Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Горные машины

Диссертационная работа:

Бродский Григорий Семенович. Обоснование, выбор параметров и разработка систем фильтрации рабочих жидкостей для гидрофицированных горных машин : дис. ... д-ра техн. наук : 05.05.06 Москва, 2006 370 с. РГБ ОД, 71:07-5/203

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 5

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследований 13

1.1. Характеристики загрязненности рабочих жидкостей 14

1.2 Влияние загрязненности жидкости на надежность систем и

агрегатов.. 17

1.3. Современные методы и средства очистки жидкости в

системах приводов 20

1.4. Технические требования к фильтрам 36

Выводы 38

Глава 2. Закономерности формирования загрязнений в рабочих жидкостях

гидроприводов при изготовлении и эксплуатации горной техники. 40

2.1. Источники и интенсивность поступления загрязнений 40

2.2 Физический состав и форма загрязнений 52

  1. Фактический уровень загрязненности 58

  2. Формирование гранулометрической кривой в циркуляционных системах 64

Выводы 69

Глава 3. Влияние загрязненности рабочей жидкости на надежность и

экономичность горных машин 71

  1. Качественные закономерности влияния загрязнений на надежность агрегатов и приводов горных машин 71

  2. Исследование чувствительности агрегатов к загрязнению 84

  3. Типовые требования изготовителей агрегатов к показателям загрязненности и экономически оптимальный уровень 115

чистоты жидкости

Глава 4. Исследование и разработка систем фильтрации для

гидроприводов горных машин 123

4.1. Назначение, особенности и состав систем фильтрации

применительно к приводам горных машин 123

  1. Разработка методики расчета систем фильтрации 126

  2. Рациональные конструктивные решения при разработке

и модернизации систем фильтрации 137

4.4 Исходные данные для расчета систем фильтрации 153

Выводы 155

Глава 5. Основные закономерности работы фильтров как

составляющих систем фильтрации гидроприводов горных

машин 157

  1. Течение жидкости через пористые перегородки 157

  2. Осаждение частиц загрязнений в структуре пористой перегородки 168

5.3 Характеристики поровой структуры и эффективность

фильтрования 187

5.4. Изменение эффективности фильтрования в процессе работы

очистителей в составе привода горных машин 196

5.5 Некоторые особенности работы фильтров для очистки

воздуха 203

Выводы 207

Глава 6. Параметрические исследования и разработка фильтров,

фильтроэлементов и фильтроматериалов для гидроприводов

горных машин 210

  1. Параметрические исследования фильтров со сменными 214 фильтрующими элементами

  2. Параметрические исследования фильтрующих элементов 230

  3. Параметрические исследования фильтрующих материалов 243

6.4. Разработка фильтров и фильтрующих элементов для
гидравлических приводов горных машин 265

Выводы 284

Глава 7. Экспериментальные исследования систем фильтрации

гидрофицированных горных машин 286

7.1. Подконтрольная эксплуатация горных машин 286

  1. Методы и средства контроля загрязненности жидкости, применявшиеся в ходе исследования 300

  2. Методы и средства испытаний фильтров и фильтроэлементов, применявшиеся в ходе исследования 313

7.4. Результаты экспериментальной проверки допущений,
положенных в основу принятых расчетных моделей 331

Выводы 338

Заключение ; 341

Библиография -. 344

Приложение 1. Определения основных параметров фильтров 360

Приложение 2. Расчет системы фильтрации гидропривода карьерного

экскаватора 363

Приложение 3. Отказы фильтров в процессе эксплуатации горных машин.... 367 Приложение 4. Методические рекомендации по контролю загрязненности

при разработке и эксплуатации систем фильтрации для

горных машин 368

Введение к работе:

Актуальность проблемы. Современные горные машины представляют собой дорогостоящие высокотехнологичные изделия, производство и обслуживание которых требует значительной технической культуры. Эффективность, а зачастую даже область применения техники в большой мере определяется качеством вспомогательных систем, которые должны обеспечить, при интенсивной эксплуатации, функционирование силовых агрегатов в оптимальных режимах.

Очевидно, наиболее значимыми вспомогательными системами такого рода являются системы фильтрации, поскольку как минимум 75% неисправностей и 50% простоев мобильных машин обусловлены наличием загрязняющих частиц в топливе, масле, гидрожидкости и воздухе. Косвенным доказательством важности проблемы очистки рабочих жидкостей является и то, что мировой рынок фильтрационных технологий в секторе мобильной техники возрастает на 20-25% ежегодно.

Освоение в производстве качественных фильтрующих материалов, очистителей, контрольно-измерительной аппаратуры, а также разработка соответствующих расчетно-аналитических методов создает новые возможности для удовлетворения жестких требований к промышленной чистоте, обусловленных ростом энерговооруженности мобильных машин. С другой стороны, эффективность решения конкретных задач очистки рабочих жидкостей осложняется необходимостью осуществления полного комплекса технических и организационных мероприятий на всех стадиях жизненного цикла горной техники: при проектировании, изготовлении и эксплуатации.

Таким образом, научная проблема обоснования выбора параметров и разработки систем фильтрации рабочих жидкостей является актуальной, особенно применительно к гидрофицированным горным машинам, для которых характерны:

1. высокие требования к надежности техники при условии ее работы в широком диапазоне температур и повышенной запыленности окружающего воздуха;

2. постоянное повышение энерговооруженности машин, что диктует необходимость применения современных гидроагрегатов, весьма чувствительных к загрязнению; Зг. необходимость обеспечения технологических гарантий при эксплуатации сложной и дорогостоящей техники в рядовых условиях горных предприятий; 4. крайняя важность продления эффективных сроков службы машин и агрегатов в условиях дефицита средств на ренованцию. В диссертационной работе обобщены результаты многолетних исследований, выполненных автором или при его непосредственном участии в ИГД им. А.А. Скочинского, НПО «ВНИИСтройдормаш», Компаниях «АРГИС-Холдинг», AGA Group, Inc. и ЗАО «Могормаш», а также на разрезах ПО «Экибастузуголь», «Кузбассуголь» и ОАО «Якутуголь». Работы велись по отраслевым планам Минуглепрома СССР, Минтяжмаша СССР, а также контрактам и договорам с машиностроительными и горнодобывающими предприятиями.

Цель работы. Целью работы является обоснование, выбор параметров и разработка систем фильтрации для обеспечения надежности и повышения эффективности применения гидрофицированных горных машин

Идея работы. Идея работы состоит в реализации экономически оптимальных систем фильтрации и сопутствующего комплекса эксплуатационных мероприятий на основе изучения качественных и количественных взаимосвязей характеристик надежности гидроагрегатов, параметров загрязненности рабочих жидкостей и фильтрующих устройств.

Методы исследований. При выполнении диссертационной работы использовались методы математической статистики, физико-математического моделирования и системного анализа информации, лабораторные, стендовые и эксплуатационные испытания с применением компьютерной и высокоточной измерительной техники.

7 Основные научные положения, выносимые на защиту:

  1. Математическая модель гидросистемы с произвольной принципиальной схемой, основанная на уравнениях материального баланса и обеспечивающая прогнозирование загрязненности жидкости, является основой для выбора параметров фильтров и систем фильтрации. При моделировании следует учитывать неравномерность распределения механических примесей по гидролиниям, а также изменение интенсивности поступления загрязнений в функции условий производства и эксплуатации гидрофицированной техники.

  2. Деградация критических . характеристик агрегатов под действием механических примесей в жидкости является степенной функцией крупности и линейной функцией концентрации загрязнителя.

  1. Установленые закономерности изменения затрат на эксплуатацию горной техники от класса чистоты применяемых рабочих жидкостей демонстрируют наличие экстремума, причем по мере повышения энерговооруженности машин, оптимум смещается в сторону улучшения чистоты.

  2. Функциональная зависимость перепада давления на фильтроэлементе от вязкости жидкости существенно деформирована по сравнению с регламентированной законом Дарси. Отклонение этой функции от линейности описываются соотношениями:

Apv = Арзо * vf/30 * exp(-v/2300) (500 < vf < 3500 сСт)

Apv = Арзо * vf /130 (3500 < vf < 5000 сСт)

  1. Применительно к системам горных машин установлено, что превалирующее влияние на изменение сопротивления гидравлических фильтрующих элементов оказывает механизм фильтрования с постепенным закупориванием пор. Изменение проницаемости фильтрующих элементов для очистки воздуха имеет место, в основном, за счет фильтрования с образованием осадка.

  1. Математическая модель рабочего процесса глубинных фильтров со звездообразной шторой демонстрирует опережающий рост грязеемкости пористой перегородки со снижением скорости фильтрации, причем данный эффект увеличивается с уменьшением отношения АРх/АРо.

8 7. Неравномерность распределения частиц механических примесей по сечению анализируемого потока является основной причиной смещения оценки загрязненности жидкости на 15-70%. Изокинетический секторный пробоотбор обеспечивает несмещенную оценку загрязненности с минимальным коэффициентом вариации.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов, результатов и рекомендаций подтверждается:

корректным применением аппарата теории надежности, математической статистики, физико-математического моделирования и системного анализа;

широким использованием специально разработанных и стандартных методов испытаний, а также результатов независимых экспериментальных исследований для проверки теоретических положений;

согласованностью результатов теоретических расчетов с лабораторными, стендовыми и эксплуатационными испытаниями, проведенными с использованием высокоточной измерительной и регистрирующей аппаратуры. Расхождение между расчетными и экспериментальными данными не превышает: для загрязненности жидкости - 50% класса чистоты, для ресурса фильтров - 20%, для перепада давления на фильтрах - 10%, для интенсивности поступления загрязнений - 25%, для деградации критических характеристик гидроагрегатов - 15%. Коэффициент вариации результатов при изокинетическом секторном пробоотборе - до 5%.

Научная новизна работы. Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Определены закономерности формирования загрязнений в системах приводов горных машин, в том числе установлено, что механические примеси неравномерно распределены по различным участкам и гидролиниям гидравлической системы Обоснована взаимосвязь между концентрацией загрязнений и деформацией

9 гранулометрической кривой. Разработана математическая модель, описывающая изменения загрязненности жидкости в произвольных гидролиниях многоконтурных гидросистем с учетом особенностей изменения гидравлического сопротивления фильтроэлементов в процессе работы горной машины.

  1. Разработана математическая модель процесса изнашивания гидроагрегатов абразивными частицами. На примере аксиально-поршневых гидропередач показано, что деградация критических характеристик агрегатов под действием механических примесей в жидкости является степенной функцией крупности и линейной функцией концентрации загрязнителя.

  2. Разработана модель рабочего процесса глубинных гидравлических фильтров с гофрированной шторой, учитывающая изменение эффективности фильтрования по толщине пористой перегородки, а также особенности граігулометрических параметров загрязнителя, характерного для условий эксплуатации горных машин.

  3. Определены закономерности изменения гидравлической проницаемости фильтроэлементов при работе с высоковязкими жидкостями.

  4. Установлено, что при моделировании фильтроэлементов необходимо учитывать изменения жесткости фильтрующей шторы, а при их нагружении в ходе стендовых испытаний целесообразно ограничивать концентрацию механических примесей величинами от 0.0001 до 0.0003 % по массе.

. Практическая ценность. Практическая ценность диссертационной работы:

  1. Получены аналитические соотношения для расчета относительного ресурса агрегатов в зависимости от физико-механических свойств загрязнителя и проектируемых параметров нагружения.

  2. Предложен комплексный критерий экономической эффективности, позволяющий определить оптимальные, с точки зрения эксплуатационных затрат, параметры систем фильтрации. Использование этого критерия позволяет производить оптимизацию технических решений и, таким образом, отказаться от ранее господствующего и вызывающего необоснованные затраты принципа «чем чище, тем лучше».

  1. Разработана концепция обеспечения чистоты жидкости при комбинированном использовании фильтров статистической эффективности: рабочих, выбираемых по критерию долговечности, и страховочных, выбираемых по критерию пропускной способности. Создана'методика расчета систем фильтрации, определены области рациональных параметров и оптимальные точки размещения фильтров в системах гидроприводов горных машин.

  2. Разработаны принципы оценки" качества проектирования очистителей, базирующихся на использовании критериев эффективности конструкции корпуса фильтра и фильтроэлемента, а также коэффициента экономичности фильтроматериала.

  3. Разработана методика оптимизационного проектирования фильтрующих элементов с гофрированной шторой, позволяющая обеспечить существенную экономию фильтроматериала при одновременном улучшении потребительских характеристик фильтроэлемента.

  4. Разработана приборно-методическая база подконтрольной эксплуатации техники, позволяющая экономично выявлять закономерности функционирования, устанавливать характеристики надежности и определять рациональные пути повышения эффективности эксплуатации горных машин.

  5. Создана методика испытаний систем фильтрации, включающая технологические последовательности контроля загрязненности жидкости, тестирования фильтроматериалов, фильтроэлементов и фильтров и обеспечивающая экономичное получение комплексных и сопоставимых данных на всех стадиях жизненного цикла горной машины.

  6. Разработаны фильтроэлемента, фильтры и системы фильтрации горного и иного оборудования, в том числе:

  1. системы фильтрации и автономные (мобильные) фильтрационные установки для гидроприводов горных машин: экскаваторов ЭР-1250ОЦ, ЭШ10/70, ЭГ-5, 204М, РС-5500, буровых станков DMH, бульдозеров Д355, а также других образцов отечественной и импортной (свыше 60 наименований).

  2. фильтроэлементы серий 690 и 667, АН, АО, АА и AF.

8.3. фильтр Ум-4680 для гидроприводов горных и строительно-дорожных

машин, удостоенный медали ВДНХ за 1989 год.
9. Выполнено методическое обеспечение для программных пакетов: «Escape
01. Программа для выбора параметров карьерных экскавационных комплексов»,
«FD 1.0-1.5. Программа для проектирования фильтров», «ARGIS-Filter
DATABASE 1.1. База данных для управления предприятием по производству
фильтров». . "

Реализация результатов работы.На основании проведенных исследований, под руководством и с непосредственным участием автора:

  1. Внедрены в производство (Компания АРГИС) фильтроэлементы- для горных, строительно-дорожных машин и сельскохозяйственных машин, автомобильной техники и станочного оборудования (около 200 типоразмеров).

  2. Внедрена в производство (ОАО «Ижорские заводы») система фильтрации карьерного экскаватора ЭГ-5.

  3. Разработаны и внедрены (ОАО ХК «Якутуголь») методика и оборудование для контроля загрязненности и фильтрации жидкости в гидроприводах карьерной техники, а также методика и приборы для подконтрольной эксплуатации карьерного оборудования.

  4. Разработаны и внедрены в производство (ЗАО «Горнопромышленная финансовая Компания») мобильные фильтровальные установки для эксплуатации горных машин.

Апробация. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических совещаниях ГКНТ СССР, Минуглепрома и Минтяжмаша СССР, семинарах ИГД им. А.А. Скочинского, Компаний «Аргис», «Могормаш», а также на 18 конференциях в 7 странах, в том числе:

  1. III и IV конференция «Промышленная чистота гидросистем и фильтрация»" 1988 и 1990 г.г., а также семинар «Методы ускоренных испытаний агрегатов тракторов на износ», 1988 г. (Челябинск);

  2. 45 научно-исследовательская конференция МАДИ, 1987 г.г (Москва);

  3. Национальная ярмарка Пловдив-93 (Пловдив, Болгария);

  1. Семинар Международного Общества Фильтрации, 1996 г., (Бирмингем, В еликобритания);

  2. Международный семинар «Фильтровальные бумаги», 1996 г., Москва;

  3. Конгресс Международного общества фильтрации FilTech-97, г. Дюссельдорф, Германия;

  4. Национальный Конгресс Американского Общества Фильтрации и Сепарации, 1999 г., Бостон, США;

  5. Международный Конгресс Filtration-2000, Филадельфия, США;

  6. Международная Научно-практическая конференция «Актуальные проблемы разработки кимберлитовых месторождений: современное состояние и перспективы решения», 2001 г., Мирный, Якутия;

10.4-ая Международная конференция «Фильтрация на Транспорте», 2004 г., Штутгард, Германия.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 51 печатная работа, в том числе монография и 5 авторских свидетельств.

Структура и объемработы. Диссертация состоит из введения, 7 глав и заключения. Изложена на 374 страницах машинописного текста, включая 212 рисунков, 63 таблиц, список литературы из 233 наименований и 4 приложения.

Подобные работы
Мирный Сергей Георгиевич
Обоснование и выбор рациональной частоты вращения штанги машин для сверления шпуров в породах повышенной крепости и абразивности
Мисько Дмитрий Владимирович
Обоснование и выбор параметров гидростойки повышенной несущей способности для механизированных крепей
Степанов Борис Львович
Обоснование и выбор параметров дугового грохота для разделения гранитного сырья
Козлов Валерий Владимирович
Обоснование и выбор параметров выемочно-доставочной подсистемы агрегата для тонких пластов, обеспечивающих эффективную погрузку угля
Сайдаминов Исохон Абдулфайзович
Обоснование и выбор параметров средств температурной адаптации гидрообъемных трансмиссий карьерного оборудования
Абдуазизов Набижон Азаматович
Обоснование и выбор параметров системы "гидробак-охладитель" гидрообъемной силовой установки карьерного комбайна
Кузиев Дильшад Алишерович
Обоснование и выбор параметров гидроимпульсного привода шнеко-фрезерного рабочего органа карьерного комбайна
Выскребенец Александр Степанович
Обоснование и выбор параметров дробильно-измельчительного комплекса для углеродистого сырья на базе способа динамического самоизмельчения
Яхонтов Александр Александрович
Обоснование и выбор параметров динамических средств интенсификации послойного разрушения пород на карьерах
Мананников Петр Николаевич
Обоснование и выбор параметров нагревательных плит шахтных переносных вулканизационных прессов с целью снижения неравномерности температурного поля

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net