JZ-16/1000鑿井絞車(chē)?yán)碚撚?jì)算及分析與過(guò)流保護(hù)繼電器的選擇及整定

鄭嶼

【摘 要】本文以JZ-16/1000鑿井絞車(chē)為例，通過(guò)理論計(jì)算及分析，說(shuō)明了大模板斷繩的主要原因；介紹了鑿井絞車(chē)過(guò)流保護(hù)裝置選擇及整定的原則，為大模板懸吊繩的安全使用尋找理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】斷繩 計(jì)算分析 方案

【中圖分類(lèi)號(hào)】 F224-39【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B【文章編號(hào)】1672-5158（2013）07-0308-01

JZ-16/1000鑿井絞車(chē)卷筒直徑，φ1.0m；允許纏繞的鋼絲繩最大直徑，φ40.5mm；鋼絲繩最大凈張力，160KN；鋼絲繩最大纏繞7層；總減速比，快檔506.6，慢檔1013.2；平均繩速，快檔6m/min，慢檔3m/min；電動(dòng)機(jī)型號(hào)，YZR250M2-8；電動(dòng)機(jī)軸輸出的額定機(jī)械功率37kw，電機(jī)額定工作電流78.1A，額定轉(zhuǎn)速720r/min，額定效率0.89，額定功率因數(shù)0.83，最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩=2.7；減速器為二級(jí)齒輪配合蝸輪、蝸桿傳動(dòng)，總傳遞效率，0.85*0.7=0.6。下面對(duì)JZ-16/1000鑿井絞車(chē)進(jìn)行理論計(jì)算及分析，說(shuō)明鑿井絞車(chē)過(guò)流保護(hù)裝置選擇及整定的原則，為大模板懸吊繩的安全使用尋找理論依據(jù)。

一、繩速計(jì)算

以纏繞18×7+FC-φ40-1770鋼絲繩7層為例，在井筒工程剛剛開(kāi)工，鑿井絞車(chē)提升使用最外層鋼絲繩時(shí)：

Vmax=πDn/i=3.142×1.456×720÷506.6（1013.2）=6.502（3.251） r/min=0.1087（0.054）m/s

在井筒工程快到底，鑿井絞車(chē)提升使用最里層鋼絲繩時(shí)：

Vmax=πDn/i=3.142×1.04×720÷506.6（1013.2）=4.644（2.322） r/min=0.077（0.039）m/s

說(shuō)明：括號(hào)內(nèi)為鑿井絞車(chē)使用慢檔時(shí)的計(jì)算數(shù)據(jù)（“計(jì)算分析”這節(jié)里均同）。

二、電動(dòng)機(jī)功率估算

在井筒工程剛剛開(kāi)工，鑿井絞車(chē)提升使用最外層鋼絲繩時(shí)：

P=FVmax /η=QVmax/（102η）=160×0.1087（0.054）÷0.6=28. 99（14.50）kw

在井筒工程快到底，鑿井絞車(chē)提升使用最里層鋼絲繩時(shí)：

P=FVmax /η=QVmax/（102η）=160×0.077÷0.6=20.53（10.27） kw

由以上計(jì)算可以看出，廠家標(biāo)配的37kw電機(jī)，當(dāng)鑿井絞車(chē)為慢檔最里層鋼絲繩工作狀態(tài)時(shí)，負(fù)載率僅為：10.27÷37=0.28，電機(jī)能力過(guò)大，屬于典型的大馬拉小車(chē)。

三、額定工作狀態(tài)下電機(jī)作用在卷筒上力計(jì)算

在井筒工程剛剛開(kāi)工，鑿井絞車(chē)提升使用最外層鋼絲繩時(shí)：

Q=102Pη/ Vmax=102×37×0.6÷0.1087（0.054）=20.83（41.66）t

在井筒工程快到底，鑿井絞車(chē)提升使用最里層鋼絲繩時(shí)：

Q=102Pη/ Vmax=102×37×0.6÷0.077（0.039）=29.41（58.82）t

當(dāng)大模板被卡阻仍強(qiáng)行上升，在電機(jī)接近堵轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸輸出的最大轉(zhuǎn)矩傳遞到卷筒鋼絲繩上的力為：

在井筒工程剛剛開(kāi)工，鑿井絞車(chē)提升使用最外層鋼絲繩時(shí)：

Q=20.83（41.66）×2.7=56.24（112.48）t

在井筒工程快到底，鑿井絞車(chē)提升使用最里層鋼絲繩時(shí)：

Q=29.41（58.82）×2.7=79.41（158.81）t

由以上計(jì)算可以看出，JZ-16/1000鑿井絞車(chē)在快檔狀態(tài)下，如果對(duì)大模板強(qiáng)行上拉在電機(jī)堵轉(zhuǎn)之前，其56.24～79.41t的上提能力，對(duì)于18×7+FC-φ32-1770以下鋼絲繩也相當(dāng)危險(xiǎn)；如果在慢檔狀態(tài)，該鑿井絞車(chē)112.48～158.81t的上提能力，能拉斷其所允許纏繞的所有規(guī)格鋼絲繩。即使是該鑿井絞車(chē)電機(jī)工作在額定狀態(tài)下，當(dāng)處于慢檔時(shí)，其傳遞到鋼絲繩上41.66～58.82t的拉力對(duì)于18×7+FC-φ28-1770以下鋼絲繩也是致命的。

然而，各施工單位在升降大模板時(shí)基本上都習(xí)慣使用鑿井絞車(chē)慢檔工作。該鑿井絞車(chē)在慢檔工作狀態(tài)下8極15～18.5kw電機(jī)就可以滿足其160KN最大靜張力的要求，使用8極37kw電機(jī)顯然能力過(guò)大，當(dāng)操作司機(jī)在錯(cuò)誤操作時(shí)對(duì)模板懸吊鋼絲繩是十分危險(xiǎn)的。

四、過(guò)流保護(hù)繼電器的選擇及整定

鑿井絞車(chē)啟動(dòng)柜對(duì)絞車(chē)電機(jī)保護(hù)，早年生產(chǎn)老柜子多采用電磁式瞬動(dòng)繼電器作電機(jī)的速斷保護(hù)，熱繼電器作為電機(jī)的過(guò)載保護(hù)。常規(guī)整定時(shí)，速斷保護(hù)一般按電機(jī)啟動(dòng)電流的1.2倍整定，熱機(jī)電器熱元件一般按稍大于電機(jī)的額定工作電流整定。缺陷是電磁式瞬動(dòng)繼電器受環(huán)境因素影響比較大，當(dāng)機(jī)構(gòu)或彈簧疲勞時(shí)速斷保護(hù)不太準(zhǔn)確可靠。

新生產(chǎn)的鑿井絞車(chē)啟動(dòng)柜基本上采用JD系列電機(jī)綜合保護(hù)器，為電子式過(guò)流保護(hù)器，具有反時(shí)限過(guò)流保護(hù)、電機(jī)欠相保護(hù)。其反時(shí)限過(guò)流保護(hù)1.2倍動(dòng)作電流時(shí)3～120s。整定時(shí)一般在現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)調(diào)整，按躲過(guò)電機(jī)的正常工作電流及啟動(dòng)時(shí)間來(lái)整定，動(dòng)作電流值應(yīng)稍大于電機(jī)的長(zhǎng)時(shí)工作電流，動(dòng)作時(shí)限3～5s左右，能躲過(guò)電機(jī)的正常啟動(dòng)時(shí)間即可。以上計(jì)算可以看出，當(dāng)鑿井絞車(chē)處在慢檔最里層鋼絲繩工作狀態(tài)時(shí)，其電機(jī)在額定工作時(shí)作用在卷筒懸吊鋼絲繩的力非常大，是鑿井絞車(chē)鋼絲繩最大靜張力的2. 6～3.7倍，電機(jī)的負(fù)載率僅為額定值的0.39～0.28倍，當(dāng)非正常提升造成鋼絲繩安全系數(shù)大幅下降時(shí)，電機(jī)尚未過(guò)載，此種情況下對(duì)大模板懸吊鋼絲繩仍然較危險(xiǎn)。

那么，通過(guò)合理的計(jì)算，對(duì)鑿井絞車(chē)的電機(jī)的過(guò)流保護(hù)限定一個(gè)過(guò)流動(dòng)作值從而達(dá)到既保護(hù)電機(jī)又能保證鋼絲繩不被拉斷的目的也比較困難。原因之一是要準(zhǔn)確的計(jì)算動(dòng)作電流值非常難，因?yàn)殡姍C(jī)定子從電網(wǎng)吸收的工作電流I1=P2/η= P2/（1.732ηUConφ） ，其中P2是電機(jī)轉(zhuǎn)軸輸出的機(jī)械功率，U是電網(wǎng)電壓取380v，η是電機(jī)的工作效率，電機(jī)從空載～額定負(fù)載線形增加時(shí)，η從0～額定效率非線性增加；Conφ是電機(jī)的功率因數(shù)，電機(jī)從空載～額定負(fù)載線形增加時(shí)，Conφ從0.3左右～額定功率因數(shù)非線性增加。電機(jī)在空載狀態(tài)下η及Conφ最低，在額定負(fù)載狀態(tài)下最大，超過(guò)額定負(fù)載時(shí)下降。因此電機(jī)的負(fù)載成一定倍率增加或下降到某數(shù)值時(shí)，無(wú)法確定此狀態(tài)下的η及Conφ值。當(dāng)懸吊總重量約為11600kg，立井JZ-16/1000大模板懸吊鑿井絞車(chē)慢檔提升模板時(shí)電機(jī)輸出的機(jī)械功率為11600×0.081÷102÷0.6=15.35kw，工作電流為50A，η與Conφ的乘積為15.35×1000÷50÷1.732÷380=0.466；快檔提升模板時(shí)電機(jī)輸出的機(jī)械功率為11600×0.162÷102÷0.6=30.70kw，工作電流為70A，η與Conφ的乘積為30.70×1000÷70÷1.732÷380=0.667。假如慢檔提升模板時(shí)模板受卡阻，懸吊總重量為原懸吊重量的2倍時(shí)，η與Conφ的乘積才為原來(lái)的1.4倍，電機(jī)電流也只為原正常狀態(tài)的1.4倍，不成線性變化關(guān)系。

原因之二是現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整大模板時(shí)多為點(diǎn)動(dòng)提升，如果信號(hào)傳遞或觀察有誤，模板卡阻時(shí)司機(jī)仍間斷點(diǎn)動(dòng)開(kāi)車(chē)，這時(shí)電機(jī)工作電流與正常值比雖然在不斷增大處于過(guò)載狀態(tài)（慢檔時(shí)電流變化比較緩慢），鋼絲繩受力也在逐漸增大，但是過(guò)流整定時(shí)，由于為躲過(guò)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間的時(shí)限限制，過(guò)流在時(shí)限內(nèi)不會(huì)動(dòng)作，仍然能夠造成拉斷繩事故。

因此按實(shí)際工作電流整定電機(jī)過(guò)流保護(hù)也只能作為防止拉斷繩的后備保護(hù)。

參考文獻(xiàn)

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