缆索称重运输中驱动机功率计算的改进

缆索称重运输中驱动机功率计算的改进

电缆提升机是一种由悬索和驱动装置组成的提升运输机械系统。在大跨距和高差的情况下，可以垂直起吊和公斤。广泛应用于矿山、农业、桥梁、水管理和其他工程。为了最大限度地提高技术可靠性和经济效益，必须计算和选择驱动器的功率。缆索起重运输机的应用范围不局限于跨距较短、两支架高程相等的场内起重运输,可在大跨距、多跨和承载缆索倾角≤±30°,甚至拐弯条件下进行起重运输;其机械配置也不再是简单增力式跑车加单卷筒土建卷扬机,而是遥控跑车和3卷筒多功能绞盘机组合;其牵引方式由简单的缠绕卷筒牵引发展到缠绕卷筒起重和摩擦卷筒牵引跑车运行.摩擦卷筒牵引索不受卷筒容绳量限制,索道可以超长延伸以完成起重运输作业,摩擦卷筒牵引驱动功率平衡,牵引索的牵引力和牵引速度恒定,绞盘机可安装在沿索任何一点.3卷筒绞盘机(有1个摩擦卷筒和2个缠绕卷筒)具有多功能特点,1台绞盘机即可完成索道安装、拆卸,顺坡或逆坡起重运输,乃至横向拉钩等诸多作业.这种多功能作业机械的应用,可减轻作业强度,提高劳动生产率和工艺水平,提高驱动机功率.传统的基于起重提升计算驱动机功率的方法存在局限与不足,不能真实反映载荷沿索运输所需功率.本文考虑到跑车最大升角(即最不利条件),提出在摩擦卷筒不打滑的条件下缆索起重运输机驱动功率的计算方法,弥补了传统计算方法的不足.1利用hxqcos+2.0求解跑车沿悬索运行,车轮下产生的前置倾角γ称为跑车升角.跑车由索道低点向高点的运行升角是由负变正的,它与载荷、挠度成正比,与荷重点到支架的距离成反比.由图1可见,跑车运行所需功率与悬索倾角、跑车运行升角、悬索挠度、跑车荷重以及运行终点至上支架的距离有关.跑车升角是索道设计、驱动机功率确定的主要技术数据,其计算公式如下:tanγ=tanα+l0−2x2Hx(qcosα+2Ql0)(1)tanγ=tanα+l0-2x2Ηx(qcosα+2Ql0)(1)式中:γ表示跑车运行升角;α表示承载索倾角;l0表示悬索跨距;x表示跑车至上支架距离;q表示承载索单位长度重力;Q表示跑车及荷重的总重力;Hx表示承载索荷重点水平张力.Hx=1+12(n+n2)(k−k2)√1+3n+3n2√H(2)Ηx=1+12(n+n2)(k-k2)1+3n+3n2Η(2)其中,n为荷重比,n=Qql0cosαn=Qql0cosα;k为距离系数,k=jmk=jm,其中,m为跨距等分数,常取10或20等分,j为1、2、3、…、m;H为跨中水平张力,H=ql08s0cosα1+3n+3n2−−−−−−−−−−√Η=ql08s0cosα1+3n+3n2,其中,s0为承载索无荷中央挠度系数.由跑车运行升角理论可知,在满足地形和作业要求、承载索安全许可的条件下,适当增加跑车运行终点至上支架的距离(x),可以显著减小跑车运行升角,此即为工程上缆索起重运输机的防磨损设计.实际上,较小的升角不仅减轻行轮对承载索的磨损,还能减小因线路坡度产生的阻力TQ,直接减小驱动功率.此外,适当张紧承载索(即减小挠度),可以减小跑车运行升角.2出钢索紧边和松边时摩擦卷筒传动是通过钢索圈给予卷筒环槽压力,使卷筒表面产生摩擦力,卷筒进出钢索(紧边和松边)时产生的拉力差形成牵引力,即有效圆周力.牵引跑车上行或控制跑车沿索下滑时制动所需的力,是计算驱动机功率或制动设计的基本参数.显然,实现摩擦传动的基本条件是钢丝绳圈在卷筒表面不能出现打滑现象.2.1产松沿线生产力t3和松边境生产力t2的计算2.1.1牵引索受力分析T1=T0+TQ+TR1+Tq1+Ta1(3)式中:T0表示牵引索安装拉力,T0=W18s1Τ0=W18s1,其中,W1为紧边牵引索重力,W1=q1l0secα1(q1为牵引索单位长度重力,α1为牵引索倾角);s1为牵引索无荷中央挠度系数.TQ表示线路坡度与重车产生的张力,TQ=Q(sinγmax+f0cosγmax),其中γmax为跑车运行最大升角;f0为跑车运行阻力系数,f0=0.008-0.012.TR1表示跑车运行时的综合阻力,TR1=(TQ+W1)f1,其中,f1为综合阻力系数,f1=0.06-0.12.Tq1表示牵引索自重分力.Tq1=q1l0tanα1.Ta1表示跑车运行惯性阻力,Ta1=0.1a(Q+W1),其中,a为加(减)速度,一般制动时,a=0.1-0.3;紧急制动时,a=0.5-1.0.2.1.2紧边参数T2=T0-TR2+Tq2-Ta2(4)式中:T0、TR2、Tq2、Tα2的意义与紧边一致,T0和Tq2取值与紧边相同;TR2=W2f2,其中,取W2=W1;f2为阻力系数,取f2=0.12-0.20;Ta2=0.1aW2.2.2未润滑的钢索卷筒钢索在摩擦卷筒上免滑的缠绕圈数,可根据欧拉公式确定如下:T2(eμβ-1)=k1(T1-T2)(5)式中:μ表示钢索与卷筒表面的摩擦系数,润滑良好至未润滑取值0.1-0.3;β表示钢索在卷筒的缠绕包角,β=2πn1,n1为钢索缠绕圈数;k1表示免滑安全系数,取1.2-1.3.3发动机运营所需的功率nt3.1起落架拉拔受力及滑动缆索起重运输机的驱动机功率的传统计算方法:Nq=Tqν102η(6)Νq=Τqν102η(6)式中:Tq表示起重提升拉力,Tq=Qq1fc∑i=1b1fiΤq=Qq1fc∑i=1b1fi,其中,Qq=Q1+Q2,Q1为有效载荷;Q2为吊钩及部分起重索重;f为导向滑轮总阻力系数,f=0.80-1.02;c为绞盘机至吊钩起重索过滑轮数;b为有效绳数;ν表示起重索速度;η表示总传动效率,一般η=0.7-0.8.3.2卷筒和导向轮的阻力系数2基于跑车升角和摩擦卷筒传动的驱动机功率的计算方法:Nt=[(T1−T2)+ΔtJ]v102η(7)Νt=[(Τ1-Τ2)+ΔtJ]v102η(7)式中:ΔtJ表示摩擦卷筒自身对牵引的损失;ΔtJ=12(T1+T2)∑Cδ+μdDGΔtJ=12(Τ1+Τ2)∑Cδ+μdDG,其中,∑Cδ为驱动摩擦卷筒及导向轮的总阻力系数和,计算中视多环槽摩擦卷筒和导向轮中各槽阻力系数相等;d为摩擦卷筒轮轴直径;D为绳槽直径;G为摩擦卷筒重力.4驱动机功率计算及选型某缆索起重运输机,索道为Ⅲ索13型索系,跨距l0=700m,倾角α=15°,无荷中央挠度系数s0=0.03,防磨段x=20m,承载索Φ28mm,起重索、牵引索Φ12.5mm,无荷中央挠度系数s1=0.04,设计载荷Q=20000N(其中有效荷重Q1=18800N,游动吊钩及部分起重索Q2=500N,跑车Q3=700N),起重索、牵引索绳速均为ν=1m·s-1,摩擦卷筒绳槽直径D=300mm,轮轴直径d=45mm,摩擦卷筒重G=100N.利用上述数据进行驱动机功率计算以及动力选型.式(6)中起重提升功率Nq=11.9kW;式(7)中重车运行功率Nt=16.0kW.据此选用295、2105A型柴油机为动力,其额定功率为17.66kW;或选用J-2、JQ-2、JQ02-W系列三相异步电动机为动力,其额定功率为17.0kW.5减少在充放电工程中的运行升角综合上述分析结果,据起重提升和跑车运行2个工作环节的功率,在最不利条件下取其大者作为缆索设计、驱动机选型的依据.在跨距较小、两支架近于等高的条件下,工程上允许仅计算起重提升功率,