Kāpēc hidrauliskās vinčas pārspēj elektriskās vinčas nepārtrauktas, lielas slodzes kalnrūpniecības darbos

Motora konstrukcijas fundamentālā atšķirība — kāpēc hidrauliskās vinčas ir paredzētas ļaunprātīgai izmantošanai

Esmu pavadījis piecpadsmit gadus uzņēmumā Yining Hydraulic, projektējot vinču sistēmas kalnrūpniecības, jūras un būvniecības vajadzībām, un inženierijas filozofijas atšķirība starp hidrauliskajām un elektriskajām vinčām ir krasi izteikta:Hidrauliskie motori pēc būtības ir pārbūvēti pārslodzes izturībai, savukārt elektromotori ir precīzijas ierīces, kas sevi pasargā, izslēdzoties.Šī atšķirība nav nevienā no tehnoloģijām konstrukcijas trūkums — tā ir pamatā esošās fizikas sekas. Hidrauliskie motori izmanto spiediena šķidrumu (parasti 250–350 bāri kalnrūpniecības vinču lietojumos), lai darbinātu rotējošu virzuļu vai zobratu grupu. Pats šķidrums darbojas gan kā jaudas pārvades vide, gan kā dzesēšanas vide — šķidrumam cirkulējot caur motoru, tas nogādā siltumu sistēmas eļļas dzesētājā. Ja motors ir pārslogots, sistēmas spiediena samazināšanas vārsts atveras pie iestatītā spiediena (parasti 315–350 bāri) un novirza plūsmu, aizsargājot mehāniskās sastāvdaļas no pārslodzes bojājumiem, neizslēdzot sistēmu.

Turpretī elektromotori pārveido elektrisko strāvu magnētiskajā plūsmā, lai radītu griezes momentu. Motora tinumi — vara vadi, kas izolēti ar F klases (maksimāli 155 grādi pēc Celsija) vai H klases (maksimāli 180 grādi pēc Celsija) izolāciju — rada siltumu proporcionāli strāvas kvadrātam (I kvadrāta R zudumi).Nepārtrauktas darbības kalnrūpniecības pielietojumā, kur vinča velk pretī slodzei 30–60 minūtes, motora tinumi sasniedz termisko piesātinājumu 15–25 minūšu laikā, un termiskās aizsardzības relejs vai VFD atslēdz motoru, lai novērstu izolācijas bojājumus.Tā nav darbības kļūme — tā ir motora aizsardzība pret neatgriezeniskiem bojājumiem —, taču raktuvju ražošanas vadītājam, kurš vēro, kā vinča apstājas darbības laikā, šī atšķirība ir akadēmiska.ISO 5001Saskaņā ar elektromotoru efektivitātes standartiem nepārtrauktas darbības motoriem darbībai virs 40 % darba cikla ir nepieciešama vai nu piespiedu gaisa dzesēšana (TEFC motori ar ārējiem ventilatoriem), vai ūdens apvalka dzesēšana, un pat ar piespiedu dzesēšanu termiskā robeža parasti ir 60–70 % darba cikla 35–45 grādu pēc Celsija apkārtējās vides temperatūrā, kas ir izplatīta Austrālijas un Dienvidamerikas atklāto raktuvju teritorijās.

Darba cikla salīdzinājums: kāpēc elektriskās vinčas termiskie ierobežojumi kļūst par ražošanas problēmu kalnrūpniecībā

Elektriskās vinčas datu lapā norādītais darba cikla specifikācija atbilst laboratorijas apstākļiem — 25 grādi pēc Celsija apkārtējās vides temperatūra, tīrs gaiss, nominālais spriegums —, no kuriem neviens neattiecas uz cieto iežu ieguves vidi.Faktiskos ieguves apstākļos 40 grādu pēc Celsija temperatūrā, kad gaisā esošie putekļi daļēji aizsprosto motora dzesēšanas ribas, "40% nominālās" elektriskās vinčas reālais darba cikls samazinās līdz aptuveni 25–30%. Raktuvēm, kas darbojas divās 10 stundu maiņās, tas nozīmē, ka elektriskā vinča var darboties tikai 2,5–3 stundas maiņā, pirms kumulatīvā siltuma uzkrāšanās piespiež atdzišanas periodu, un šis atdzišanas periods (parasti 30–45 minūtes, lai atgrieztos drošā tinuma temperatūrā) tieši samazina ražošanas caurlaidspēju.

At Jiningas hidrauliskāMūsu IYJ sērijas hidrauliskās vinčas ir paredzētas 100 % nepārtrauktai darbībai, un hidrauliskā spēka agregāta eļļas dzesētājs ir pielāgots maksimālajai paredzamajai apkārtējās vides temperatūrai plus 15 % drošības rezervei.Eļļas dzesētājs ir termiskās pārvaldības komponents, kas nodrošina 100% darba ciklu— tā pārnes siltumu no hidrauliskā šķidruma uz apkārtējo gaisu (vai dzesēšanas ūdeni pazemes ieguves darbos), uzturot šķidruma temperatūru zem 65 grādiem pēc Celsija pat nepārtrauktas maksimālās slodzes darbības laikā. Elektromotors, kas darbina hidraulisko sūkni, ir vienīgā elektriskā sastāvdaļa sistēmā, un tā darbojas ar nemainīgu ātrumu un slodzi neatkarīgi no vinčas slodzes, tādējādi novēršot mainīgo termisko ciklu, kas iznīcina elektriskos vinču motorus.

Griezes momenta noturība mainīgas slodzes apstākļos: hidraulikas priekšrocība mīkstā iedarbināšanā un triecienu absorbcijā

Kalnrūpniecības vinču darbībās aptuveni 67 % no visām vilkšanas reizēm ir saistītas ar iedarbināšanu pret statisku slodzi — ar akmeņiem piekrautu konteineru, apstājušos pašizgāzēju, nospriegotu konveijera lenti.Iedarbināšana ar statisku slodzi prasa maksimālu griezes momentu pie nulles apgriezieniem minūtē, un tieši šeit visizteiktākā ir hidrauliskā motora fundamentālā priekšrocība. Hidrauliskais motors rada maksimālo griezes momentu brīdī, kad atveras virziena vadības vārsts — spiediens hidrauliskajā ķēdē rodas acumirklī (50–100 milisekundēs), un motors nodrošina pilnu apstāšanās griezes momentu pie nulles apgriezieniem minūtē. Nav ieslēgšanas strāvas, nav tinuma uzkaršanas impulsa un nav startera kontaktora loka.

Elektromotors, kas tiek iedarbināts pret statisku slodzi, iedarbināšanas laikā patērē bloķēta rotora strāvu (parasti 6–8 reizes lielāku par pilnas slodzes strāvu) — parasti 2–5 sekundes tiešai iedarbināšanai vai 5–15 sekundes mīkstā startera sprieguma palielināšanai.Katra bloķēta rotora iedarbināšana termiski noveco motora tinumus par aptuveni 0,5–1,0 ekvivalentām darba stundām, jo ​​I kvadrātā R sakaršana ieslēgšanas strāvas laikā ir 36–64 reizes lielāka nekā normālas darbības laikā.Kalnrūpniecības maiņā ar 20–30 iedarbināšanas cikliem kumulatīvā termiskā novecošanās tikai no iedarbināšanas var patērēt 10–30 ekvivalentas tinuma kalpošanas stundas vienā 10 stundu maiņā. Saskaņā arAS 1418Saskaņā ar celtņu un pacēlāju standartiem elektriskās vinčas motora ieslēgšanas frekvence ir jāsamazina, ja apkārtējās vides temperatūra pārsniedz 35 grādus pēc Celsija, un samazināšanas koeficients parasti ir 0,85 uz katriem 5 grādiem pēc Celsija virs nominālās temperatūras.

Hidrauliskās sistēmas nodrošina arī dabisku triecienu absorbciju, pateicoties hidrauliskā šķidruma saspiežamībai.Kad kalnrūpniecības vinča saskaras ar pēkšņu slodzes palielināšanos — klints fragments ieķīlējas zem konteinera, trose aizķeras uz nelīdzenas zemes —, hidrauliskais šķidrums nedaudz saspiežas (aptuveni 0,5 % tilpuma samazinājums uz katriem 70 bar spiediena palielinājuma minerāleļļai), absorbējot triecienu, pirms tas sasniedz mehāniskās detaļas.Šī hidrauliskā amortizācija samazina pārnesumkārbas maksimālo griezes momentu par 20–35 %, salīdzinot ar elektrisko vinču ar stingru mehānisku savienojumu starp motoru un pārnesumkārbas ieejas vārpstu.Jiningas hidrauliskāMūsu hidrauliskajās spēka iekārtās ir iekļauti akumulatoru ķēdes, kas īpaši izstrādātas triecienu absorbcijas uzlabošanai — 10 litru pūšļa akumulators, kas iepriekš uzpildīts līdz 120 bāru slāpeklim, absorbē spiediena lēcienus, kas citādi sasniegtu sūkni un motoru.

Motora atteices režīma salīdzinājums: izdegšanas ātrums un remonta izmaksas cieto iežu ieguves vidē

Vides piesārņojums ir galvenais abu motoru tipu bojājumu paātrinātājs, taču bojājumu veidi un remonta ceļi būtiski atšķiras.Cieto iežu ieguves vidē ietilpst: gaisā esošie silīcija dioksīda putekļi (daļiņu izmērs 0,5–5 mikroni, ļoti abrazīvi), vibrācija (5–15 mm/s RMS pie vinčas stiprinājuma pamatnes no tuvumā esošajiem drupinātājiem un konveijeriem), plašas temperatūras svārstības (no 5 grādiem pēc Celsija naktī līdz 45 grādiem pēc Celsija dienā atklātās raktuvēs) un neregulāra ūdens vai dūņu iedarbība no raktuvju atūdeņošanas darbībām.

Elektromotoru atteices režīmi šajā vidē: gultņu piesārņojums (putekļu iekļūšana garām vārpstas blīvēm, kas veido aptuveni 51% no elektromotoru atteicēm saskaņā ar IEEE motoru uzticamības pētījumiem), tinumu izolācijas bojājums (putekļu uzkrāšanās uz tinumiem samazina siltuma izkliedi, radot karstos punktus, kas noārda izolāciju 2–3 reizes ātrāk nekā parasti), un spaiļu kārbas korozija (mitruma iekļūšana izraisa zemējuma kļūdas).Elektromotoru atteices biežums cieto iežu ieguves vidē ir aptuveni 3–5 reizes lielāks nekā tīrā rūpnieciskā vidē.Un, ja motors sabojājas, remonta darbi parasti ietver: noņemšanu no vinčas (1–2 stundas ar celtņa palīdzību), transportēšanu uz motora remonta darbnīcu ārpus objekta (2–5 dienu loģistika), demontāžu/attīšanu/atjaunošanu (5–10 dienas) un atkārtotu uzstādīšanu (1–2 stundas). Kopējais dīkstāves laiks: 7–17 dienas katram kļūmes gadījumam.

Hidrauliskā motora atteices režīmi: blīvējuma nodilums (visizplatītākā atteice, kas parasti rodas 8000–12 000 darba stundu laikā), rotējošās grupas nodilums (virzuļa kurpes, cilindra bloka virsma, vārsta plāksne — pakāpenisks un nosakāms, veicot veiktspējas uzraudzību) un ar piesārņojumu saistīta traipu veidošanās (novēršama ar atbilstošu filtrāciju ar absolūto filtrācijas spēju 10 mikroni vai labāk).Hidrauliskā motora remonts uz vietas: blīvējuma nomaiņa aizņem 2–4 stundas, izmantojot standarta instrumentus, un motora noņemšana ar celtni nav nepieciešama.Rotējošās grupas nomaiņa aizņem 4–8 stundas, un to var veikt uz vietas hidraulikas tehniķis. Motors neatstāj raktuves teritoriju. Kopējais dīkstāves laiks: 0,5–1 diena blīvējuma atteices gadījumā, 1–2 dienas rotējošās grupas nomaiņai. Saskaņā arKalnrūpniecības iekārtu energoefektivitāte (MEET)Saskaņā ar pētījumu datiem, hidrauliskās sistēmas remontējamība uz lauka ir lielākā ekspluatācijas priekšrocība salīdzinājumā ar elektriskajām sistēmām attālās ieguves vietās, kur remonta loģistika ārpus objekta katram kļūmes gadījumam pievieno nedēļas.

Kopējās izmaksas stundā: 5 gadu ekspluatācijas izmaksu analīze nepārtrauktas darbības kalnrūpniecības vinču lietojumiem

Iegādes izmaksu atšķirība — hidrauliskā vinčas sistēma parasti maksā par 30–50 % vairāk nekā līdzvērtīgas jaudas elektriskā vinča — ir visbiežāk minētais arguments pret hidrauliskajām vinčām, taču tā ir arī visnepilnīgākā analīze.Pareiza kopējo izmaksu par darba stundu analīze 5 gadu laikā (tipisks kalnrūpniecības iekārtu nolietojuma periods) atklāj, ka augstākās sākotnējās izmaksas tiek atgūtas pirmo 18–24 mēnešu laikā, pateicoties samazinātam dīkstāves laikam un zemākām remonta izmaksām.

Ražošanas dīkstāves izmaksas, kas tiek lēstas 1200–1800 ASV dolāru apmērā par vidēja lieluma raktuvju vinčas darbības pārtraukuma stundu, dominē kopējo izmaksu vienādojumā.Hidrauliskās vinčas 100% darba cikls novērš ar termisku izslēgšanos saistītos ražošanas zudumus, un tās uz vietas remontējamā motora konstrukcija samazina ar remontu saistīto dīkstāves laiku par aptuveni 85% salīdzinājumā ar elektrisko vinču, kurai nepieciešams remonts ārpus darbnīcas. Saskaņā arCIPSSaskaņā ar iepirkuma dzīves cikla izmaksu aprēķināšanas metodoloģiju, iepirkuma lēmumu pamatā jābūt kopējām īpašumtiesību izmaksām 5 gadu ieguves iekārtu dzīves cikla laikā, nevis iegādes cenu salīdzinājumam, ko iekārtu pārdevēji labprātāk piedāvā.

Godīgi argumenti pret hidrauliskajām vinčām: kad elektriskās vinčas joprojām ir pareizā izvēle

Hidrauliskās vinčas nav vienmēr pārākas, un esmu ieteicis elektriskās vinčas kalnrūpniecības klientiem īpašos gadījumos, kad elektriskās sistēmas priekšrocības labāk atbilst ekspluatācijas prasībām.Elektriskās vinčas ir labāka izvēle, ja: vinča ir uzstādīta uz mobilas platformas (ar akumulatoru darbināmi kalnrūpniecības transportlīdzekļi, kuros hidrauliskajam spēka agregātam būtu nepieciešams atsevišķs dīzeļdzinējs), darba cikls ir patiesi intermitējošs (mazāk nekā 15 minūtes nepārtrauktas darbības stundā, mazāk nekā 4 stundas kopējās ikdienas darbības), vinča atrodas klimatkontrolētā vidē (pazemes raktuves ar piespiedu ventilāciju, kurās tiek uzturēta 25–30 grādi pēc Celsija), un sākotnējais kapitāla budžets ir saistošs ierobežojums (nelielas kalnrūpniecības darbības, kurās 30 000–50 000 ASV dolāru iegādes izmaksu atšķirība starp hidraulisko un elektrisko ir pārāk liela).

Pazemes ogļraktuvēs ar stingrām sprādziendrošības prasībām elektriskās vinčas ar Ex-d (ugunsdrošiem) vai Ex-e (paaugstinātas drošības) sertificētiem motoriem var būt vienīgā iespēja, ja hidrauliskās spēka agregātus ar dīzeļdzinējiem aizliedz raktuvju drošības noteikumi. Šādos gadījumos,Jiningas hidrauliskāpiedāvā mūsu IYJ vinču sērijas elektriskās piedziņas variantus ar sprādziendroša motora sertifikāciju atbilstoši ATEX un IECEx standartiem. Pareizās tehnoloģijas izvēle ir atkarīga no konkrētās raktuves ekspluatācijas profila, nevis no universālas viena motora tipa izvēles salīdzinājumā ar citu.Mans ieteikums pēc piecpadsmit gadiem: ja vinča darbojas vairāk nekā 4 stundas dienā un raktuve nav akumulatoram pārvietojama vai sprādziendroša, hidrauliskās vinčas kopējās izmaksu priekšrocības 5 gadu laikā ir vienkārši pārāk lielas, lai tās ignorētu.

Ārējās atsauces: ISO 5001 motoru standarti · MEET Kalnrūpniecības pētījumi · CIPS iepirkumu standarti · IOM3 Kalnrūpniecības institūts · CSA kalnrūpniecības standarti · DNV iekārtu sertifikācija · ISO 4413 Hidrauliskās sistēmas · SAE International