礦井提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的聯(lián)合模擬分析研究

張麗枝

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)大斗溝煤業(yè)有限公司，山西 大同 037000）

引言

礦井提升機(jī)是井下煤礦生產(chǎn)中集機(jī)、電、液一體的生產(chǎn)設(shè)備之一，屬于礦井上下重要的運(yùn)輸設(shè)備[1]，擔(dān)負(fù)著運(yùn)輸矸石、煤炭，提升井下設(shè)備和作業(yè)人員以及下放物料等任務(wù)，是貫通井上井下的主要樞紐[2]，因此，提升機(jī)在礦井生產(chǎn)中有著不可替代的作用[3]。礦井提升機(jī)依照類(lèi)型分為摩擦式、纏繞式和內(nèi)裝式三種，其中纏繞式是將鋼絲繩的一端在提升機(jī)滾筒上固定，并纏繞于滾筒，另一端繞過(guò)天輪與提升容器連接，依靠滾筒的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)重物提升下降[4]；摩擦式是依靠摩擦力，帶動(dòng)主動(dòng)輪和鋼絲繩一起動(dòng)作，使鋼絲繩帶動(dòng)下方懸掛的提升容器提升下降；內(nèi)裝式是將電機(jī)裝在摩擦輪內(nèi)部，摩擦輪與電機(jī)轉(zhuǎn)子成一體[5]。提升機(jī)的主要組成有工作機(jī)構(gòu)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、液壓傳動(dòng)裝置、觀測(cè)和操作系統(tǒng)、控制和保護(hù)系統(tǒng)及輔助部分等[6]，其中制動(dòng)系統(tǒng)包括制動(dòng)器、液壓傳動(dòng)裝置及制動(dòng)閘盤(pán)，而其中的制動(dòng)系統(tǒng)又是井下提升機(jī)的核心裝置系統(tǒng)，對(duì)井下煤礦生產(chǎn)安全發(fā)揮著重要的作用[7]。因此，本文應(yīng)用軟件AMESim與ADAMS聯(lián)合對(duì)提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行仿真分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提升機(jī)提升系統(tǒng)的穩(wěn)定安全性，保證礦井人員和設(shè)備的安全生產(chǎn)。

1 礦井提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的聯(lián)合模擬分析研究

針對(duì)礦井提升機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，本文應(yīng)用AMESim[8]和ADAMS[9]對(duì)其進(jìn)行聯(lián)合仿真，并通過(guò)分析提升機(jī)主軸裝置運(yùn)行情況確定影響其制動(dòng)性能的因素，從而得到影響提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的主要參數(shù)及規(guī)律分布情況。

在軟件AMESim中，本文預(yù)先對(duì)所有液壓仿真的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)，依據(jù)提升機(jī)盤(pán)式制動(dòng)器與主軸裝置的參數(shù)，在軟件ADAMS中也對(duì)相對(duì)應(yīng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，最后通過(guò)改變液壓系統(tǒng)中的變量值[10]，研究提升機(jī)在二級(jí)制動(dòng)過(guò)程中主要參數(shù)對(duì)主軸裝置運(yùn)行情況的影響，從而得到對(duì)其制動(dòng)性能的影響規(guī)律。

1.1 彈簧剛度對(duì)卷筒角速度的影響分析

在軟件AMESim中，其余參數(shù)不變，分別設(shè)置彈簧剛度大小是1×105N/m、3×105N/m、5×105N/m、8×105N/m，在二級(jí)制動(dòng)過(guò)程中，應(yīng)用軟件ADAMS得到主軸裝置的角速度變化情況，如圖1所示。

圖1 不同彈簧剛度對(duì)卷筒角速度的變化曲線(xiàn)

從圖1中可看出，彈簧剛度在很大程度上影響著井下提升機(jī)卷筒的制動(dòng)過(guò)程，提升機(jī)卷筒制動(dòng)的停止用時(shí)隨著彈簧剛度的增加而越長(zhǎng)，但是，當(dāng)彈簧剛度大于5×105N/m以上時(shí)，提升機(jī)卷筒制動(dòng)用時(shí)不再出現(xiàn)繼續(xù)增加。

1.2 液壓管路對(duì)卷筒角速度的影響分析

在軟件AMESim中，連接與固定卷筒中的盤(pán)式制動(dòng)器和液壓系統(tǒng)的液壓管路長(zhǎng)度分別設(shè)置是1 m、3 m、5 m及8 m，同樣應(yīng)用軟件ADAMS得到在二級(jí)制動(dòng)中主軸裝置的角速度變化情況，如圖2所示。

從圖2中可看出，連接與固定卷筒中的盤(pán)式制動(dòng)器和液壓系統(tǒng)的液壓管路長(zhǎng)度增大時(shí)，提升機(jī)制動(dòng)用時(shí)也相應(yīng)地增加，主要是因?yàn)榕c制動(dòng)器相連接的液壓管路長(zhǎng)度越大，液壓管路的沿程壓力阻力就會(huì)越大，從而使液壓系統(tǒng)的反應(yīng)降低，直接導(dǎo)致盤(pán)式制動(dòng)器的動(dòng)作也減緩，從而使形成的正壓力就比較小，因此提升機(jī)制動(dòng)用時(shí)就會(huì)變長(zhǎng)。

圖2 不同液壓管路長(zhǎng)度對(duì)卷筒角速度的變化曲線(xiàn)

1.3 電磁換向閥固有頻率對(duì)卷筒角速度的影響分析

在軟件AMESim中，分別設(shè)置固有頻率大小是10 Hz、20 Hz、40 Hz、60 Hz，應(yīng)用軟件ADAMS聯(lián)合仿真得到在二級(jí)制動(dòng)中主軸裝置的角速度變化情況，如圖3所示。

圖3 不同換向閥固有頻率對(duì)卷筒角速度的變化曲線(xiàn)

從圖3中可看出，當(dāng)不斷增加電磁換向閥的固有頻率時(shí)，礦井提升機(jī)卷筒的制動(dòng)用時(shí)稍有增大，但是，當(dāng)固有頻率大于10 Hz以上時(shí)，卷筒的角速度不再有明顯的變化。

1.4 緊急制動(dòng)油壓對(duì)卷筒角速度的影響分析

在軟件AMESim中，分別設(shè)置溢流閥的啟動(dòng)壓力大小值是1 MPa、2 MPa及2.5 MPa，即分析不同二級(jí)制動(dòng)保壓油對(duì)卷筒運(yùn)行情況的影響，得到如圖4所示的在二級(jí)制動(dòng)中主軸裝置的角速度變化情況。

圖4 不同緊急制動(dòng)油壓對(duì)卷筒角速度的變化曲線(xiàn)

從圖4中可看出，當(dāng)緊急制動(dòng)油壓不斷增大時(shí)，卷筒角速度減小至0的用時(shí)不斷增長(zhǎng)，當(dāng)制動(dòng)油壓是1 MPa時(shí)，卷筒在二級(jí)制動(dòng)保壓時(shí)段就已經(jīng)停止動(dòng)作；當(dāng)制動(dòng)油壓是2 MPa、2.5 MPa時(shí)，在二級(jí)制動(dòng)保壓階段3 s，卷筒進(jìn)入全制動(dòng)階段后才開(kāi)始加速停止，主要是因?yàn)殡S著緊急制動(dòng)油壓的增大，蝶形彈簧作用在卷筒上的正壓力值反而會(huì)變小，使卷筒的制動(dòng)用時(shí)增長(zhǎng)。

1.5 緊急制動(dòng)油壓對(duì)主軸減速振動(dòng)的影響分析

在軟件AMESim中，其余參數(shù)不變，分別設(shè)置不同緊急制動(dòng)油壓大小值是1 MPa、2 MPa、2.5 MPa，應(yīng)用軟件ADAMS仿真得到提升機(jī)主軸裝置沿徑向X、Y方向的加速度變化情況，如圖5所示。

圖5 不同緊急制動(dòng)油壓沿X和Y方向上的加速度變化曲線(xiàn)

從圖5中可看出，提升機(jī)卷筒在二級(jí)制動(dòng)過(guò)程中，緊急制動(dòng)開(kāi)始時(shí)間2 s，當(dāng)緊急制動(dòng)油壓逐漸增大時(shí)，主軸裝置沿徑向X和Y方向上的加速度振動(dòng)幅度是不斷減小的，這樣主軸裝置在緊急制動(dòng)過(guò)程中就會(huì)越平穩(wěn)。因此，對(duì)緊急制動(dòng)油壓大小進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，可以很大程度上使提升機(jī)制動(dòng)的平穩(wěn)安全性提高。

2 結(jié)論

本文以礦井提升機(jī)為對(duì)象，應(yīng)用軟件ADAMS與AMESim聯(lián)合對(duì)其制動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行仿真分析，并獲得提升機(jī)在緊急制動(dòng)過(guò)程中液壓系統(tǒng)主要參數(shù)對(duì)主軸裝置運(yùn)行的變化情況，結(jié)論是：

1）應(yīng)用AMESim軟件，分析提升機(jī)在緊急制動(dòng)過(guò)程中，不同參數(shù)液壓管路長(zhǎng)度、電磁換向閥固有頻率、彈簧剛度對(duì)主軸配置的影響研究，并結(jié)合軟件ADAMS獲得不同參數(shù)在二級(jí)制動(dòng)過(guò)程中卷筒角速度的影響規(guī)律。

2）隨彈簧剛度增大，卷筒制動(dòng)用時(shí)就越長(zhǎng)，且當(dāng)達(dá)到一定值后，不再增加；隨液壓管路增大，卷筒制動(dòng)用時(shí)也隨之增大；隨電磁換向閥固有頻率增大，卷筒制動(dòng)用時(shí)稍有增大，當(dāng)達(dá)到一定值后，不再變化；隨緊急制動(dòng)油壓增大，提升機(jī)緊急制動(dòng)過(guò)程中的減速制動(dòng)時(shí)間就更長(zhǎng)；且隨制動(dòng)油壓增大，主軸配置沿徑向X和Y方向上的加速度振幅不斷減小，表明制動(dòng)過(guò)程更平穩(wěn)。