Miért teljesítenek jobban a hidraulikus csörlők, mint az elektromosak a folyamatos, nagy teherbírású bányászati ​​alkalmazásokban?

Az alapvető különbség a motortervezésben – Mi teszi a hidraulikus csörlőket a visszaélésekre alkalmassá?

Tizenöt évet töltöttem a Yining Hydraulicnál bányászati, tengerészeti és építőipari alkalmazásokhoz tervezett csörlőrendszerekkel, és a hidraulikus és elektromos csörlők közötti mérnöki filozófiai különbség szembetűnő:A hidraulikus motorok eleve túlméretezettek a túlterhelés elviselésére, míg a villanymotorok precíziós eszközök, amelyek leállítással védik magukat.Ez a különbség egyik technológiában sem tervezési hiba – hanem az alapul szolgáló fizika következménye. A hidraulikus motorok nyomás alatt álló folyadékot (általában 250-350 bar bányászati ​​csörlőalkalmazásokban) használnak egy forgó dugattyú- vagy fogaskerékcsoport meghajtására. Maga a folyadék egyben erőátviteli közegként és hűtőközegként is működik – ahogy a folyadék kering a motoron keresztül, hőt szállít a rendszer olajhűtőjébe. Ha a motor túlterhelt, a rendszer nyomáscsökkentő szelepe a beállított nyomáson (általában 315-350 bar) kinyílik, és eltereli az áramlást, megvédve a mechanikus alkatrészeket a túlterhelés okozta károktól a rendszer leállítása nélkül.

Ezzel szemben a villanymotorok az elektromos áramot mágneses fluxussá alakítják, hogy nyomatékot állítsanak elő. A motortekercsek – F osztályú (maximum 155 Celsius-fok) vagy H osztályú (maximum 180 Celsius-fok) szigeteléssel ellátott rézhuzalok – az áram négyzetével arányos hőt termelnek (I-négyzet-R veszteségek).Egy folyamatos üzemű bányászati ​​alkalmazásban, ahol a csörlő 30-60 percig húz a terhelés ellen, a motor tekercselése 15-25 percen belül eléri a hőtelítettséget, és a hővédő relé vagy a frekvenciaváltó leoldja a motort, hogy megakadályozza a szigetelés leszakadását.Ez nem meghibásodás – ez a motor védekezik a maradandó károsodás ellen –, de egy bányatermelési vezető számára, aki egy csörlő leállását figyeli működés közben, a különbségtétel elméleti jellegű.ISO 5001Az elektromos motorok hatásfok-szabványai szerint a folyamatos üzemű motorok vagy kényszerlevegős hűtést (TEFC motorok külső ventilátorokkal), vagy vízköpenyhűtést igényelnek a 40%-os munkacikluson túli működéshez – és még kényszerhűtéssel is a hőmérsékleti határ jellemzően 60-70%-os munkaciklus az ausztrál és dél-amerikai külszíni bányákban megszokott 35-45 Celsius-fokos környezeti hőmérsékleten.

Munkaciklus-összehasonlítás: Miért válnak az elektromos csörlők hőmérsékleti korlátai termelési problémává a bányászatban?

Az elektromos csörlő adatlapján feltüntetett munkaciklus-specifikáció laboratóriumi körülményeket tükröz – 25 Celsius fok környezeti hőmérséklet, tiszta levegő, névleges feszültség –, amelyek egyike sem vonatkozik keménykőzet-bányászati ​​környezetre.Valós bányászati ​​körülmények között, 40 Celsius-fokos környezeti hőmérsékleten, amikor a levegőben szálló por részben eltömíti a motor hűtőbordáit, egy „40%-os névleges teljesítményű” elektromos csörlő valós üzemi ciklusa körülbelül 25-30%-ra csökken. Egy két 10 órás műszakot futtató bánya esetében ez azt jelenti, hogy az elektromos csörlő műszakonként mindössze 2,5-3 órán át tud működni, mielőtt a kumulatív hőfelhalmozódás lehűlési időszakot kényszerítene ki – és ez a lehűlési időszak (jellemzően 30-45 perc a biztonságos tekercselési hőmérséklet eléréséig) közvetlenül csökkenti a termelési teljesítményt.

At Yining HidraulikusAz IYJ sorozatú hidraulikus csörlőinket 100%-os folyamatos üzemre terveztük, a hidraulikus tápegység olajhűtője pedig a várható maximális környezeti hőmérséklethez, plusz 15%-os biztonsági ráhagyással van méretezve.Az olajhűtő a hőkezelő alkatrész, amely lehetővé teszi a 100%-os munkaciklust— hőt ad le a hidraulikafolyadékból a környezeti levegőbe (vagy hűtővízbe, földalatti bányászati ​​alkalmazások esetén), így a folyadék hőmérsékletét folyamatos maximális terhelés mellett is 65 Celsius-fok alatt tartja. A hidraulikus szivattyút meghajtó villanymotor az egyetlen elektromos alkatrész a rendszerben, és állandó sebességgel és terheléssel működik, függetlenül a csörlő terhelésétől – kiküszöbölve a változó hőciklust, amely leállítja az elektromos csörlőmotorokat.

Nyomatékállandóság változó terhelés alatt: A hidraulika előnyei a lágyindításban és az ütéscsillapításban

A bányászati ​​csörlős műveletek során az összes húzás körülbelül 67%-a statikus terhelés – kővel megrakott konténer, leállt dömper, feszített szállítószalag – ellenében történő indítást foglal magában.Statikus terheléssel történő indítás maximális nyomatékot igényel nulla fordulatszámon, és itt mutatkozik meg a hidraulikus motor alapvető előnye a legkifejezettebben. A hidraulikus motor a maximális nyomatékát akkor adja le, amikor az irányító szelep kinyílik – a nyomás azonnal (50-100 milliszekundumon belül) keletkezik a hidraulikus körben, és a motor teljes leállási nyomatékot ad le nulla fordulatszámon. Nincs bekapcsolási áramlökés, nincs tekercsfelmelegedési tüske, és nincs ívkisülés az indító kontaktorában.

Egy statikus terhelés ellen induló villanymotor az indítás teljes időtartama alatt rögzített rotoráramot vesz fel (jellemzően a teljes terhelési áram 6-8-szorosát) – ez általában 2-5 másodperc közvetlen indítás esetén, vagy 5-15 másodperc lágyindító feszültségnövelése esetén.Minden egyes rögzített rotoros indítás körülbelül 0,5-1,0 egyenértékű üzemórával termikusan öregíti a motor tekercseit, mivel az I-négyzet R melegedés a bekapcsolási áram alatt 36-64-szer nagyobb, mint normál üzem közben.Egy 20-30 indítási ciklusú bányászati ​​műszakban az indításból eredő kumulatív hőöregedés egyetlen 10 órás műszak alatt 10-30 óra tekercselési élettartamot is igénybe vehet. AAS 1418A darukra és emelőkre vonatkozó szabványok szerint az elektromos csörlőmotorok indítási frekvenciáját le kell értékelni, ha a környezeti hőmérséklet meghaladja a 35 Celsius-fokot, és a csökkentési tényező jellemzően 0,85 minden 5 Celsius-fokkal a névleges hőmérséklet felett.

A hidraulikus rendszerek a hidraulikafolyadék összenyomhatósága révén természetes lengéscsillapítást is biztosítanak.Amikor egy bányászati ​​csörlő hirtelen terhelésnövekedéssel szembesül – például egy kőzetdarab beszorul egy konténer alá, vagy egy kábel beakad egyenetlen talajon –, a hidraulikafolyadék kissé összenyomódik (ásványolaj esetén körülbelül 0,5%-os térfogatcsökkenés 70 bar nyomásnövekedésenként), elnyelve a lökéshullámot, mielőtt az elérné a mechanikus alkatrészeket.Ez a hidraulikus csillapítás 20-35%-kal csökkenti a sebességváltó csúcsnyomatékát egy olyan elektromos csörlőhöz képest, amely merev mechanikus tengelykapcsolóval rendelkezik a motor és a sebességváltó bemenő tengelye között.Yining HidraulikusHidraulikus tápegységeink kifejezetten a lengéscsillapítás fokozására tervezett akkumulátorkörökkel rendelkeznek – egy 120 bar nyomásra előtöltött nitrogénnel töltött 10 literes hólyagos akkumulátor elnyeli a nyomáscsúcsokat, amelyek egyébként elérnék a szivattyút és a motort.

Motorhiba-módok összehasonlítása: Kiégési arány és javítási költség kemény kőzetbányászati ​​környezetben

A környezeti szennyezés mindkét motortípus elsődleges meghibásodási gyorsítója, de a meghibásodási módok és a javítási útvonalak alapvetően eltérőek.A kemény kőzetbányászatban a környezeti hatások közé tartozik: a levegőben szálló szilícium-dioxid por (0,5-5 mikron részecskeméret, erősen abrazív), a rezgés (5-15 mm/s RMS a csörlő tartószerkezeténél a közeli zúzóberendezésektől és szállítószalagoktól), a széles hőmérséklet-ingadozások (5 Celsius-fok éjszaka és 45 Celsius-fok nappal külszíni fejtés esetén), valamint alkalmankénti víz- vagy iszapterhelés a bánya víztelenítési műveleteiből.

Villanymotorok meghibásodási módjai ebben a környezetben: csapágyszennyeződés (por bejutása a tengelytömítések mögé, ami az IEEE motormegbízhatósági tanulmányai szerint a villanymotorok meghibásodásainak körülbelül 51%-át teszi ki), tekercsszigetelés meghibásodása (a tekercseken felhalmozódó por csökkenti a hőelvezetést, forró pontokat okozva, amelyek a normál sebesség 2-3-szorosával rontják a szigetelést), és a csatlakozódoboz korróziója (nedvesség bejutása földelési hibákat okoz).A kemény kőzetbányászati ​​környezetben a villanymotorok meghibásodási aránya körülbelül 3-5-ször magasabb, mint a tiszta ipari környezetben.És amikor egy motor meghibásodik, a javítási folyamat jellemzően a következőket foglalja magában: eltávolítás a csörlőről (1-2 óra daru segítségével), szállítás egy külső motorjavító műhelybe (2-5 nap logisztika), szétszerelés/újratekercselés/újjáépítés (5-10 nap) és újratelepítés (1-2 óra). Teljes állásidő: 7-17 nap meghibásodásonként.

Hidraulikus motor meghibásodási módjai: tömítéskopás (a leggyakoribb meghibásodás, jellemzően 8000-12 000 üzemórát vesz igénybe), forgó csoportkopás (dugattyúsaruk, hengerblokk csapágyai, szeleptányér – fokozatos és teljesítményfigyeléssel kimutatható), valamint szennyeződéssel kapcsolatos karcolódás (megelőzhető megfelelő szűréssel, 10 mikronos vagy annál jobb abszolút értékkel).Hidraulikus motor javítása: a tömítés cseréje 2-4 órát vesz igénybe standard szerszámokkal, és nem igényli a motor daruval történő eltávolítását.A forgórész cseréje 4-8 órát vesz igénybe, és egy hidraulikus szerelő a helyszínen is elvégezheti. A motor nem hagyja el a bányát. Teljes állásidő: 0,5-1 nap tömítéshiba esetén, 1-2 nap forgórész cseréje esetén. A következő szerint:Bányászati ​​berendezések energiahatékonysága (MEET)A kutatási adatok szerint a hidraulikus rendszerek helyszíni javíthatósága a legnagyobb üzemeltetési előny az elektromos rendszerekkel szemben a távoli bányászati ​​helyszíneken, ahol a telephelyen kívüli javítási logisztika hetekkel meghosszabbítja minden meghibásodási eseményt.

Teljes óránkénti költség: 5 éves üzemeltetési költségelemzés folyamatos bányászati ​​csörlőalkalmazásokhoz

A beszerzési költség különbsége – egy hidraulikus csörlőrendszer jellemzően 30-50%-kal többe kerül, mint egy azonos kapacitású elektromos csörlő – a leggyakrabban emlegetett érv a hidraulikus csörlők ellen, de egyben a leghiányosabb elemzés is.Egy 5 évre (a bányászati ​​berendezések tipikus értékcsökkenési időszakára) kiterjedő megfelelő üzemóránkénti összköltség-elemzés azt mutatja, hogy a magasabb kezdeti költség az első 18-24 hónapon belül megtérül a csökkent állásidő és az alacsonyabb javítási költségek révén.

A termeléskiesés költsége – amelyet egy közepes méretű bánya esetében óránként 1200-1800 USD-re becsülnek a csörlő kiesésének költsége miatt – uralja a teljes költségegyenletet.A hidraulikus csörlő 100%-os munkaciklusa kiküszöböli a hőleállás okozta termelési veszteségeket, és a helyszínen javítható motorkialakítás körülbelül 85%-kal csökkenti a javítással kapcsolatos állásidőt egy külső motorszervizben javítandó elektromos csörlőhöz képest.CIPSA beszerzési életciklus költségszámítási módszertan szerint a bányászati ​​berendezések 5 éves életciklusa alatti teljes birtoklási költségének kell a beszerzési döntések alapjául szolgálnia, nem pedig a berendezésgyártók által bemutatott beszerzési ár-összehasonlításnak.

Őszinte érvek a hidraulikus csörlők ellen: amikor az elektromos csörlők még mindig a helyes választás

A hidraulikus csörlők nem minden esetben jobbak, és elektromos csörlőket ajánlottam bányászati ​​ügyfeleknek olyan konkrét esetekben, amikor az elektromos rendszer előnyei jobban összhangban vannak az üzemeltetési követelményekkel.Az elektromos csörlők akkor a jobb választás, ha: a csörlő mobil platformra van szerelve (akkumulátoros bányászati ​​járművek, ahol egy hidraulikus tápegységhez külön dízelmotorra lenne szükség), a munkaciklus valóban szakaszos (kevesebb, mint 15 perc folyamatos üzem óránként, kevesebb, mint 4 óra teljes napi üzem), a csörlő klímavezérelt környezetben van (földalatti bányák kényszerített szellőztetéssel, 25-30 Celsius fokon), és a kezdeti tőkeköltségvetés a kötelező korlát (kis bányászati ​​​​műveletek, ahol a hidraulikus és az elektromos közötti 30 000-50 000 USD-s beszerzési költségkülönbség tiltóan magas).

A szigorú robbanásbiztos követelményekkel rendelkező földalatti szénbányákban az Ex-d (lángálló) vagy Ex-e (fokozott biztonság) tanúsítvánnyal rendelkező motorokkal ellátott elektromos csörlők jelenthetik az egyetlen lehetőséget, ahol a dízelmotoros hidraulikus tápegységeket a bányabiztonsági előírások tiltják. Ezekben az esetekben,Yining Hidraulikusaz IYJ csörlősorozatunk elektromos meghajtású változatait kínálja robbanásbiztos motorral, ATEX és IECEx szabványoknak megfelelően tanúsítva. A helyes technológiaválasztás az adott bánya működési profiljától függ, nem pedig az egyik motortípus általános preferenciájától a másikkal szemben.A tizenöt év utáni ajánlásom: ha a csörlő napi 4 óránál többet üzemel, és a bánya nem akkumulátoros vagy robbanásbiztos korlátozással nem rendelkezik, akkor a hidraulikus csörlő 5 év alatti teljes költségelőnye egyszerűen túl nagy ahhoz, hogy figyelmen kívül hagyjuk.

Külső hivatkozások: ISO 5001 Motor Szabványok · TALÁLKOZZ Bányászati ​​Kutatással · CIPS beszerzési szabványok · IOM3 Bányászati ​​Intézet · CSA bányászati ​​szabványok · DNV berendezéstanúsítás · ISO 4413 Hidraulikus rendszerek · SAE International