矿井提升机防滑安全区域与安全制动

1矿井提升机防滑安全区域与安全制动摘要对矿井提升机液压制动系统整定公式计算表明，在一般情况下，油压值允许有一定的整定区间，而不是以往常用的特定值。将使设计、调试与日常维护工作简便易行，还对多绳摩擦提升系统的防滑问题作了综合性讨论，提出“安全区域”概念，将防滑计算归结为平面图像问题，直观明了。并从设计角度举例说明之。关键词：矿井提升机液压制动系统整定区间防滑安全区域.1立井单绳缠绕式提升系统安全制动的整定对于B157、B159和TE002等盘形闸液压系统，油压为P时产生的制动力矩为：Mz=2AxυRz（P2－P）（N·m）（1）式中，A——每一制动油缸的有效面积，m²X——参与制动的盘闸对数υ——制动盘与闸瓦间的摩擦系数Rz——等效制动半径，mP2——闸瓦贴制动盘时的松闸油压（俗称贴闸皮油压），Pa要满足《煤矿安全规程》第409条的规定，制动系统产生的静阻力矩倍数K≥3，即Mz=2AXυRz（P2－P0）≥3Mj=3RS（N·m）（2）式中，P0——液压系统残压，PaMj——提升系统最大静阻力矩，N·mR——主导轮（滚筒）半径，mS——提升系统最大静张力差，N考虑到闸瓦允许磨损量δ（一般在δ≥1mm时，闸瓦磨损开关应动作），应对P2值作一调整，其值为δK/nA（Pa）。由式（2）及P2调整值可得3RSδKP2≥——————+——+P0（Pa）（3）2AXυRznA式中，k——碟簧刚度，N/mmn——每一制动油缸内的碟簧片数调绳时，盘闸产生的静阻力矩倍数不得小于1.2，此时仅有半数盘闸参与左滚筒制动AXυRz（P2－P0）≥1.2Mj′=1.2RSt（N·m）（４）式中，Mj′——调绳时静阻力矩，N·mSt——调绳时左滚筒上的最大静张力，N同样可得1.2RSδKP2≥——————+——+P0（Pa）（5）AXυRznA式（3）和（5）给出了闸瓦贴制动盘时的松闸油压下限值。二级安全制动时，半数油缸直接回油P=P0；另半数油缸内油压值降至P1（P0≤P1≤P2，2P1称为二级制动时第一级制动油压值〈Pa〉），直至安全制动结束才完全回油。此时的制动力矩Mz=AXυRz（P2－P0）+AXυRz（P2－P1）=AXυRz（2P2－P1－P0）（N·m）（6）在忽略运动阻力时，重载下放安全制动力矩MZ=Rmax′+RS（N·m）（7）式中，m——提升系统变位质量，kgax′——重载下放时安全制动减速度，m/s²由于规定立井下放安全制动减速度ax′≥1.5m/s2,代入上两式后得P1上限值R1.5m+SP1≤2P2－——×————－P0（Pa）　　　　　　　　　（8）　RzAXυ同样，重载上提时安全制动力矩MZ=Rmas′－RS（N·m）（9）式中，as′——重载上提时安全制动减速度，m/s²而上提时安全制动减速度as′≤5m/s2，代入得P1下限值R5m－SP1≥2P2－——×　————－P0（Pa）　　　　　　　　　（10）　RzAXυ式（8）和（10）给出了P1的整定区间，在此区间内所有油压值均可满足《煤矿安全规程》关于单绳缠绕式立井提升系统安全制动减速度的要求。将P1的整定由原来常用的一特定值改为一个区间，可使整定工作十分方便快捷，而且提高了安全程度。以往的整定值常取式（8）所给出的上限值，这显然不妥当，实际操作时很难调准，极易超限。本文推荐P1的标定值RP1=2P2－————［（1.5m+S）（5m－S）］1/2－P0（Pa）　(11)　AXυRz若P1≤P0，则取P0值，即取消二级制动，或者在式（3）和（5）规定条件下重新选择P2值。由式（11）确定P1后，发生安全制动时的减速度为：重载下放时AXυRz（2P2－P1－P0）SgMzSax’=———————————－——＝——　－——　（m/s2）　(12)　RmmRmm重载上提时AXυRz（2P2－P1－P0）SMzSaS’=———————————+——＝——　+——　（m/s2）　(13)　RmmRmm2斜井提升系统安全制动的整定3斜井提升常采用单绳缠绕式提升机，故推导过程基本同上。P2值的选取应按式（3），若为双滚筒双钩提升系统（可能发生调绳），则还要校验式（5）。P1上、下限的确定，仅在数值上有差别。按《煤矿安全规程》第410条表8对斜井的规定，将有关as′和ax′的参数分别代入式（8）和（10）即可。对P1的标定值（式〈11〉）也需作相应的数值调整。同样，若得出P1≤P0，则取消二级制动，或重调P2值。3多绳摩擦式提升系统安全制动的整定以落地式双容器提升系统为例讨论（塔式提升系统的差别仅在导向轮数量与落地式提升系统天轮数量不同，计算防滑极限减速度时所用公式有所不同，下导轮变位质量QE=0，有时甚至上导轮变位质量QD=0）。在考虑多绳摩擦式提升系统时，S=（Q+QH）g.空载时S=QHg.（式中，Q为多绳提升系统不平衡质量〈kg〉；QH为提升高度段主尾绳质量差〈kg〉）具体整定步骤如下：由式（3）确定P2的下限值。P1的取值应满足防滑条件，重载下放时Rmax+SP1≥2P2－——×————－P0（Pa）　　　　　　　　　（14）　RzAXυ式中，重载下放滑动极限减速度eμαQS－QS－QH－Qax=———————————————×g　　（m/s2）　　(15)eμα（QS+QD）+QS+QH+Q+QE式中，QS——一侧平衡质量，kgμ——提升绳与衬垫间的摩擦系数α——围包角，rad重载上提时：RmaS－SP1≥2P2－——×————－P0（Pa）　　　　　　　　（16）　RzAXυ式中，重载上提滑动极限减速度aS为eμα（QS+Q）－QS－QHaS=———————————————×g　　（m/s2）　　(17)eμα（QS+Q+QD）+QS+QH+QE空载下放时Rmkak.x+QHgP1≥2P2－——×——————－P0（Pa）　　　　　　（18）　RzAXυ式中，空载下放滑动极限减速度ak.x为eμαQV－QV－QHak.x=———————————————×g　　（m/s2）　(19)eμα（QV+QD）+QV+QH+QE式中，QV——多绳提升空载时一侧平衡质量，kg4空载上提时Rmkak.s－QHgP1≥2P2－——×——————－P0（Pa）　　　　　　（20）　RzAXυ上式中空载上提滑动极限减速度ak.s为eμα（QV+QH）－QVak.s=—————————————×g　　（m/s2）　　(21)eμα（QV+QH+QD）+QV+QE式（14）、（16）、（18）、（20）及式（10）决定了P1的下限值，P1的上限值仍由式（8）决定。P1的标定值推荐为RP1=2P2－————［（1.5m+S）×D］1/2－P0（Pa）　　(11′)　AXυRz上式中，若由式（14）决定P1下限，则D=axm+S；若由式（16）决定P1下限，则D=aSm－S；若由式（18）决定P1下限，则D=ak。xmk+QHg；若由式（20）决定P1下限，则D=ak。smk－QHg（空载时ｍ应由ｍｋ代）；若由式（10）决定P1下限，则D=5m－S。若P1≤P0，则取消二级制动或重新选择P2值。同样，对塔式提升系统或平衡锤提升系统也可推出类似结果，这里不再赘述。4多绳摩擦式提升系统防滑安全区域对于多绳摩擦式提升系统，在忽略井筒阻力前提下，滑动极限减速度公式为式（15）、（17）、（19）、（21）。（仍以落地式双容器提升系统为例展开讨论。）在发生安全制动时，提升系统实际减速度由式（12）、（13）确定。现行有关技术规定对上述各式的限制条件为：ax≥1.5m/s2aS≥1.5m/s25m/s2≥ax′≥1.5m/s2且ax′≤ax5m/s2≥as′≥1.5m/s2且as′≤ax将各限制条件分别代入式（12）、（13）、（15）、（17）、（19）、（21）中，可得到下列限制曲线。重载下放滑动极限减速度不小于1.5m/s2:eμαQS－QS－QH－Q————————————————×g≥1.5（m/s2）　　(22)eμα（QS+QD）+QS+QH+Q+QE重载上提滑动极限减速度不小于1.5m/s2:eμα（QS+Q）－QS－QH———————————————×g≥1.5（m/s2）　　(23)eμα（QS+Q+QD）+QS+QH+QE空载下放滑动极限减速度不小于1.5m/s2:5eμαQV－QV－QH———————————————×g≥1.5（m/s2）　　(24)eμα（QV+QD）+QV+QH+QE空载上提滑动极限减速度不小于1.5m/s2:eμα（QV+QH）－QV—————————————×g≥1.5（m/s2）　　(25)eμα（QV+QH+QD）+QV+QE重载下放安全制动减速度不小于1.5m/s2:MzQ+QH——　－————　×g≥1.5（m/s2）　　(26)　Rmm重载上提安全制动减速度不大于5m/s2:MzQ+QH——　+————　×g　≤5（m/s2）　　(27)　Rmm重载下放安全制动减速度小于滑动极限减速度:MzQ+QHeμαQS－QS－QH－Q——－——×g≤———————————————×g（m/s2）(28)Rmmeμα（QS+QD）+QS+QH+Q+QE重载上提安全制动减速度小于滑动极限减速度:MzQ+QHeμα（QS+Q）－QS－QH——+——×g≤———————————————×g（m/s2）(29)Rmmeμα（QS+Q+QD）+QS+QH+QE空载下放安全制动减速度小于滑动极限减速度:MzQHgeμαQV－QV－QH——－——≤———————————————×g（m/s2）　　(30)Rmkmkeμα（QV+QD）+QV+QH+QE空载上提安全制动减速度小于滑动极限减速度:MzQHgeμα（QV+QH）－QV——+——≤——————————————×g（m/s2）　　(31)Rmkmkeμα（QV+QH+QD）+QV+QE重载下放安全制动减速度小于5m/s2及重载上提安全制动减速度不小于1.5m/s2两个限制条件一般不起约束作用。一个提升系统确定后，eμα、QD、QE、QH、QV、R、mk均为常量，Mz也可由本文讨论中给出，故在式（22）~式（31）中，仅有QS、Q为变量（提升系统变位质量m为mk加上载荷Q及〈或〉矿车自重，与Q线性相关），故可在QS—Q平面坐标系中，绘出各限制曲线图像，参见图1、图2。（空载情况下限制条件，即式（24）、（25）、（30）、（31）不含变量QS、Q，故仅需数值校验，但本文将空载时的QV视同QS，QH视同Q，所以在QS—Q平面上也可绘出空载点，统一加以考虑。）6所有限制曲线在QS—Q平面上构成了提升系统防滑安全区域，再加上起动加速度限制条件及提升绳安全系数（即强度校验）限制条件，就构成了提升系统的许用区域。只要提升系统的各种载荷变化（QS、Q的变化）均处于该区域内，即为防滑安全及提升绳安全的提升系统。主井提升系统的QS、Q常为定值（若为双箕斗提升），加上空载状态，在QS—Q平面上也只有三、四个工况点。但副井提升工况较复杂，图1中给出的例二的运行范围，即为较典型的情况。图1中，重载下放时防滑安全区域为限制曲线（26）（对应着式〈26〉，下同）、限制曲线（28）、及QS轴围成的曲边三角形；重载上提时为限制曲线（27）、（29）、（E）及QS构成的一个开放区域，曲线（E）为重载上提加速段滑动极限条件。考虑到提升钢丝绳强度极限条件（曲线〈G〉为物料，〈G′〉为人员），就构成了该系统的QS—Q许用区域。以上方法的实质是考虑了Mz因素的滑动极限法。其优点为可清晰地把图像作出，便于分析防滑问题的症结所在，找出可能的危险工况，对症解决问题，不易造成遗漏。缺点是计算工作量较大。5提升系统质量模数Z和制动力矩倍数K的关系7由关系式Mz=KRS及m=ZS和式（12）、（13）可得到：K=ax′Z+1（32）K=as′Z－1（33）将ax’≥1.5m/s2及as’≤5m/s2分别代入，即可得到立井单绳缠绕式提升系统的K值选取允许