第八章提升系统动力学与运动学

第一节矿井提升运动学

一、提升速度图

竖井提升速度图因提升容器的不同一般可分为箕斗提升速度图(六阶段速度图)和罐笼提升速度图(五阶段速度图)。

图5一l所示为常采用的交流拖动双箕斗提升系统六阶段速度图，因它具有六个阶段而得名。速度图表达了提升容器在一个提升循环内的运动规律，现简述如下：

图5-1 箕斗提升六阶段速度图

(1)初加速度阶段t0 提升循环开始，处于井底装载处的箕斗被提起，而处于井口卸载位置的箕斗则沿卸载曲轨下行。为了减少容器通过卸载曲轨时对井架的冲击，对初加速度a0及容器在卸载曲轨内的运行速度v0 。要加以限制，一般取Vo≤1．5 m／s 。

(2)主加速阶段t1 当箕斗离开曲轨时，则应以较大的加速度a1运行，直至达到最大提升速度vm ，以减少加速阶段的运行时间，提高提升效率。

(3)等速阶段t2箕斗在此阶段以最大提升速度v m运行,直至重箕斗将接近井口开始减速时为止。

(4)减速阶段t3重箕斗将要接近井口时，开始以减速度a3运行，实现减速。

(5)爬行阶段t4重箕斗将要进入卸载曲轨时，为了减轻重箕斗对井架的冲击以及有利于准确停车，重箕斗应以低速v4爬行。一般v4=0.4～0.5m／s，爬行距离v4 =2.5～5m。

(6)停车休止阶段t5当重箕斗运行至终点时，提升机施闸停车。处于井底的箕斗进行装载，处于井口的箕斗卸载。箕斗休止时间可参考表5—1。

图5—2所示为双罐笼提升系统五阶段速度图。因为罐笼提升无卸载曲轨，故其速度图中无t0阶段。为了准确停车，罐笼提升仍需有爬行阶段，故罐笼提升的速度图为五阶段速度图。罐笼进出车休止时间参考相应手册。

二、最大提升速度

由式(1-1)计算的经济速度v j ,并不是提升机的最大提升速度v m ，但值尽可能是接近值。而最大提升速度值应如何确定呢?提升机的卷筒是由电动机经减速器拖动的。提升机卷筒圆周的最大速度与电动机额定转数n e 及减速器传动比i 有关，其关系如下式所示：

)/(60s m i Dn v e

m π= 5-1)

式中：D 为提升机卷筒直径，m ；i 为减速器传动比, n e 为电动机额定转数，r ／min 由式(5—1)计算的最大提升速度v m ，因每台提升机所选配的电动机转数的不同和减速器速比的不同而具有有限的几个数值，这有限的几个数值均称为提升机的标准速度—最大提升速度。应该注意的是，选取v m 时，即选择转速n e 和传动比i 时，应使v m 值接近v j 值。其办法可从下列有关的表中查找(各表(见课本)的值是据式(5—1)计算得出的)。

在表中找出与v j 值最接近的v m 值，该值即为确定的提升最大速度——标准速度，这样，即可定出与确定的v m 值相对应的电动机转速和减速器的传动比。

根据式(8—1)得到的标准速度值必须符合《煤矿安全规程》对提升最大速度的有关规定：

(1) 竖井中升降物料时，提升容器最大速度不得超过下式算出的数)/(6.0s m H v m ≤ （5-2）

(2)竖井中用罐笼升降人员的最大速度不得超过下式算出的数值，且最大不得超过16m ／s 。)/(5.0s m H v m ≤ （5-3）三、提升加速度和减速度的确定

(一)提升加速度a 1的确定

确定提升加速度a 1时，应综合考虑如下因素：

(1)根据《煤矿安全规程》规定，竖井升降人员的加减速度不得大于0.75 m ／s 2，斜井不得大于0.5 m ／s 2 。又根据《设计规范》建议，箕斗提升加速度以a 1 ≤0.75 m ／s 2为宜。

(2)按减速器最大输出扭矩确定最大加速度a 1。提升机产品规格表中给出了减速器最大

输出扭矩M max ，电动机通过减速器作用到提升机卷筒圆周上的拖动力不能超过减速器的能力，可按下式计算：

max 12

])([M D a m m pH kQg d ≤'-++∑ 即 ∑'-+-≤d

m m pH kQg D M a )(2max 1 (5-4) 式中：md ′为电动机转子变位质量；∑m 为提升系统总变位质量；k 为矿井阻力系数，箕斗提升取k=1.15，罐笼提升取k=l 2。

(3)按电动机过负荷能力确定最大加速度a 1。最大加速度a 1 ，可按下式计算：

∑+-≤m

pH kQg F a e )(75.01λ (5-5) 式中：λ为电动机过负荷系数；F e 为电动机额定拖动力;P e 为电动机额定功率;0.75为考虑电动机稳定运行而限制其最大拖动力的系数。

(4)对于多绳摩擦提升，最大加速度a 1除了以上个限制因素外，还受到防滑条件的限制(见第七章)。

(5)对于斜井提升，最大加速度还受容器最大自然加速度的限制。

(二)提升减速度a 3的确定

提升减速度a 3除了要满足上述《煤矿安全规程》规定外，减速度a 3的大小与采用的减速方式有关。比较常用的减速方式有三种；自由滑行减速方式、制动状态减速方式和电动机减速方式。

（1）自由滑行减速方式

当容器抵达减速点时，将电动机自电源断开，拖动力为零，整个提升系统靠惯性柑行直至停车。这种减速方式操作简单，节省电耗，应优先考虑。减速度a 3可按下式计算： ∑=-+3)2(ma x H p kQg (5-6)

上式中的x 值在提升机运行过程中是变化的，在减速点开始时,x=H-(h 3+h 4)。可按下式确定a 3值:

∑

-+=m x H p kQg a )2(3 (5-7)

一般减速阶段接近提升终了，为了简化计算，取x=H 。则

∑

-=m pH kQg a 3 (5-8) 通过式(5—7)或式(5—8)计算得到的减速度a 3值过小时,，减速阶段运行对间过长，提升能力将降低，为了增大减速度a 3值，则采用制动状态方式减速;如果计算的减速度a 3过大，则会对正常停车带来很大困难，必须采用电动机减速方式。

（2）制动状态减速方式

由于提升系统的惯性力较大，在自由滑行状态下的减速度过小，对提升系统不能达到有效的减速，这时则要采用制动方式减速。采用制动方式减速时，要考虑需要施加制动力的大小；当所需要施加的制动力较小时(Fz<0.3Qg )，可采用机械闸制动。减速度值可由下式计算： ∑∑+-=+-+=m

Qg pH kQg m Qg x H p kQg a 3.03.0)2(3 (5-9) 当所需要施加的制动力较大时(Fz>0.3Qg )，为了避免闸瓦过度发热和磨损，则应采用动力制动或低频制动等电气制动方式，按矿井具体条件选用。此时的减速度a 3值可按需要确定，其计算式如下：

∑+-+=m

F x H p kQg a z )2(3 (5-10) 式中：Fz 为电气制动力。

（3）电动机减速方式

提升系统惯性力较小，容器在自由滑行状态下减速度可能很大，容器不能滑行至终点。为此，应采用电动机减速方式，此时，拖动力为正值，电动机运行在较软的人工特性曲线上。为了便于控制，电动机的拖动力应不小于电动机额定拖动力的35％(即F>0.35F e )。减速度值可按下式计算：

∑

--+=m F x H p kQg a e 35.0)2(3 (5-11) 减速方式的选择，一般优先选用自由滑行减速方式，只有当自由滑行减速方式的减速度a 3值过小或过大时,才能相应采用制动状态减速方式或电动机减速方式。

在一般情况下，也经常采用混合减速方式减速，即在自由滑动状态下，用闸瓦适当参与控制，此时减速度a 3值的大小等于式(5—7)、式(5—9)计算的a 3值之和之半。

对于副井罐笼提升，由于有下放任务，为了安全可靠，应采用电气制动方式减速；对于多绳摩擦提升和斜井提升，经常采用电动机减速方式。

四、等加速箕斗六阶段速度图各运动参数的计算

计算速度图的运动参数H ，Q ，V m ,a 1和a 3均为已知，各运动参数计算步骤如下：

(一)初加速阶段

00

00

02t v a v h t == (5-12) (5-13)