Влияние технического состояния главных насосов гидравлического экскаватора на расход топлива

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В процессе эксплуатации гидравлических экскаваторов вследствие износа изменяется техническое состояние насосов. Увеличиваются зазоры, переток жидкости, снижается объемный КПД, возрастают потери энергии, что приводит к перерасходу топлива. Целью работы являлось определение рационального срока эксплуатации насосов с учетом перерасхода топлива, который возрастает в процессе эксплуатации. Решены задачи: создание математической модели затрат на владение насосом с учетом перерасхода топлива, возрастающего в процессе эксплуатации, разработка алгоритма и компьютерного моделирования в программе Simulink-Matlab, оценка увеличения расхода топлива. В статье на примере гидравлического экскаватора Komatsu PC2000-8 показано влияние технического состояния главных насосов гидравлического экскаватора на перерасход топлива. На основе предлагаемой модели затрат на эксплуатацию насоса с учетом повышения расхода топлива в процессе эксплуатации получены зависимости перерасхода топлива от технического состояния насосов. По разработанным методике расчета и программному алгоритму выполнено компьютерное моделирование в программах Simulink-Matlab  и Excel. Получены зависимости перерасхода топлива гидравлического экскаватора от технического состояния насосов. Представлены математическая модель затрат на владение насосом с учетом перерасхода топлива, возрастающего в процессе эксплуатации, и полученное на ее основе выражение для определения рационального срока эксплуатации насосов для минимизации затрат на приобретение насосов и топлива, учитывающее техническое состояние главных насосов, скорость его изменения, стоимость топлива и замены насоса. Предложен показатель, характеризующий перерасход топлива, определяемый отношением разницы между фактическим расходом топлива на 1 м3 экскавируемой горной массы и расходом топлива при номинальных значениях КПД основных насосов (номинальным расходом) к номинальному расходу. Использование предлагаемого критерия совместно с выражением для определения рационального срока эксплуатации насосов позволит обоснованно выбирать значение предельного состояния основных насосов и уменьшить суммарные затраты на владение насосом и на расход топлива до 17 % в зависимости от экономических и горнотехнических факторов эксплуатации. с учетом экономических и горнотехнических факторов эксплуатации.

Об авторах

М. Г. Рахутин

Университет науки и технологий МИСИС

Email: rahutin.mg@misis.ru
ORCID iD: 0000-0001-5873-5550

В. Х. Чан

Государственный технический университет им. Ле Куй Дона

Email: hieptv@lqdtu.edu.vn
ORCID iD: 0000-0003-0962-5835

А. Е. Кривенко

Университет науки и технологий МИСИС

Email: Krivenko.ae@misis.ru
ORCID iD: 0000-0001-7198-4447

К. К. Занг

Университет Тхань Донг

Email: khanhgq@thanhdong.edu.vn
ORCID iD: 0009-0006-8589-5609

Список литературы

  1. Chen Y., Zhang J., Xu B. et al. Multi-objective optimization of micron-scale surface textures for the cylinder/valve plate interface in axial piston pumps. Tribology International. 2019;138:316–329. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2019.06.002
  2. Mnatsakanyan V. U., Surina N. V., Belyankina O. V., Sizova E. I. Assembly accuracy of power cylinders for powered roof supports in longwalls. Eurasian Mining. 2023;(1):50–54. https://doi.org/10.17580/em.2023.01.11
  3. Bergada J. M., Kumar S., Davies D. L, Watton J. A complete analysis of axial piston pump leakage and output flow ripples. Applied Mathematical Modelling. 2012;36(4):1731–1751. https://doi.org/10.1016/j.apm.2011.09.016
  4. Xia L., Quan L., Cao D. et al. Research on energy saving characteristics of large hydraulic excavator boom driven by dual hydraulic-gas energy storage cylinder. Journal of Mechanical Engineering. 2019;55(20):240–248. (In Chinese) https://doi.org/10.3901/JME.2019.20.240
  5. Yu Y., Do T. C., Yin B. et al. Improvement of energy saving for hybrid hydraulic excavator with novel powertrain. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology. 2023;10:521–534. https://doi.org/10.1007/s40684-022-00437-9
  6. Lukashuk O. A., Komissarov A. P., Letnev K. Y. Increasing power efficiency of open-pit excavators. In: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020;709(2):022083. https://doi.org/10.1088/1757-899X/709/2/022083
  7. Zhuraev A. Study of the effect of hydraulic systems operation on the general performance of a hydraulic excavator. The American Journal of Engineering and Technology. 2021;3(10):36–42 https://doi.org/10.37547/tajet/Volume03Issue10-07
  8. Литвин О. И., Хорешок А. А., Дубинкин Д. М. и др. Анализ методик расчета производительности карьерных гидравлических экскаваторов. Горная промышленность. 2022;(5):112–120. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2022-5-112-120
  9. Vukovic M., Leifeld R., Murrenhoff H. Reducing fuel consumption in hydraulic excavators – a comprehensive analysis. Energies. 2017;10(5):687. https://doi.org/10.3390/en10050687
  10. Бурый Г. Г., Потеряев И. К. Определение оптимальной силы и скорости копания грунта одноковшового гидравлического экскаватора с ковшом сферической формы. Устойчивое развитие горных территорий. 2022;14(2):321–329. https://doi.org/10.21177/1998-4502-2022-14-2-321-329
  11. Hidayat H., Aviva D., Muis A., Halik A. Failure analysis of excavator hydraulic pump. In: IOP Conference Series Materials Science and Engineering. 2022;1212(1):012052. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1212/1/012052
  12. Овчинников Н. П. Оценка влияния твердой фазы шахтных вод на эффективность секционных насосов при разработке месторождений кимберлитовых руд. Горные науки и технологии. 2022;7(2):150-160. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2022-2-150-160
  13. D'Andrea D., Epasto G., Bonanno A. et al. Failure analysis of anti-friction coating for cylinder blocks in axial piston pumps. Engineering Failure Analysis. 2019;104:126–138. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2019.05.041
  14. Xu B., Hu M., Zhang J., Su Q. Characteristics of volumetric losses and efficiency of axial piston pump with respect to displacement conditions. Journal of Zhejiang University – Science A. 2016;17:186–201. https://doi.org/10.1631/jzus.A1500197
  15. Li R., Liu J., Ding X., Liu Q. Study on the influence of flow distribution structure of piston pump on the output of pulsation pump. Processes. 2022;10(6):1077. https://doi.org/10.3390/pr10061077
  16. Hong H., Zhao Ch., Zhang B. et al. Flow ripple reduction of axial-piston pump by structure optimizing of outlet triangular damping groove. Processes. 2020;8(12):1664. https://doi.org/10.3390/pr8121664
  17. Хорин В. Н. Объемный гидропривод забойного оборудования. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Недра; 1980. 415 с.
  18. Сурина Н. В., Мнацаканян В. У. Система автоматизированного проектирования технологических процессов при ремонте горной техники. Горный журнал. 2019;(7):90–95. https://doi.org/10.17580/gzh.2019.07.08
  19. Рахутин М. Г. Методология обоснования предельных состояний элементов гидропривода горных машин. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2011;(S1):508–519.
  20. 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.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).