальной работы во всем его температурном диапазоне домен иметь охладитель, устанавливаемой в нагнетательной линии перед фильтром и подключающийся к работе при температуре бака, превышающей заданную,а также нагреватель, устанавливаемый в гидроСзке и подключающийся к работе при темперзтуре бака нияе температуры рабочей жидкости, необходимой для работы аксиально-поршневых гкдроыалшн с допустимой вязкостью (для МГ-30 это -5°С).

8. Величина эффективной охлатдашцей поверхности воздушного охладителя обратно пропорциональна величине коэффициентов его рядности и теплопередачи и прямо пропорциональна учетверенному произведения плотности и теплоемкости рабочей жидкости а также величине производительности подпиточнэго насоса, отвечающей климатическому исполнен:» ГСУ бурового станка.

9. Мощность нагревателя дсхсана определяться е учетом длительности разогрева массы бака и рабочей заадкости в нем на основе вадаякого перепада между цскскыальной отрицательной температурой окружающего воздуха, соответствующей кликагыческону исполнение бурового ставка