張力差與提升系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究

姚秀芳 車君艷 王玉征 汪煒蘭

摘 要：通過在提升設(shè)備管理中遇到的實(shí)際問題，分析張力差與提升系統(tǒng)穩(wěn)定性二者之間的關(guān)系，并用于指導(dǎo)提升系統(tǒng)故障解決，收到了很好的效果。

關(guān)鍵詞：張力差；提升系統(tǒng)；故障解決

金川集團(tuán)股份有限公司二礦區(qū)30行西副井于1983年建成投產(chǎn)，是二礦區(qū)員工上下井、井下廢石提升和下放材料的主要通道，在1759水平、1672水平、1250水平、1200水平和1150水平設(shè)有馬頭門。該井安裝有兩套獨(dú)立的塔式多繩摩擦提升機(jī)，型號(hào)為JKD2.8×6，采用單罐三層罐籠配平衡錘的運(yùn)行方式，提升行程609米，能夠?qū)崿F(xiàn)5中段提升。2002年至2003年，我礦采用Siemens PLC控制技術(shù)和ABB直流傳動(dòng)技術(shù)對(duì)這兩臺(tái)提升機(jī)的電控系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)改造，改造后提升機(jī)實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字控制，能夠全自動(dòng)運(yùn)行，速度為8m/s。

2011年9月，我礦對(duì)西副井2#罐籠進(jìn)行了更換。罐籠更換后，在試車過程中發(fā)現(xiàn)西副井2#提升機(jī)空載以自動(dòng)運(yùn)行方式8m/s速度從1150水平上行至1759水平時(shí)，提升機(jī)減速度不正常，罐籠到達(dá)第2級(jí)減速點(diǎn)時(shí)速度仍高達(dá)3.3m/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過西副井2#提升機(jī)設(shè)計(jì)的0.4m/s的二級(jí)減速點(diǎn)預(yù)定速度，提升機(jī)超速故障停車。后經(jīng)多次相同工況下試車，發(fā)現(xiàn)試車結(jié)果均相同，提升機(jī)無法正常穩(wěn)定運(yùn)行。

針對(duì)此異常現(xiàn)象，我礦組織專業(yè)技術(shù)人員從張力差與提升系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)系入手進(jìn)行分析，并利用得到的結(jié)論指導(dǎo)故障解決，取得了很好的效果。

1 張力差與提升系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

1.1 故障原因確定

由于此次檢修只更換了西副井2#機(jī)罐籠，對(duì)該提升系統(tǒng)其他設(shè)備設(shè)施未進(jìn)行任何檢修或更換，因此可斷定問題出在新罐籠上。在將新舊罐籠對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，新罐籠與舊罐籠在尺寸上基本一致，但新罐籠制造所采用的絕大多數(shù)非關(guān)鍵材料，如罐籠側(cè)板等較舊罐籠差異較大。舊罐籠側(cè)板為δ6的鋼板，而新罐籠僅為δ3，僅此一項(xiàng)新罐籠較舊罐籠已經(jīng)輕了1000多千克。由此，我礦專業(yè)技術(shù)人員認(rèn)為，新罐籠安裝后，罐籠側(cè)重量減輕，系統(tǒng)張力差發(fā)生了變化，提升系統(tǒng)張力差較罐籠更換前增大較多，導(dǎo)致提升機(jī)主電機(jī)制動(dòng)力矩不能滿足提升機(jī)設(shè)計(jì)工藝的要求，是提升機(jī)減速度異常的主要原因[1]。

1.2 張力差確定

確定原因后，我礦技術(shù)人員對(duì)西副井2#提升機(jī)新罐籠更換后的張力差進(jìn)行了初步確定。通過查看上位監(jiān)控畫面，得到以下數(shù)據(jù)：

由表1可知，罐籠更換后，提升機(jī)主電機(jī)制動(dòng)電流增大約1.5倍。

由于提升機(jī)主電機(jī)為他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，采用恒磁調(diào)速，電樞換向，故勵(lì)磁電流恒定，即主電機(jī)磁通恒定，因此有磁通Φ=constant，電機(jī)磁通為常數(shù)，與罐籠更換無關(guān)。

他勵(lì)直流直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式[2]為

其中T為電機(jī)轉(zhuǎn)矩，Ce為電機(jī)電動(dòng)勢常數(shù)，Ia為電樞電流，可知電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。因此，由表1可知，罐籠更換后，主電機(jī)制動(dòng)力矩約為更換前的1.5倍，即提升系統(tǒng)制動(dòng)力增加為原來的1.5倍。

根據(jù)上述分析和計(jì)算結(jié)果，可設(shè)

罐籠更換前主電機(jī)制動(dòng)力為F0

罐籠更換后主電機(jī)制動(dòng)力為F1

罐籠更換前張力差為F2

罐籠更換后張力差為F3

舊罐籠質(zhì)量為m1

新罐籠質(zhì)量為m2

罐籠更換前上行減速度為a1

罐籠更換后上行減速度為a2

上行減速距離為s

提升機(jī)減速段初速度v0

提升機(jī)第2級(jí)減速點(diǎn)速度v

則有：

2 分析結(jié)論應(yīng)用

根據(jù)分析結(jié)論，我礦決定采取以下措施來增加西副井2#提升機(jī)罐籠重量，將提升系統(tǒng)張力差恢復(fù)到先前水平，消除影響提升機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的因素，從而達(dá)到保證提升系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的最終效果。

2.1 加厚西副井2#罐籠三層側(cè)板。

采用δ6花紋鋼板作為新增側(cè)板，尺寸為3180×1500mm，查δ6花紋鋼板每平米重量為50.1Kg，可計(jì)算單塊花紋鋼板重量約為239Kg，在新罐籠內(nèi)共鋪6塊，總重為239×6=1434Kg。

2.2 在罐籠每層底板軌道夾層鋪配重塊，并做支撐。

采用我礦主井廢舊錳鋼板作為配重塊（共8塊），鋪在軌道夾層內(nèi)，并以δ8鋼板（尺寸為3000×650mm，共3塊）作配重塊支撐。經(jīng)計(jì)算，單塊錳鋼板重約215Kg，單塊δ8鋼板重約122Kg，合計(jì)增加重量為215×8+122×3=1720+366=2086Kg。

2.3 合計(jì)總增加重量為1434+2086=3520Kg.

3 應(yīng)用效果

新罐籠重量增加后，西副井2#提升機(jī)自動(dòng)方式上行可以按設(shè)計(jì)工藝進(jìn)行減速，減速度恢復(fù)正常，同時(shí)滿足其他各種工況下的正常運(yùn)行。這表明我礦技術(shù)人員對(duì)此故障現(xiàn)象的原因分析是正確的，采取的措施是得當(dāng)?shù)摹４舜喂收咸幚恚粌H填補(bǔ)了我礦在礦井提升機(jī)動(dòng)力學(xué)研究方面的空白，而且鍛煉了專業(yè)技術(shù)隊(duì)伍，積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，取得了豐碩的成果。

參考文獻(xiàn)

[1]晉民杰，礦井提升機(jī)械[M]機(jī)械工業(yè)出版社，2011：147-158.

[2]彭鴻才，電機(jī)原理及拖動(dòng)[M]機(jī)械工業(yè)出版社，1996：1-34.

作者簡介：姚秀芳，女，工程碩士，電氣工程師，經(jīng)濟(jì)師，研究領(lǐng)域：礦山電氣設(shè)備自動(dòng)化及礦井提升運(yùn)輸專業(yè)的研究。