提升機(jī)安全制動(dòng)力矩的選取和油壓的計(jì)算

李含明

(大冶有色設(shè)計(jì)研究院有限公司, 湖北黃石市 435005)

提升機(jī)安全制動(dòng)力矩的選取和油壓的計(jì)算

李含明

(大冶有色設(shè)計(jì)研究院有限公司, 湖北黃石市 435005)

闡述了礦井提升機(jī)安全制動(dòng)力矩倍數(shù)K與提升系統(tǒng)質(zhì)量模數(shù)M的關(guān)系,探討了K值的選取方法,提出了適合于各種提升方式的制動(dòng)力矩和油壓的計(jì)算和選定方法。

礦井提升機(jī);制動(dòng)力矩;質(zhì)量模數(shù);油壓

為使礦井提升系統(tǒng)在緊急情況下能夠盡快制動(dòng),且在制動(dòng)時(shí)不損壞提升系統(tǒng),在調(diào)試提升機(jī)時(shí),必須合理選取安全制動(dòng)力矩。礦井提升機(jī)目前使用較多的制動(dòng)系統(tǒng)是可靠性高的盤式閘結(jié)構(gòu),制動(dòng)力矩靠液壓站所產(chǎn)生的壓力油來控制,因而液壓站油壓的整定值是否合理關(guān)系到提升系統(tǒng)的安全。

1 制動(dòng)力矩

1.1 制動(dòng)力矩與減速度的關(guān)系

由動(dòng)力學(xué)可導(dǎo)出提升系統(tǒng)制動(dòng)力矩與制動(dòng)減速度的關(guān)系。

提升重載時(shí)的制動(dòng)減速度:

下放重載時(shí)的制動(dòng)減速度:

式中:as——提升重載時(shí)的制動(dòng)減速度,m/s2;

ax——下放重載時(shí)的制動(dòng)減速度,m/s2;

Mz——提升機(jī)制動(dòng)力矩,N·m;

Mj——提升系統(tǒng)最大靜力矩,N·m;

Σm——提升系統(tǒng)變位質(zhì)量,kg;

R——提升機(jī)卷筒半徑,m。

提升機(jī)制動(dòng)力矩與提升系統(tǒng)最大靜力矩的關(guān)系為Mz=KMj,提升系統(tǒng)最大靜力矩為Mj=FcR,則

式中:Fc——提升鋼絲繩實(shí)際最大靜張力差,N。

由此可得:

式中:M——提升系統(tǒng)的質(zhì)量模數(shù),M=(Σm)/Fc。

1.2 制動(dòng)力矩倍數(shù)的確定

對(duì)不同類型的提升系統(tǒng),其安全制動(dòng)有不同的限制要求,K值的選取范圍有所不同,本文按3種情況予以討論。

1.2.1 豎井和傾角大于30°的斜井單繩纏繞式提升系統(tǒng)

《煤礦安全規(guī)程》和《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》(GB16423-2006)(以下簡(jiǎn)稱《安全規(guī)程》)對(duì)制動(dòng)力矩和制動(dòng)減速度作了如下規(guī)定:

(1)豎井和傾角大于30°的斜井的提升設(shè)備,安全制動(dòng)時(shí)的減速度應(yīng)滿足:滿載下放時(shí)應(yīng)不小于1.5m/s2,滿載提升時(shí)應(yīng)不大于5m/s2。

(2)提升機(jī)緊急制動(dòng)和工作制動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的力矩,與實(shí)際提升最大靜荷載產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩之比K,應(yīng)不小于3。質(zhì)量模數(shù)較小的絞車,上提重載安全制動(dòng)的減速度超過限值時(shí),可將安全制動(dòng)裝置的K值適當(dāng)降低,但應(yīng)不小于2。

(3)雙卷筒提升機(jī)在調(diào)繩時(shí),制動(dòng)裝置在各卷筒上所產(chǎn)生的力矩,應(yīng)不小于該卷筒所懸掛質(zhì)量形成的旋轉(zhuǎn)力矩的1.2倍。

本文對(duì)上述(2)中提到的質(zhì)量模數(shù)較小的絞車的安全制動(dòng)力矩不予討論。

根據(jù)上述規(guī)定,制動(dòng)減速度as≤5m/s2,ax≥1.5m/s2,由式(4)、(5)得:

令K=5M-1和K=1.5M+1,繪制M-K關(guān)系曲線,如圖1所示。

從圖1可看出:

(1)提升系統(tǒng)質(zhì)量模數(shù)M越大,則滿足1.5≤a≤5m/s2條件的制動(dòng)力矩倍數(shù)K值越大,且模數(shù)必須大于0.57;

(2)若M＞1.33,則K必大于3,見圖中CDEF區(qū)域,此時(shí)可在此區(qū)間選取K值;

圖1 質(zhì)量模數(shù)與制動(dòng)力矩倍數(shù)關(guān)系

(3)若0.8≤M≤1.33,則滿足1.5≤a≤5m/s2條件的K值可取K=3;

(4)若0.57＜M＜0.8,則滿足1.5≤a≤5m/s2條件的K值必小于3,此時(shí),因采用一級(jí)制動(dòng)不能同時(shí)滿足制動(dòng)力矩倍數(shù)和制動(dòng)減速度的要求,為了保證安全提升,必須采用二級(jí)制動(dòng)。二級(jí)制動(dòng)的特點(diǎn)是,在發(fā)生緊急情況時(shí),首先施加第一級(jí)制動(dòng)力矩,使制動(dòng)減速度在1.5～5m/s2范圍內(nèi),使提升機(jī)在較短距離內(nèi)停住,防止容器過卷或上沖。待速度降到零時(shí),再施加第二級(jí)制動(dòng)力矩,即最大制動(dòng)力矩,以保證提升終了時(shí)安全可靠地閘住提升機(jī)。第一級(jí)制動(dòng)力矩的倍數(shù)K1在圖中ABG區(qū)域中選取,第二級(jí)制動(dòng)力矩的倍數(shù)按K≥3確定。

根據(jù)《安全規(guī)程》規(guī)定,雙筒提升機(jī)還應(yīng)滿足:

式中:M’j——卷筒懸掛質(zhì)量形成的旋轉(zhuǎn)力矩,M’j=

Qz——提升容器質(zhì)量,kg;

P——鋼絲繩每米重量,N/m;

H——懸掛鋼絲繩長(zhǎng)度,m。

1.2.2 多繩摩擦式提升系統(tǒng)

《安全規(guī)程》規(guī)定:摩擦輪式提升裝置,常用閘或保險(xiǎn)閘發(fā)生作用時(shí),全部機(jī)械的減速度不得超過鋼絲繩的滑動(dòng)極限。

提升系統(tǒng)安全制動(dòng)時(shí),對(duì)提升機(jī)施加的制動(dòng)力矩應(yīng)保證在提升和下放重載時(shí)制動(dòng)減速度1.5≤a≤5m/s2的要求,還應(yīng)保證減速度不超過鋼絲繩的滑動(dòng)極限,即進(jìn)行緊急制動(dòng)時(shí),動(dòng)防滑安全系數(shù)δd≮1。

當(dāng)系統(tǒng)質(zhì)量模數(shù)M＜1.33時(shí),為防止制動(dòng)減速度超過鋼絲繩的滑動(dòng)極限而引起鋼絲繩滑動(dòng),應(yīng)采用二級(jí)制動(dòng)。

滿足減速度1.5≤a≤5m/s2的制動(dòng)力矩倍數(shù)可根據(jù)圖1選取。采用二級(jí)制動(dòng)的,第一級(jí)制動(dòng)力矩倍數(shù)K1在區(qū)域ACF中選取,第二級(jí)制動(dòng)力矩倍數(shù)按K≥3確定;采用一級(jí)制動(dòng)的,制動(dòng)力矩倍數(shù)K在區(qū)域CDEF中選取。

由式(1)、(2)可計(jì)算出提升和下放重載時(shí)的制動(dòng)減速度,從而驗(yàn)算提升和下放重載時(shí)緊急制動(dòng)的動(dòng)防滑安全系數(shù)δd,當(dāng)驗(yàn)算結(jié)果不能滿足δd≮1時(shí),則應(yīng)重選K值,再行驗(yàn)算。動(dòng)防滑安全系數(shù)的計(jì)算公式可參閱有關(guān)文獻(xiàn)查得。

1.2.3 傾角30°以下的斜井提升系統(tǒng)

《安全規(guī)程》規(guī)定:傾角30°以下的井巷,安全制動(dòng)時(shí)的減速度應(yīng)滿足:滿載下放時(shí)制動(dòng)減速度應(yīng)不小于0.75m/s2,滿載提升時(shí)的制動(dòng)減速度應(yīng)不大于下式計(jì)算的自然減速度A0(m/s2)。

式中:g——重力加速度,m/s2;

θ——井巷傾角,°;

f——繩端載荷的運(yùn)動(dòng)阻力系數(shù),一般取0.010～0.015。

此時(shí),K值應(yīng)滿足:

力矩倍數(shù)K、斜井傾角θ和系統(tǒng)質(zhì)量模數(shù)M關(guān)系曲線見圖2,K值可在Ⅰ線與Ⅱ線之間選取。當(dāng)滿足式(8)、(9)條件的K值小于3時(shí),應(yīng)采用二級(jí)制動(dòng),第一級(jí)制動(dòng)力矩倍數(shù)在Ⅰ線與Ⅱ線之間選取,第二級(jí)制動(dòng)力矩倍數(shù)按K≥3確定。

圖2 K-θ-M的關(guān)系

1.3 安全制動(dòng)力矩的計(jì)算

(1)當(dāng)安全制動(dòng)采用一級(jí)制動(dòng)時(shí),根據(jù)確定好的K值按式(3)計(jì)算制動(dòng)力矩,即Mz=KFcR。

(2)當(dāng)安全制動(dòng)采用二級(jí)制動(dòng)時(shí),由上述確定好的第一級(jí)制動(dòng)力矩倍數(shù)K1按Mz1=K1FcR計(jì)算出第一級(jí)制動(dòng)力矩Mz1,第二級(jí)制動(dòng)力矩Mz按Mz≥3FcR計(jì)算。

2 液壓站油壓等的計(jì)算

盤式制動(dòng)器靠彈簧制動(dòng),液壓松閘,制動(dòng)力矩是靠液壓站所產(chǎn)生的壓力油來控制的。安全制動(dòng)采用二級(jí)制動(dòng)的,需對(duì)液壓站的最大工作油壓和一級(jí)制動(dòng)油壓等分別進(jìn)行整定,在此之前應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。

2.1 最大工作油壓

液壓站最大工作油壓為:

式中:P——最大工作油壓,Pa;

Mz——制動(dòng)力矩,N·m;

f——閘瓦與制動(dòng)盤的摩擦系數(shù);

Rm——制動(dòng)盤平均摩擦半徑,m;

n——制動(dòng)器閘瓦副數(shù)。

A——制動(dòng)油缸有效面積,m2;

C1——克服閘瓦間隙所需油壓值,C1≈0.9 MPa;

C2——克服運(yùn)動(dòng)阻力所需油壓值,C2=0.7 MPa;

C3——系統(tǒng)殘壓,C3=0.5MPa。

2.2 一級(jí)制動(dòng)油壓

在第一級(jí)制動(dòng)時(shí),A組制動(dòng)器全部投入并產(chǎn)生最大制動(dòng)力矩之一半(Mz/2),其余制動(dòng)力矩要求由B組制動(dòng)器產(chǎn)生。所以一級(jí)油壓為:

式中:nz——B組制動(dòng)器閘瓦副數(shù)。

應(yīng)指出,使用新閘瓦和使用舊閘瓦時(shí)的油壓調(diào)整值是不同的,因新閘瓦較舊閘瓦多1mm左右的預(yù)壓量,一級(jí)油壓的整定值會(huì)高一些。

2.3 一級(jí)制動(dòng)延時(shí)時(shí)間

一般二級(jí)制動(dòng)在提升速度接近零時(shí)投入,所以一級(jí)制動(dòng)延時(shí)時(shí)間為:

圖3是二級(jí)制動(dòng)P-t特性曲線圖,安全制動(dòng)時(shí),盤形閘的高壓油自A點(diǎn)迅速下降到B點(diǎn),對(duì)應(yīng)的時(shí)間為t0空行程時(shí)間,自B點(diǎn)降至C點(diǎn)經(jīng)延時(shí)t1到D點(diǎn),t1為一級(jí)制動(dòng)延時(shí)時(shí)間,D點(diǎn)開始投入二級(jí)制動(dòng),油壓由D點(diǎn)迅速下降到E點(diǎn)。

圖3 二級(jí)制動(dòng)油壓特性

3 結(jié) 語(yǔ)

提升機(jī)安全制動(dòng)力矩的計(jì)算由多個(gè)限制條件確定,均應(yīng)滿足,當(dāng)采用一級(jí)制動(dòng)不能滿足安全制動(dòng)要求時(shí),應(yīng)采用二級(jí)制動(dòng)。盤式制動(dòng)器液壓站油壓的計(jì)算由制動(dòng)參數(shù)確定,在整定油壓時(shí),應(yīng)根據(jù)閘瓦磨損程度相應(yīng)降低油壓整定值,以避免制動(dòng)力矩不足。

[1]孫玉蓉,周法孔.礦井提升設(shè)備[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1995.

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[5]GB16423-2006.金屬非金屬礦山安全規(guī)程[S].

2009-11-02)

李含明(1975-),男,湖北浠水人,高級(jí)工程師,從事礦山機(jī)械設(shè)計(jì)研究和技術(shù)管理工作,Email:lhm3264@163.com。