主井提升機運行速度圖優化探索與實踐

易莉莉，劉紅亮，李振國

（1.江西銅業股份有限公司德興銅礦，江西 德興 334224；2.江西銅業股份有限公司武山銅礦，江西 瑞昌 332204）

1 引言

礦井提升機主要由電動機、減速器、卷筒（或摩擦輪）、制動系統、深度指示系統、測速限速系統和操縱系統等組成，采用交流或直流電機驅動。按提升鋼絲繩的工作原理分為纏繞式礦井提升機和摩擦式礦井提升機；按提升物料種類分為主井提升機和副井提升機，主井提升機主要用來提升礦石和廢石，副井提升機主要用來提升人員和其他生產材料及附屬設施。

礦井提升機綜合提升效率取決于多方面因素，包括提升速度、提升容器裝卸礦時間、提升機單次提升礦量等，其中提升速度不僅包括提升容器在中段的最高運行速度，還包括提升容器啟動及停止階段的爬行加減速度。由于提升機每日往復提升運行數百次，提升機在爬行階段的速度設計將直接影響提礦效率［1-3］。提升機爬行階段速度圖設計往往需要結合礦山實際（如罐道梁完好性、箕斗運行偏擺程度等現場工況）多方面綜合考量，才能得出最優方案［4-5］。

2 提升機運行存在的問題

某礦山主井提升機為塔式多繩摩擦提升機，提升機型號為JKM-3.5×6，采用雙箕斗提升方式，單次提升礦量為20 t，箕斗提升速度為8.5 m/s，箕斗單次提升行程為722.8 m，電機功率為2500 kW。

該主井提升機在投產運行后，提升機提礦效率遇到瓶頸，盡管每天滿負荷運行20 h 以上，將提升機檢修維護時間壓縮到最少，每天也只能提礦5800 t，無法滿足每日提升6000 t 礦石和1000 t 廢石的生產要求。因此，該礦迫切需要對主井提升機進行優化改造，以擴大提升能力，提高提礦效率。

3 優化之前運行速度圖

3.1 提升機速度圖

為了使提升機在既安全又經濟的狀態下進行工作，除了在提升系統中設置應有的安全保護裝置外，還應對提升機在各種工況運行時的加速度和最大速度給予限制。實際運行的提升機都有依照上述規定及經濟合理的條件下設計的運行速度圖。速度圖表示了提升機（容器）的運行速度隨時間變化的規律。提升機司機的操作，應使提升機符合速度圖要求的運行規律。實際工作中使用的速度圖有罐籠提升采用的五階段速度圖、立井箕斗提升的六階段速度圖以及斜井提升的速度圖。

3.2 速度圖各階段運行參數

主井提升系統投產運行之初，由于大家對該提升機各方面的性能還未深入了解，所以在提升機運行參數設置方面相對謹慎，當時提升機實際運行速度圖為六階段速度圖［6］，如圖1。

圖1 優化前提升機運行速度圖（六階段）

第一階段（初始加速階段）：

初速度v0=0；

初始加速度a1=0.125 m/s2；

加速時間t1=4 s；

運行距離h1=0.5a1t12=0.125 m/s2×4 s×4 s=1 m。

第二階段（低速勻速階段）：

速度v2=a1t1=0.125 m/s2×4 s=0.5 mm/s；

時間t2=52 s-4 s=48 s；

運行距離h2=v2t2=0.5 m/s×48 s=24 m。

第三階段（主加速階段）：

主加速度a3=0.35 m/s2；

加速時間t3=74.86 s-52 s=22.86 s；

加速末端速度v3=v2+a3t3=0.5 m/s+0.35 m/s2×22.86 s=8.5 m/s；

運行距離h3=v2t3+0.5a3t32=0.5 m/s×22.86 s+0.5×0.35 m/s2×（22.86 s）2=102.88 m。

第四階段（高速勻速階段）：

速度v4=v3=8.5 m/s；

時間t4=133.41 s-74.86 s=58.55 s；

運行距離h4=v3t4=8.5 m/s×58.55 s=497.68 m。

第五階段（主減速階段）：

主減速度a5=-0.52 m/s2；

減速時間t5=148.79 s-133.41 s=15.38 s；

減速末端速度：v5=v4+a5t5=8.5 m/s+（-0.52 m/s2×15.38 s）=0.5 m/s；

運行距離h5=v4t5-0.5a5t52=8.5 m/s×15.38 s-0.5×0.52 m/s2×（15.38 s）2=69.23 m。

第六階段（低速勻速階段）：

速度v6=v5=0.5 m/s；

時間t6=204.79 s-148.79 s=56 s；

運行距離h6=v6t6=0.5 m/ s×56 s=28 m。

3.3 箕斗單次運行行程及時間

箕斗按以上六階段速度圖運行單次行程h=h1+h2+h3+h4+h5+h6=1 m+24 m+102.88 m+497.69 m+69.23 m+28 m=722.8 m；

單次運行時間t=t1+t2+t3+t4+t5+t6=4 s+48 s+22.86 s+58.55 s+15.38 s+56 s=204.79 s。

4 優化前運行速度圖問題分析

4.1 第一、三、五階段分析

第一階段（初始加速階段）?；烦跏技铀俣?.125 m/s2，加速時間4 s，運行距離1 m。加速度未超過相關要求，加速用時只有4 s，相對時間短，不需改變。

第三階段。主加速度0.35 m/s2，加速時間22.86 s，加速末端速度8.5 m/s。按照該類提升機主加速度不高于0.7 m/s2的規定，加速到8.5 m/s，加速時間有一定的壓縮空間。但主加速度增加后提升電流相應增加，對提升機首繩防滑及防斷損的要求都相應提高，故該項不作為改造首選［7］。

第五階段。主減速度達到-0.52 m/s2，更不作為改造首選。

4.2 第四階段分析

第四階段為高速勻速階段，速度為8.5 m/s。該數值為主井提升主要性能參數，該速度值如果提高，必然需要對提升機主要構件重新進行加強設計，故該項不可更改［8］。

4.3 第二、六階段分析

第二階段為低速勻速階段，速度0.5 mm/s，時間48 s，運行距離24 m。該階段為空載箕斗勻速爬行出軌（鋼罐道）階段，爬行速度不高。因為武山銅礦主井靠背罐道梁維護較好、箕斗運行偏擺較小，箕斗運行相對安全，所以，這一階段的運行時間48 s 有很大壓縮空間。

第六階段為重載箕斗勻速爬行入軌（鋼罐道）階段，運行時間56 s 同樣有很大壓縮空間［9］。

5 運行速度圖優化方案

5.1 優化總體思路

主提升機系統原六階段速度圖設定的箕斗實際出、入軌爬行時間及爬行距離較長，導致箕斗單次提升運行時間較長?，F在,在保證提升機運行安全并保持箕斗最高運行速度8.5 m/s 不變的基礎上，重新設定箕斗低速出、入軌爬行時間及距離，按八階段速度圖設計提升機各階段速度運行參數［10］。

5.2 優化后速度圖各階段運行參數

原速度圖第一、三階段參數保持不變，第四階段高速勻速階段的速度值8.5 m/s 不變，第五階段主減速階段分為三個階段，原全階段減速度0.52 m/s2變為中間增加一段1.5 m/s 的低速勻速階段，第二、六階段0.5 mm/s 低速勻速運行時間縮短。如圖2 所示。

圖2 優化后提升機運行速度圖（八階段）

第一階段（初始加速階段）：

初速度v0=0；

初始加速度a1=0.125 m/s2；

加速時間t1=4 s；

運行距離h1=0.5a1t12=0.125 m/s2×4 s×4 s=1 m。

第二階段（低速勻速階段）：

速度v2=a1t1=0.125 m/s2×4 s=0.5 mm/s；

時間t2=12 s-8 s=8 s；

運行距離h2=v2t2=0.5 m/s×8 s=4 m。

第三階段（主加速階段）：

主加速度a3=0.35 m/s2；

加速時間t3=34.86 s-12 s=22.86 s；

加速末端速度v3=v2+a3t3=0.5 m/s+0.35 m/s2×22.86s=8.5m/s；

運行距離h3=v2t3+0.5a3t32=0.5 m/s×22.86 s+0.5×0.35 m/s2×（22.86 s）2=102.88 m。

第四階段（高速勻速階段）：

速度v4=v3=8.5 m/s；

時間t4=95.81 s-34.86 s=60.95 s；

運行距離h4=v3t4=8.5 m/s×60.95 s=518.1 m。

第五階段（主減速階段）：

主減速度a5=-0.52 m/s2，

減速時間t5=109.27 s-95.81 s=13.46 s，

減速末端速度v5=v4+a5t5=8.5 m/s+（-0.52 m/s2×13.46 s）=1.5 m/s；

運行距離h5=v4t5-0.5a5t52=8.5 m/s×13.46 s-0.5×0.52 m/s2×（13.46 s）2=67.31 m。

第六階段（低速勻速階段）：

速度v6=v5=1.5 m/s；

時間t6=125.61 s-109.27 s=16.34 s；

運行距離h6=v6t6=1.5 m/s×16.34 s=24.51 m；

第七階段（主減速階段）：

主減速度a7=-0.52 m/s2；

減速時間t7=127.53 s-125.21 s=1.92 s；

減速末端速度v7=v6+a7t7=1.5 m/s+（-0.52 m/s2×1.92 s）=0.5 m/s；

運行距離h7=v6t7-0.5a7t72=1.5 m/s×1.92 s-0.5×0.52 m/s2×（1.92 s）2=1.92 m；

第八階段（低速勻速階段）：

速度v8=v7=0.5 m/s；

時間t8=133.69 s-127.53 s=6.16 s；

運行距離h8=v8t8=0.5 m/s×6.16 s=3.08 m。

5.3 優化后箕斗單次運行行程及時間

箕斗按以上六階段速度圖運行單次行程h=h1+h2+h3+h4+h5+h6+h7+h8=1 m+4 m+102.88 m+518.1 m+67.31 m+24.51 m+1.92 m+3.08 m=722.8 m；

單次運行時間t=t1+t2+t3+t4+t5+t6+t7+t8=4 s+8 s+22.86 s+60.95 s+13.46 s+16.34 s+1.92 s+6.168 s=133.69 s。

提升機速度圖優化后，箕斗單次提升行程（高度）不變，單次提升運行時間減少：T=204.79 s-133.7 s=71.09 s。

5.4 優化后箕斗運行安全校驗

5.4.1 箕斗出軌過程（導槽運行離開靠背罐道梁）

已知箕斗兩側上下導槽距離7.5 m。

箕斗在第六階段運行距離h1=1 m；

箕斗在第二階段運行距離h2=4 m；

箕斗在第三階段運行距離h3=7.5 m-1 m-4 m=

2.5 m；

箕斗出軌在第三階段運行時間t3。

將相關數據代入公式h3=v2t3+0.5a3t32得：

h3=0.5 m/s×t3+0.5×0.35 m/s2×t32=2.5 m

由計算得t3=1.31 s；

箕斗出軌時在第三階段運行最高速度：

v3=v2+a3t3=0.5 m/s+0.35 m/s2×1.306 s=0.96 m/s

由于箕斗導槽速度由低到高運行出靠背罐道梁時最高速度只有0.96 m/s，遠低于出軌安全速度3 m/s，故箕斗出軌過程是安全可靠的。

5.4.2 箕斗入軌過程（導槽運行進入靠背罐道梁）

箕斗在第六階段，運行速度v6=1.5 m/s，運行距離h6=24.51 m；

箕斗在第七階段，運行速度v7小于1.5 m/s，運行距離h7=1.92 m；

箕斗在第八階段，運行速度v8=0.5 m/s，運行距離h8=3.08 m；

箕斗在第六、七、八階段，運行距離總和h=24.51 m+1.92 m+3.08 m=29.51 m。

由上述可知，箕斗在入軌前后連續過程中，以不大于1.5 m/s 的速度運行了29.51 m；現已知箕斗兩側上下導槽距離為7.5 m，即箕斗導槽運行進入靠背罐道梁時運行速度只有1.5 m/s，屬于安全速度，故箕斗出軌過程是安全可靠的。

6 優化改造達到的效果

最終，按照上述總體思路、技術方案，對主機系統運行參數進行了調整改造。改造后提升效率達到了20.5 斗/h，比改造前14.6 斗/h 提高了40%，即主機系統提升能力擴大了40%。改造效果非常顯著，不但滿足了該礦生產需求，而且確保了系統設備日常維護保養所需時間，大大緩解了主機系統日常管理壓力。