Чаму гідраўлічныя лябёдкі пераўзыходзяць электрычныя ў бесперапыннай цяжкай здабычы карысных выкапняў

Фундаментальнае адрозненне ў канструкцыі рухавіка — што робіць гідраўлічныя лябёдкі прыдатнымі для эксплуатацыі

Я пятнаццаць гадоў працаваў у кампаніі Yining Hydraulic, распрацоўваючы сістэмы лебёдак для горназдабыўной прамысловасці, марскіх перавозак і будаўніцтва, і розніца ў інжынернай філасофіі паміж гідраўлічнымі і электрычнымі лебёдкамі вельмі істотная:Гідраўлічныя рухавікі па сваёй сутнасці маюць перагрузку, якая дазваляе ім вытрымліваць перагрузкі, у той час як электрарухавікі — гэта дакладныя прылады, якія абараняюць сябе шляхам адключэння.Гэта адрозненне не з'яўляецца недахопам канструкцыі ні ў адной з тэхналогій — яно з'яўляецца вынікам асноўнай фізікі. Гідраўлічныя рухавікі выкарыстоўваюць вадкасць пад ціскам (звычайна 250-350 бар у горназдабыўных лябёдках) для прывада круцільнай групы поршняў або шасцярняў. Сама вадкасць выступае ў якасці асяроддзя перадачы энергіі і астуджэння — па меры цыркуляцыі вадкасці праз рухавік яна пераносіць цяпло да алейнага радыятара сістэмы. Калі рухавік перагружаны, клапан зняцця ціску ў сістэме адкрываецца пры зададзеным ціску (звычайна 315-350 бар) і перанакіроўвае паток, абараняючы механічныя кампаненты ад пашкоджанняў ад перагрузкі, не адключаючы сістэму.

Электрарухавікі, наадварот, пераўтвараюць электрычны ток у магнітны паток для стварэння крутоўнага моманту. Абмоткі рухавіка — медны дрот, ізаляваны ізаляцыяй класа F (максімум 155 градусаў Цэльсія) або класа H (максімум 180 градусаў Цэльсія) — выпрацоўваюць цяпло, прапарцыйнае квадрату току (страты I-квадрат-R).У бесперапыннай працы ў горназдабыўной прамысловасці, дзе лябёдка працуе супраць нагрузкі на працягу 30-60 хвілін, абмоткі рухавіка дасягаюць цеплавога насычэння на працягу 15-25 хвілін, і рэле цеплавой абароны або частотны пераўтваральнік адключае рухавік, каб прадухіліць прабой ізаляцыі.Гэта не няспраўнасць — гэта рухавік, які абараняе сябе ад незваротнага пашкоджання, — але для кіраўніка шахты, які назірае за тым, як лябёдка спыняецца падчас працы, гэта адрозненне лішняе. ПаводлеІСО 5001Згодна са стандартамі эфектыўнасці электрарухавікоў, рухавікі бесперапыннага рэжыму працы патрабуюць альбо прымусовага паветранага астуджэння (рухавікі TEFC з знешнімі вентылятарамі), альбо астуджэння вадзяной кашуляй для працы пры працоўным цыкле больш за 40 % — і нават пры прымусовым астуджэнні цеплавая мяжа звычайна складае 60–70 % працоўнага цыклу пры тэмпературы навакольнага асяроддзя 35–45 градусаў Цэльсія, якая звычайна сустракаецца ў аўстралійскіх і паўднёваамерыканскіх адкрытых кар'ерах.

Параўнанне працоўнага цыклу: чаму цеплавыя абмежаванні электрычнай лябёдкі становяцца праблемай вытворчасці ў горназдабыўной прамысловасці

Спецыфікацыя працоўнага цыклу ў пашпарце дадзеных электрычнай лябёдкі адпавядае лабараторным умовам — тэмпература навакольнага асяроддзя 25 градусаў Цэльсія, чыстае паветра, намінальнае напружанне — ні адзін з якіх не адпавядае ўмовам здабычы цвёрдых парод.У рэальных умовах здабычы карысных выкапняў пры тэмпературы паветра 40 градусаў Цэльсія і частковым закаркоўванні рэбраў астуджэння рухавіка пылам, рэальны працоўны цыкл электрычнай лябёдкі з намінальнай магутнасцю 40% зніжаецца прыблізна да 25-30%. Для шахты, якая працуе ў дзве змены па 10 гадзін, гэта азначае, што электрычная лябёдка можа працаваць толькі 2,5-3 гадзіны за змену, перш чым назапашванне тэмпературы прымушае яе астываць, і гэты перыяд астуджэння (звычайна 30-45 хвілін для вяртання да бяспечнай тэмпературы абмоткі) непасрэдна зніжае прадукцыйнасць вытворчасці.

At Гідраўліка ІнінНашы гідраўлічныя лябёдкі серыі IYJ прызначаны для 100% бесперапыннай працы, а алейны радыятар гідраўлічнага агрэгата разлічаны на максімальную чаканую тэмпературу навакольнага асяроддзя плюс 15% запас трываласці.Алейны радыятар — гэта кампанент цеплавога кіравання, які забяспечвае 100% працоўны цыкл— ён перадае цяпло ад гідраўлічнай вадкасці навакольнаму паветру (або астуджальнай вадзе, для падземных горных работ), падтрымліваючы тэмпературу вадкасці ніжэй за 65 градусаў Цэльсія нават пры бесперапыннай працы з максімальнай нагрузкай. Электрарухавік, які прыводзіць у рух гідраўлічны помпа, з'яўляецца адзіным электрычным кампанентам у сістэме, і ён працуе з пастаяннай хуткасцю і нагрузкай незалежна ад нагрузкі лябёдкі, што выключае зменныя тэрмічныя цыклы, якія знішчаюць электрарухавікі лябёдкі.

Стабільнасць крутоўнага моманту пры зменнай нагрузцы: перавага гідраўлікі ў мяккім запуску і амартызацыі

Пры аперацыях з лябёдкамі ў горнай прамысловасці прыблізна 67% усіх цяг звязаны з запускам ад статычнай нагрузкі — кантэйнера, загружанага пародамі, загразлага самазвала, нацягнутай канвеернай стужкі.Для запуску супраць статычнай нагрузкі патрабуецца максімальны крутоўны момант пры нулявых абаротах, і менавіта тут найбольш відавочная фундаментальная перавага гідраўлічнага рухавіка. Гідраўлічны рухавік стварае свой максімальны крутоўны момант у момант адкрыцця размеркавальнага клапана — ціск у гідраўлічным контуры імгненна нарастае (на працягу 50-100 мілісекунд), і рухавік стварае поўны крутоўны момант пры нулявых абаротах. Няма пусковага току, рэзкага нагрэву абмоткі і дугі ў кантактары стартара.

Электрарухавік, які запускаецца супраць статычнай нагрузкі, спажывае ток заблакаванага ротара (звычайна ў 6-8 разоў большы за ток поўнай нагрузкі) на працягу ўсяго працэсу запуску — звычайна 2-5 секунд для непасрэднага запуску або 5-15 секунд для пускача, які нарошчвае напружанне.Кожны запуск з блакіраваным ротарам цеплавым старэннем абмотак рухавіка прыблізна на 0,5-1,0 эквівалентных гадзін працы, паколькі нагрэў I-квадрат-R падчас пускавога току ў 36-64 разы вышэйшы, чым падчас нармальнай працы.У шахтавай змене з 20-30 цыкламі пускаў сукупнае цеплавое старэнне ад аднаго толькі пуска можа спажываць 10-30 эквівалентных гадзін тэрміну службы абмотак за адну 10-гадзінную змену. Згодна зАС 1418Згодна са стандартамі для кранаў і пад'ёмнікаў, частату пускаў электралебёдкі неабходна зніжаць, калі тэмпература навакольнага асяроддзя перавышае 35 градусаў Цэльсія, а каэфіцыент зніжэння магутнасці звычайна складае 0,85 на кожныя 5 градусаў Цэльсія вышэй за намінальную тэмпературу.

Гідраўлічныя сістэмы таксама забяспечваюць натуральную амартызацыю дзякуючы сціскальнасці гідраўлічнай вадкасці.Калі горная лябёдка сутыкаецца з рэзкім павелічэннем нагрузкі — калі фрагмент пароды закліноўвае пад скіпам, трос зачапляецца на няроўнай паверхні — гідраўлічная вадкасць злёгку сціскаецца (прыкладна на 0,5% менш аб'ёму на кожныя 70 бар павелічэння ціску для мінеральнага алею), паглынаючы ўдар, перш чым ён дасягне механічных кампанентаў.Гэта гідраўлічнае амартызаванне зніжае пікавы крутоўны момант на рэдуктары на 20-35% у параўнанні з электрычнай лябёдкай з жорсткай механічнай сувяззю паміж рухавіком і ўваходным валам рэдуктара.Гідраўліка ІнінНашы гідраўлічныя агрэгаты маюць контуры акумулятараў, спецыяльна распрацаваныя для паляпшэння амартызацыі — 10-літровы балонны акумулятар, папярэдне зараджаны азотам пад ціскам 120 бар, паглынае скокі ціску, якія ў адваротным выпадку дасягнулі б помпы і рухавіка.

Параўнанне рэжымаў паломкі рухавіка: хуткасць выгарання і кошт рамонту ў умовах здабычы цвёрдых парод

Забруджванне навакольнага асяроддзя з'яўляецца асноўным фактарам, які паскарае паломкі абодвух тыпаў рухавікоў, але рэжымы паломак і шляхі рамонту прынцыпова адрозніваюцца.Пры здабычы цвёрдых парод навакольнае асяроддзе ўключае: паветраны крэмніевы пыл (памер часціц 0,5-5 мікрон, высокаабразіўны), вібрацыю (5-15 мм/с RMS на аснове мацавання лябёдкі ад бліжэйшых драбілак і канвеераў), значныя перапады тэмператур (ад 5 градусаў Цэльсія ўначы да 45 градусаў Цэльсія ўдзень пры адкрытых работах у кар'ерах), а таксама перыядычнае ўздзеянне вады або шламу ў выніку аперацый па абязводжванні шахты.

Віды паломак электрарухавікоў у гэтым асяроддзі: забруджванне падшыпнікаў (трапленне пылу праз ушчыльненні вала, што складае прыблізна 51% паломак электрарухавікоў згодна з даследаваннямі надзейнасці рухавікоў IEEE), прабой ізаляцыі абмотак (назапашванне пылу на абмотках зніжае цеплааддачу, утвараючы гарачыя кропкі, якія пагаршаюць ізаляцыю ў 2-3 разы хутчэй за норму) і карозія клемнай скрынкі (трапленне вільгаці выклікае замыканні на зямлю).Частата паломак электрарухавікоў у умовах здабычы цвёрдых парод прыкладна ў 3-5 разоў вышэйшая, чым у чыстым прамысловым асяроддзі.і калі рухавік выходзіць з ладу, рамонт звычайна патрабуе: зняцця з лябёдкі (1-2 гадзіны з дапамогай крана), транспарціроўкі ў аддаленую майстэрню па рамонце рухавікоў (2-5 дзён лагістыка), разборкі/перамоткі/перабудовы (5-10 дзён) і паўторнай устаноўкі (1-2 гадзіны). Агульны час прастою: 7-17 дзён на адну паломку.

Віды паломак гідраўлічнага рухавіка: знос ушчыльненняў (найбольш распаўсюджаная паломка, якая звычайна ўзнікае праз 8000-12 000 гадзін працы), знос круцільных вузлоў (поршневыя чаравікі, паверхня блока цыліндраў, клапанная пласціна — паступовы і выяўляльны пры кантролі прадукцыйнасці) і забруджванне (можна прадухіліць належнай фільтрацыяй пры абсалютных памерах 10 мікрон або лепш).Рамонт гідраўлічнага рухавіка ў палявых умовах: замена ўшчыльняльніка займае 2-4 гадзіны з выкарыстаннем стандартных інструментаў і не патрабуе зняцця рухавіка кранам.Замена вярчальнай групы займае 4-8 гадзін і можа быць выканана на месцы тэхнікам-гідраўлікам. Рухавік не пакідае пляцоўку шахты. Агульны час прастою: 0,5-1 дзень з-за паломкі ўшчыльнення, 1-2 дні для замены вярчальнай групы. Згодна зЭнергаэфектыўнасць горназдабыўнога абсталявання (MEET)Згодна з дадзенымі даследаванняў, рамонтаздольнасць гідраўлічнай сістэмы ў палявых умовах з'яўляецца найбуйнейшай эксплуатацыйнай перавагай у параўнанні з электрычнымі сістэмамі ў аддаленых месцах здабычы карысных выкапняў, дзе лагістыка рамонту па-за пляцоўкай дадае тыдні да кожнай паломкі.

Агульны кошт за гадзіну: 5-гадовы аналіз эксплуатацыйных выдаткаў для бесперапыннай здабычы карысных выкапняў з лябёдкамі

Розніца ў кошце набыцця — гідраўлічная лябёдка звычайна каштуе на 30-50% даражэй, чым электрычная лябёдка эквівалентнай магутнасці — з'яўляецца найбольш распаўсюджаным аргументам супраць гідраўлічных лябёдак, але гэта таксама самы няпоўны аналіз.Правільны аналіз агульных выдаткаў на гадзіну працы за 5 гадоў (тыповы перыяд амартызацыі горназдабыўнога абсталявання) паказвае, што больш высокія першапачатковыя выдаткі акупляюцца на працягу першых 18-24 месяцаў за кошт скарачэння часу прастою і зніжэння выдаткаў на рамонт.

Кошт прастою вытворчасці, які ацэньваецца ў 1200-1800 долараў ЗША за гадзіну з-за страты працы лебёдкі для шахты сярэдняга памеру, дамінуе ў агульным ураўненні выдаткаў.100% працоўны цыкл гідраўлічнай лябёдкі выключае страты вытворнасці, звязаныя з цеплавым адключэннем, а яе канструкцыя рухавіка, якая дазваляе рамонт у палявых умовах, скарачае час прастою, звязаны з рамонтам, прыкладна на 85% у параўнанні з электрычнай лябёдкай, якая патрабуе рамонту па-за межамі аўтамайстэрні. ПаводлеCIPSЗгодна з методыкай разліку выдаткаў на працягу жыццёвага цыклу закупак, асновай для прыняцця рашэнняў аб закупках павінен быць агульны кошт валодання на працягу 5-гадовага жыццёвага цыклу горназдабыўнога абсталявання, а не параўнанне цэн набыцця, якое аддаюць перавагу прадстаўляць пастаўшчыкі абсталявання.

Сумленныя аргументы супраць гідраўлічных лябёдак: калі электрычныя лябёдкі ўсё яшчэ з'яўляюцца правільным выбарам

Гідраўлічныя лябёдкі не заўсёды лепшыя, і я рэкамендаваў электрычныя лябёдкі кліентам з горназдабыўной прамысловасці ў пэўных сітуацыях, калі перавагі электрычнай сістэмы лепш адпавядалі эксплуатацыйным патрабаванням.Электрычныя лябёдкі з'яўляюцца лепшым выбарам, калі: лябёдка ўсталявана на мабільнай платформе (горназдабыўныя машыны з акумулятарным харчаваннем, дзе для гідраўлічнага агрэгата патрабуецца асобны дызельны рухавік), працоўны цыкл сапраўды перарывісты (менш за 15 хвілін бесперапыннай працы ў гадзіну, менш за 4 гадзіны агульнай штодзённай працы), лябёдка знаходзіцца ў кліматычна кантраляваным асяроддзі (падземныя шахты з прымусовай вентыляцыяй, якая падтрымлівае тэмпературу 25-30 градусаў Цэльсія), і першапачатковы капітальны бюджэт з'яўляецца абавязковым абмежаваннем (невялікія горназдабыўныя аперацыі, дзе розніца ў кошце набыцця паміж гідраўлічнай і электрычнай лябёдкамі ў 30 000-50 000 долараў ЗША з'яўляецца непамернай).

Для падземных вугальных шахт са строгімі патрабаваннямі да выбухаабароненасці электрычныя лябёдкі з рухавікамі, сертыфікаванымі як Ex-d (вогнеўстойлівыя) або Ex-e (падвышаная бяспека), могуць быць адзіным варыянтам у тых выпадках, калі гідраўлічныя агрэгаты з дызельнымі рухавікамі забароненыя правіламі бяспекі ў шахтах. У гэтых выпадкахГідраўліка Інінпрапануе варыянты лябёдак серыі IYJ з электрычным прывадам і сертыфікацыяй выбухаабароненых рухавікоў па стандартах ATEX і IECEx. Правільны выбар тэхналогіі залежыць ад эксплуатацыйнага профілю канкрэтнай шахты, а не ад універсальнай перавагі аднаго тыпу рухавіка перад іншым.Мая рэкамендацыя пасля пятнаццаці гадоў: калі лябёдка працуе больш за 4 гадзіны ў дзень, і шахта не з'яўляецца мабільнай на акумулятарах або не мае абмежаванняў па выбухаабароненасці, агульная перавага гідраўлічнай лябёдкі ў кошце за 5 гадоў проста занадта вялікая, каб яе ігнараваць.

Знешнія спасылкі: Стандарты ISO 5001 для рухавікоў · Даследаванні MEET Mining · Стандарты закупак CIPS · IOM3 Горны інстытут · Стандарты горназдабыўной прамысловасці CSA · Сертыфікацыя абсталявання DNV · Гідраўлічныя сістэмы ISO 4413 · SAE International