提升机安全制动力矩的选取和油压的计算

李含明

(大冶有色设计研究院有限公司, 湖北黄石市 435005)

提升机安全制动力矩的选取和油压的计算

李含明

(大冶有色设计研究院有限公司, 湖北黄石市 435005)

阐述了矿井提升机安全制动力矩倍数K与提升系统质量模数M的关系,探讨了K值的选取方法,提出了适合于各种提升方式的制动力矩和油压的计算和选定方法。

矿井提升机;制动力矩;质量模数;油压

为使矿井提升系统在紧急情况下能够尽快制动,且在制动时不损坏提升系统,在调试提升机时,必须合理选取安全制动力矩。矿井提升机目前使用较多的制动系统是可靠性高的盘式闸结构,制动力矩靠液压站所产生的压力油来控制,因而液压站油压的整定值是否合理关系到提升系统的安全。

1 制动力矩

1.1 制动力矩与减速度的关系

由动力学可导出提升系统制动力矩与制动减速度的关系。

提升重载时的制动减速度:

下放重载时的制动减速度:

式中:as——提升重载时的制动减速度,m/s2;

ax——下放重载时的制动减速度,m/s2;

Mz——提升机制动力矩,N·m;

Mj——提升系统最大静力矩,N·m;

Σm——提升系统变位质量,kg;

R——提升机卷筒半径,m。

提升机制动力矩与提升系统最大静力矩的关系为Mz=KMj,提升系统最大静力矩为Mj=FcR,则

式中:Fc——提升钢丝绳实际最大静张力差,N。

由此可得:

式中:M——提升系统的质量模数,M=(Σm)/Fc。

1.2 制动力矩倍数的确定

对不同类型的提升系统,其安全制动有不同的限制要求,K值的选取范围有所不同,本文按3种情况予以讨论。

1.2.1 竖井和倾角大于30°的斜井单绳缠绕式提升系统

《煤矿安全规程》和《金属非金属矿山安全规程》(GB16423-2006)(以下简称《安全规程》)对制动力矩和制动减速度作了如下规定:

(1)竖井和倾角大于30°的斜井的提升设备,安全制动时的减速度应满足:满载下放时应不小于1.5m/s2,满载提升时应不大于5m/s2。

(2)提升机紧急制动和工作制动时所产生的力矩,与实际提升最大静荷载产生的旋转力矩之比K,应不小于3。质量模数较小的绞车,上提重载安全制动的减速度超过限值时,可将安全制动装置的K值适当降低,但应不小于2。

(3)双卷筒提升机在调绳时,制动装置在各卷筒上所产生的力矩,应不小于该卷筒所悬挂质量形成的旋转力矩的1.2倍。

本文对上述(2)中提到的质量模数较小的绞车的安全制动力矩不予讨论。

根据上述规定,制动减速度as≤5m/s2,ax≥1.5m/s2,由式(4)、(5)得:

令K=5M-1和K=1.5M+1,绘制M-K关系曲线,如图1所示。

从图1可看出:

(1)提升系统质量模数M越大,则满足1.5≤a≤5m/s2条件的制动力矩倍数K值越大,且模数必须大于0.57;

(2)若M＞1.33,则K必大于3,见图中CDEF区域,此时可在此区间选取K值;

图1 质量模数与制动力矩倍数关系

(3)若0.8≤M≤1.33,则满足1.5≤a≤5m/s2条件的K值可取K=3;

(4)若0.57＜M＜0.8,则满足1.5≤a≤5m/s2条件的K值必小于3,此时,因采用一级制动不能同时满足制动力矩倍数和制动减速度的要求,为了保证安全提升,必须采用二级制动。二级制动的特点是,在发生紧急情况时,首先施加第一级制动力矩,使制动减速度在1.5～5m/s2范围内,使提升机在较短距离内停住,防止容器过卷或上冲。待速度降到零时,再施加第二级制动力矩,即最大制动力矩,以保证提升终了时安全可靠地闸住提升机。第一级制动力矩的倍数K1在图中ABG区域中选取,第二级制动力矩的倍数按K≥3确定。

根据《安全规程》规定,双筒提升机还应满足:

式中:M’j——卷筒悬挂质量形成的旋转力矩,M’j=

Qz——提升容器质量,kg;

P——钢丝绳每米重量,N/m;

H——悬挂钢丝绳长度,m。

1.2.2 多绳摩擦式提升系统

《安全规程》规定:摩擦轮式提升装置,常用闸或保险闸发生作用时,全部机械的减速度不得超过钢丝绳的滑动极限。

提升系统安全制动时,对提升机施加的制动力矩应保证在提升和下放重载时制动减速度1.5≤a≤5m/s2的要求,还应保证减速度不超过钢丝绳的滑动极限,即进行紧急制动时,动防滑安全系数δd≮1。

当系统质量模数M＜1.33时,为防止制动减速度超过钢丝绳的滑动极限而引起钢丝绳滑动,应采用二级制动。

满足减速度1.5≤a≤5m/s2的制动力矩倍数可根据图1选取。采用二级制动的,第一级制动力矩倍数K1在区域ACF中选取,第二级制动力矩倍数按K≥3确定;采用一级制动的,制动力矩倍数K在区域CDEF中选取。

由式(1)、(2)可计算出提升和下放重载时的制动减速度,从而验算提升和下放重载时紧急制动的动防滑安全系数δd,当验算结果不能满足δd≮1时,则应重选K值,再行验算。动防滑安全系数的计算公式可参阅有关文献查得。

1.2.3 倾角30°以下的斜井提升系统

《安全规程》规定:倾角30°以下的井巷,安全制动时的减速度应满足:满载下放时制动减速度应不小于0.75m/s2,满载提升时的制动减速度应不大于下式计算的自然减速度A0(m/s2)。

式中:g——重力加速度,m/s2;

θ——井巷倾角,°;

f——绳端载荷的运动阻力系数,一般取0.010～0.015。

此时,K值应满足:

力矩倍数K、斜井倾角θ和系统质量模数M关系曲线见图2,K值可在Ⅰ线与Ⅱ线之间选取。当满足式(8)、(9)条件的K值小于3时,应采用二级制动,第一级制动力矩倍数在Ⅰ线与Ⅱ线之间选取,第二级制动力矩倍数按K≥3确定。

图2 K-θ-M的关系

1.3 安全制动力矩的计算

(1)当安全制动采用一级制动时,根据确定好的K值按式(3)计算制动力矩,即Mz=KFcR。

(2)当安全制动采用二级制动时,由上述确定好的第一级制动力矩倍数K1按Mz1=K1FcR计算出第一级制动力矩Mz1,第二级制动力矩Mz按Mz≥3FcR计算。

2 液压站油压等的计算

盘式制动器靠弹簧制动,液压松闸,制动力矩是靠液压站所产生的压力油来控制的。安全制动采用二级制动的,需对液压站的最大工作油压和一级制动油压等分别进行整定,在此之前应进行相应的计算。

2.1 最大工作油压

液压站最大工作油压为:

式中:P——最大工作油压,Pa;

Mz——制动力矩,N·m;

f——闸瓦与制动盘的摩擦系数;

Rm——制动盘平均摩擦半径,m;

n——制动器闸瓦副数。

A——制动油缸有效面积,m2;

C1——克服闸瓦间隙所需油压值,C1≈0.9 MPa;

C2——克服运动阻力所需油压值,C2=0.7 MPa;

C3——系统残压,C3=0.5MPa。

2.2 一级制动油压

在第一级制动时,A组制动器全部投入并产生最大制动力矩之一半(Mz/2),其余制动力矩要求由B组制动器产生。所以一级油压为:

式中:nz——B组制动器闸瓦副数。

应指出,使用新闸瓦和使用旧闸瓦时的油压调整值是不同的,因新闸瓦较旧闸瓦多1mm左右的预压量,一级油压的整定值会高一些。

2.3 一级制动延时时间

一般二级制动在提升速度接近零时投入,所以一级制动延时时间为:

图3是二级制动P-t特性曲线图,安全制动时,盘形闸的高压油自A点迅速下降到B点,对应的时间为t0空行程时间,自B点降至C点经延时t1到D点,t1为一级制动延时时间,D点开始投入二级制动,油压由D点迅速下降到E点。

图3 二级制动油压特性

3 结 语

提升机安全制动力矩的计算由多个限制条件确定,均应满足,当采用一级制动不能满足安全制动要求时,应采用二级制动。盘式制动器液压站油压的计算由制动参数确定,在整定油压时,应根据闸瓦磨损程度相应降低油压整定值,以避免制动力矩不足。

[1]孙玉蓉,周法孔.矿井提升设备[M].北京:煤炭工业出版社,1995.

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[4]李含明.2JK-3/20矿井提升机制动参数的整定[R].黄石:大冶科技,2003,(4).

[5]GB16423-2006.金属非金属矿山安全规程[S].

2009-11-02)

李含明(1975-),男,湖北浠水人,高级工程师,从事矿山机械设计研究和技术管理工作,Email:lhm3264@163.com。