张力差与提升系统稳定性的研究

姚秀芳 车君艳 王玉征 汪炜兰

摘 要：通过在提升设备管理中遇到的实际问题，分析张力差与提升系统稳定性二者之间的关系，并用于指导提升系统故障解决，收到了很好的效果。

关键词：张力差；提升系统；故障解决

金川集团股份有限公司二矿区30行西副井于1983年建成投产，是二矿区员工上下井、井下废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水平设有马头门。该井安装有两套独立的塔式多绳摩擦提升机，型号为JKD2.8×6，采用单罐三层罐笼配平衡锤的运行方式，提升行程609米，能够实现5中段提升。2002年至2003年，我矿采用Siemens PLC控制技术和ABB直流传动技术对这两台提升机的电控系统进行了升级改造，改造后提升机实现了全数字控制，能够全自动运行，速度为8m/s。

2011年9月，我矿对西副井2#罐笼进行了更换。罐笼更换后，在试车过程中发现西副井2#提升机空载以自动运行方式8m/s速度从1150水平上行至1759水平时，提升机减速度不正常，罐笼到达第2级减速点时速度仍高达3.3m/s，远远超过西副井2#提升机设计的0.4m/s的二级减速点预定速度，提升机超速故障停车。后经多次相同工况下试车，发现试车结果均相同，提升机无法正常稳定运行。

针对此异常现象，我矿组织专业技术人员从张力差与提升系统稳定性的关系入手进行分析，并利用得到的结论指导故障解决，取得了很好的效果。

1 张力差与提升系统稳定性分析

1.1 故障原因确定

由于此次检修只更换了西副井2#机罐笼，对该提升系统其他设备设施未进行任何检修或更换，因此可断定问题出在新罐笼上。在将新旧罐笼对比后发现，新罐笼与旧罐笼在尺寸上基本一致，但新罐笼制造所采用的绝大多数非关键材料，如罐笼侧板等较旧罐笼差异较大。旧罐笼侧板为δ6的钢板，而新罐笼仅为δ3，仅此一项新罐笼较旧罐笼已经轻了1000多千克。由此，我矿专业技术人员认为，新罐笼安装后，罐笼侧重量减轻，系统张力差发生了变化，提升系统张力差较罐笼更换前增大较多，导致提升机主电机制动力矩不能满足提升机设计工艺的要求，是提升机减速度异常的主要原因[1]。

1.2 张力差确定

确定原因后，我矿技术人员对西副井2#提升机新罐笼更换后的张力差进行了初步确定。通过查看上位监控画面，得到以下数据：

由表1可知，罐笼更换后，提升机主电机制动电流增大约1.5倍。

由于提升機主电机为他励直流电动机，采用恒磁调速，电枢换向，故励磁电流恒定，即主电机磁通恒定，因此有磁通Φ=constant，电机磁通为常数，与罐笼更换无关。

他励直流直流电动机转矩计算公式[2]为

其中T为电机转矩，Ce为电机电动势常数，Ia为电枢电流，可知电机输出转矩与电枢电流成正比。因此，由表1可知，罐笼更换后，主电机制动力矩约为更换前的1.5倍，即提升系统制动力增加为原来的1.5倍。

根据上述分析和计算结果，可设

罐笼更换前主电机制动力为F0

罐笼更换后主电机制动力为F1

罐笼更换前张力差为F2

罐笼更换后张力差为F3

旧罐笼质量为m1

新罐笼质量为m2

罐笼更换前上行减速度为a1

罐笼更换后上行减速度为a2

上行减速距离为s

提升机减速段初速度v0

提升机第2级减速点速度v

则有：

2 分析结论应用

根据分析结论，我矿决定采取以下措施来增加西副井2#提升机罐笼重量，将提升系统张力差恢复到先前水平，消除影响提升机稳定运行的因素，从而达到保证提升系统稳定运行的最终效果。

2.1 加厚西副井2#罐笼三层侧板。

采用δ6花纹钢板作为新增侧板，尺寸为3180×1500mm，查δ6花纹钢板每平米重量为50.1Kg，可计算单块花纹钢板重量约为239Kg，在新罐笼内共铺6块，总重为239×6=1434Kg。

2.2 在罐笼每层底板轨道夹层铺配重块，并做支撑。

采用我矿主井废旧锰钢板作为配重块（共8块），铺在轨道夹层内，并以δ8钢板（尺寸为3000×650mm，共3块）作配重块支撑。经计算，单块锰钢板重约215Kg，单块δ8钢板重约122Kg，合计增加重量为215×8+122×3=1720+366=2086Kg。

2.3 合计总增加重量为1434+2086=3520Kg.

3 应用效果

新罐笼重量增加后，西副井2#提升机自动方式上行可以按设计工艺进行减速，减速度恢复正常，同时满足其他各种工况下的正常运行。这表明我矿技术人员对此故障现象的原因分析是正确的，采取的措施是得当的。此次故障处理，不仅填补了我矿在矿井提升机动力学研究方面的空白，而且锻炼了专业技术队伍，积累了宝贵经验，取得了丰硕的成果。

参考文献

[1]晋民杰，矿井提升机械[M]机械工业出版社，2011：147-158.

[2]彭鸿才，电机原理及拖动[M]机械工业出版社，1996：1-34.

作者简介：姚秀芳，女，工程硕士，电气工程师，经济师，研究领域：矿山电气设备自动化及矿井提升运输专业的研究。