三种减速方法下提升系统减速度的分析与计算

三种减速方法下提升系统减速度的分析与计算

0提升系统减速方式合理确定提高系统的减速速度，对于提高系统的正常运行具有重要意义。矿井提升系统减速度的大小与减速方式密切相关,目前提升系统的减速方式主要有自由滑行减速、电动机拖动减速和制动方式减速。但是在这三种常用的减速方式中,其减速度的确定通常做法是在很大程度上按估计或经验的方法取得,如何精确与合理地确定制动系统的减速度,本文将分别就自由滑行减速、电机拖功减速和制动减速等三种减速方式下单绳缠绕提升系统正常减速度的确定进行探讨。1自由滑动减速度估算所谓自由滑行减速即是在提升容器到达减速点时,通过深度指示器上的减速开关切断提升机的拖动电机的电源,整个提升系统在系统的惯性力的作用下继续运行并克服提升系统的静阻力从而实现减速的减速方式。由于这一减速方式具有一系列的优点,一般在提升系统的运动学与动力学设计与计算时,应先考虑采取这种减速方式。现设提升系统的最大速度为vm,爬行速度为v4,vm和v4亦即是自由滑行减速始末2点的速度,根据自由滑行减速的功能原理可以求得:式中∑m———提升系统运动部件的总变位质量,kg;F3j———提升系统减速阶段的静阻力,N;式中a3———提升容器的减速度,m/s2。现以(2)代入(1)式并简化得:由此可见,自由滑行减速方式下减速度的大小仅取决于提升系统运动的相关参数,而不能由人为地任意控制。所以精确地计算出自由滑行减速方式下的减速度大小对准确地控制提升系统的运动是非常重要的。对于(3)式中的提升系统减速阶段的静阻力,由提升系统的动力学可知:式中K———矿井阻力系数;Q———一次提升有益载荷质量,kg;p———提升钢丝绳单位长度质量,kgm;H———提升高度,m;x———容器在井筒中的运动距离,m。而容器在减速阶段始末两点的运动距离为:式中h4———容器在爬行阶段所运行的距离,m;h5———容器在刹车阶段所运行的距离,m。因此,容器在减速阶段始末两点的静阻力分别为:由此可得容器在减速阶段始末两点的瞬时减速度分别为:对于不平衡提升系统减速阶段,由于其始末两点的静阻力不相等的,故其减速度阶段始末两点的瞬时减速度当然也就不相等。然而,在提升系统设计计算时也只能取其平均值,即:现将(7)、(8)两式代入(11)式有:由于在没有进行矿井提升运动学计算之前,(12)式中h5,h4,特别是h3都属于未知数,因此,也就不能直接利用(12)式计算其减速度,故在以往的设计资料中均采用估算的方法,文献推荐的自由滑行减速度的计算公式仍取:并建议:h3=30～40,且当vm≤6.7m/s时,h3取较小的值,而当vm>6.7m/s时,h3取较大的值。正是由于采用估算的方法,所以避免不了要出现设计计算值与实际运行值的不一致,甚至有时产生的误差还是很大的。因此,下面力图寻求自由滑行减速方式下减速度较精确的计算公式。现以h5=0、h4=3,h3=vm2/2a3代入(12)式可得到:将(14)式再简化为:由此可以看出,(15)式为一元二次方程,其解为:根据实际提升作业情况,(16)式中的根号前面只能取正号,同时为了区别于其他减速方式,特将自由滑行减速方式下减速度用a30来表示,故有:由于缠绕式提升系统一般是不带尾绳的提升系统,则其自由滑行减速方式下减速度的计算式为:式(17)与(18)就是所要寻求的自由滑行减速方式下减速度较精确的计算公式。它可以用于矿井提升系统的选型计算和矿井提升系统的改造中的运动学和动力学计算中。2．自由活动减速段的摆动意图按照(18)式计算的自由滑行减速度a30,并以此a30计算减速段始末两点的拖动力F′3和F″3时,显然,F′3和F″3不但不等于零,而且还会出现F′3>0和F″3<0,当然,如果出现F′3和F″3的绝对值很接近,这就表明a30的设计计算值和实际运行值是一致的。这样一来,自由滑行减速段的拖动力图的绘制必然有两种情况:第一种情况是按实际计算出的F′3和F″3绘制力图,其力图如图1中的“Ⅰ-Ⅰ”线段所示;第二种情况是从自由滑行减速原理出发,减速段的拖动力均以零考虑,则其力图如图1中的“0-0”线段。这里必须指出,按第一种方式绘制的力图,虽不等于零,而在计算提升电动机等效力和电耗时,减速段的F′3和F″3都应以零代入相应的算式。3电动拖动力的平衡方程向电动机转子加电阻使其转速逐渐下降,这种减速方式称其为电动机减速。为了便于控制,一般要求在这种减速方式下电动机的拖动力大于或等于拖动电机额定拖动力的35%。现参考(3)式可列出电动机减速时力的平衡方程式:式中a3d———电动机减速时的减速度,m/s2;F3———电动机拖动减速方式下电动机的拖动力,N,一般要求F3≥0.35Fe。故电机拖动减速方式下的减速度为:电动机减速方式下力图如图1中的“Ⅱ-Ⅱ”线段。4制动减速时力在制动减速方式下,为了保护制动闸瓦不致发生过热现象,要求制动力小于0.3Qg时才可以用机械闸制动,而制动力大于0.3Qg时建议采用动力制动,在制动力大于0.7Qg时必须采用动力制动。因为制动力相对于拖动力来说是负值,且参考(3)式列出制动减速时力的平衡方程式为:现令:F3=Qg,则有:在a<0.3时,可以用机械制动;a=0.3～0.7时,建议采用动力制动;a>0.7时,必须采用动力制动。制动减速方式下拖动力图见图1中的线段“Ⅲ-Ⅲ”。5自由行驶速度与电机摆动减速关系第一个问题是有些设计资料提出:“按自由滑行方式减速计算速度,若对其数值又嫌过大便可将该数值取得小一些,这样就认为是电动机减速了”。这种提法可以在一些矿井的选型设计中找到。但是从(20)式也可以清晰地看到:电动拖动减速和自由滑行减速的二者减速度的最小的相差数值是0.35Fe/∑m,因此,若将自由滑行速度取得小一些就以为是电动机拖动减速,这一观点显然有悖于实际情况。第二个问题是有些资料提出:“当采用机械制动减速时,如在减速阶段的开始段出现正力,终了段才会出现负力,计算电动机的等效力和电耗时就考虑其正力部分”。按照这种说法就意味着在减速的开始阶段要用电动机拖动方式减速。但是,既然是采用机械制动减速,在减速的开始阶段即使出现正力也是不会太大的,在此情况下采用电动机拖动方式减速,势必要求转子附加较大的电阻,其机械特性却很软,这就会给拖动电动机的控制带来极大的困难。其次,在采用机械制动减速时,根据计算减速的开始阶段若出现正力,可先采