Обоснование и выбор параметров системы «гидробак-охладитель» гидрообъемной силовой установки карьерного комбайна

Горнодобывающая промышленность Республики Узбекистан является одной из ведущих отраслей, базирующейся на мощной минерально-сырьевой базе. По ряду важнейших полезных ископаемых, например таких, как фосфориты Узбекистан по подтвержденным запасам и перспективам их увеличения не только занимает ведущее место в СНГ, но и входит в первую десятку государств мира. Основные запасы фосфоритов сосредоточены на Джерой-Сардаринском месторождении Центрально-Кызылкумского региона Узбекистана. Этот регион является объектом деятельности Навоийского горно-металлургического комбината (НГМК).

В соответствии с программой промышленного освоения Джерой-Сардаринского месторождения предусмотрено увеличение мощностей добывающего и перерабатывающего комплексов с доведением годовой производительности по руде до 3,6 млн.т. Сегодня, один из трех детально разведанных участков Джерой-Сардаринского месторождения «Ташкура» принят в качестве первоочередного к промышленной эксплуатации.

На комбинате ведется непрерывный поиск и внедрение в производство-технологий с новым оборудованием высокого технического уровня, значительно повышающего эффективность горных работ. Регулярно осуществляется замена выработавшей свой ресурс техники на новую.

Так, специалистами НГМК и ВНИПИпромтехнологии предложено добычные работы производить карьерными комбайнами со шнеково-фрезерными рабочими органами, однако первый опыт их эксплуатации показал недостаточно-высокую производительность при выемке рудных фосфопластов различной мощности. Это объясняется тем, что производительность карьерного комбайна с дизель-гидрообъемной силовой установкой существенно зависит от эффективности работы системы охлаждения рабочей жидкости в условиях жаркого климата Центральной Азии.

Таким образом, увеличение объемов и номенклатуры добычи фосфоритной руды может быть достигнуто на основе создания эффективной системы охлаждения рабочей жидкости обеспечивающей температурную адаптацию гидрообъемных трансмиссий всех механизмов карьерного комбайна в диапазоне высоких температур характерном для карьеров Центральной Азии.

Поэтому разработка многопараметрической модели технологического нагружения, обоснование и выбор параметров системы «гидробак-охладитель» гидрообъемной силовой установки карьерного комбайна в зависимости от характеристик его технологического нагружения и температурного диапазона, характерного для карьеров Центральной Азии является актуальной научной задачей.

Целью работы является обоснование и выбор параметров системы «гидробак-охладитель» гидрообъемной силовой установки карьерного комбайна в зависимости от характеристик его технологического нагружения и температурного диапазона, характерного для карьеров Центральной Азии.

Идея работы состоит в многопараметрическом синтезе характеристик системы «гидробак-охладитель» гидрообъемной силовой установки карьерного комбайна на основе их моделирования в зависимости от особенностей технологического нагружения и температурного диапазона эксплуатации.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:

— многопараметрическая модель технологического нагружения гидрообъемной силовой установки карьерного комбайна в течение технологического цикла отработки фосфоритового пласта с заданными физико-механическими свойствами, отличающаяся учетом относительного уровня установленных мощностей двигателей основных механизмов комбайна и относительной длительности их активации в течение цикла в заданном диапазоне температуры окружающей средыматематическая модель теплового эквивалента мощности, генерируемой гидрообъемной силовой установкой карьерного комбайна, учитывающая в относительной форме процесс нагружения его основных приводов, характер износа гидромашин до исчерпания ими ресурса и соотношение установленных мощностей гидрообъемных трансмиссий исполнительных механизмов комбайна;

— выбор схемы и рациональных параметров системы «гидробак-охладитель» карьерного комбайна должен осуществляться с учетом температуры потока рабочей жидкости в нагнетательном и дренажном коллекторах гидрообъемной силовой установки комбайна в зависимости от температуры окружающей среды.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируется на применении широкого диапазона современных научных методов исследований, включающих аналитические исследования с использованием фундаментальных положений теоретической механики твердого тела и жидкостей, термодинамики, математического моделирования и системного анализа процесса нагружения гидрообъемной силовой установки карьерного комбайна, и на исследовании процесса изменения температуры окружающей среды с использованием современных методов математической статистики. Сходимость результатов аналитических и экспериментальных исследований при 15% относительной ошибке составляет 80%.

Научное значение работы заключается в разработке математических моделей и в установлении зависимостей (в относительной форме) теплового эквивалента мощности, генерируемой гидрообъемной силовой установкой карьерного комбайна, от:

— параметров процесса нагружения приводов его исполнительных механизмов в течение технологического цикла отработки фосфоритового пласта;

— параметров и характера износа гидромашин силовой установки до исчерпания ими ресурса;

— соотношения установленных мощностей приводов гидрообъемных трансмиссий исполнительных механизмов комбайна и температуры окружающей среды.

Практическое значение работы состоит в разработке: методики расчета и выбора рациональных параметров системы «гидробак-охладитель» гидрообъемной силовой установки карьерного комбайна с охладителем: в нагнетательной линиив дренажной линии или с охладителем в линии, параллельной гидробаку, а также в разработке технических требований на модернизацию системы «гидробак-охладитель» гидрообъемной силовой установки карьерного комбайна MTS 250 фирмы MAN TAKRAF (Германия).

Реализация выводов и рекомендаций работы. В плановых научно-технических разработках 2008;09 гг. ООО «ГИДРОГОРМАШ» на контрактной основе с Навоийским ГМК приняты следующие результаты работы:

— технические требования на модернизацию системы «гидробак-охладитель» гидрообъемной силовой установки карьерных комбайнов MTS 250 фирмы MAN TAKRAF (Германия), находящихся в эксплуатации на Джерой-Сардаринском месторождении Навоийского горнометаллургического комбината (участок Ташкура);

— инженерная методика расчета и выбора рациональных параметров системы «гидробак-охладитель» гидрообъемной силовой установки карьерного комбайна с охладителем: в нагнетательной линии насоса подпиткив дренажной линии или с охладителем в линии, параллельной гидробаку;

— программное обеспечение для моделирования температурного режима потока рабочей жидкости в нагнетательном коллекторе гидрообъемной силовой установки карьерного комбайна с охладителем в линии параллельной гидробаку, в зависимости от температуры окружающей среды и максимально допустимой температуры рабочей жидкости дренажного потока.

Апробация работы. Основные положения и содержание работы были доложены и обсуждены: на международных научных симпозиумах «Неделя Горняка» — в 2006, 2006, 2008 гг. (г. Москва, МГГУ) — на научно-технической конференции «Истиклол» «Современная техника и технология горнометаллургической отрасли и пути их развития» (Респ. Узбекистан, г. Навои) — 2004 гна техническом совещании при Техническом директоре ООО «ГИДРОГОРМАШ» в 2007 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано пять статьей, две из них опубликованы в журналах, входящих в перечень изданий, утвержденных ВАК.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения, списка использованных источников из 84 наименований и включает 41 рисунок и 8 таблиц.

Выводы по главе.

1. Моделированием тепловых процессов протекающих в РК гидрообъемной силовой установки карьерного комбайна с учетом:

— внутреннего объемного КПД гидромашин РК — rje.

— отношения объемных постоянных насоса — q^ и гидромотораqM РК;

— отношения минимальной — а) т-п и максимальной — сотах скоростей вращения шнеко-фрезерного рабочего органа комбайна, установлено, что тепловой эквивалент потерянной мощности — Е, генерируемый РК не зависимо от температуры окружающей среды — прямо пропорционален произведению энергоемкости работы карьерного комбайна на его техническую производительность — 77 в /-том режиме. к> -ц. двухканальныи пропорционально-интегральный регулятор

Рисунок 4.7 — Принципиальная схема автоматического управления дренажным потоком системы «гидробак-охладитель» с охладителем в линии параллельной гидробаку.

2. Установлено, что максимальная относительная подача насоса подпитки.

QrmjlQ] н при заданных: внутреннем объемном КПД — г]в, отношении объемных постоянных насоса — qH и гидромотора — qM РК, а также отношения минимальной — сотш и максимальной — ютах скоростей вращения шнеко-фрезерного рабочего органа карьерного комбайна, существенно зависит только от:

— уровня настройки давления предохранительного клапана РК — [р];

— допустимой температуры РЖ на выходе из РК силовой установки карьерного комбайна — [^]=70°С;

— коэффициента вариации — ит соответствующего значению температуры окружающей среды в летний период;

— величины произведения плотности РЖ на её удельную теплоёмкостьрс] (параметров РЖ).

3. Предложенная в работе схема линии низкого давления РК гидрообъемной силовой установки карьерного комбайна ограничивает поток подпитки в режимах с технологической нагрузкой меньшей номинальной. Это достигается установкой обратного клапана между нагнетательным и дренажным коллекторами и позволяет снизить динамику тепловой нагрузки на РК при снижении уровня технологического нагружения, а также при переходе с одного режима работы РК на другой с одновременным уменьшением грязи потока через нагнетательный фильтр.

4. Моделированием параметров системы «гидробак-охладитель» гидрообъемной силовой установки различной структуры карьерного комбайна установлено, что:

— схему системы «гидробак-охладитель» с охладителем в линии параллельной гидробаку следует считать наиболее предпочтительной для условий работы карьерного комбайна в районах, с жарким климатом, поскольку она обеспечивает эффективную температурную адаптацию гидрообъёмной силовой установки карьерного комбайна к температуре окружающей среды практически без перепадов температуры РЖ во всём положительном диапазоне рабочих температур- - схемы с охладителем в нагнетательной линии насоса подпитки или с охладителем установленным в дренажной линии гидрообъемной силовой установки следует признать конкурентоспособными только для условий работы комбайна в районах с холодным климатом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе на основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований дано новое решение актуальной научной задачи, состоящей в разработке многопараметрической модели технологического нагружения, в обосновании и выборе параметров системы «гидробак-охладитель» гидрообъемной силовой установки карьерного комбайна в зависимости от характеристик его технологического нагружения и температурного диапазона, характерного для карьеров Центральной Азии.

Основные научные выводы и результаты диссертационной работы, полученные лично автором, заключаются в следующем:

1. Спектрально-корреляционным анализом процесса изменения температуры окружающей среды установлено, что расчетное значение температуры должно совпадать с температурой окружающей среды только в точке tfj — 0 и в ее отрицательном диапазоне, в то время как в положительном диапазоне расчетное значение температуры должно превышать температуру окружающей среды на величину, равную сумме единицы и коэффициента ее вариации.

2. Разработана многопараметрическая модель технологического нагружения гидрообъемной силовой установки карьерного комбайнав течение технологического цикла отработки пласта с заданными физико-механическими свойствами, отличающаяся учетом относительного уровня установленных мощностей двигателей основных механизмов комбайна и длительности их активации в течение цикла в заданном диапазоне температуры окружающей среды.

3. Установлено, что максимальная относительная подача насоса подпитки при заданных: внутреннем объемном КПД, отношении объемных постоянных насоса и гидромотора регулирующего контура (РК), а также отношении минимальной и максимальной скоростей вращения шнеко-фрезерного рабочего органа карьерного комбайна существенно зависит от:

— уровня настройки давления предохранительного клапана РК;

— допустимой температуры рабочей жидкости (РЖ) на выходе из РК силовой установки карьерного комбайна;

— коэффициента вариации, соответствующего значению температуры окружающей среды в летний период;

— величины произведения плотности РЖ на её удельную теплоёмкость.

4. Моделированием параметров системы «гидробак-охладитель» гидрообъемной силовой установки различной структуры установлено, что:

— схему системы «гидробак-охладитель» с охладителем в линии, параллельной гидробаку, следует считать наиболее предпочтительной для условий работы карьерного комбайна в районах с жарким климатом, поскольку она обеспечивает эффективную температурную адаптацию гидрообъёмной силовой установки комбайна к температуре окружающей среды практически без перепадов температуры РЖ во всём положительном диапазоне рабочих температур;

— схемы с охладителем в нагнетательной линии насоса подпитки или с охладителем установленным в дренажной линии гидрообъемной силовой установки следует признать конкурентоспособными только для условий работы комбайна в районах с холодным климатом.

5. Разработанные технические требования на модернизацию системы «гидробак-охладитель» гидрообъемной силовой установки карьерного комбайна, методика и программное обеспечение для моделирования температурного режима потока рабочей жидкости в нагнетательном коллекторе с охладителем в линии, параллельной гидробаку, приняты к использованию в плановых научно-технических разработках 2008;09 гг. ООО «ГИДРОГОРМАШ» на контрактной основе с Навоийским ГМК для модернизации находящихся в эксплуатации на Джерой-Сардаринском месторождении карьерных комбайнов MTS 250 фирмы «MAN TAKRAF» (Германия).