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 2400598, МПК Е02F 9/22, опубл. 27.09.2010), содержащее компрессор, масловлагоотделитель и ресивер, пневматически последовательно соединенные между собой, а выход ресивера пневматически подключен к выходам адсорбентов с равномерно распределенными подогревателями, и выводы адсорбентов пневматически подключены к потребителю, при этом компрессор снабжен всасывающим фильтром, содержащим конус 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.

Недостатком является снижение качества сушки сжатого воздуха из-за термического разрушения зерен адсорбентов, контактирующих с равномерно распределенными подогревателями по объему адсорбера, что приводит к ухудшению работы как пневмооборудования, так и в целом подъемно-копательных механизмов.

Известно устройство управления подъемно-копающими механизмами (см. патент РФ №2487216, МПК Е02F 9/22, B 01 D 53/26, опубл. 10.07.2013), содержащее компрессор, масловлагоотделитель и ресивер, пневматически последовательно соединенные между собой, а выход ресивера пневматически подсоединен ко входам адсорбентов с равномерно распределенными подогревателями, и выводы адсорбентов 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 адсорбентами и штуцером вывода в атмосферу обогревающего отрегенерированного воздуха, причем равномерно распределенные подогреватели в адсорбентах от зерен адсорбента отделены перегородками, при этом каждая из перегородок выполнена из биметалла, материал биметалла со стороны подогревателя имеет коэффициент теплопроводности в 2,0 - 2,5 раза выше, чем материал со стороны зерен адсорбента.

Недостатком является снижение эффективной работы пневматической системы управления вследствие ухудшения качества осушки сжатого воздуха, обусловленного наличием «проскока» части неосушенного воздуха через разреженную объемную массу зерен адсорбента, определяемую их механическим разрушением под воздействием ударно-механических нагрузок на находящиеся в кузове подъемно-копающих механизмов адсорберы, что связано со спецификой эксплуатации экскаваторов и кранов.

Технической задачей является поддержание эффективной работы при длительной эксплуатации устройства подъемно-копающими механизмами за счет обеспечения заданного количества сжатого воздуха при обеспечении нормированной объемной массы адсорбента вследствие устранения «витания» разрушающихся зерен путем постоянного уплотнения адсорбента, перемещающихся под воздействием предварительно сжатой пружины.

Технический результат достигается тем, что устройство управления подъемно-копающими механизмами содержит компрессор, масловлагоотделитель и ресивер, пневматически последовательно соединенные между собой, а выход ресивера пневматически подсоединен ко входам адсорбентов с равномерно распределенными подогревателями, и выводы адсорбентов 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 отрегенерируемого воздуха посредством трубопровода и регулирующего клапана с адсорбентами и штуцером вывода в атмосферу обогревающего отрегенерированного воздуха, причем равномерно распределенные подогреватели в адсорбентах от зерен адсорбента отделены перегородками, при этом каждая из перегородок выполнена из биметалла, материал биметалла со стороны подогревателя имеет коэффициент теплопроводности в 2,0 - 2,5 раза выше, чем материал со стороны зерен адсорбента, при этом перегородки для отделения подогревателей в адсорбентах от зерен адсорбента выполнены с возможностью вертикального перемещения в направлении адсорбента и со стороны подогревателей соединены пружинами, которые находятся в состоянии сжатия.

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; на фиг.4 - один из адсорберов с перемешивающими перегородками, соединенными пружинами, которые находятся в состоянии сжатия.

Устройство состоит из соединенных последовательно системой трубопроводов (воздуховодов) 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, штуцер ввода очищаемого воздуха 15, расположенный в отверстии 12 конического днища 11, отражательную перегородку 16, штуцер ввода обогревающего воздуха 17, трубопровод 18, соединяющий через регулирующий клапан 19 штуцер 17 с адсорберами 6 и 7, штуцера 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.

Подогреватели 8 в двух циклично работающих адсорберах 6 и 7 от зерен адсорбента 27 отделяют перегородками 28, каждая из которых выполнена из биметалла, причем материал 29 со стороны подогревателя 8 имеет коэффициент теплопроводности (например, коэффициент теплопроводности алюминия равен 0,27 Вт/(м·г), см., Нащекин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М., 1980. - 469 с. ил.) в 2,0 - 2,5 раза выше, чем материал 30 (например, коэффициент теплопроводности латуни равен 85 Вт/(м·г)) со стороны зерен адсорбента 27.

Перегородки 28 для отделения подогревателей 8 в адсорберах 6 и 7 от зерен адсорбента 27 выполнены с возможностью вертикального перемещения в направлении адсорбера 27 и со стороны подогревателей 8 соединены с пружинами 31, которые находятся в состоянии сжатия.

Устройство работает следующим образом.

Специфика эксплуатации подъемно-копающих механизмов, например экскаваторов и кранов, обусловлена переменными в течение рабочей смены ударно-вибрационными воздействиями на кузов и, соответственно, на адсорбенты 6 и 7, находящиеся в нем, что приводит к механическому разрушению зерна адсорбента 27, переходя в пылеобразное состояние, уменьшают объемную массу в адсорбентах 6 и 7. Это приводит к «проскоку» без адсорбирующего поглощения паров влаги части осушаемого воздуха, поступающего к пневмооборудованию, с последующим снижением эффективности работы подъемно-копающих механизмов. Одновременно пылеобразные частицы механически разрушенных зерен адсорбента 27 в образовавшемся свободном объеме адсорберов 6 и 7 «витают» в потоке осушаемого воздуха, создавая дополнительное аэродинамическое сопротивление, и поступают к пневмопотребителям, что также ухудшает их работу, для осуществления заданных условий осушки воздуха, поступающего в адсорберы 6 и 7. При необходимом механическом разрушении и соответственном уменьшении объемной массы зерен адсорбента 27 осуществляется поддержание нормированной плотности путем перемещения перегородок 28 под воздействием разжимающихся пружин 31, которые расположены между подогревателями 8 и в начальном состоянии были сжаты. Следовательно, по мере уменьшения объема, занимаемого зернами адсорбента 27 при механическом разрушении, перегородки 31, перемещающиеся в сторону адсорбента 27, поддерживают нормированную плотность и, как следствие, качество осушаемого воздуха.

Кроме того, известно, что при температуре воздуха или газа в процессе регенерации адсорбента и особенно при непосредственном контакте зерен адсорбента с подогревателем наблюдается термическое их разрушение путем растрескивания (см., например, Серпионова Е.Н. Промышленная адсорбция газов и паров. М.: Высшая школа, 1989. - 368 с. ил.). В результате резко снижается качество очистки сжатого воздуха и эксплуатационная надежность в целом устройства управления подъемно-капающими механизмами. При устранении непосредственного контакта зерен адсорбента 27 и подогревателей 8 путем использования перегородок 28 из биметалла наблюдается перераспределение теплового потока, т.к. теплопроводность материала 29 более высокая, то теплота от подогревателя 8 достаточно быстро передается по материалу 29 перегородки 28, а после контакта с материалом 30 снижается скорость распространения теплового потока (см., например, стр.40. Цой П.В. Методы расчета отдельных задач тепломассопереноса. М.: Энергия, 1971. - 384 с., ил.). Это приводит к равномерности прогрева зерен адсорбента с постепенно возрастающим градиентом температур до нормированных значений, например 100°С, т.е. поддерживать заданный процесс регенерации, предотвращающий термическое разрушение зерен адсорбента.

Кроме того, выполнение перегородки 28 из биметалла приводит при прохождении через нее теплового потока к образованию термовибрации (см., например, Дмитриев В.Г. Биметаллы. Пермь, 1990. - 297 с. ил.). Это препятствует налипанию зерен адсорбента на перегородку 28, а в процессе термовибрации точки соприкосновения перегородки 28 с зернами адсорбента непрерывно перемешиваются по их поверхности, что практически увеличивает температурное напряжение, способствующее разрушению адсорбента.

Специфика условий эксплуатации подъемно-копающих механизмов обусловлена наличием значительного количества твердых частиц технологической и атмосферной пыли во всасываемом компрессором 3 атмосферном воздухе, поэтому в начале его работы данная смесь воздуха и массы загрязнений перемещается к штуцеру ввода очищаемого воздуха 14 и контактирует с сеткой 26, при этом крупные частицы отделяются от потока, а более мелкие через проходное 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 перемещается по криволинейным канавкам 22, где загрязнения 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 закручиваемого атмосферного воздуха, выходя из штуцера ввода очищаемого воздуха 14, выполненного в виде суживающегося сопла, ударяются об отражательную перегородку 16. В результате контакта всасываемого 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 воздуховоду 1 поступает на сжатие в копрессор 3, после чего через маслоотделитель 4, ресивер 5 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 по 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 второго элемента 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 всасывающий фильтр 2 выносится наружу из кузовного помещения. В результате при низких температурах окружающей среды и особенно при метелях, наличии инея или дождя наблюдается наличие 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 предполагаемая конструкция всасывающего фильтра 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 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 и 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 на днище 11 и посредством конденсатоотводчика 15 выбрасывается наружу

Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что в условиях ударно-вибрационного воздействия на адсорберы и последующего механического разрушения зерен адсорбента, обусловленных спецификой эксплуатации экскаваторов и кранов, обеспечивается эффективность работы устройства управления подъемно-копающими механизмами путем поддержания заданного количества сжатого воздуха за счет постоянной нормированной объемной массовой концентрации адсорбента при перемещении перегородок под воздействием разжимающей пружины, находящейся в начальном сжатом состоянии.