Обоснование оптимальных наработок основных насосов карьерного гидравлического экскаватора

М.Г. Рахутин¹ , Чан Ван Хиеп¹, Ле Ван Лой^2
1 Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС», г. Москва, Российская Федерация
² Ляонинский технический университет, Ляонин, г. Цзиньчжоу, Китай
Горная Промышленность №2 / 2024 стр. 116-120

Резюме: По мере наработки и износа насоса, увеличения зазора в парах трения и уменьшения объемного КПД происходит уменьшение подачи насоса, что ведет к увеличению продолжительности рабочих и вспомогательных операций, цикла работы экскаватора, снижению его производительности и перерасходу топлива. Редкая замена насоса может привести к значительному увеличению расхода топлива и снижению производительности экскаватора. При преждевременной замене насоса его ресурс полностью не вырабатывается. Для разработки метода установления оптимальных наработок, позволяющих минимизировать расход топлива и затраты на замену насоса с учетом условий эксплуатации, предложена математическая модель функционирования насоса, позволяющая получить выражение для определения дифференцированного оптимального значения наработки между заменами. Для использования в модели на примере насоса HPV375 экскаватора Komatsu PC2000-8 разработаны методика расчета и программный алгоритм в среде MatLab Simulink для определения скорости уменьшения объемного КПД, а также установления влияния величины объемного КПД на расход топлива гидравлического экскаватора. На основе предложенной математической модели функционирования основных насосов разработан метод расчета дифференцированной наработки между заменами основных насосов карьерного гидравлического экскаватора, учитывающий скорость уменьшения объемного КПД, затраты на замену и ущерб из-за повышенного расхода топлива. Представлена зависимость скорости изменения объемного КПД насоса от параметров экскавации, вязкости, загрязненности и температуры рабочей жидкости. Предложен коэффициент «резерва парциальной мощности двигателя, передаваемой на насос», определяемый отношением разности средней максимальной и начальной парциальной мощности к значению начальной парциальной мощности, позволяющий оценить продолжительность наработки основных насосов без влияния на уменьшение производительности экскаватора.

Ключевые слова: карьерный гидравлический экскаватор, аксиально-поршневой насос, модель функционирования насосов, оптимальная наработка насоса между заменами

Для цитирования: Рахутин М.Г., Чан Ван Хиеп, Ле Ван Лой. Обоснование оптимальных наработок основных насосов карьерного гидравлического экскаватора. Горная промышленность. 2024;(2):116–120. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-2-116-120

Информация о статье

Поступила в редакцию: 03.03.2024

Поступила после рецензирования: 01.04.2024

Принята к публикации: 01.04.2024

Информация об авторах

Рахутин Максим Григорьевич – доктор технических наук, профессор кафедры горного оборудования, транспорта и машиностроения, Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС», г. Москва, Российская Федерация; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Чан Ван Хиеп – аспирант кафедры горного оборудования, транспорта и машиностроения, Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС», г. Москва, Российская Федерация

Ле Ван Лой – аспирант кафедры механического проектирования и теории Института машиностроения, Ляонинский технический университет, Ляонин, г. Цзиньчжоу, Китай

Список литературы

1. Kapsiz M. The efficiency of mobile hydraulic system with diesel engine and axial piston pump analysis. Journal of Engineering Research. 2022;10(4B):216–228. https://doi.org/10.36909/jer.11137

2. Рахутин М.Г., Занг К.К., Кривенко А.Е., Чан В.Х. Оценка влияния температуры рабочей жидкости на потери мощности карьерного гидравлического экскаватора. Записки Горного института. 2023;261:374–383. Режим доступа: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/16193 (дата обращения: 09.02.2024). Rakhutin M.G., Giang K.Q., Krivenko A.E., Tran V.H. Evaluation of the influence of the hydraulic fluid temperature on power loss of the mining hydraulic excavator. Journal of Mining Institute. 2023;261:374–383. Available at: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/16193 (accessed: 09.02.2024).

3. Литвин О.И., Марков С.О., Хорешок А.А., Лапаев М.Н., Тюленев М.А. Определение области энергоэффективного положения рабочего оборудования и эффективного радиуса черпания гидравлических экскаваторов на открытых горных работах. Маркшейдерия и недропользование. 2022;(4):38–44. https://doi.org/10.56195/20793332_2022_4_38 Litvin O.I., Markov S.O., Khoreshok A.A., Lapaev M.N., Tyulenev M.A. Determination of the area of energy-efficient position of working equipment and effective digging radius of hydraulic excavators at open pit mining. Mine Surveying and Subsurface Use. 2022;(4):38–44. (In Russ.) https://doi.org/10.56195/20793332_2022_4_38

4. Li Z., Jiang W., Zhang S., Xue D., Zhang S. Research on prediction method of hydraulic pump remaining useful life based on KPCA and JITL. Applied Sciences. 2021;11(20):9389. https://doi.org/10.3390/app11209389

5. Wu F., Tang J., Jiang Z., Sun Y., Chen Z., Guo B. The remaining useful life prediction method of a hydraulic pump under unknown degradation model with limited data. Sensors. 2023;23(13):5931. https://doi.org/10.3390/s23135931

6. Wu F., Tang J., Jiang Z., Sun Y., Chen Z., Guo B. The remaining useful life prediction method of a hydraulic pump under unknown degradation model with limited data. Sensors. 2023;23(13):5931. https://doi.org/10.3390/s23135931

7. Wu F., Tang J., Jiang Z., Sun Y., Chen Z., Guo B. The remaining useful life prediction method of a hydraulic pump under unknown degradation model with limited data. Sensors. 2023;23(13):5931. https://doi.org/10.3390/s23135931

8. Kujundžić T., Klanfar M., Korman T., Briševac Z. Influence of crushed rock properties on the productivity of a hydraulic excavator. Applied Sciences. 2021;11(5):2345. https://doi.org/10.3390/app11052345

9. Li Y., Mu X., Fan R. Multi-objective optimization and simulation of novel working mechanism for face-shovel excavator. International Journal of Intelligent Robotics and Applications. 2021;5(1):1–9. https://doi.org/10.1007/s41315-020-00160-1

10. Комиссаров А.П., Шестаков В.С., Набиуллин Р.Ш., Хорошавин С.А. Исследование нагруженности рабочего оборудования гидравлического экскаватора «обратная лопата». Горное оборудование и электромеханика. 2021;(6):15–20. https://doi.org/10.26730/1816-4528-2021-6-15-20 Komissarov A.P., Shestakov V.S., Nabiullin R.S., Khoroshavin S.A. Research of loading of working equipment of hydraulic excavator “Back shovel”. Mining Equipment and Electromechanics. 2021;(6):15–20. (In Russ.) https://doi.org/10.26730/1816-4528-2021-6-15-20

11. Безкоровайный П.Г., Шестаков В.С., Нестеров В.И. Оптимизация рабочего оборудования гидравлического экскаватора. Горное оборудование и электромеханика. 2021;(6):3–8. https://doi.org/10.26730/1816-4528-2021-6-3-8 Bezkorovayny P.G., Shestakov V.S., Nesterov V.I. Optimization of work equipment hydraulic excavators. Mining Equipment and Electromechanics. 2021;(6):3–8. (In Russ.) https://doi.org/10.26730/1816-4528-2021-6-3-8

12. Комиссаров А.П., Лагунова Ю.А., Набиуллин Р.Ш., Хорошавин С.А. Цифровая модель процесса экскавации горных пород рабочим оборудованием карьерного экскаватора. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022;(4):156– 168. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_4_0_156 Komissarov A.P., Lagunova Yu.A., Nabiullin R.Sh., Khoroshavin S.A. Digital model of shovel work process. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2022;(4):156–168. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_4_0_156

13. Лещинский А.В., Шевкун Е.Б., Вершинина А.Р., Белозеров И.Н. Выбор пути повышения производительности карьерного экскаватора. Маркшейдерия и недропользование. 2021;(4):40–45. Leshhinskij A.V., Shevkun E.B., Vershinina A.R., Belozerov I.N. Choosing a way of improving mine excavator performance. Mine Surveying and Subsurface Use. 2021;(4):40–45. (In Russ.)

14. Литвин О.И., Хорешок А.А., Дубинкин Д.М., Марков С.О., Стенин Д.В., Тюленев М.А. Анализ методик расчета производительности карьерных гидравлических экскаваторов. Горная промышленность. 2022;(5):112–120. https://doi. org/10.30686/1609-9192-2022-5-112-120 Litvin O.I., Khoreshok A.A., Dubinkin D.M., Markov S.O., Stenin D.V., Tyulenev M.A. Analysis of methods for calculating the productivity of open-pit hydraulic shovels and backhoes. Russian Mining Industry. 2022;(5):112–120. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2022-5-112-120

15. Рахутин М.Г. Методология обоснования предельных состояний элементов гидропривода горных машин. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2011;(1):508–519. Rakhutin М.G. Methodology of justification of critical condition for elements of hydro drive of mining equipment. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2011;(1):508–519. (In Russ.)