礦井提升系統(tǒng)液壓站油壓整定計(jì)算

譚龍海，徐 軍，韓秀林

通用技術(shù)集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限公司 山東濟(jì)南 250031

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對資源的需求越來越多，對礦井生產(chǎn)的安全性要求也越來越高。在各個(gè)礦井生產(chǎn)系統(tǒng)中，提升系統(tǒng)是重中之重，對于提升系統(tǒng)而言，其安全制動(dòng)是核心所在。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)人員一般只提供制動(dòng)力或制動(dòng)力矩，廠家根據(jù)數(shù)據(jù)對自家液壓站進(jìn)行核算、配套和選型[1]。但是改造原有生產(chǎn)礦井的提升系統(tǒng)，需要設(shè)計(jì)人員計(jì)算油壓整定，并現(xiàn)場調(diào)試。筆者以斜井纏繞式提升機(jī)為例，結(jié)合工程實(shí)際與 2022 新版《煤礦安全規(guī)程》[2]詳細(xì)闡述了各種情況下K(制動(dòng)力矩與實(shí)際提升最大載荷旋轉(zhuǎn)力矩之比值) 的選取、液壓站油壓整定以及緊急制動(dòng)減速度的計(jì)算過程，并引入質(zhì)量模數(shù)概念。

1 液壓站各種油壓值的確定

礦井提升系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，滾筒在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，管內(nèi)液壓油需要有一定的油壓將制動(dòng)器與制動(dòng)盤脫開，此時(shí)的工作油壓Pmax為最大開閘壓力，考慮管路、工作環(huán)境、海拔高度以及溫度等影響，正常工作油壓

式中：P貼為整定壓力，Pa；Pc為綜合阻力折算成的油壓值，Pa，通過查盤形制動(dòng)器參數(shù)可得。

式中：N為制動(dòng)盤上的正壓力，N；A總為總制動(dòng)面積，m2；FC為最大靜張力，N；Rδ為卷筒半徑，m；A為盤形制動(dòng)器活塞面積，m2；n為制動(dòng)器總液壓缸數(shù)；μ為閘瓦摩擦因數(shù)；RCP為制動(dòng)半徑，m。

為簡化計(jì)算，把μ=0.35，Rδ/RCP=0.9 代入式 (2) 得

由式 (3) 可知，公式右側(cè)只有K值未知，其余均可通過查閱液壓站參數(shù)或設(shè)計(jì)文件得到，即對于同一提升系統(tǒng)、同一提升工況來說，整定壓力值P貼與K值成正比，即K值會(huì)影響P貼的設(shè)定。下面以斜井纏繞式提升系統(tǒng)為例，分析K的計(jì)算取值。

2 斜井纏繞式提升系統(tǒng)中 K 值分析

《煤礦安全規(guī)程》(以下簡稱“規(guī)程”) (2022) 第 426 條規(guī)定：K值不得小于 3。對于質(zhì)量模數(shù)較小的提升機(jī)，當(dāng)上提重載保險(xiǎn)閘的制動(dòng)減速度超過本規(guī)程規(guī)定值時(shí)，K值可以適當(dāng)降低，但不得小于 2。質(zhì)量模數(shù)可定義為

式中：Σm為提升系統(tǒng)的總變位質(zhì)量，kg。

有了質(zhì)量模數(shù)，可以求出重載上提制動(dòng)減速度和重載下放制動(dòng)減速度

(1) 當(dāng)K≥3 時(shí)

當(dāng)K≥3 時(shí)，且as滿足規(guī)程要求，即提升機(jī)質(zhì)量模數(shù)不小。提升系統(tǒng)安全制動(dòng)減速度規(guī)定值如表 1 所列。

表1 提升系統(tǒng)安全制動(dòng)減速度規(guī)定值

在表 1 中，Ac為自然減速度，m/s2；θ為井巷傾角，(°)；f為繩端載荷阻力系數(shù)，一般取 0.010～0.015。

對于斜井提升機(jī)來說，安全制動(dòng)關(guān)鍵在于θ≤ 30°的情況，以此為例 (θ＞ 30°的情況類似)，將表內(nèi)數(shù)值代入式 (5)、(6)，化簡得出

當(dāng)上式成立時(shí)，很容易求出合適的K值，代入公式 (3)，得出合適的油壓整定值。

(2) 當(dāng)3＞K≥2 時(shí)

當(dāng)式 (7) 不成立時(shí)，即提升機(jī)質(zhì)量模數(shù)較小，此時(shí)有 2 種處理辦法，第 1 種是降低K值，但不得小于2，代入式 (5)、(6) 得出滿足表 1 的重載上提制動(dòng)減速度as、重載下放制動(dòng)減速度ax，然后將K值代入式 (3) 得出液壓站油壓整定值；第 2 種辦法是對上提和下放 2 種情況分別取K值，分別得出滿足表 1 的重載上提制動(dòng)減速度as、重載下放制動(dòng)減速度ax，分別將上提和下放的K值代入式 (3)，得出上提和下放的油壓值。

(3) 當(dāng)前 2 種情況都不滿足時(shí)

當(dāng)K值降為 2，as仍然不滿足表 1 中減速度的規(guī)定值時(shí)，減小載荷，降低最大靜張力Fc。當(dāng)靜張力Fc減小，在K=2 時(shí)的制動(dòng)力下降，as也隨之下降，可以滿足要求，可能由此引起ax也下降，不能滿足表 1 中制動(dòng)減速度的規(guī)定值，只能再降低載荷質(zhì)量，但不降低制動(dòng)力，可同時(shí)滿足K、as、ax的要求，此時(shí)提升載荷的質(zhì)量才算確定，得出最終的油壓整定值。

3 驗(yàn)證

下面結(jié)合筆者在實(shí)際工作中的幾個(gè)案例進(jìn)行驗(yàn)證：

某礦井提升機(jī)斜長為 1 052 m，傾角為 20°，最大提升質(zhì)量 40 t (含平板車)，擬選用 JK-4×2.7/31.5 單繩纏繞式提升機(jī) 1 臺[3]，配 1 000 kW 10 kV 590 r/min 高速交流電動(dòng)機(jī)，鋼絲繩型號 46 ZBB 6V×34+FC 1670 ZZ，單位質(zhì)量為 8.57 kg/m。經(jīng)計(jì)算，其 Σm=219 048.8 kg，F(xiàn)c=252.1 kN，Ac=3.49 m/s2，根據(jù)式 (4)，Z=0.99，代入式 (8) 驗(yàn)證，滿足要求。根據(jù)式 (7)，K≤AcZ-1=2.455，K≥0.75Z+1=1.74，顯然此種情況屬于質(zhì)量模數(shù)較小的情況，取K=2.2，代入式 (3) 即可得油壓整定P貼=9.6 MPa，按照計(jì)算數(shù)值設(shè)置液壓站油壓，經(jīng)現(xiàn)場試車運(yùn)行取得滿意效果。

4 結(jié)論

筆者以斜井纏繞式提升系統(tǒng)為例，為了簡化計(jì)算，引入質(zhì)量模數(shù)概念；結(jié)合《煤礦安全規(guī)程》(2022) 的最新規(guī)定和工程實(shí)際，闡述了在各種情況下如何選取合適的K值，得出滿足《煤礦安全規(guī)程》 (2022) 的重載上提和下放的制動(dòng)減速度，并計(jì)算出液壓站油壓整定值，解決以往設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中只計(jì)算制動(dòng)力或制動(dòng)力矩，并不能進(jìn)一步計(jì)算液壓站油壓整定值的問題；利用K值的選取范圍定義合理的提升系統(tǒng)質(zhì)量模數(shù)是否較小的邊界。筆者提出的方法能夠根據(jù)提升系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)快速得出K值，校驗(yàn)系統(tǒng)制動(dòng)減速度是否滿足要求，并得出合理的油壓整定值。同時(shí)，立井纏繞式提升系統(tǒng)和立井摩擦式提升系統(tǒng)的計(jì)算過程與斜井纏繞式提升系統(tǒng)類似，對其計(jì)算推導(dǎo)也有指導(dǎo)意義。