Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПОДЪЕМНО-КОПАЮЩИМИ МЕХАНИЗМАМИ

Изобретение относится к пневматическим системам управления экскаваторами и кранами, работающими в условиях отрицательных температур.

Известно устройство управления подъемно-копающими механизмами (см. патент РФ 2158805, МПК E02F 9/22, опубл. 10.11.2000), содержащее компрессор, масловлагоотделитель и ресивер, пневматически последовательно соединенные между собой, а выход ресивера пневматически подключен к входам адсорберов с равномерно распределенными подогревателями, и выводы адсорберов пневматически подключены к потребителю, компрессор снабжен всасывающим фильтром, содержащим корпус с коническим днищем и отверстием в его нижней части, штуцер вывода очищенного воздуха, конденсатоотводчик, расположенный в отверстии днища, отражательную перегородку, штуцеры ввода очищаемого воздуха, корпус фильтра выполнен в виде двухслойной рубашки с воздушной полостью, соединенной штуцером ввода обогревающего отрегенерированного воздуха посредством трубопровода и регулирующего клапана с адсорберами и штуцером вывода обогревающего отрегенерированного воздуха в атмосферу.

Недостатком являются энергозатраты, обусловленные увеличением аэродинамического сопротивления воздушного фильтра из-за наличия во всасываемом атмосферном воздухе значительного количества твердых частиц технологической пыли, определяемых специфическими условиями эксплуатации, а наличие твердых частиц в полости компрессора не только снижает его массовую производительность по сжатому воздуху, но и способствует аварийному режиму, что в конечном итоге снижает эффективность работы подъемно-копающих механизмов.

Известно устройство управления подъемно-копающими механизмами (см. патент РФ 2400598, МПК E02F 9/22, опубл. 27.09.2010), содержащее компрессор, масловлагоотделитель и ресивер, пневматически последовательно соединенные между собой, а выход ресивера пневматически подключен к входам адсорберов с равномерно распределенными подогревателями, и выводы адсорберов пневматически подключены к потребителю, при этом компрессор снабжен всасывающим фильтром, содержащим корпус с коническим днищем и отверстием в его нижней части, штуцер вывода очищенного воздуха, конденсатоотводчик, расположенный в отверстии днища, отражательную перегородку, штуцер ввода очищаемого воздуха, а корпус фильтра выполнен в виде двухслойной рубашки с воздушной полостью, соединенной штуцером ввода обогревающего отрегенерированного воздуха посредством трубопровода и регулирующего клапана с адсорберами и штуцером вывода в атмосферу обогревающего отрегенерированного воздуха, причем на внутренней поверхности штуцера ввода очищаемого воздуха, выполненного в виде суживающегося сопла, расположены криволинейные канавки с профилем в виде «ласточкина хвоста», а у его входного отверстия выполнена круговая канавка, соединенная с устройством удаления загрязнений, при этом круговая канавка соединена с криволинейными канавками и снабжена сеткой.

Недостатком является энергоемкость пневматических систем управления экскаваторами и кранами, обладающими сложной схемой подачи электрической энергии как для устройства управления, так и для освещения помещения - кузова экскаватора и крана, где расположено пневматическое оборудование, из-за необходимости подведения передвижных электроисточников или трудоемкости подсоединения к стационарным электрическим сетям.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение энергозатрат при получении сжатого воздуха заданного качества для устройства управления подъемно-копающими механизмами путем сокращения потребления электрической энергии на дежурное освещение кузова экскаватора или крана и/или питания электричеством приборов контроля и регулирования производства пневматической энергии.

Технический результат по снижению электрической энергии, затрачиваемой на производство сжатого воздуха, достигается тем, что устройство управления подъемно-копающими механизмами содержит компрессор, масловлагоотделитель и ресивер, пневматически последовательно соединенные между собой, а выход ресивера пневматически подключен к входам адсорберов с равномерно распределенными подогревателями, и выводы адсорберов пневматически подключены к потребителю, при этом компрессор снабжен всасывающим фильтром, содержащим корпус с коническим днищем и отверстием в его нижней части, штуцер вывода очищенного воздуха, конденсатоотводчик, расположенный в отверстии днища, отражательную перегородку, штуцер ввода очищаемого воздуха, а корпус фильтра выполнен в виде двухслойной рубашки с воздушной полостью, соединенной штуцером ввода обогревающего отрегенерированного воздуха посредством трубопровода и регулирующего клапана с адсорберами и штуцером вывода в атмосферу обогревающего отрегенерированного воздуха, причем на внутренней поверхности штуцера ввода очищаемого воздуха, выполненного в виде суживающегося сопла, расположены криволинейные канавки с профилем в виде «ласточкина хвоста», а у его входного отверстия выполнена круговая канавка, соединенная с устройством удаления загрязнений, при этом круговая канавка соединена с криволинейными канавками и снабжена сеткой, при этом адсорберы снабжены термоэлектрическим генератором, включающим проходной канал для отрегенерированного и проходной канал для осушаемого сжатого воздуха, внутри которых расположены, соответственно, «горячие» и «холодные» концы комплекта дифференциальных термопар, причем вход проходного канала для осушиваемого сжатого воздуха соединен с выходом ресивера, а его выход пневматически подсоединен к входам адсорберов, при этом вход проходного для отрегенерированного сжатого воздуха с адсорберами, а его выход посредством трубопровода и регулирующего клапана соединен с корпусом всасывающего фильтра в виде двухслойной рубашки.

На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства управления подъемно-копающими механизмами; на фиг.2 - профиль криволинейных канавок в виде «ласточкина хвоста»; на фиг.3 - внутренняя поверхность штуцера ввода очищаемого воздуха с устройством удаления загрязнений.

Устройство состоит из соединенных последовательно системой трубопроводов (воздухопроводов) 1 всасывающего фильтра 2, компрессора 3, масловлагоотделителя 4, ресивера 5, двух циклично работающих адсорберов 6 и 7, подогревателя 8 с терморегуляторами 9, закрепленными на каждом элементе подогревателя 8. При этом всасывающий фильтр 2 включает корпус 10, выполненный в виде двухслойной рубашки с воздушной полостью, коническим днищем 11 с отверстием 12 в его нижней части, штуцер вывода очищенного всасываемого воздуха 13, штуцеры ввода очищаемого воздуха 14, конденсатоотводчик 15, расположенный в отверстии 12 конического днища 11, отражательную перегородку 16, штуцер ввода обогревающего воздуха 17, трубопровод 18, соединяющий через регулирующий клапан 9 штуцер 17 с адсорберами 6 и 7, штуцер сброса обогреваемого воздуха в атмосферу 20, при этом регулирующий клапан 19 обеспечивает также сброс воздуха после регенерации адсорберов в атмосферу при положительных температурах окружающей среды. На внутренней поверхности 21 штуцера ввода очищаемого воздуха 14, выполненного в виде суживающегося сопла, расположены криволинейные канавки 22 с профилем в виде «ласточкина хвоста», а у его входного отверстия 23 выполнена круговая канавка 24, соединенная с устройством удаления загрязнений 25, при этом круговая канавка 24 соединена с криволинейными канавками 22 и снабжена сеткой 26.

Адсорберы 6 и 7 снабжены термоэлектрическим генератором 27, включающим проходной канал 28 для отрегенерированного сжатого воздуха и проходной канал 29 для осушаемого сжатого воздуха. Внутри проходного канала 28 для отрегенерированного сжатого воздуха расположены «горячие» концы 30 комплекта дифференциальных термопар 31, а внутри проходного канала 29 для осушаемого сжатого воздуха расположены «холодные» концы 32 комплекта дифференциальных термопар 31. Вход 33 проходного канала 29 для осушаемого сжатого воздуха соединен с входом ресивера 5, а его выход 34 пневматически подключен к входам адсорберов 6 и 7. Вход 35 проходного канала 28 для отрегенерированного сжатого воздуха соединен с адсорберами 6 и 7, а его выход 36 посредством трубопровода 18 и регулирующего клапана 19 соединен с корпусом 10 всасывающего фильтра 2 в виде двухслойной рубашки с воздушной полостью.

Устройство работает следующим образом.

Специфика условий эксплуатации подъемно-копающих механизмов обусловлена тем, что источники электрической энергии находятся вдали от карьеров, где осуществляется их работа, а основное оборудование имеет электропривод. Все это в целом удорожает погрузку горной массы, и, следовательно, возникает потребность выработки электроэнергии путем использования теплового потенциала отрегенерированного в абсорберах 6 и 7 сжатого воздуха в термоэлектрическом генераторе 27.

В этом случае при постоянном наличии значительного количества твердых частиц технологической и атмосферной пыли во всасываемом компрессором 3 атмосферном воздухе данная масса загрязнений перемещается к штуцеру ввода очищаемого воздуха 14 и контактирует с сеткой 26, при этом крупные частицы отделяются от потока, а более мелкие через входное отверстие 23 проникают во внутреннюю полость штуцера ввода очищаемого воздуха 14. Так как штуцер ввода очищаемого воздуха 14 выполнен в виде суживающегося сопла, поток всасываемого воздуха с загрязнениями увеличивает свою скорость и, перемещаясь по криволинейным канавкам 22, закручивается. В результате твердые частицы, прошедшие сетку 26, центробежной силой отбрасываются к внутренней поверхности 21 штуцера ввода очищаемого воздуха 14 и заполняют полости криволинейных канавок 22, где накапливаются, и вследствие выполнения данных полостей по профилю в виде «ласточкина хвоста» не выпадают вновь в движущийся поток, а смещаются в сторону круговой канавки 24, откуда под действием силы тяжести перемещаются в устройство удаления загрязнений 25 для последующего удаления вручную или автоматически (на фиг.1 не показано).

Оставшиеся мельчайшие твердые частицы с потоком закрученного всасываемого атмосферного воздуха, выходя из штуцера ввода очищаемого воздуха 14, выполненного в виде суживающегося сопла, ударяются об отражательную перегородку 16. В результате контакта потока всасываемого атмосферного воздуха с отражательной перегородкой 16 твердые частицы загрязнений с каплеобразной или льдообразной влагой в своем большинстве выпадают в коническое днище 11, где накапливаются по мере накопления и выбрасываются из всасывающего фильтра 2 конденсатоотводчиком 15 через отверстие 11.

Очищенный от загрязнений всасываемый воздух через штуцер вывода очищенного всасываемого воздуха 13 по воздухопроводу 1 поступает на сжатие в компрессор 3, после чего через маслоотделитель 4, ресивер 5 поступает на вход 33 проходного канала 29 для осушаемого сжатого воздуха, где контактирует с расположенными в нем «холодными» концами 32 комплекта дифференциальных термопар 31 и с выхода 34 направляется на осушку в адсорберы, например в адсорбер 6. Очистка всасываемого атмосферного воздуха от твердых частиц и капельной или льдообразной влаги обеспечивает снижение энергоемкости производства пневмоэнергии от 12% до 18% в зависимости от условий эксплуатации компрессора.

Осушенный сжатый воздух подается к пневмоаппаратуре системы управления подъемно-копающими механизмами. Одновременно часть осушенного воздуха направляется во второй адсорбер 7, находящийся в режиме регенерации. Первый по ходу регенерирующего воздуха элемент подогревателя 8 включается терморегулятором 9 и подогревает воздух. Ко второму элементу подогревателя регенерирующий воздух поступает с температурой 100°С. Мощность потребления вторым элементом подогревателя ниже мощности первого и складывается из затрат на потери тепла корпусом адсорбера в окружающую среду и необходимого тепла для регенерации. Аналогично работают остальные элементы подогревателя, причем каждый из них имеет индивидуальное подключение к источнику питания через терморегулятор 9.

Всасывающий фильтр 2 компрессора 3 находится в кузовном помещении, где температура всасываемого воздуха близка к температуре окружающей среды, или же всасывающий фильтр 2 выносится наружу из кузовного помещения. В результате при низких температурах окружающей среды и особенно при метелях, наличии инея или дождях наблюдается налипание твердых загрязнений и каплеобразной или льдообразной влаги по сечению входного отверстия воздушного фильтра. Это приводит в конечном итоге к возрастанию гидравлического сопротивления во всасывающем тракте компрессора 3 и, как следствие, увеличивает энергозатраты на производство сжатого воздуха. Кроме того, наличие дополнительной влаги в сжатом воздухе приводит к более тяжелым условиям работы масловлагоотделителя 4, а возможное поступление влаги в адсорберы 6 и 7 приводит к растрескиванию зерен адсорбера, что резко ухудшает процесс осушки и значительно сокращает эффективность эксплуатации пневмооборудования подъемно-копающих механизмов. Поэтому предлагаемая конструкция всасывающего фильтра 1 компрессора 3 обеспечивает дополнительную очистку атмосферного воздуха, особенно при отрицательных температурах окружающей среды.

Сжатый воздух после регенерации, например, адсорбера 7 с температурой около 80°С направляется к выходу 35 канала 28 для отрегенерированного сжатого воздуха, где контактирует с расположенными в нем «горячими» концами 30 комплекта дифференциальных термопар 31.

Выполнение дифференциальных термопар 31, например, из хромель-копеля, как наиболее дешевого из известных материалов и обладающего при перепаде температур около 80°С, наблюдаемом по условиям работы подъемно-копающих механизмов, термо-ЭДС до 4,5 мВ (см., например, Иванова Т.М. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергоатомиздат, 1984. 230 с.), обеспечивает на комплекте из множества дифференциальных термопар 31 напряжение 12÷36 В, что вполне достаточно как для дежурного освещения кузова подъемно-копающего механизма, в котором размещена адсорбционная осушивающая установка, так и при необходимости для питания системы автоматического управления данной установкой (см., например, Теплотехнические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент. Справочник. Под общ. ред. Зорина В.М. М.: Энергоатомиздат, 1988. 510 с.).

После контакта с «горячими» концами 30 комплекта дифференциальных термопар отрегенерированный сжатый воздух через выход 36 проходного канала 28 для отрегенерированного сжатого воздуха по трубопроводу 18 направляется через регулирующий клапан 19 к штуцеру ввода обогревающего воздуха 17 и заполняет воздушную полость в двухслойной рубашке, в виде которой выполнен корпус 10 всасывающего фильтра 2. Обогревающий воздух, отдав тепло корпусу 10, выбрасывается в атмосферу через штуцер 20.

При положительных температурах окружающей среды, когда не требуется обогрева корпуса 10 всасывающего фильтра 2, нагретый сжатый воздух после процесса регенерации адсорберов 6 или 7 по трубопроводу 18 через регулирующий клапан 19 выбрасывается непосредственно в атмосферу. Капельная же влага, выбрасываемая с регенерирующим воздухом в атмосферу и частично вновь поступающая с атмосферным воздухом во всасывающий фильтр 2 компрессора 3, пройдя штуцер 14, ударяется об отражательную перегородку 16, накапливается в днище 11 и посредством конденсатоотводчика 15 выбрасывается наружу.

Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что снабжение адсорберов термоэлектрическим генератором позволяет, используя тепловой потенциал отрегенерированного сжатого воздуха, снизить энергозатраты на дежурное освещение кузова подъемно-копающего механизма и/или сократить затраты электроэнергии на питание автоматизированной системы управления осушкой сжатого воздуха, что в конечном итоге повышает эффективность работы экскаваторов и кранов в целом.