CN104803246B - 一种摩擦式提升机系统重要机械参数的现场电气测验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种摩擦式提升机系统重要机械参数的现场电气测验方法：未挂绳时，精确控制电机的电气传动系统，让电机和滚筒以恒定加速度加速到其额定速度，记录电机力矩和滚筒速度曲线，计算出电机和滚筒的转动惯量之和；挂绳后，系统以额定速度往返运行，记录力矩、速度和运行位移，计算出悬挂在滚筒两侧特定负载的质量差、首尾绳单位长度质量差和风阻力矩；最后，系统以恒定加速度加速度到其额定速度值，记录力矩和速度，计算出天轮或导向轮变位质量与提升机悬挂质量的质量和。本发明的有益效果是，利用现场已有电气设备，精确检测出质量达数十吨和转动惯量重达几十万kgm2机械设备的重要参数，无需增加任何附加设备，测量方法准确简单可靠。

Description

一种摩擦式提升机系统重要机械参数的现场电气测验方法
技术领域
本发明涉及矿井摩擦式提升机(包括井塔式和落地式两种)重要机械参数的现场检测检验领域。
背景技术
矿井摩擦式提升机系统包括电机传动系统、提升控制系统、液压制动系统、电机、滚筒、天轮或者导向轮、罐笼或者箕斗(包括相应的配重)以及钢丝绳(包括首绳和尾绳)等电气和机械设备。在设计时，是根据这些设备厂家提供数据(例如机械设备的转动惯量、质量和单位长度质量)对整个提升系统做设计的。设备制造完成后，有些设备的质量重达几十吨，有些设备转动的惯量重达几十万kgm2。这些设备运到矿井现场后，由于现场条件有限，对于巨大的质量和转动惯量之类的参数无法进行有效地称重和检测，故无法确知制造完成后的提升系统参数和设计参数是否有出入。如果有重大的出入，就可能给整个提升系统带来安全隐患或者事故。
发明内容
为了解决在矿井现场准确检测提升机系统重要机械设备参数的难题，本发明提出一个新的电气检测方法，利用提升机自身的自动控制系统和电气传动系统，检测校验提升系统中重要的机械参数。
1、一种摩擦式提升机系统重要机械参数的现场电气测验方法，利用摩擦式提升机的自动控制系统和电气传动系统，通过精确控制使提升机运行在特定的工作情况下，记录电机力矩、滚筒速度和运行位移，计算出提升机系统的主要机械参数；其特征在于：在提升机未挂绳时，安装完滚筒、电机、电机传动系统和提升机控制系统之后，通过提升自动控制系统精确控制传动系统，使电机和滚筒从静止状态以恒定加速度加速到提升系统额定速度，记录电机转矩M0、滚筒线速度v和加速度r0，在匀加速段，根据公式 其中D是滚筒直径，计算出电机转动惯量JD和滚筒转动惯量JM之和，随之计算出滚筒和电机的变位质量之和WS；在提升机挂绳之后，计算悬挂在滚筒两侧的悬挂物固定质量差、首尾绳单位长度质量差和井筒中风阻力矩；挂绳后，提升机空载，让提升机以额定速度，在井底和井口之间来回运行，记录电机力矩、滚筒速度和运行位移，并在井筒中匀速段同一位置，记录正反两个运行速度的电机力矩MDU和MDN，根据公式 和计算出井筒中风阻力矩MA和井筒中该位置滚筒上两端张力差力矩MST，风阻力矩MA基本不变，滚筒上张力差力矩MST是线性变换的，在井筒中的各个点是不同的；在该匀速段，提升机在A点和B点之间运行，记录电机力矩，计算得到A点滚筒上张力差力矩值MSTA和B点滚筒上张力差力矩值MSTB；滚筒上的张力差力矩MST是固定的力矩值ΔMUN和随着提升位移不同而不同的力矩值ΔMrope之和，ΔMUN是由首绳钢丝绳固定长度差产生的力矩和两个罐笼或者箕斗的质量差产生的力矩之和，是常量；ΔMrope是由于首绳和尾绳之间的单位长度质量差产生的力矩，因提升位置不同而不同，是变量；固定的力矩值滚筒两端的固定质量差 由首尾绳单位长度质量差造成的力矩从而得到首尾绳单位长度质量差其中，Δl是A点到B点位移；挂绳之后，提升机空载，通过提升自动控制系统精确控制传动系统，罐笼或者箕斗由井底位置，由静止状态以恒定加速度加速至其额定速度，记录电机转矩M、滚筒速度v和加速度r；在匀加速段，根据公式计算出天轮总质量或者导向轮质量WT与总悬挂质量m之和
2、所述摩擦式提升机系统包括落地式和井塔式。
附图说明：
图1是落地式摩擦式提升机系统实例图；图2是井塔式摩擦式提升机系统实例图；图3是未挂绳测试电机力矩和滚筒速度曲线图，记录的是未挂绳时，匀加速电机和滚筒至额定速度过程的力矩和速度曲线；图4是挂绳后提升机由井底向井口运行电机力矩和滚筒速度曲线图；图5是挂绳后提升机由井口向井底运行电机力矩和滚筒速度曲线图；图6是挂绳后测试加速段电机力矩和滚筒速度曲线图，记录的是挂绳后，匀加速提升系统至额定速度过程的力矩和速度曲线。
具体实施方式：
本发明，提供一种利用摩擦式提升机的自动控制系统和电气传动系统，通过精确控制使提升机运行在特定的工作情况下，记录电机力矩、滚筒速度和运行位移等参数，计算出提升机系统的主要机械参数。其特征在于：首先在提升机未挂绳时，其电机和滚筒组装在一起，通过精确控制电机的电气传动系统，让电机和滚筒以恒定加速度加速度到提升系统额定速度，记录电机力矩和滚筒速度，通过公式计算出电机和滚筒的转动惯量之和；挂绳后，提升机空载，以额定提升速度，在井底和井口之间来回运行，记录电机力矩、滚筒速度和运行位移，通过公式计算悬挂在滚筒两侧的特定的首绳段与罐笼(或者箕斗)质量之和的质量差、首尾绳单位长度质量差和井筒中摩擦力矩；之后，通过精确控制电机的电气传动系统，让整个提升系统以恒定加速度加速到其额定速度值，记录电机力矩和滚筒速度，通过公式计算出天轮(或者导向轮)变位质量与提升机悬挂质量(包括罐笼或者箕斗的质量和首尾绳的质量)之和。
1、根据本发明提供的一种摩擦式提升机系统重要机械参数的现场电气测验方法，图1是落地式摩擦式提升机系统实例图，它包括滚筒、电机、上下天轮、罐笼或箕斗、首绳以及尾绳等机械设备，图中有布置尺寸；
2、根据本发明提供的一种摩擦式提升机系统重要机械参数的现场电气测验方法，在提升机未挂绳时，安装完滚筒、电机、电机传动系统和提升机控制系统之后，通过提升自动控制系统精确控制传动系统，使电机和滚筒从静止状态以恒定加速度加速到提升系统额定速度，记录电机转矩M0、滚筒速度v和加速度r0；
3、根据本发明提供的一种摩擦式提升机系统重要机械参数的现场电气测验方法，依据条目2中记录的数据，在匀加速段，根据公式：
JD-滚筒转动惯量
JM-电机转动惯量
D-滚筒直径
v-滚筒线速度
计算出电机和滚筒转动惯量之和；
4、根据本发明提供的一种摩擦式提升机系统重要机械参数的现场电气测验方法，挂绳后，提升机空载，以额定提升速度，在井底和井口之间来回运行，记录电机力矩、滚筒速度和运行位移，通过公式计算悬挂在滚筒两侧的特定的首绳段(参见图1，一段是红色段首绳，另一段是蓝色段首绳)与罐笼(或者箕斗)质量之和的质量差、首尾绳单位长度质量差和井筒中摩擦力矩；
5、根据本发明提供的一种摩擦式提升机系统重要机械参数的现场电气测验方法，由于摩擦力矩的作用，在井筒中同一位置，电机力矩是不同。针对井筒中同一位置，正反两个运行速度记录的电机力矩数据，依据条目4中记录的数据，在匀速运行段，根据公式：
MDU＝MST+MA (2)
MDN＝MST-MA (3)
MA-井筒中该位置摩擦力矩
MDU-井筒中该位置滚筒正向转动时电机力矩
MDN-井筒中该位置滚筒反向转动时电机力矩
MST-井筒中该位置滚筒上张力差力矩
F1-井筒中该位置滚筒上的绳张力，如图1所示
F2-井筒中该位置滚筒上的绳张力，如图1所示
计算出井筒中各个位置的摩擦力矩和滚筒上张力差力矩，由图4和图5所示，MST是线性变化的，后面的事例证实井筒中的摩擦力矩是恒定值；
6、根据本发明提供的一种摩擦式提升机系统重要机械参数的现场电气测验方法，滚筒上的张力差力矩MST由固定的力矩值和随着提升位移不同而不同的力矩值组成，前者是由首绳钢丝绳固定长度差(如条目4中所述两个首绳段)造成的力矩和两个罐笼(或者箕斗)的质量差造成的力矩组成，用ΔMUN表示，它是常量；后者是由于首绳和尾绳之间的单位长度质量差造成的力矩，它是变化量，因提升位置不同而不同，用ΔMrope表示。由图4可以得到两个张力差力矩值MSTA(位于A点张力差力矩)和MSTB(位于B点时的张力差力矩)，在匀速运行段，根据公式得到固定不变的ΔMUN：
条目4中所述两个首绳段和两个罐笼(或者箕斗)的质量和的质量差ΔmUN：
图4中罐笼(或者箕斗)由A点运行到B点，根据公式得到由于首尾绳单位长度质量差造成的力矩ΔMrope：
从而得到首尾绳单位长度质量差Δqrope：
Δl-A点到B点位移；
7、根据本发明提供的一种摩擦式提升机系统重要机械参数的现场电气测验方法，在挂绳之后，提升机空载，通过提升自动控制系统精确控制传动系统，罐笼(或者箕斗)由特定位置，由静止状态以恒定加速度加速至其额定速度，记录电机转矩M、滚筒速度v和加速度r；
8、根据本发明提供的一种摩擦式提升机系统重要机械参数的现场电气测验方法，依据条目7中记录的数据，在匀加速段，根据公式：
MST±MA-可以由前述计算得到，也可以在运行中采集到
WS-滚筒和电机的变位质量之和，通过条目3中的实验计算得到
WT-两个天轮的变位质量之和，未知
m-提升系统总悬挂质量，包括罐笼或箕斗与首绳和尾绳的质量之和，未知通过计算可以得到WT+m；
9、根据本发明提供的一种摩擦式提升机系统重要机械参数的现场电气测验方法，条目9至条目15内容应用于井塔式摩擦式提升机系统；
10、根据本发明提供的一种摩擦式提升机系统重要机械参数的现场电气测验方法，图2是井塔式摩擦式提升机系统实例图，它包括滚筒、电机、导向轮、箕斗或罐笼A和B、首绳以及尾绳等机械设备，图中有布置尺寸；
11、根据本发明提供的一种摩擦式提升机系统重要机械参数的现场电气测验方法，在提升机未挂绳时，安装完滚筒、电机、电机传动系统和提升机控制系统之后，通过提升控制系统精确控制传动系统，使电机和滚筒从静止状态以恒定加速度加速到提升系统额定速度，记录电机转矩M0、滚筒速度v和加速度r0；
12、根据本发明提供的一种摩擦式提升机系统重要机械参数的现场电气测验方法，依据条目11中记录的数据，在匀加速段，根据公式(1)计算出电机和滚筒转动惯量之和；
13、根据本发明提供的一种摩擦式提升机系统重要机械参数的现场电气测验方法，挂绳后，提升机空载，以额定提升速度，在井底和井口之间来回运行，记录电机力矩、滚筒速度和提升运行距离，根据公式(2)、(3)、(4)、(5)、(6)和(7)，计算悬挂在滚筒两侧的特定的首绳段(参见图2，一段是红色段首绳，另一段是蓝色段首绳)与罐笼(或者箕斗)质量之和的质量差ΔmUN、首尾绳单位长度质量差Δqrope和井筒中摩擦力矩MA；
14、根据本发明提供的一种摩擦式提升机系统重要机械参数的现场电气测验方法，在挂绳之后，提升机空载，通过自动提升控制系统精确控制传动系统，罐笼(或者箕斗)由特定位置，由静止状态以恒定加速度加速至其额定速度，记录电机转矩M、滚筒速度v和加速度r；
15、根据本发明提供的一种摩擦式提升机系统重要机械参数的现场电气测验方法，依据条目14中记录的数据，在匀加速段，根据公式：
MST±MA-可以由前述计算得到，也可以在运行中采集到
WS-滚筒和电机的变位质量之和，通过条目3中的实验计算得到
WDE-导向轮的变位质量，未知
m-提升系统总悬挂质量，包括罐笼或箕斗与首绳和尾绳的质量和，未知通过计算可以得到WDE+m；
本发明的有益效果是，可以利用现场已有的提升机自动控制系统和电气传动系统，通过精确控制提升机系统运转，记录电机力矩和滚筒速度，可以精确检测出质量重达几万kg和转动惯量重达几十万kgm2机械设备的重要参数，无需增加任何附加设备，测量方法准确、简单、可靠。通过这些精确计量出的机械参数，可以进一步核算提升机安全保护设备——闸控系统的安全参数和其它重要设备的安全参数，从而保证整个提升系统的安全运行，并且使得实时验算提升设备的安全参数成为可能。
下面结合实例对本发明进一步说明：
摩擦式提升机包括落地式和井塔式两种，由于井塔式提升机系统的验证方法和过程和落地式基本一致，所以，这里就只举落地式的例子。
实例——落地式摩擦提升机机械参数的电气计算：
如图1所示某落地式副井提升机系统设备布置尺寸，设计时重要的机械参数如下表：
未挂绳时，通过提升机自动控制系统精确控制电机传动系统，使得提升机由静止状态匀加速到其额定速度。图3是未挂绳测试电机力矩和滚筒速度曲线图，采用两个红色标注线之间的参数，其特征是匀加速度和电机力矩基本恒定，具体数值如下表：
电机加速度 r0 -0.555 m/s2
电机平均力矩 M0 -44.73 kNm
所以，电机和滚筒转动惯量之和检测值：
检测值和设计值之间的误差：
挂绳后，以额定提升速度速度，在井底和井口之间来回运行，记录电机输矩、滚筒速度和提升运行距离，计算悬挂滚筒两侧悬挂物固定质量差ΔmUN、首尾绳单位长度质量差Δqrope和提升系统风阻力矩MA。记录的数据如图4和图5所示，图4是挂绳后提升机由井底向井口运行电机力矩和滚筒速度曲线图，A点和B点距离井筒中心等距离，图5是挂绳后提升机由井口向井底运行电机力矩和滚筒速度曲线图。由图4和图5可得：
所以，
A点风阻力矩：
B点风阻力矩：
A点张力差力矩：
B点张力差力矩：
由于A和B两点风阻力矩接近，假设风阻力矩为恒定的，取二者的平均值作为风阻力矩值：
根据图4得到，AB点之间的位移是10.83*55＝596.09m。
提升机由A点向B点运行时电机力矩公式MD：
Δd-井筒中距离A点的位移
如图4所示，C点距离A点Δdc＝466.03m，改点记录电机力矩为56.496kNm，把Δdc代入上式：MD＝-13.732+0.086*466.03+30.858＝57.204kNm，计算值和记录值误差1.2％。
提升机由B点向A点运行时电机力矩公式MD：
MD＝-13.732+0.086Δd-30.858
如图5所示，D点距离A点Δdd＝205.922m，该点记录电机力矩为-27.246kNm，把Δdd代入上式：
MD＝-13.732+0.086*205.922-30.858＝-26.881kNm
计算值和记录值误差1.3％。可见，将风阻力矩作为一个常量是可行的。
另可得到悬挂滚筒两侧悬挂物固定质量差ΔmUN：
设计时该值是75.84kg，计算值是设计值的7倍。
还可得到首尾绳单位长度质量差
可见尾绳的单位长度质量差是-1.95kg/m，而并不像设计时的数据为0的。
继续检测提升机两个天轮变位质量与提升悬挂质量之和WT+m。在提升系统挂绳之后，提升机空载，通过提升自动控制系统精确控制传动系统，罐笼(或者箕斗)由特定位置，由静止状态以恒定加速度加速至其额定速度，记录电机输出转矩M、滚筒速度v和加速度r。图6就是该实验的记录数据，图6是已挂绳加速段电机力矩和滚筒速度曲线图。
由于速度是正的，所以依据公式：
计算得到WT+m。
如图6所示，采用两个红色标注线之间的参数，其特征是匀加速度和电机力矩基本恒定，具体数值如下：匀加速度r＝0.71m/s2，均匀加速力矩M＝272.453kNm，MST+MA＝33.698kNm，WS＝35819kg
WT+m＝113634kg
误差值：
由此，可以得到一个现场实际参数和设计参数之间的对照表：

Claims (2)

1.一种摩擦式提升机系统重要机械参数的现场电气测验方法，利用摩擦式提升机的自动控制系统和电气传动系统，通过精确控制使提升机运行在特定的工作情况下，记录电机力矩、滚筒速度和运行位移，计算出提升机系统的主要机械参数；其特征在于：在提升机未挂绳时，安装完滚筒、电机、电机传动系统和提升机控制系统之后，通过提升自动控制系统精确控制传动系统，使电机和滚筒从静止状态以恒定加速度加速到提升系统额定速度，记录电机转矩M0、滚筒线速度v和加速度r0，在匀加速段，根据公式其中D是滚筒直径，计算出电机转动惯量JD和滚筒转动惯量JM之和，随之计算出滚筒和电机的变位质量之和WS；在提升机挂绳之后，计算悬挂在滚筒两侧的悬挂物固定质量差、首尾绳单位长度质量差和井筒中风阻力矩；挂绳后，提升机空载，让提升机以额定速度，在井底和井口之间来回运行，记录电机力矩、滚筒速度和运行位移，并在井筒中匀速段同一位置，记录正反两个运行速度的电机力矩MDU和MDN，根据公式和计算出井筒中风阻力矩MA和井筒中该位置滚筒上两端张力差力矩MST，风阻力矩MA基本不变，滚筒上张力差力矩MST是线性变换的，在井筒中的各个点是不同的；在该匀速段，提升机在A点和B点之间运行，记录电机力矩，计算得到A点滚筒上张力差力矩值MSTA和B点滚筒上张力差力矩值MSTB；滚筒上的张力差力矩MST是固定的力矩值ΔMUN和随着提升位移不同而不同的力矩值ΔMrope之和，ΔMUN是由首绳钢丝绳固定长度差产生的力矩和两个罐笼或者箕斗的质量差产生的力矩之和，是常量；ΔMrope是由于首绳和尾绳之间的单位长度质量差产生的力矩，因提升位置不同而不同，是变量；固定的力矩值滚筒两端的固定质量差由首尾绳单位长度质量差造成的力矩从而得到首尾绳单位长度质量差 其中，Δl是A点到B点位移；挂绳之后，提升机空载，通过提升自动控制系统精确控制传动系统，罐笼或者箕斗由井底位置，由静止状态以恒定加速度加速至其额定速度，记录电机转矩M、滚筒速度v和加速度r；在匀加速段，根据 公式计算出天轮总质量或者导向轮质量WT与总悬挂质量m之和
2.根据权利要求1所述一种摩擦式提升机系统重要机械参数的现场电气测验方法，其特征在于：所述摩擦式提升机系统包括落地式和井塔式。
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