關于單繩摩擦式直流提升機功率驗算的分析

摘要：開灤呂家坨礦老副井提升機國產化改造后，由于提升機旋轉部位轉動慣量及變位質量都比原來有所增大，而提升機拖動電機功率未發生變化，因此驗算電動機功率能否帶動負載顯得格外重要，本文介紹了單繩摩擦式提升機拖動電機功率驗算及其過載能力校驗的方法和步驟，希望能夠對提升機改造前的設計有所借鑒。

關鍵詞：摩擦式提升機 功率 過載能力 驗算 分析

1.前言

呂家坨礦老副井提升機系波蘭進口的KP-6000型列奧那爾德式摩擦輪滾筒提升機，提升機拖動電機為波蘭進口的P-4100/24/500型直流電動機，制動系統為風動機械聯鎖角移式制動閘，系統采用直聯拖動形式，該部提升機于1968年投入使用，迄今已經運轉45年，提升機滾筒、主軸、閘座等關鍵部位的零部件已經老化、磨損嚴重，特別是受制動系統的限制，提升機無法實現全自動運行，已經不能滿足生產的需要。2014年4月10日-20日，開灤基建公司完成了呂家坨礦老副井提升機的國產化改造工作，改造后的提升機為中實洛陽重型機械有限公司生產的JKMD-6×1型落地式單繩摩擦輪滾筒提升機，提升機拖動電機為大連日牽電機有限公司生產的ZJD410/55-24型直流電動機，制動系統為液壓盤型制動器，具有恒減速制動及二級制動功能，且能夠與主控系統配合實現提升機的全自動運行。

2.問題的提出

老副井提升機改造后，新提升機旋轉部位重量比原來旋轉部位增加了約10噸，新提升機拖動電機額定功率、電樞額定電流、額定轉速均未發生變化，新、舊直流電動機的勵磁電流由原來的73A變為78A，直流電動機主磁極鐵芯長度由原來的500mm變為550mm，補償繞組截面積由原來的1000mm2變為850mm2。由于負載轉動慣量增加，提升機能否帶得動負載就顯得至關重要，因此，需要對拖動電機的功率進行驗算和分析。

3.拖動電機的功率驗算和分析

3.1提升機參數

提升高度：H=629.6m；

罐籠重量：7.5t；

載荷重量：5.6t；

空礦車重量：1.37t；

主繩長度：780m；

尾繩長度：650m；

鋼絲繩每米重量：11.4kg/m。

3.2直流電動機參數

型號：ZJD410/55-24；

額定功率：1600kW；

電樞額定電壓：650V；

電樞額定電流：2660A；

磁場額定電壓：110/220V；

定子額定電流：156/78A；

額定轉速：45 r/min；

直流電動機過載系數λm：2.50。

3.3提升機運動部分變位質量m及變位重量G

（1）變位質量m：

（2）變位重量G：G=mg=77252×9.81=757842.12kg

式中：

--- 載荷重量5600kg；

--- 罐籠重量7500kg；

--- 空礦車重量1370kg；

P ---鋼絲繩每米重量 11.4kg/m；

L1---主繩長度780m；

L2---尾繩長度650m；

---提升機旋轉部位變位質量19910kg；

---天輪變位重量4450kg；

---電動機變位重量8800kg。

3.4提升機速度圖和力圖

（1）Vmax=4m/s時的速度曲線圖和力圖

階段 （1） （2） （3） （4） （5） （6）

a（m/s2） 0.05 0.20 0.00 -0.40 -0.04 -0.30

t（s） 20 15 139.18 8.25 10 3.33

h（m） 10 37.5 556.7 19.4 5 1

（2）Vmax=8m/s時的速度曲線圖和力圖

階段 （1） （2） （3） （4） （5） （6）

a（m/s2） 0.1 0.5 0.00 -0.5 -0.08 -0.30

t（s） 20 12 60.43 14.6 5 1

h（m） 20 60 483.44 63.51 2.5 0.15

3.5力圖計算

將速度圖中每一階段的行程，相應的加速度和減速度代入提升機動力學方程 ，并代入相應的x行程值，即可計算出不同階段電機拖動力，呂家坨礦老副井提升機系摩擦式提升機，主、尾繩平衡，因此式中P(H-2x)=0，采用 ，其中，k---礦井阻力系數，罐籠提升k=1.2。

a、提升速度為4m/s時各階段的拖動力：

（1）初加速開始時：F1=1.2×5600+77252×0.05=10583kg

（2）初加速終了時：F2=1.2×5600+77252×0.05=10583kg

（3）急加速開始時：F3=1.2×5600+77252×0.2=22170kg

（4）急加速終了時：F4=1.2×5600+77252×0.2=22170kg

（5）等速開始時：F5=1.2×5600=6720kg

（6）等速終了時：F6=1.2×5600=6720kg

（7）急減速開始時：F7=1.2×5600-77252×0.4=-24181kg

（8）急減速終了時：F8=1.2×5600-77252×0.4=-24181kg

（9）緩減速開始時：F9=1.2×5600-77252×0.04=3630kg

（10）緩減速終了時：F10 =1.2×5600-77252×0.04=3630kg

（11）低速爬行開始時：F11=1.2×5600-77252×0.3=-16456kg

（12）低速爬行終了、停車時：F12=1.2×5600-77252×0.3=-16456kg

b、提升速度為8m/s時各階段的拖動力：

（1）初加速開始時：F1=1.2×5600+77252×0.1=14445kg

（2）初加速終了時：F2=1.2×5600+77252×0.1=14445kg

（3）急加速開始時：F3=1.2×5600+77252×0.5=45345kg

（4）急加速終了時：F4=1.2×5600+77252×0.5=45345kg

（5）等速開始時：F5=1.2×5600=6720kg

（6）等速終了時：F6=1.2×5600=6720kg

（7）急減速開始時：F7=1.2×5600-77252×0.5=-31906kg

（8）急減速終了時：F8=1.2×5600-77252×0.5=-31906kg

（9）緩減速開始時：F9=1.2×5600-77252×0.08=539.84kg

（10）緩減速終了時：F10 =1.2×5600-77252×0.08=539.84kg

（11）低速爬行開始時：F11=1.2×5600-77252×0.3=-16456kg

（12）等速爬行終了、停車時：F12=1.2×5600-77252×0.3=-16456kg

3.6電動機容量的驗算

a.積分項

（1）Vmax=4m/s時的積分項

=3.1×1010kg2s

（2）Vmax=8m/s時的積分項

=4.67×1010kg2s

b.等效力時間

（1）Vmax=4m/s時：

= ×（20+15+8.25+10+3.33）+139.18+ ×40=202s

（2）Vmax=8m/s時：

= （20+12+14.6+5+1）+60.43+ ×40=120s

依據《煤礦電工手冊》第三分冊P39頁，式中：

--- 低速運轉時電機散熱不良的影響系數，直流電動機取α= ；

--- 停車間歇時電機散熱不良的影響系數直流電動機取β= ；

---停車間歇時間θ=40s。

c.等效力計算Fd

（1）Vmax=4m/s時：

（2）Vmax=8m/s時：

d.電動機的等效容量Pd（

依據《煤礦電工手冊》第三分冊P38頁，直聯拖動的直流提升機，傳動效率η=1.0）

（1）提升速度Vmax=4m/s時：

符合要求。

（2）提升速度Vmax=8m/s時：

符合要求。

3.7過載能力的驗算

a.電動機的額定出力Fe

依據《煤礦電工手冊》第三分冊P38頁，直聯拖動的直流提升機，傳動效率η=1.0。

(1)提升速度Vmax=4m/s時：

(2)提升速Vmax=8m/s時：

b.最大峰值載荷

（1）提升速度Vmax=4m/s時：力圖中最大峰值載荷Fmax=F7=-24181kg

（2）提升速度Vmax=8m/s時：力圖中最大峰值載荷Fmax=F3=45345kg

c.過載系數

（1）提升速度Vmax=4m/s時：

符合要求。

（2）提升速度Vmax=8m/s時：

符合要求。

4.結論

JKMD-6×1單繩摩擦落地式提升機在呂家坨礦老副井成功投入運行后，制動系統實現了恒減速制動，制動效果和安全系數有了明顯提高，閘控系統與主控系統相互配合實現了全自動提升，從而大大降低了工人的勞動強度，提高了生產效率。通過驗算和分析，新提升機在Vmax=4m/s和Vmax=8m/s的工況下，提升機拖動電機的功率完全符合要求，能夠帶動負載，其過載能力亦符合要求。

作者簡介

楊建國，男，30歲，吉林松原人，開灤能源化工股份有限公司呂家坨礦業分公司電氣技術員，助理工程師。