張力差與提升系統穩定性的研究

姚秀芳 車君艷 王玉征 汪煒蘭

摘 要：通過在提升設備管理中遇到的實際問題，分析張力差與提升系統穩定性二者之間的關系，并用于指導提升系統故障解決，收到了很好的效果。

關鍵詞：張力差；提升系統；故障解決

金川集團股份有限公司二礦區30行西副井于1983年建成投產，是二礦區員工上下井、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水平設有馬頭門。該井安裝有兩套獨立的塔式多繩摩擦提升機，型號為JKD2.8×6，采用單罐三層罐籠配平衡錘的運行方式，提升行程609米，能夠實現5中段提升。2002年至2003年，我礦采用Siemens PLC控制技術和ABB直流傳動技術對這兩臺提升機的電控系統進行了升級改造，改造后提升機實現了全數字控制，能夠全自動運行，速度為8m/s。

2011年9月，我礦對西副井2#罐籠進行了更換。罐籠更換后，在試車過程中發現西副井2#提升機空載以自動運行方式8m/s速度從1150水平上行至1759水平時，提升機減速度不正常，罐籠到達第2級減速點時速度仍高達3.3m/s，遠遠超過西副井2#提升機設計的0.4m/s的二級減速點預定速度，提升機超速故障停車。后經多次相同工況下試車，發現試車結果均相同，提升機無法正常穩定運行。

針對此異常現象，我礦組織專業技術人員從張力差與提升系統穩定性的關系入手進行分析，并利用得到的結論指導故障解決，取得了很好的效果。

1 張力差與提升系統穩定性分析

1.1 故障原因確定

由于此次檢修只更換了西副井2#機罐籠，對該提升系統其他設備設施未進行任何檢修或更換，因此可斷定問題出在新罐籠上。在將新舊罐籠對比后發現，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非關鍵材料，如罐籠側板等較舊罐籠差異較大。舊罐籠側板為δ6的鋼板，而新罐籠僅為δ3，僅此一項新罐籠較舊罐籠已經輕了1000多千克。由此，我礦專業技術人員認為，新罐籠安裝后，罐籠側重量減輕，系統張力差發生了變化，提升系統張力差較罐籠更換前增大較多，導致提升機主電機制動力矩不能滿足提升機設計工藝的要求，是提升機減速度異常的主要原因[1]。

1.2 張力差確定

確定原因后，我礦技術人員對西副井2#提升機新罐籠更換后的張力差進行了初步確定。通過查看上位監控畫面，得到以下數據：

由表1可知，罐籠更換后，提升機主電機制動電流增大約1.5倍。

由于提升機主電機為他勵直流電動機，采用恒磁調速，電樞換向，故勵磁電流恒定，即主電機磁通恒定，因此有磁通Φ=constant，電機磁通為常數，與罐籠更換無關。

他勵直流直流電動機轉矩計算公式[2]為

其中T為電機轉矩，Ce為電機電動勢常數，Ia為電樞電流，可知電機輸出轉矩與電樞電流成正比。因此，由表1可知，罐籠更換后，主電機制動力矩約為更換前的1.5倍，即提升系統制動力增加為原來的1.5倍。

根據上述分析和計算結果，可設

罐籠更換前主電機制動力為F0

罐籠更換后主電機制動力為F1

罐籠更換前張力差為F2

罐籠更換后張力差為F3

舊罐籠質量為m1

新罐籠質量為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

提升機減速段初速度v0

提升機第2級減速點速度v

則有：

2 分析結論應用

根據分析結論，我礦決定采取以下措施來增加西副井2#提升機罐籠重量，將提升系統張力差恢復到先前水平，消除影響提升機穩定運行的因素，從而達到保證提升系統穩定運行的最終效果。

2.1 加厚西副井2#罐籠三層側板。

采用δ6花紋鋼板作為新增側板，尺寸為3180×1500mm，查δ6花紋鋼板每平米重量為50.1Kg，可計算單塊花紋鋼板重量約為239Kg，在新罐籠內共鋪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，并以δ8鋼板（尺寸為3000×650mm，共3塊）作配重塊支撐。經計算，單塊錳鋼板重約215Kg，單塊δ8鋼板重約122Kg，合計增加重量為215×8+122×3=1720+366=2086Kg。

2.3 合計總增加重量為1434+2086=3520Kg.

3 應用效果

新罐籠重量增加后，西副井2#提升機自動方式上行可以按設計工藝進行減速，減速度恢復正常，同時滿足其他各種工況下的正常運行。這表明我礦技術人員對此故障現象的原因分析是正確的，采取的措施是得當的。此次故障處理，不僅填補了我礦在礦井提升機動力學研究方面的空白，而且鍛煉了專業技術隊伍，積累了寶貴經驗，取得了豐碩的成果。

參考文獻

[1]晉民杰，礦井提升機械[M]機械工業出版社，2011：147-158.

[2]彭鴻才，電機原理及拖動[M]機械工業出版社，1996：1-34.

作者簡介：姚秀芳，女，工程碩士，電氣工程師，經濟師，研究領域：礦山電氣設備自動化及礦井提升運輸專業的研究。