Снижение энергоемкости и повышение производительности экскаватора

В своей статье Сергей Тихоненков рассказывает о снижении энергоемкости и повышении производительности экскаватора за счет специального устройства, которое обеспечивает уравновешивание стрелы, рукояти и ковша.

Анализ структуры реакции на штоке цилиндра 1 (Фиг.1 и 2) механизма подъема стрелы 4 экскаватора позволил установить, что удельный вес реакции на штоке цилиндра 1 от массы стрелы 4 рукояти 7 и ковша 6 составляет примерно 65%, остальная часть реакции обуславливается массой перегружаемого груза, например, песка. Таким образом, коэффициент полезного действия механизма подъема, рассматриваемый в данном случае как отношение полезной работы, затраченной работы на перемещение груза ко всей работе, равен примерно 35 %. Анализ значений реакции на штоке цилиндра механизма подъема при различных положениях стрелы и рукояти в пределах паспортной зоны обслуживания позволяет определить среднюю арифметическую реакцию, значение которой можно использовать для поиска решений по ее уравновешиванию с целью снижения энергоемкости механизма подъема и повышению коэффициента полезного действия. Коэффициент вариации V = G/X, где G – среднее квадратическое отклонение, а Х – среднее арифметическое значение реакции на штоке цилиндра 1, в данном случае позволит судить о степени однородности вариаций реакции на штоке от стреловой системы 4, рукояти 7 и ковша 6 при различных положениях и оптимизировать параметры необходимой для уравновешивания силы. Эффективным решением в данном случае будет использование силы, которая может изменяться при перемещении стрелы в определенных границах. Критерием границ крайних значений уравновешивающей силы (минимум – максимум) может служить коэффициент вариации V. Этим требованиям удовлетворяет техническое решение, в основе которого положено применение гидрогазоаккумулятора 2, соединенного с уравновешивающим цилиндром 3, закрепленного на стреле 4 и платформе экскаватора 5. Штоковая полость цилиндра 3 соединена с гидрогазоаккумулятором 2. Давление газа в гидрогазоаккумуляторе 2 передается через жидкость в штоковую полость цилиндра 3 и создает уравновешивающую стрелу 4, рукоять 7 и ковш 6 силу F.

F = S x P

где S - площадь поршня в штоковой полости цилиндра 3,
P – давление, создаваемое в гидрогазоаккумуляторе.

Параметры гидрогазоаккумулятора (объем и давление) подбираются таким образом, что бы изменение (уменьшение) объема газа в гидрогазоаккумуляторе за счет вытеснения жидкости из штоковой полости гидроцилиндра 3 при низшем положении стрелы не повлекло увеличение давления в штоковой полости цилиндра 3 до значений, при которых уравновешивающая сила F на штоке цилиндра 3 превысит суммарную реакцию R от стреловой конструкции 4 и ковша 6 на штоке цилиндра 3. Должно соблюдаться условие

F ‹ R, где R = Rстр +R рук.+Rковш - реакция на штоке цилиндра 3 от весов стрелы 4, рукояти 7 и ковша 6.

Таким образом, предлагаемое решение позволяет уравновесить стреловую систему и ковш экскаватора с необходимой, близкой к полному уравновешиванию, степенью и тем самым исключить расход топлива двигателем экскаватора на их перемещение.

Достижение эффекта уравновешивания стрелы и ковша может быть выполнено без применения дополнительного цилиндра 3. В данном случае в цилиндре 1 необходимы небольшие конструктивные изменения, что позволит объединить в нем как функцию цилиндра механизма подъема, так и функцию цилиндра для уравновешивания стрелы и ковша.

Данное решение существенно (до 65%) снижает удельный расход энергии механизма подъема на массу перемещаемого груза, снижает нагрузку на гидросистему экскаватора и увеличивает производительность. Поскольку, можно предполагать, что потребление энергии механизмом подъема экскаватора составляет примерно 60-65 % общего потребления энергии (остальная часть энергии расходуется на движение рукояти 7 и ковша 6), то общая экономия составит около 40%. (0,65 х 0,62 = 0,403). При расходе на 1000 м³ около 100 литров дизельного топлива (паспортные данные экскаватора ЭО-3233 Кохановского эскаваторного завода), общая экономия составить примерно 40 литров. При полном цикле t =18.5 сек. экскаватор ЭО-3233 за 8 часов работы совершит примерно 1550 циклов. При объеме ковша V= 0,45 м³ экскаватором будет перемещено 700 м³ и будет израсходовано около 70 литров дизельного топлива. При использовании предлагаемого устройства уравновешивания стрелы, рукояти и ковша экономия расхода топлива составит 28 литров. При стоимости дизельного топлива 0,53 долл. за 1 литр экономия за 8 часов работы составит 14,8 доллара, а в расчете на год 3900 долларов. При двусменной работе экономия составит 7800 долларов. В экскаваторах с большими объемами ковшей, экономия топлива в натуральном измерении возрастет.

При этом надо отметить, что на 40 % снижается выброс вредных веществ в атмосферу.

Значительное уменьшение (примерно на 65%) коэффициента К = R / Р мах, где R = R стр +Rрук + R ковш + Rгруз - реакция на штоке цилиндра 1 механизма подъема от стрелы, рукояти, ковша и полезного груза, а Р мах – максимальное усилие развиваемое гидросистемой на штоке цилиндра 1, позволяет предполагать об увеличении скоростных характеристик механизма подъема, уменьшении времени рабочего цикла t = 18,5 сек. и, в конечном итоге, об увеличении производительности экскаватора – основного показателя технического уровня экскаватора. Оценку данного параметра целесообразно получить эмпирическим путем, произведя замеры цикла при испытаниях экскаватора, оснащенного уравновешивающим устройством. Однако, можно предполагать, что данное устройство обеспечит уменьшение времени рабочего цикла не менее, чем на 10%.

Источник: www.exkavator.ru