提升機安全制動力矩的選取和油壓的計算

李含明

(大冶有色設計研究院有限公司, 湖北黃石市 435005)

提升機安全制動力矩的選取和油壓的計算

李含明

(大冶有色設計研究院有限公司, 湖北黃石市 435005)

闡述了礦井提升機安全制動力矩倍數K與提升系統質量模數M的關系,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力矩和油壓的計算和選定方法。

礦井提升機;制動力矩;質量模數;油壓

為使礦井提升系統在緊急情況下能夠盡快制動,且在制動時不損壞提升系統,在調試提升機時,必須合理選取安全制動力矩。礦井提升機目前使用較多的制動系統是可靠性高的盤式閘結構,制動力矩靠液壓站所產生的壓力油來控制,因而液壓站油壓的整定值是否合理關系到提升系統的安全。

1 制動力矩

1.1 制動力矩與減速度的關系

由動力學可導出提升系統制動力矩與制動減速度的關系。

提升重載時的制動減速度:

下放重載時的制動減速度:

式中:as——提升重載時的制動減速度,m/s2;

ax——下放重載時的制動減速度,m/s2;

Mz——提升機制動力矩,N·m;

Mj——提升系統最大靜力矩,N·m;

Σm——提升系統變位質量,kg;

R——提升機卷筒半徑,m。

提升機制動力矩與提升系統最大靜力矩的關系為Mz=KMj,提升系統最大靜力矩為Mj=FcR,則

式中:Fc——提升鋼絲繩實際最大靜張力差,N。

由此可得:

式中:M——提升系統的質量模數,M=(Σm)/Fc。

1.2 制動力矩倍數的確定

對不同類型的提升系統,其安全制動有不同的限制要求,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

《煤礦安全規程》和《金屬非金屬礦山安全規程》(GB16423-2006)(以下簡稱《安全規程》)對制動力矩和制動減速度作了如下規定:

(1)豎井和傾角大于30°的斜井的提升設備,安全制動時的減速度應滿足:滿載下放時應不小于1.5m/s2,滿載提升時應不大于5m/s2。

(2)提升機緊急制動和工作制動時所產生的力矩,與實際提升最大靜荷載產生的旋轉力矩之比K,應不小于3。質量模數較小的絞車,上提重載安全制動的減速度超過限值時,可將安全制動裝置的K值適當降低,但應不小于2。

(3)雙卷筒提升機在調繩時,制動裝置在各卷筒上所產生的力矩,應不小于該卷筒所懸掛質量形成的旋轉力矩的1.2倍。

本文對上述(2)中提到的質量模數較小的絞車的安全制動力矩不予討論。

根據上述規定,制動減速度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關系曲線,如圖1所示。

從圖1可看出:

(1)提升系統質量模數M越大,則滿足1.5≤a≤5m/s2條件的制動力矩倍數K值越大,且模數必須大于0.57;

(2)若M＞1.33,則K必大于3,見圖中CDEF區域,此時可在此區間選取K值;

圖1 質量模數與制動力矩倍數關系

(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,因采用一級制動不能同時滿足制動力矩倍數和制動減速度的要求,為了保證安全提升,必須采用二級制動。二級制動的特點是,在發生緊急情況時,首先施加第一級制動力矩,使制動減速度在1.5～5m/s2范圍內,使提升機在較短距離內停住,防止容器過卷或上沖。待速度降到零時,再施加第二級制動力矩,即最大制動力矩,以保證提升終了時安全可靠地閘住提升機。第一級制動力矩的倍數K1在圖中ABG區域中選取,第二級制動力矩的倍數按K≥3確定。

根據《安全規程》規定,雙筒提升機還應滿足:

式中:M’j——卷筒懸掛質量形成的旋轉力矩,M’j=

Qz——提升容器質量,kg;

P——鋼絲繩每米重量,N/m;

H——懸掛鋼絲繩長度,m。

1.2.2 多繩摩擦式提升系統

《安全規程》規定:摩擦輪式提升裝置,常用閘或保險閘發生作用時,全部機械的減速度不得超過鋼絲繩的滑動極限。

提升系統安全制動時,對提升機施加的制動力矩應保證在提升和下放重載時制動減速度1.5≤a≤5m/s2的要求,還應保證減速度不超過鋼絲繩的滑動極限,即進行緊急制動時,動防滑安全系數δd≮1。

當系統質量模數M＜1.33時,為防止制動減速度超過鋼絲繩的滑動極限而引起鋼絲繩滑動,應采用二級制動。

滿足減速度1.5≤a≤5m/s2的制動力矩倍數可根據圖1選取。采用二級制動的,第一級制動力矩倍數K1在區域ACF中選取,第二級制動力矩倍數按K≥3確定;采用一級制動的,制動力矩倍數K在區域CDEF中選取。

由式(1)、(2)可計算出提升和下放重載時的制動減速度,從而驗算提升和下放重載時緊急制動的動防滑安全系數δd,當驗算結果不能滿足δd≮1時,則應重選K值,再行驗算。動防滑安全系數的計算公式可參閱有關文獻查得。

1.2.3 傾角30°以下的斜井提升系統

《安全規程》規定:傾角30°以下的井巷,安全制動時的減速度應滿足:滿載下放時制動減速度應不小于0.75m/s2,滿載提升時的制動減速度應不大于下式計算的自然減速度A0(m/s2)。

式中:g——重力加速度,m/s2;

θ——井巷傾角,°;

f——繩端載荷的運動阻力系數,一般取0.010～0.015。

此時,K值應滿足:

力矩倍數K、斜井傾角θ和系統質量模數M關系曲線見圖2,K值可在Ⅰ線與Ⅱ線之間選取。當滿足式(8)、(9)條件的K值小于3時,應采用二級制動,第一級制動力矩倍數在Ⅰ線與Ⅱ線之間選取,第二級制動力矩倍數按K≥3確定。

圖2 K-θ-M的關系

1.3 安全制動力矩的計算

(1)當安全制動采用一級制動時,根據確定好的K值按式(3)計算制動力矩,即Mz=KFcR。

(2)當安全制動采用二級制動時,由上述確定好的第一級制動力矩倍數K1按Mz1=K1FcR計算出第一級制動力矩Mz1,第二級制動力矩Mz按Mz≥3FcR計算。

2 液壓站油壓等的計算

盤式制動器靠彈簧制動,液壓松閘,制動力矩是靠液壓站所產生的壓力油來控制的。安全制動采用二級制動的,需對液壓站的最大工作油壓和一級制動油壓等分別進行整定,在此之前應進行相應的計算。

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——制動力矩,N·m;

f——閘瓦與制動盤的摩擦系數;

Rm——制動盤平均摩擦半徑,m;

n——制動器閘瓦副數。

A——制動油缸有效面積,m2;

C1——克服閘瓦間隙所需油壓值,C1≈0.9 MPa;

C2——克服運動阻力所需油壓值,C2=0.7 MPa;

C3——系統殘壓,C3=0.5MPa。

2.2 一級制動油壓

在第一級制動時,A組制動器全部投入并產生最大制動力矩之一半(Mz/2),其余制動力矩要求由B組制動器產生。所以一級油壓為:

式中:nz——B組制動器閘瓦副數。

應指出,使用新閘瓦和使用舊閘瓦時的油壓調整值是不同的,因新閘瓦較舊閘瓦多1mm左右的預壓量,一級油壓的整定值會高一些。

2.3 一級制動延時時間

一般二級制動在提升速度接近零時投入,所以一級制動延時時間為:

圖3是二級制動P-t特性曲線圖,安全制動時,盤形閘的高壓油自A點迅速下降到B點,對應的時間為t0空行程時間,自B點降至C點經延時t1到D點,t1為一級制動延時時間,D點開始投入二級制動,油壓由D點迅速下降到E點。

圖3 二級制動油壓特性

3 結 語

提升機安全制動力矩的計算由多個限制條件確定,均應滿足,當采用一級制動不能滿足安全制動要求時,應采用二級制動。盤式制動器液壓站油壓的計算由制動參數確定,在整定油壓時,應根據閘瓦磨損程度相應降低油壓整定值,以避免制動力矩不足。

[1]孫玉蓉,周法孔.礦井提升設備[M].北京:煤炭工業出版社,1995.

[2]李良洲,張力欣.摩擦式提升機摩擦襯墊[J].礦山機械,2001,29(12).

[3]馬軍.緊急制動條件下提升機防滑可靠性探討[J].礦山機械,2002,30(12):34～36.

[4]李含明.2JK-3/20礦井提升機制動參數的整定[R].黃石:大冶科技,2003,(4).

[5]GB16423-2006.金屬非金屬礦山安全規程[S].

2009-11-02)

李含明(1975-),男,湖北浠水人,高級工程師,從事礦山機械設計研究和技術管理工作,Email:lhm3264@163.com。