Защо хидравличните лебедки превъзхождат електрическите лебедки при непрекъснати тежкотоварни минни приложения

Фундаменталната разлика в дизайна на двигателя — какво прави хидравличните лебедки създадени за злоупотреба

Прекарах петнадесет години в Yining Hydraulic, проектирайки лебедки за минни, морски и строителни приложения, а разликата в инженерната философия между хидравличните и електрическите лебедки е огромна:Хидравличните двигатели са по своята същност презастроени за оцеляване при претоварване, докато електрическите двигатели са прецизни устройства, които се предпазват чрез изключване.Тази разлика не е конструктивен недостатък на нито една от технологиите – тя е следствие от основната физика. Хидравличните двигатели използват флуид под налягане (обикновено 250-350 бара в приложенията на минни лебедки), за да задвижват въртяща се група бутала или зъбни колела. Самият флуид действа както като преносна среда за енергия, така и като охлаждаща среда – докато флуидът циркулира през двигателя, той пренася топлина към масления охладител на системата. Ако двигателят е претоварен, предпазният клапан за налягане в системата се отваря при зададеното налягане (обикновено 315-350 бара) и отклонява потока, предпазвайки механичните компоненти от повреда от претоварване, без да изключва системата.

Електродвигателите, за разлика от тях, преобразуват електрическия ток в магнитен поток, за да произведат въртящ момент. Намотките на двигателя – медна тел, изолирана с изолация клас F (максимум 155 градуса по Целзий) или клас H (максимум 180 градуса по Целзий) – генерират топлина, пропорционална на квадрата на тока (загуби от I-квадрат-R).При непрекъснато работещи минни приложения, където лебедката дърпа срещу товар в продължение на 30-60 минути, намотките на двигателя достигат термично насищане в рамките на 15-25 минути и релето за термична защита или честотният регулатор изключва двигателя, за да предотврати повреда на изолацията.Това не е неизправност — това е двигателят, който се предпазва от трайни повреди — но за ръководител на минно производство, който наблюдава как лебедка спира по средата на работа, разликата е академична. СпоредISO 5001Според стандартите за ефективност на електродвигателите, двигателите с непрекъснат режим на работа изискват или принудително въздушно охлаждане (TEFC двигатели с външни вентилатори), или охлаждане с водна риза за работа след 40% работен цикъл - и дори с принудително охлаждане, термичният лимит обикновено е 60-70% работен цикъл при температури на околната среда от 35-45 градуса по Целзий, обичайни за открити мини в Австралия и Южна Америка.

Сравнение на работния цикъл: Защо термичните ограничения на електрическата лебедка се превръщат в производствен проблем в минното дело

Спецификацията на работния цикъл в информационния лист на електрическа лебедка представлява лабораторни условия - околна температура 25 градуса по Целзий, чист въздух, номинално напрежение - нито едно от които не се отнася за среда за добив на твърди скали.В реални минни условия при околна температура от 40 градуса по Целзий и частично запушване на охлаждащите ребра на двигателя с прах във въздуха, реалният работен цикъл на електрическа лебедка с „40% номинална мощност“ пада до приблизително 25-30%. За мина, работеща на две 10-часови смени, това означава, че електрическата лебедка може да работи само 2,5-3 часа на смяна, преди кумулативното натрупване на топлина да наложи период на охлаждане – и този период на охлаждане (обикновено 30-45 минути за връщане до безопасна температура на намотката) директно намалява производствения капацитет.

At Ининг ХидравликНашите хидравлични лебедки от серията IYJ са проектирани за 100% непрекъсната работа, като масленият охладител на хидравличния агрегат е оразмерен за максималната очаквана околна температура плюс 15% запас за безопасност.Масленият охладител е компонентът за управление на температурата, който прави възможен 100% работен цикъл.— предава топлина от хидравличната течност към околния въздух (или охлаждаща вода, за приложения в подземния добив), поддържайки температурата на течността под 65 градуса по Целзий дори при непрекъсната работа с максимално натоварване. Електродвигателят, задвижващ хидравличната помпа, е единственият електрически компонент в системата и работи с постоянна скорост и натоварване, независимо от натоварването на лебедката — елиминирайки променливото термично циклиране, което унищожава електрическите двигатели на лебедките.

Постоянство на въртящия момент при променливо натоварване: Предимството на хидравликата при плавно стартиране и абсорбиране на удари

При операциите с лебедки в минното дело, приблизително 67% от всички тегления включват стартиране срещу статично натоварване - контейнер, натоварен с камъни, спрял самосвал, опънат конвейер.Стартирането срещу статично натоварване изисква максимален въртящ момент при нулеви обороти и тук е най-силно изразено основното предимство на хидравличния мотор. Хидравличният мотор произвежда максималния си въртящ момент в момента, в който се отвори разпределителният клапан – налягането в хидравличната верига се натрупва мигновено (в рамките на 50-100 милисекунди) и моторът осигурява пълен въртящ момент при спиране при нулеви обороти. Няма пусков ток, няма пик на прегряване на намотката и няма дъгообразно образуване на дъга в контактора на стартера.

Електродвигател, стартиращ срещу статично натоварване, черпи ток на блокиран ротор (обикновено 6-8 пъти тока на пълно натоварване) по време на стартирането - обикновено 2-5 секунди за директно стартиране или 5-15 секунди за плавен стартер, който повишава напрежението.Всяко стартиране с блокиран ротор термично състарява намотките на двигателя с приблизително 0,5-1,0 еквивалентни работни часа, тъй като нагряването по I-квадрат-R по време на пусков ток е 36-64 пъти по-високо, отколкото по време на нормална работа.В минна смяна с 20-30 цикъла на стартиране, кумулативното термично стареене само от стартирането може да изразходва 10-30 еквивалентни часа живот на намотките в рамките на една 10-часова смяна. СпоредAS 1418Съгласно стандартите за кранове и подемници, честотата на стартиране на електрическите лебедки трябва да бъде намалена, когато околната температура надвиши 35 градуса по Целзий, а коефициентът на намаление обикновено е 0,85 на всеки 5 градуса по Целзий над номиналната температура.

Хидравличните системи също така осигуряват естествено поглъщане на удари чрез свиваемостта на хидравличната течност.Когато минна лебедка се сблъска с внезапно увеличение на натоварването – скален фрагмент, заклещен под контейнер за отпадъци, кабел, закачен на неравен терен – хидравличната течност се компресира леко (приблизително 0,5% намаление на обема на всеки 70 бара увеличение на налягането за минерално масло), абсорбирайки удара, преди той да достигне до механичните компоненти.Това хидравлично омекотяване намалява пиковия въртящ момент върху скоростната кутия с 20-35% в сравнение с електрическа лебедка с твърда механична връзка между двигателя и входния вал на скоростната кутия.Ининг ХидравликНашите хидравлични агрегати включват акумулаторни вериги, специално проектирани за подобряване на абсорбирането на удари — 10-литров резервоарен акумулатор, предварително зареден до 120 бара азот, абсорбира скокове в налягането, които иначе биха достигнали до помпата и двигателя.

Сравнение на режима на повреда на двигателя: Степен на изгаряне и разходи за ремонт в среда за добив на твърди скали

Замърсяването на околната среда е основният ускорител на повреди и за двата типа двигатели, но режимите на повреда и пътищата за ремонт са коренно различни.При добива на твърди скали, околната среда включва: пренасян по въздух силициев прах (размер на частиците 0,5-5 микрона, силно абразивен), вибрации (5-15 мм/с RMS в основата за монтаж на лебедката от близките трошачки и конвейери), големи температурни колебания (от 5 градуса по Целзий през нощта до 45 градуса по Целзий през деня при открити рудници) и случайно излагане на вода или шлам от операциите по обезводняване на мината.

Видове повреди на електродвигателите в тази среда: замърсяване на лагерите (навлизане на прах през уплътненията на вала, което представлява приблизително 51% от повредите на електродвигателите според проучванията за надеждност на двигателите на IEEE), повреда на изолацията на намотките (натрупването на прах върху намотките намалява разсейването на топлината, причинявайки горещи точки, които разрушават изолацията 2-3 пъти по-бързо от нормалната скорост) и корозия на клемната кутия (навлизане на влага, причиняващо заземяване).Процентът на повреди на електродвигателите в среда за добив на твърди скали е приблизително 3-5 пъти по-висок, отколкото в чиста промишлена среда.И когато даден двигател се повреди, пътят на ремонт обикновено изисква: демонтиране от лебедката (1-2 часа с помощта на кран), транспортиране до сервиз за ремонт на двигатели извън обекта (2-5 дни логистика), демонтаж/пренавиване/възстановяване (5-10 дни) и повторен монтаж (1-2 часа). Общо време на престой: 7-17 дни на повреда.

Видове повреди на хидравличния двигател: износване на уплътненията (най-честата повреда, обикновено отнемаща 8000-12 000 работни часа), износване на въртящия се агрегат (бутални обувки, лицева страна на цилиндровия блок, клапанна плоча - постепенно и откриваемо чрез наблюдение на производителността) и замърсяване (предотвратимо чрез подходяща филтрация при абсолютна стойност 10 микрона или по-добра).Ремонт на хидравличен мотор на място: подмяната на уплътнението отнема 2-4 часа със стандартни инструменти и не изисква демонтаж на мотора с кран.Подмяната на ротационната група отнема 4-8 часа и може да се извърши на място от хидравличен техник. Двигателят не напуска минната площадка. Общо време на престой: 0,5-1 ден за повреда на уплътнението, 1-2 дни за подмяна на ротационната група. СпоредЕнергийна ефективност на минното оборудване (MEET)Според данни от изследвания, ремонтопригодността на хидравличната система на място е най-голямото оперативно предимство пред електрическите системи в отдалечени минни местоположения, където логистиката за ремонт извън обекта добавя седмици към всяка повреда.

Обща цена на час: 5-годишен анализ на оперативните разходи за приложения с лебедки за непрекъснато добиване

Разликата в цената на придобиване — хидравлична лебедка обикновено струва с 30-50% повече от електрическа лебедка с еквивалентен капацитет — е най-често цитираният аргумент срещу хидравличните лебедки, но е и най-непълният анализ.Правилният анализ на общите разходи за оперативен час за период от 5 години (типичен период на амортизация на минното оборудване) показва, че по-високите първоначални разходи се възстановяват в рамките на първите 18-24 месеца чрез намалено време на престой и по-ниски разходи за ремонт.

Разходите за престой в производството — оценени на 1200-1800 щатски долара на час поради загубена работа на лебедката за средно голяма мина — доминират в уравнението на общите разходи.100% работен цикъл на хидравличната лебедка елиминира производствените загуби, свързани с термично спиране, а конструкцията на двигателя, която може да се ремонтира на място, намалява времето на престой, свързано с ремонт, с приблизително 85% в сравнение с електрическа лебедка, изискваща ремонт извън сервиза. СпоредCIPSМетодологията за определяне на разходите за жизнения цикъл на обществените поръчки, общата цена на притежание за 5-годишен жизнен цикъл на минното оборудване трябва да бъде основата за решенията за обществени поръчки, а не сравнението на цените на придобиване, което доставчиците на оборудване предпочитат да представят.

Честният аргумент срещу хидравличните лебедки: Кога електрическите лебедки все още са правилният избор

Хидравличните лебедки не са универсално превъзходни и съм препоръчвал електрически лебедки на клиенти от минния сектор в специфични сценарии, където предимствата на електрическата система съответстват по-добре на оперативните изисквания.Електрическите лебедки са по-добрият избор, когато: лебедката е монтирана на мобилна платформа (минни машини, захранвани с батерии, където хидравличният агрегат би изисквал отделен дизелов двигател), работният цикъл е наистина прекъсващ (по-малко от 15 минути непрекъсната работа на час, по-малко от 4 часа обща дневна работа), лебедката е в климатизирана среда (подземни мини с принудителна вентилация, поддържаща 25-30 градуса по Целзий) и първоначалният капиталов бюджет е обвързващото ограничение (малки минни предприятия, където разликата в цената на придобиване от 30 000 до 50 000 щатски долара между хидравлична и електрическа е непосилна).

За подземни въглищни мини със строги изисквания за взривобезопасност, електрическите лебедки със сертифицирани двигатели Ex-d (огнеупорни) или Ex-e (повишена безопасност) може да са единствената опция, когато хидравличните агрегати с дизелови двигатели са забранени от правилата за безопасност в мините. В тези случаи,Ининг Хидравликпредлага варианти с електрическо задвижване на нашата серия лебедки IYJ със сертификат за взривозащитен двигател по стандартите ATEX и IECEx. Правилният избор на технология зависи от оперативния профил на конкретната мина, а не от универсалното предпочитание за един тип двигател пред друг.Моята препоръка след петнадесет години: ако лебедката работи повече от 4 часа на ден и мината не е мобилна с батерии или не е ограничена във взривобезопасност, общото предимство на хидравличната лебедка в цената за период от 5 години е просто твърде голямо, за да се игнорира.

Външни препратки: Стандарти за двигатели ISO 5001 · MEET Mining Research · Стандарти за обществени поръчки на CIPS · Минен институт IOM3 · Стандарти за минно дело CSA · Сертифициране на оборудване от DNV · ISO 4413 Хидравлични системи · SAE International