CN108584617B - 超深立井提升容器首绳连接端恒定张力调节系统及方法 - Google Patents

超深立井提升容器首绳连接端恒定张力调节系统及方法 Download PDF

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Abstract

一种超深立井提升容器首绳连接端恒定张力调节系统及方法，属于立井提升容器绳张力调节系统及方法。恒定张力调节系统包括：首绳驱动装置、首绳、提升容器、尾绳、张紧系统和尾绳驱动装置；首绳绕过首绳驱动装置，在首绳上连接有提升容器的上端，提升容器的下端连接有尾绳，尾绳绕过尾绳驱动装置，在下端与尾绳驱动装置之间的尾绳上连接有张紧系统。在底部平台上设有导向轮组和张紧轮对尾绳进行张紧，并由反馈控制模块根据由传感器反馈的信号控制张紧液压缸，以实时调节张紧轮上的张力，从而保证首绳的张力恒定。本发明采用简单的结构克服了由于提升过程中的尾绳重量变化造成的应力波动，提高了钢丝绳的使用寿命，以及优化了提升系统的动力分配。

Description

超深立井提升容器首绳连接端恒定张力调节系统及方法
技术领域
本发明涉及一种立井提升容器绳张力调节系统及方法，特别是一种超深立井提升容器首绳连接端恒定张力调节系统及方法。
背景技术
超深立井摩擦提升系统中，由于尾绳自重的影响在提升循环中会使系统发生应力波动，从而影响钢丝绳的使用寿命，目前对提升系统中的钢丝绳张力调节都是用于平衡多根钢丝绳之间的张力，使每根钢丝绳的张力保持一致，而几乎没有用于保证提升与下放侧的容器与首绳连接端张力不变的调节系统，这样由于尾绳自重变化而导致的张力的时刻变化会产生波动应力，使提升系统不稳定，不利于提升系统安全、高效的运行。
为了克服现有技术的不足，如何设计一种能够减小由于提升过程中尾绳重量变化造成的应力波动，提高系统的稳定性的保证张力恒定的调节系统，成为本领域技术人员有待考虑和解决的问题。
发明内容
本发明的目的是要提供一种超深立井提升容器首绳连接端恒定张力调节系统及方法，解决现有立井提升系统中尾绳自重变化而导致的张力的时刻变化而产生的波动应力，使提升系统不稳定的问题。
本发明的目的是这样实现的：本发明的超深立井提升容器首绳连接端恒定张力调节系统包括恒定张力调节系统及恒定张力调节方法。
恒定张力调节系统包括：首绳驱动装置、首绳、提升容器、尾绳、张紧系统和尾绳驱动装置；首绳绕过首绳驱动装置，在首绳上连接有提升容器的上端，提升容器的下端连接有尾绳，尾绳绕过尾绳驱动装置，在下端与尾绳驱动装置之间的尾绳上连接有张紧系统。
所述的张紧系统包括：左侧尾绳张紧系统和右侧尾绳张紧系统，左侧尾绳张紧系统5与右侧尾绳张紧系统的结构相同，均设置在井筒的底部平台上。
所述的左侧尾绳张紧系统包括：尾绳的左侧导向轮组，张紧尾绳的左侧张紧轮，左侧张紧力调节装置；在左侧张紧力调节装置上、下侧分别连接有尾绳的左侧导向轮组5-1，左侧张紧轮连接在左侧张紧力调节装置上，左侧尾绳经过设置在左侧张紧力调节装置上、下侧的左侧导向轮组绕过左侧张紧轮。
所述的左侧张紧力调节装置包括：左侧张紧液压缸，左侧泵站，左侧深度传感器，左侧压力传感器，左侧反馈控制模块；左侧深度传感器安装在提升容器上，左侧压力传感器安装在左侧张紧液压缸上，左侧深度传感器和左侧压力传感器的输出端连接在左侧反馈控制模块输入端，左侧反馈控制模块的输出端控制左侧泵站，左侧泵站控制左侧张紧液压缸作推缩工作；左侧张紧液压缸的一端连接在井筒的底部平台上，另一端连接有左侧张紧轮。
所述的左侧导向轮组中的导向轮均为定滑轮，左侧张紧轮为动滑轮。
恒定张力调节方法具体为：
首先设定尾绳左、右两侧与容器连接端的恒定张力T1，T2；
左侧下放右侧上升时，尾绳左侧自重减小，而右侧自重增加，根据容器的左侧深度位置，基于左侧压力传感器的测定，依靠左侧反馈控制模块实时调定左侧张紧轮的张紧力F1，则相应的尾绳张紧力为F1/2，若双滑轮为F1/4，即为尾绳驱动装置的绕进侧张力为Fa，根据容器的右侧深度位置，基于右侧压力传感器的测定，依靠右侧反馈控制模块实时调定右侧张紧轮的张紧力F2，则相应的尾绳张紧力为F2/2，若双滑轮为F2/4，即为尾绳驱动装置的绕出侧张力为Fb；
左右两侧张紧轮的张紧力F1和F2调定值分别为：
F1＝2T1-2ρwg(L-x)
F2＝2T2-2ρwgx
尾绳驱动装置绕进侧和绕出侧的张力Fa和Fb分别为：
左侧上升右侧下放时，尾绳左侧自重增加，而右侧自重减小，根据容器的左侧深度位置，基于左侧压力传感器的测定，依靠左侧反馈控制模块实时调定左侧张紧轮的张紧力F1，则相应的尾绳张紧力为F1/2，若双滑轮为F1/4，即为尾绳驱动装置的绕出侧张力为Fb，根据容器的右侧深度位置，基于右侧压力传感器的测定，依靠右侧反馈控制模块实时调定右侧张紧轮的张紧力F2，则相应的尾绳张紧力为F2/2，若双滑轮为F2/4，即为尾绳驱动装置的绕进侧张力为Fa；
左右两侧张紧轮的张紧力F1和F2调定值分别为：
F1＝2T1-2ρwgx
F2＝2T2-2ρwg(L-x)
尾绳驱动装置绕进侧和绕出侧的张力Fa和Fb分别为：
其中T1和T2分别为尾绳端左侧和右侧的恒定张紧力，ρw为尾绳单位长度质量，L为总提升高度，x为提升绳的下放高度，g为重力加速度；
尾绳驱动装置的牵引力为T＝Fb-Fa；
若左侧下放，首绳驱动装置与尾绳驱动装置欠同步，尾绳驱动装置转速过快，则尾绳左侧张力增大，通过左侧反馈控制模块减小左侧张紧轮的张力使其保持F1，尾绳左侧长度相对增大，同样，尾绳右侧的张力减小，通过右侧反馈控制模块增大右侧张紧轮的张力使其保持F2，尾绳右侧长度相对减小，从而修正转速过快造成的绳长差；首绳驱动装置转速过快，则尾绳左侧的张力减小，通过左侧反馈控制模块增大左侧张紧轮的张力使其保持F1，尾绳左侧长度相对减小，同样，尾绳右侧的张力增大，通过右侧反馈控制模块减小右侧张紧轮的张力使其保持F2，尾绳右侧长度相对增大，从而修正转速过快造成的绳长差，有效保证了首绳驱动与尾绳驱动在不同步情况下的自适应性；
右侧下放时的调节方向与左侧下放时的调节方向刚好相反。
有益效果及优点：
(1)采用提升容器各侧的连接端的恒定张力驱动，克服了现有传统矿山立井摩擦系统在超深井摩擦提升过程中由于提升过程中尾绳重量变化造成的应力波动问题，提高系统的稳定性，延长钢丝绳的使用寿命；
(2)采用尾绳驱动装置，实现了两侧尾绳张力的差异性，同时减小了首绳驱动装置牵引力，克服了现有传统提升系统仅靠首绳牵引时功率大的问题，优化了整个提升系统的动力分配。
(3)两侧尾绳采用独立的张力调定策略，能够保证首绳驱动与尾绳驱动在不同步情况下的自适应性，提高了提升系统的安全可靠性。
附图说明
图1是本发明的张力调节系统总体结构示意图。
图2是本发明的左侧尾绳张紧系统结构示意图。
图3是本发明的右侧尾绳张紧系统结构示意图。
图4是本发明的张力实时调节的流程图。
图中，1、首绳驱动装置；2、首绳；3、提升容器；4、尾绳；5、左侧尾绳张紧系统；5-1、左侧导向轮组；5-2、左侧张紧轮；5-3、左侧张紧液压缸；5-4、左侧泵站；5-5、左侧深度传感器；5-6、左侧压力传感器；5-7、左侧反馈控制模块；6、右侧尾绳张紧系统；6-1、右侧导向轮组；6-2、右侧张紧轮；6-3、右侧张紧液压缸；6-4、右侧泵站；6-5、右侧深度传感器；6-6、右侧压力传感器；6-7、右侧反馈控制模块；7、尾绳驱动装置。
具体实施方式
本发明的超深立井提升容器首绳连接端恒定张力调节系统包括恒定张力调节系统及恒定张力调节方法。
恒定张力调节系统包括：首绳驱动装置1、首绳2、提升容器3、尾绳4、张紧系统和尾绳驱动装置7；首绳2绕过首绳驱动装置1，在首绳2上连接有提升容器3的上端，提升容器3的下端连接有尾绳4，尾绳4绕过尾绳驱动装置7，在下端与尾绳驱动装置7之间的尾绳4上连接有张紧系统。
所述的张紧系统包括：左侧尾绳张紧系统5和右侧尾绳张紧系统6，左侧尾绳张紧系统5与右侧尾绳张紧系统6的结构相同，均设置在井筒的底部平台上。
所述的左侧尾绳张紧系统5包括：尾绳的左侧导向轮组5-1，张紧尾绳的左侧张紧轮5-2，左侧张紧力调节装置；在左侧张紧力调节装置上、下侧分别连接有尾绳的左侧导向轮组5-1，左侧张紧轮5-2连接在左侧张紧力调节装置上，左侧尾绳4经过设置在左侧张紧力调节装置上、下侧的左侧导向轮组5-1绕过左侧张紧轮5-2。
所述的左侧张紧力调节装置包括：左侧张紧液压缸5-3，左侧泵站5-4，左侧深度传感器5-5，左侧压力传感器5-6，左侧反馈控制模块5-7；左侧深度传感器5-5安装在提升容器3上，左侧压力传感器5-6安装在左侧张紧液压缸5-3上，左侧深度传感器5-5和左侧压力传感器5-6的输出端连接在左侧反馈控制模块5-7输入端，左侧反馈控制模块5-7的输出端控制左侧泵站5-4，左侧泵站5-4控制左侧张紧液压缸5-3作推缩工作；左侧张紧液压缸5-3的一端连接在井筒的底部平台上，另一端连接有左侧张紧轮5-2。
所述的左侧导向轮组5-1中的导向轮均为定滑轮，左侧张紧轮5-2为动滑轮。
恒定张力调节方法具体为：
首先设定尾绳左、右两侧与容器连接端的恒定张力T1，T2；
左侧下放右侧上升时，尾绳左侧自重减小，而右侧自重增加，根据容器的左侧深度位置，基于左侧压力传感器的测定，依靠左侧反馈控制模块实时调定左侧张紧轮的张紧力F1，则相应的尾绳张紧力为F1/2，若双滑轮为F1/4，即为尾绳驱动装置的绕进侧张力为Fa，根据容器的右侧深度位置，基于右侧压力传感器的测定，依靠右侧反馈控制模块实时调定右侧张紧轮的张紧力F2，则相应的尾绳张紧力为F2/2，若双滑轮为F2/4，即为尾绳驱动装置的绕出侧张力为Fb；
左右两侧张紧轮的张紧力F1和F2调定值分别为：
F1＝2T1-2ρwg(L-x)
F2＝2T2-2ρwgx
尾绳驱动装置绕进侧和绕出侧的张力Fa和Fb分别为：
左侧上升右侧下放时，尾绳左侧自重增加，而右侧自重减小，根据容器的左侧深度位置，基于左侧压力传感器的测定，依靠左侧反馈控制模块实时调定左侧张紧轮的张紧力F1，则相应的尾绳张紧力为F1/2，若双滑轮为F1/4，即为尾绳驱动装置的绕出侧张力为Fb，根据容器的右侧深度位置，基于右侧压力传感器的测定，依靠右侧反馈控制模块实时调定右侧张紧轮的张紧力F2，则相应的尾绳张紧力为F2/2，若双滑轮为F2/4，即为尾绳驱动装置的绕进侧张力为Fa；
左右两侧张紧轮的张紧力F1和F2调定值分别为：
F1＝2T1-2ρwgx
F2＝2T2-2ρwg(L-x)
尾绳驱动装置绕进侧和绕出侧的张力Fa和Fb分别为：
其中T1和T2分别为尾绳端左侧和右侧的恒定张紧力，ρw为尾绳单位长度质量，L为总提升高度，x为提升绳的下放高度，g为重力加速度；
尾绳驱动装置的牵引力为T＝Fb-Fa；
若左侧下放，首绳驱动装置与尾绳驱动装置欠同步，尾绳驱动装置转速过快，则尾绳左侧张力增大，通过左侧反馈控制模块减小左侧张紧轮的张力使其保持F1，尾绳左侧长度相对增大，同样，尾绳右侧的张力减小，通过右侧反馈控制模块增大右侧张紧轮的张力使其保持F2，尾绳右侧长度相对减小，从而修正转速过快造成的绳长差；首绳驱动装置转速过快，则尾绳左侧的张力减小，通过左侧反馈控制模块增大左侧张紧轮的张力使其保持F1，尾绳左侧长度相对减小，同样，尾绳右侧的张力增大，通过右侧反馈控制模块减小右侧张紧轮的张力使其保持F2，尾绳右侧长度相对增大，从而修正转速过快造成的绳长差；
右侧下放时的调节方向与左侧下放时的调节方向刚好相反。
下面结合具体的附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
实施例1：如图1所示，超深立井摩擦提升系统中首绳2绕过首绳驱动装置1分别与两提升容器3相连，与左右两提升容器3下端相连的尾绳4分别绕经设置在井筒底部平台的左侧尾绳张紧系统5和右侧尾绳张紧系统6，并由尾绳驱动装置7进行驱动。
如图2和图3所示，分别为左侧尾绳张紧系统5和右侧尾绳张紧系统6的基本组成结构，左侧尾绳张紧系统5包括对尾绳4进行导向的左侧导向轮组5-1，用于张紧尾绳4的左侧张紧轮5-2，左侧张紧力调节装置。其中导向轮组5-1中的导向轮均为定滑轮，张紧轮5-2为动滑轮，左侧张紧力调节装置包括左侧张紧液压缸5-3，左侧泵站5-4，左侧深度传感器5-5，左侧压力传感器5-6，左侧反馈控制模块5-7。左侧反馈控制模块根据由左侧深度传感器5-5，左侧压力传感器5-6所测得的信号对泵站5-4进行控制，从而控制左侧张紧液压缸活塞的往复运动，进而调节尾绳4相应的张紧力，从而保证与容器3连接端的首绳2和尾绳4张力恒定。右侧尾绳张紧系统6与左侧尾绳张紧系统5的结构与调节方式相同。
如图4所示，为提升容器首绳连接端恒定张力调节方法的流程图，
在提升系统运行前，首先设定尾绳4左、右两侧与容器3连接端的恒定张力T1，T2；
左侧下放右侧上升时，尾绳4左侧自重减小，根据容器3的左侧深度位置，基于左侧压力传感器5-6的测定，依靠左侧反馈控制模块5-7对左侧泵站5-4进行控制，从而通过控制张紧液压缸5-2以实时调定左侧张紧轮5-2的张紧力F1，则相应的尾绳张紧力为F1/2，若双滑轮为F1/4，即为尾绳驱动装置7的绕进侧张力Fa，尾绳4右侧自重增加，根据容器3的右侧深度位置，基于右侧压力传感器6-6的测定，依靠右侧反馈控制模块6-7对右侧泵站6-4进行控制，从而通过控制右侧张紧液压缸6-3以实时调定右侧张紧轮6-2的张紧力F2，则相应的尾绳张紧力为F2/2，若双滑轮为F2/4，即为尾绳驱动装置7的绕出侧张力为Fb；尾绳驱动装置的牵引力为T＝Fb-Fa；
左右两侧张紧轮的张紧力F1和F2调定值分别为：
F1＝2T1-2ρwg(L-x)
F2＝2T2-2ρwgx
尾绳驱动装置绕进侧和绕出侧的张力Fa和Fb分别为：
左侧上升右侧下放时，尾绳4左侧自重增加，根据容器3的左侧深度位置，基于左侧压力传感器5-6的测定，依靠左侧反馈控制模块5-7对左侧泵站5-4进行控制，从而通过控制张紧液压缸5-2以实时调定左侧张紧轮5-2的张紧力F1，则相应的尾绳张紧力为F2/2，若双滑轮为F2/4，即为尾绳驱动装置7的绕进侧张力Fa，尾绳4右侧自重减小，根据容器3的右侧深度位置，基于右侧压力传感器6-6的测定，依靠右侧反馈控制模块6-7对右侧泵站6-4进行控制，从而通过控制右侧张紧液压缸6-3以实时调定右侧张紧轮6-2的张紧力F2，则相应的尾绳张紧力为F1/2，若双滑轮为F1/4，即为尾绳驱动装置7的绕出侧张力Fb；尾绳驱动装置的牵引力为T＝Fb-Fa。
左右两侧张紧轮的张紧力F1和F2调定值分别为：
F1＝2T1-2ρwgx
F2＝2T2-2ρwg(L-x)
尾绳驱动装置绕进侧和绕出侧的张力Fa和Fb分别为：
其中T1和T2分别为左侧和右侧尾绳端的恒定张紧力，ρw为尾绳单位长度质量，L为总提升高度，x为提升绳的下放高度。
若左侧下放时，首绳驱动装置1与尾绳驱动装置7欠同步，尾绳驱动装置7转速过快，则尾绳4左侧的张力增大，通过左侧反馈控制模块5-7减小左侧张紧轮5-2的张力使其保持F1，尾绳4左侧长度相对增大，同样，尾绳4右侧的张力减小，通过右侧反馈控制模块6-7增大右侧张紧轮6-2的张力使其保持F2，尾绳4右侧长度相对减小，从而修正转速过快造成的绳长差；首绳驱动装置1转速过快，则尾绳4左侧的张力减小，通过左侧反馈控制模块5-7增大左侧张紧轮5-2的张力使其保持F1，尾绳4左侧长度相对减小，同样，尾绳4右侧的张力增大，通过右侧反馈控制模块6-7减小右侧张紧轮6-2的张力使其保持F2，尾绳4右侧长度相对增大，从而修正转速过快造成的绳长差，有效保证了首绳驱动与尾绳驱动在不同步情况下的自适应性。
若右侧下放，其张力调节过程与左侧下放时的张力调节过程刚好相反。

Claims (4)

1.一种超深立井提升容器首绳连接端恒定张力调节系统，其特征是：恒定张力调节系统包括：首绳驱动装置、首绳、提升容器、尾绳、张紧系统和尾绳驱动装置；首绳绕过首绳驱动装置，在首绳上连接有提升容器的上端，提升容器的下端连接有尾绳，尾绳绕过尾绳驱动装置，在尾绳下端与尾绳驱动装置之间的尾绳上连接有张紧系统；
所述的张紧系统包括：左侧尾绳张紧系统和右侧尾绳张紧系统，左侧尾绳张紧系统与右侧尾绳张紧系统的结构相同，均设置在井筒的底部平台上；
所述的左侧尾绳张紧系统包括：尾绳的左侧导向轮组，张紧尾绳的左侧张紧轮，左侧张紧力调节装置；在左侧张紧力调节装置上、下侧分别连接有尾绳的左侧导向轮组，左侧张紧轮连接在左侧张紧力调节装置上，左侧尾绳经过设置在左侧张紧力调节装置上、下侧的左侧导向轮组绕过左侧张紧轮。
2.根据权利要求1所述的超深立井提升容器首绳连接端恒定张力调节系统，其特征是：所述的左侧张紧力调节装置包括：左侧张紧液压缸，左侧泵站，左侧深度传感器，左侧压力传感器，左侧反馈控制模块；左侧深度传感器安装在提升容器上，左侧压力传感器安装在左侧张紧液压缸上，左侧深度传感器和左侧压力传感器的输出端连接在左侧反馈控制模块输入端，左侧反馈控制模块的输出端控制左侧泵站，左侧泵站控制左侧张紧液压缸作推缩工作；左侧张紧液压缸的一端连接在井筒的底部平台上，另一端连接有左侧张紧轮。
3.根据权利要求1所述的超深立井提升容器首绳连接端恒定张力调节系统，其特征是：所述的左侧导向轮组中的导向轮均为定滑轮，左侧张紧轮为动滑轮。
4.使用权利要求1所述的超深立井提升容器首绳连接端恒定张力调节系统的调节方法，其特征是：恒定张力调节方法具体为：
首先设定尾绳左、右两侧与容器连接端的恒定张力T1，T2；
左侧下放右侧上升时，尾绳左侧自重减小，而右侧自重增加，根据容器的左侧深度位置，基于左侧压力传感器的测定，依靠左侧反馈控制模块实时调定左侧张紧轮的张紧力F1，则相应的尾绳张紧力为F1/2，若双滑轮张紧力为F1/4，即为尾绳驱动装置的绕进侧张力为Fa，根据容器的右侧深度位置，基于右侧压力传感器的测定，依靠右侧反馈控制模块实时调定右侧张紧轮的张紧力F2，则相应的尾绳张紧力为F2/2，若双滑轮张紧力为F2/4，即为尾绳驱动装置的绕出侧张力为Fb；
左右两侧张紧轮的张紧力F1和F2调定值分别为：
F1＝2T1-2ρwg(L-x)
F2＝2T2-2ρwgx
尾绳驱动装置绕进侧和绕出侧的张力Fa和Fb分别为：
左侧上升右侧下放时，尾绳左侧自重增加，而右侧自重减小，根据容器的左侧深度位置，基于左侧压力传感器的测定，依靠左侧反馈控制模块实时调定左侧张紧轮的张紧力F1，则相应的尾绳张紧力为F1/2，若双滑轮张紧力为F1/4，即为尾绳驱动装置的绕出侧张力为Fb，根据容器的右侧深度位置，基于右侧压力传感器的测定，依靠右侧反馈控制模块实时调定右侧张紧轮的张紧力F2，则相应的尾绳张紧力为F2/2，若双滑轮张紧力为F2/4，即为尾绳驱动装置的绕进侧张力为Fa；
左右两侧张紧轮的张紧力F1和F2调定值分别为：
F1＝2T1-2ρwgx
F2＝2T2-2ρwg(L-x)
尾绳驱动装置绕进侧和绕出侧的张力Fa和Fb分别为：
其中T1和T2分别为尾绳端左侧和右侧的恒定张紧力，ρw为尾绳单位长度质量，L为总提升高度，x为提升绳的下放高度，g为重力加速度；
尾绳驱动装置的牵引力为T＝Fb-Fa；
若左侧下放，首绳驱动装置与尾绳驱动装置欠同步，尾绳驱动装置转速过快，则尾绳左侧张力增大，通过左侧反馈控制模块减小左侧张紧轮的张力使其保持F1，尾绳左侧长度相对增大，同样，尾绳右侧的张力减小，通过右侧反馈控制模块增大右侧张紧轮的张力使其保持F2，尾绳右侧长度相对减小，从而修正转速过快造成的绳长差；首绳驱动装置转速过快，则尾绳左侧的张力减小，通过左侧反馈控制模块增大左侧张紧轮的张力使其保持F1，尾绳左侧长度相对减小，同样，尾绳右侧的张力增大，通过右侧反馈控制模块减小右侧张紧轮的张力使其保持F2，尾绳右侧长度相对增大，从而修正转速过快造成的绳长差；
右侧下放时的调节方向与左侧下放时的调节方向刚好相反。
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