Metodyka bada układu hydraulicznego sekcji obudowy zmechanizowanej

Transkrypt

1 Dr in. Włodzimierz Madejczyk Instytut Techniki Górniczej KOMAG Metodyka bada układu hydraulicznego sekcji obudowy zmechanizowanej S t r e s z c z e n i e Z dowiadcze ruchowych pracy układu hydraulicznego sekcji obudowy zmechanizowanej wynika, e stosunkowo czsto wystpuj przypadki jego wadliwego funkcjonowania. W artykule przedstawiono metodyk bada układu hydraulicznego sekcji obudowy zmechanizowanej w celu sprawdzenia prawidłowoci pracy tego układu. Jest to propozycja wynikajca z dotychczasowych dowiadcze Laboratorium Bada ITG KOMAG. S u m m a r y From the powered roof support hydraulic system operational experience it results that quite often there are the cases of the system malfunctioning. The methodology for testing the hydraulic system of powered roof support to verify operational correctness of the system is presented in the paper. The methodology is a proposal resulting from the experience of KOMAG Laboratory of Testing. 1. Wprowadzenie Z dowiadcze ruchowych pracy układu hydraulicznego sekcji obudowy zmechanizowanej wynika, e stosunkowo czsto wystpuj przypadki jego wadliwego funkcjonowania. Złe funkcjonowanie układu hydraulicznego objawia si: utrat szczelnoci przestrzeni podtłokowej stojaka hydraulicznego, utrat szczelnoci zaworów wskutek zbyt czstego ich otwierania, uszkodzeniami manometrów kontrolnych, brakiem płynnoci ruchu podczas zsuwania i wysuwania siłowników hydraulicznych. Prawdopodobn przyczyn wikszoci tych zjawisk jest powstawanie w przestrzeni roboczej zaworu szybkozmiennych przebiegów cinienia, o znacznej amplitudzie. Ponadto brak płynnoci ruchu rdzenników siłowników, moe by spowodowany zbyt duymi oporami ruchu, w wyniku zastosowania rozdzielaczy hydraulicznych o nieodpowiednich charakterystykach. W zwizku z powyszym, oprócz bada stanowiskowych poszczególnych elementów układu hydraulicznego dla potrzeb certyfikacji, zachodzi konieczno przeprowadzania bada całego układu hydraulicznego sekcji budowy zmechanizowanej w celu sprawdzenia prawidłowoci jego funkcjonowania i ewentualnej korekty doboru jego poszczególnych elementów. W Laboratorium Bada Instytutu Techniki Górniczej KOMAG w Gliwicach prowadzone s badania obejmujce cały zakres wyej wymienionej problematyki. 2. Metodyka bada układu hydraulicznego Elementy układu hydraulicznego sekcji obudowy zmechanizowanej przeznaczone do uytkowania powinny spełnia wymagania norm zharmonizowanych PN-EN [6] i PN-EN [7]. Proponowana metodyka bada przedstawiona w niniejszym artykule jest tylko uzupełnieniem zakresu bada według wyej wymienionych norm w celu sprawdzenia działania układu hydraulicznego o okrelonej konfiguracji. Na podstawie wieloletnich dowiadcze zebranych w trakcie bada prowadzonych w Laboratorium Bada ITG KOMAG, opisanych w [1, 2 i 3] proponuje si przyj sposób sprawdzania układu sterowania hydraulicznego sekcji obudowy zmechanizowanej według poniszej metodyki Szczelno Przed przystpieniem do bada układu hydraulicznego, naley sprawdzi szczelno badanych zaworów: przelewowego (typu A) - przy cinieniu równym 95% cinienia roboczego, przez okres 5 minut. Spadek cinienia nie powinien by wikszy od 2% zadanej wartoci cinienia (próba ta jest zbiena z pkt. A PN-EN A1:1), zwrotnego (typu B) - przy maksymalnym, dopuszczalnym cinieniu uytkowania przez okres 5 minut. Spadek cinienia nie powinien by wikszy od 2% zadanej wartoci cinienia (próba ta jest zbiena z pkt. A PN-EN A1:1), rozdzielacza (typu C) - przy maksymalnym, dopuszczalnym cinieniu uytkowania przez okres 5 minut. Spadek cinienia nie powinien by MASZYNY GÓRNICZE 1/13 11

2 wikszy od 2% zadanej wartoci cinienia (próba ta jest zbiena z pkt.a PN-EN A1:1). Wyniki prób szczelnoci dla wszystkich zaworów powinny by pozytywne Próba wzbudzania zaworu zwrotnego Pod pojciem wzbudzania zaworu zwrotnego rozumie si zjawisko wystpowania w przewodzie zamykanym przez zawór szybkozmiennych przebiegów czasowych cinienia o znacznej amplitudzie, spowodowanych sterowaniem zaworem. Prób wzbudzania zaworu zwrotnego naley przeprowadzi w okrelonym układzie hydraulicznym sekcji obudowy w stanowisku badawczym z zastosowaniem całej sekcji obudowy bd, wyodrbniajc stojak hydrauliczny z hydraulicznym układem podpornociowym. W Laboratorium Bada próby tego typu s przeprowadzane jako badania kompletnej sekcji obudowy zmechanizowanej w stanowisku do bada obudów zmechanizowanych, bd badania stojaka z hydraulicznym układem podpornociowym na stanowisku do bada stojaków hydraulicznych. Zasad działania sterowanego zaworu zwrotnego, wchodzcego w skład podstawowego układu sterowania stojaka hydraulicznego pokazanego na rysunku 1 przedstawiono poniej [4]. Rys.1. Podstawowy układ sterowania stojaka hydraulicznego i schemat zaworu zwrotnego sterowanego: 1 - zawór zwrotny sterowany, 2 - zawór upustowy (ograniczajcy cinienie), 3 - manometr, 4 - rozdzielacz Zawór zwrotny (rys. 1b) jest sterowany tłoczkiem zasilanym rónic cinie pomidzy przestrzeniami pod tłoczkiem i nad tłoczkiem. Iloraz powierzchni przekroju zaworu zwrotnego (S z ) i powierzchni tłoczka sterujcego (S t ) wynosi,3, co zapewnia prawidłowe działanie zaworu, pod warunkiem wystpienia cinienia w przewodzie spływowym o wartoci zblionej do zera. Wystpowanie w przewodzie spływowym cinienia o wartoci zblionej do cinienia roboczego, powoduje zamknicie przepływu. Jak wykazano w [8] chwilowy wzrost cinienia na spływie, a nastpnie jego spadek moe prowadzi do wzrostu cinienia w przewodzie łczcym przestrze podtłokow stojaka z zaworem zwrotnym sterowanym. Badania stanowiskowe maj na celu sprawdzenie wpływu przesterowania zaworu na warto cinienia w przestrzeni podtłokowej stojaka, dla rónych wartoci cinienia zasilania w procesie rabowania sekcji oraz rónych konfiguracji układu sterowania. Badania tego typu przeprowadzono midzy innymi na stanowisku do bada stojaków hydraulicznych przy obcieniu statycznym. Schemat stanowiska badawczego przedstawiono na rysunku 2. Przedmiotem bada był układ sterowania dwuteleskopowego stojaka hydraulicznego o rednicy tłoka 1 stopnia wynoszcej Ø25 mm. Stojak rozpierano pomidzy ram stanowiska a siłownikiem pomocniczym o rednicy Ø41 mm, zasilajc przestrze podtłokow ciecz hydrauliczn a do uzyskania przez stojak podpornoci wstpnej. W trakcie bada siłownik rozpierano a do uzyskania cinienia roboczego w przestrzeni podtłokowej w 1 stopniu stojaka badanego. Po uzyskaniu podpornoci roboczej badany stojak rabowano sterujc rozdzielaczem hydraulicznym (poz. 4 rys. 1) i obserwowano warto zmian cinienia w przestrzeni podtłokowej oraz w przestrzeni nadtłokowej stojaka za pomoc przetworników cinienia (poz. 4 i 5 rys. 2). Próby takie mona równie prowadzi jako badania kompletnej sekcji obudowy na stanowisku do bada sekcji przy obcieniu statycznym. Przykład zarejestrowanych przebiegów czasowych cinienia przestawiono na rysunku 3. Zarejestrowane wyniki mona przedstawi w formie tabelarycznej z uwzgldnieniem nastpujcych wartoci: p pt - cinienie pod tłokiem, p nt - cinienie nad tłokiem, p max - maksymalne cinienie uzyskane w próbie, p max /p pt,*1 - procentowy przyrost cinienia w trakcie rabowania. Dla skonfigurowania właciwego układu hydraulicznego naley dobra zawór zwrotny sterowany o moliwie najmniejszym, procentowym przyrocie cinienia pod tłokiem stojaka, bd innego badanego siłownika w trakcie jego rabowania. Cinienie to nie powinno powodowa otwierania si zaworów przelewowych układu podpornociowego. 12 MASZYNY GÓRNICZE 1/13

3 p [MPa] 6 nr wew. 5 Rys.2. Schemat stanowiska badawczego [5] p [MPa] p nt 3 p pt 1 1,3 1,35 1,4 1,45 t [s] t [s] Próby przesterowania siłowników Rys.3. Przebiegi czasowe cinienia w przestrzeniach nad i podtłokowej stojaka podczas przełczania zaworu zwrotnego sterowanego [4] Próby przesterowania siłowników hydraulicznych naley wykona w kompletnym układzie hydraulicznym sekcji obudowy zmechanizowanej. Naley wykona próby przesterowania (wysuwanie i rabowanie) stojaka hydraulicznego i pozostałych siłowników hydraulicznych według nastpujcej kolejnoci: zasili przestrze podtłokow badanego siłownika, po całkowitym rozsuniciu siłownika przesterowa kierunek zasilania siłownika na rabowanie, w czasie prób mierzy cinienie w przestrzeni nadtłokowej i podtłokowej, i sprawdzi płynno wysuwu i zsuwu badanego siłownika. Rys.4. Przebieg czasowy cinienia dla przesterowania siłownika osłony czoła ciany podczas rozpierania i rabowania [1] MASZYNY GÓRNICZE 1/13 13

4 Przykładowy przebieg czasowy cinienia podczas próby przesterowania siłownika osłony czoła ciany (wysuwanie i rabowanie) przedstawiono na rysunku 4. Badania przeprowadzono stosujc w układzie hydraulicznym 2 typy kaset rozdzielaczy hydraulicznych. 3 p [MPa] 1 A - T DN1 1 2 Podczas próby wysuwania siłownika osłony czoła ciany, stwierdzono wzrost cinienia w przestrzeni nadtłokowej (cz B rys. 4) przy uyciu rozdzielacza starego typu. Nie stwierdzono wzrostu cinienia powyej cinienia zasilania podczas próby z uyciem rozdzielacza nowego typu. Prawdopodobn przyczyn zaobserwowanego zjawiska jest nieodpowiedni dobór rozdzielacza układu hydraulicznego. W zwizku powyszym naley wyznaczy charakterystyki rozdzielaczy i dobra do rozpatrywanego układu hydraulicznego rozdzielacz umoliwiajcy płynn prac przesterowywanych siłowników nie powodujcy nadmiernego wzrostu cinienia. Naley wykona równie prób jednoczesnego przesterowania kilku siłowników w celu sprawdzenia czy w tym wypadku wszystkie siłowniki realizuj zadane funkcje, a sterowanie nimi jest niezalene od działania pozostałych siłowników układu Wyznaczanie charakterystyk rozdzielaczy hydraulicznych W przypadku stwierdzenia braku płynnoci ruchu rdzenników podczas przesterowania, gdy cinienie zasilania było mniejsze od cinienia w przestrzeni podtłokowej sterowanego siłownika, naley wyznaczy charakterystyki rozdzielaczy. W tym celu naley wykona pomiary natenia przepływu Q czynnika roboczego oraz okreli odpowiadajcy mu spadek cinienia p na badanych rozdzielaczach. Charakterystyki p (Q) naley wyznaczy dla dróg: P-A tj. od magistrali zasilajcej do odbiornika, A-T tj. od odbiornika do magistrali spływowej. Przykładowe wyniki pomiarów przedstawiono na rysunku 5. Znaczne ograniczenie przepustowoci rozdzielaczy powoduje multiplikacj cinienia w przestrzeniach nadtłokowych siłowników hydraulicznych sekcji, co skutkuje ich powoln prac i blokowaniem si i moe by przyczyn czstego otwierania si zaworów przelewowych. Nadmierne zmniejszanie oporów przepływu w elementach układu hydraulicznego moe by jednak niekorzystne z uwagi na wystpowanie dynamicznych zmian cinienia w przestrzeni nadtłokowej i podtłokowej podczas rozpierania stojaka [5]. 1 3 t 4 [s] 3 p [MPa] 1 - nowy typ kasety 2 - stary typ kasety Q [l/min] 1 Rys.5. Wykresy spadku ciniep w funkcji czasu i natenia przepływu Q przez rozdzielacze, dla kierunku przepływu A-T [2] 2.5. Wyznaczanie minimalnego cinienia rabowania Warto cinienia rabowania w zaworach zwrotnych sterowanych zazwyczaj stanowi ok. 3% wartoci cinienia w przestrzeni podtłokowej stojaka. W trakcie prowadzonych bada stwierdzono wystpienie wyej wymienionego cinienia na poziomie 1% wartoci cinienia w przestrzeni podtłokowej stojaka, co powodowało otwarcie zaworu zwrotnego ju przy cinieniu 3, MPa. Moe to skutkowa niekontrolowanym rabowaniem sekcji. W celu zastosowania właciwego zaworu zwrotnego sterowanego naley wyznaczy warto minimalnego cinienia rabowania dla zaworów przeznaczonych do układu podpornociowego i stwierdzi, czy iloraz cinienia w przestrzeni podtłokowej i cinienia rabowania jest właciwy oraz czy warto cinienia rabowania ma warto wiksz od cinienia w magistrali spływowej. Przykład przebiegu czasowego cinienia przedstawiono na rysunku 6. Rys.6. Wyznaczanie minimalnego cinienia rabowania. Przebiegi czasowe cinienia [3] 14 MASZYNY GÓRNICZE 1/13

5 2.6. Pomiar wartoci siły niezbdnej do przesterowania rozdzielacza Pomiar wartoci siły niezbdnej przesterowania rozdzielacza naley wykona przy cinieniu roboczym doprowadzonym do rozdzielacza. Dla prawidłowego sterowania zgodnie z wymogami normowymi, warto wymaganej siły rcznego sterowania przyłoonej do dwigni elementu hydraulicznego układu sterowania powinna mieci si w przedziale <1, 16> N Ocena układu hydraulicznego Naley dokona oceny otrzymanych wyników bada i doboru elementów układu hydraulicznego spełniajcego oczekiwania uytkownika. 3. Podsumowanie Wszystkie zawory bdce elementami układu hydraulicznego sekcji obudowy zmechanizowanej powinny spełnia wymagania normy PN-EN w aspekcie maksymalnego cinienia podczas próby przełczania. Zalecane jest jednak prowadzenie bada całego układu hydraulicznego celem ograniczenia niekorzystnego zjawiska wzrostu cinienia z nastpujcych powodów: zgodnie z norm PN-EN 184-3, zawory zaliczone do zaworów typu B i C, podczas przesterowania nie mog powodowa wzrostu cinienia powyej 1,5 krotnoci wartoci maksymalnego dopuszczalnego cinienia uytkowania. Ze wzgldu na mał rónic pomidzy cinieniem nastawy zaworu przelewowego, np. 34 MPa, a cinieniem zasilania o wartoci najczciej do 3 MPa, istnieje jednak due prawdopodobiestwo otwierania si zaworu w trakcie pracy, pomimo spełnionego wyej warunku, zawory spełniajce wyej wymieniony warunek mog by równie przyczyn zniszczenia wskaników manometrycznych (zazwyczaj zakres pomiarowy manometrów wynosi do 6 MPa), znaczne ograniczenie przepustowoci rozdzielacza powoduje multiplikacj cinienia w przestrzeniach nadtłokowych siłowników hydraulicznych sekcji, co w dalszej kolejnoci skutkuje ich powoln prac i blokowaniem si oraz moe by przyczyn czstego otwierania si zaworów przelewowych, jak wykazano w [5], z uwagi na wystpowanie dynamicznych zmian cinienia w przestrzeni nadtłokowej i podtłokowej podczas rozpierania stojaka, niekorzystne jest stosowanie rozdzielacza o niewielkich oporach przepływu. Przedstawiona metodyka bada w celu sprawdzenia prawidłowoci pracy układu hydraulicznego sekcji obudowy zmechanizowanej jest propozycj wynikajc z dotychczasowych dowiadcze. Badania naley prowadzi dla rónych konfiguracji układów zasilania przestrzeni nadtłokowej stojaka hydraulicznego np. z dodatkowo zamontowanym zaworem zwrotnym i dławicym. Analiza otrzymanych wyników pozwala okreli wpływ konfiguracji układu zasilania przestrzeni nadtłokowej na zmiany cinienia w przestrzeni podtłokowej podczas rabowania stojaka. Literatura 1. Badania układu hydraulicznego sekcji obudowy TAGOR-12/31/BS i TAGOR-12/31-POz/BS/S. Cz I. Sprawozdanie nr 149/DLB-2/11. Laboratorium Bada ITG KOMAG, Gliwice, listopad 11 (materiały nie publikowane). 2. Badania układu hydraulicznego sekcji obudowy TAGOR-12/31/BS i TAGOR-12/31-POz/BS/S. Cz II. Sprawozdanie nr 149/DLB-2/11. Laboratorium Bada ITG KOMAG, Gliwice, listopad 11 (materiały nie publikowane). 3. Badania układu hydraulicznego sekcji obudowy JZR-11/25-POz. Sprawozdanie nr 155/DLB- 2/12. Laboratorium Bada ITG KOMAG, Gliwice, listopad 12 (materiały nie publikowane). 4. Czubaszek J., Madejczyk W.: Badania układu sterowania sekcji obudowy zmechanizowanej. Hydraulika i Pneumatyka 12, nr 2, s Czubaszek J., Szweda S.: Badania zmian cinienia w układzie hydraulicznym sekcji obudowy zmechanizowanej. Maszyny Górnicze 12, nr 4, s PN-EN A1:12 Maszyny dla górnictwa podziemnego - Wymagania bezpieczestwa dla obudowy zmechanizowanej - Cz 2: Stojaki i pozostałe siłowniki. 7. PN-EN A1:12 Maszyny dla górnictwa podziemnego - Wymagania bezpieczestwa dla obudowy zmechanizowanej - Cz 3: Hydrauliczne układy sterowania. 8. Stoiski K.; Pytlik A.; Szymała J.: Uderzenia hydrauliczne powstałe w elementach hydrauliki sterujcej zmechanizowanej obudowy cianowej. Maszyny Górnicze 7, nr 3, s Artykuł wpłynł do redakcji w marcu 13 r. MASZYNY GÓRNICZE 1/13 15