На предприятиях нерудной промышленности и во многих областях строительства разрабатываются карьеры со значительным содержанием крупных камней и валунов. Попадая в трубопроводы и землесос, они застревают там, что приводит к значительным простоям земснарядов. Удаление негабарита производится вручную, работа эта очень трудоемка. Обрушение забоев и обвалы их на всасывающую трубу обусловливают ка-витационвые режимы работы. Попадание негабарита в рабочее колесо вызывает сильную вибрацию землесоса за счет де-баланса. В итоге кавитация и вибрационная нагрузка приводят к преждевременному износу всей машины и к большим затратам на ремонтные работы.

Оборудование земснарядов системами автоматической стабилизации гидротранспортирования может значительно повысить производительность, облегчить условия труда обслуживающего персонала и уменьшить износ оборудования.

Создание такой системы, работающей с достаточной надежностью,— задача сложная. Создано и испытано в производственных условиях много конструкций устройств защиты землесосов от негабаритных включений, однако они не получили значительного распространения в практике гидротранспорта и гидромеханизации. Над внедрением устройств защиты и систем стабилизации гидротранспортирования по трубопроводам песчано-гравийных материалов и грунтов продолжают работать специализированные проектно-конструкторские организации Минэнерго и других отраслей.

Промтрансниипроектом в течение ряда лет проводились опытно-промышленные исследования новых устройств для стабилизации работы гидротранспортных установок в промышленности строительных материалов. Создана система для автоматической стабилизации процесса гидротранспортирования грунта из засоренных и сложных забоев земснарядами 350-50JT. При использовании этой системы стабильное гидротранспортирование автоматически обеспечивается поддержанием постоянной пропускной способности трубопроводов. В этих целях осуществляется защита землесоса от попадания в него негабаритных включений, удаление их в случае проникания во всасывающую трубу, предупреждается переход в кавитационный режим, ограничивается концентрация гидросмеси при угрозах закупорки трубопроводов, обеспечивается доступ воды в трубопровод при завале всаса породой или обрушения на него забоя.

Система состоит из автономных блоков (рис. 1.18). В ее комплект входят: гидравлический аппарат, являющийся механизмом защиты, предохраняющим землесос от попадания в него негабаритных включений и удаляющим их из трубопровода; гидроприводная установка, осуществляющая силовой привод механизма защиты; релейный блок автоматического управления системой с приборами-датчиками; коммутационная аппаратура подключения автономных блоков.

Рис. 1.18. Схема системы автоматической стабилизации процесса гидротранспортирования грунта

Гидравлический аппарат размещается на всасывающем трубопроводе на затопленном участке, который находится на раме, либо на участке трубопровода в машинном отделении перед землесосом. Во втором случае для сброса негабарита в водоем устройство помещается над шахтным патрубком, который встраивается в днище корпуса земснаряда; для устранения подсоса воздуха устройство закрывается герметическим кожухом.

Гидравлический аппарат (рис. 1.19) выполнен в виде патрубка-корпуса диаметром 600 мм, в котором встроены сменные заградительные стержни-пластины обтекаемого профиля, перегораживающие сечение трубы соответственно размерам проходных отверстий рабочего колеса. В крышке корпуса имеется овальное отверстие, перекрытое плитой-клапаном, соединенным с траверсой, перемещаемой штоком гидроцилиндра.

Рис. 1.19. Гидравлический аппарат системы АСТ-600

В днище корпуса имеется люк с двумя створками 5, связанными тягами с траверсой.

Гидроприводная установка состоит из маслонасоса НШ-46У с электродвигателем, предохранительного клапана Г-52-14, реверсивного распределителя с электрогидравлическим управлением 6ЧПГ73-24. Вся аппаратура — типовая, применяемая в приводах строительных машин.

Блок автоматического управления собран по релейной схеме. Он позволяет осуществлять как автоматическое, так и ручное дистанционное управление механизмом защиты.

Основные контрольно-измерительные приборы расположены в рубке земснаряда.

Система работает следующим образом. При попадании на заградительные стержни негабаритных включений проходное сечение уменьшается, и поэтому возрастают потери давления (вакуума). Вакуум же в зоне перед заграждением уменьшается. Перепад давления фиксируется дифференциальным реле давления, которое сигнализирует о наличии засорения. При подаче сигнала включается гидроприводная установка и срабатывает гидроцилиндр. При этом клапан, действуя как пресс-плита, опускается вниз скользя по заградительным стержням, сжимает застрявшие предметы и выталкивает их наружу. При опускании плиты-клапана открывается верхнии люк и входящим через него поток воды проходит через байпас всасывающего трубопровода, что обеспечивает непрерывность транспортного процесса и облегчает вывод негабарита через открытые створки люка в днище Затем блок автоматики реверсирует движение гидроцилиндра плита-клапан поднимается в исходное положение, и створки люка в днище закрываются, подается сигнал о завершении цикла очистки и готовности системы к его повторению.

Функции защиты землесоса от кавитации при завалах всасывающей трубы и от заиления при движении гидросмеси в трубопроводах сложной трассы или в условиях недостаточности напора осуществляются системой стабилизации по сигналам блока контрольных датчиков. При поступлении сигнала о таких явлениях система, срабатывая, открывает гидравлический аппарат, поток воды через него свободно поступает в землесос и трубопровод, устраняя кавитацию землесоса или предупреждая начинающееся заиление на участке трубопровода. Сложность создания эффективной системы стабилизации обусловливается необходимостью удовлетворения одновременно разным требованиям, что может быть достигнуто лишь противоположными техническими решениями. Система должна обеспечивать: удаление плавающих негабаритных включений из люка во время всасывания через него воды; высокое быстродействие при сохранении инерционности потока во избежание гидравлических ударов; надежность защиты при минимальном числе срабатываний для сохранения производительности; прочность защитного устройства, устанавливаемого в сечении трубопровода, являющегося проходным (чтобы гидравлические сопротивления были минимальными, детали заграждения, задерживающие негабарит, не должны мешать движению потока) и т. д.

В системе стабилизации АСТ-600 заложены принципиально новые решения, которые позволяют удовлетворить вышеуказанному комплексу требований.

Главная функция в новой системе АСТ-600 — автоматическое удаление негабарита без остановки земснаряда — обеспечивается принудительной очисткой заградительных стержней в гидравлическом аппарате пресс-плитой, которая одновременно является плитой-клапаном, открывающим при своем движении доступ потока воды во всасывающий трубопровод параллельно потоку пульпы, идущему в трубопровод из забоя. При открытом клапане поток воды поступает через верхнее отверстие (окно) аппарата, резко уменьшая скорость потока, поступающего в аппарат из нижней его части и из трубопровода. Для облегчения срабатывания механизма система снабжена специальным регулятором давления, который производит кратковременный впуск воздуха для резкого уменьшения давления (вакуума) в трубопроводе. Это очень важное обстоятельство для работы системы. Поскольку уменьшается перепад давления воды в аппарате и окружающей среде, облегчается открытие створок люка и выпадение плавучего негабарита при выталкивании его пресс-плитой из люка (так как нет большого встречного потока воды).

Рассмотрим схему регулятора, представленную на рис. 1.20. Регулятор содержит датчик давления, подключенный к всасывающему трубопроводу гидротранспортной системы (объект регулирования), к нему же подключен исполнительный механизм регулятора — подпружиненный клапан. Корпус клапанного устройства выполнен в виде гильзы, внутри которой встроен клапан с пружиной, сила натяжения которой регулируется гайками. Сверху гильза закрыта крышкой. Сбоку корпуса имеется входной патрубок воздушной магистрали, закрытый запорным органом, представляющим собой кран с электромагнитным или другим видом электроуправляемого привода. Блок управления этим приводом соединен с выходом элемента сравнения и с выходом реле времени, вход которого соединен с датчиком давления. Регулятор включается в общую систему автоматического управления гидротранспортной установкой или гидротранспортной системой земснаряда. При подаче сигнала от датчика о нарушении режима транспортирования включается исполнительный механизм системы автоматической защиты (на чертеже не показан), одновременно сигнал поступает на включение реле времени и элемента сравнения, а от него — на блок управления, который открывает кран, в результате чего воздух поступает во внутрь клапанной коробки.

Рис. 1.20. Принципиальная схема регулятора давления в трубопроводе гидротранспортной системы

Рассматриваемое устройство за счет впуска воздуха должно обеспечивать повышение давления (уменьшение вакуума) в трубопроводе гидротранспортной системы до требуемой величины для срабатывания механизма защиты. Для регулирования и настройки этой величины служит клапан. Процесс впуска воздуха будет продолжаться, пока реле времени не закроет входной патрубок. Реле времени настраивается на продолжительность срабатывания механизма защиты или на допустимое время процесса пуска воздуха. Так, при работе в устройстве автоматической защиты гидротранспортной системы от негабаритных включений настройка реле времени соответствует необходимой продолжительности срабатывания механизма, открывающего люк, через который удаляется негабарит; при работе регулятора в системе автоматической защиты насоса от кавитации — продолжительности срабатывания механизма подъема (отрыва) всасывающей трубы землесоса от забоя и т. д. По истечении заданного времени реле, срабатывая, выдает сигнал блоку управления на закрытие крана. Этим действием заканчивается рабочий цикл впуска воздуха.

Другим важным фактором эффективной работы системы АСТ-600 является применение автоматического реверсирования движения (хода) механизма гидравлического аппарата при возникновении в механизме повышенных сопротивлений или его заклинивании. Такие явления часто имеют место при работе системы. Они возникают при застревании нескольких валунов в аппарате, попадании длинномерных включений между створками люка и т. п. В этих условиях сложно обеспечить надежность механизма только за счет прочности конструкции, особенно когда требования минимальных гидравлических сопротивлений лимитируют габариты. В разработанной системе задача решается автоматической защитой-реверсом движения. Кроме предупреждения поломок, автоматическая защита при обратном движении зачастую устраняет и самозаклинивание механизма. Принципиальная схема устройства системы автоматики показана на рис. 1.21.

Рис. 1.21. Принципиальная схема устройства системы АСТ-600 Условные обозначения

Опытно-промышленные образцы устройств системы прошли производственные испытания на строительных объектах с гидромеханизированным транспортированием материалов, а также на карьере Вышневолоцкого ГОКа Главмоспромстроиматериа-лов при добыче и транспортировании песчано-гравийных смесей.

Производственными испытаниями подтверждены проектные параметры и работоспособность заданной программы. Величина оптимального быстродействия (продолжительность рабочего цикла) составляет 12—14 с. Установлено, что для осуществления функций защиты землесоса от негабарита достаточна установка в гидравлическом аппарате одного центрального заградительного стержня и боковых обтекателей. Такая система может быть применена на трубопроводах диаметром 400 и 600 мм, по которым перекачивают пульпу землесосы 16ГрУ, ЗГМ-2М и 20Р-11М. Оптимальная площадь клапана в аппарате составляет от 0,8 до 0,9 площади сечения трубопровода.

Как показал опыт работы, эксплуатация гидравлического аппарата, расположенного на раме земснаряда, требует иногда пребывания на ней рабочих. В связи с этим должны обеспечиваться требования техники безопасности. Рамоподъемную лебедку необходимо оборудовать вторым тормозом во избежание самопроизвольного опускания рамы. В этом отношении вариант расположения гидравлического аппарата в машинном отделении имеет преимущество.