CN110642177A - 适应不同工况的提升机紧急制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明针对当前摩擦式提升机紧急制动存在的技术问题，提供一种适应不同运行工况的提升机紧急制动系统，该系统根据矿井提升机紧急制动时的提升速度、载荷、提升高度等运行参数，计算获得提升机制动时钢丝绳不发生打滑的极限制动减速度，并以该极限制动减速度进行制动，从而实现提升机的平稳制动，提高矿井提升机的安全运行性能和生产效率。

Description

适应不同工况的提升机紧急制动系统

技术领域

本发明属于摩擦式提升机安全制动技术领域，具体涉及一种适应不同工况的提升机紧急制动系统。

背景技术

摩擦式提升机以提升能力大等优点被广泛地应用于矿井生产中，是矿井生产中极为重要的一种设备。摩擦式提升机基于钢丝绳柔性摩擦传动原理传递力矩和运动，属于典型的柔性传动系统。摩擦式提升机在运输重物时其卷筒两侧钢丝绳张力差的变化直接影响提升系统的运行状态，钢丝绳的动张力差主要由系统的动负荷引起，若动负荷过大，则会产生较大的惯性冲击，容易造成提升系统打滑甚至断绳事故。

目前，摩擦式矿井提升机制动主要采用两种方式：恒力矩制动和恒减速制动。

恒力矩制动系统将额定制动力矩分两次施加给提升卷筒，第一次施加的制动力矩，使提升系统产生符合规定的减速度，经过一段整定的延时，第二次把全部制动力矩加入，使提升系统停车制动。该方法存在以下缺点：(1)由于提升方向和载荷大小经常发生变化(如副井提升)，容易导致制动减速度波动范围很大，甚至超过《煤矿安全规程》的临界值；(2)对于摩擦式提升装备来说，当提升载荷较大时，紧急制动工况下容易发生钢丝绳打滑现象。

恒减速制动系统则是通过调整制动闸的制动力，使提升卷筒按照某一预设的、恒定的减速度进行紧急制动停车。与恒力矩制动系统相比，该方法有效提高了制动的平稳性，减小了制动冲击和振动现象，但由于恒减速制动系统不考虑制动初始运行工况参数和钢丝绳柔性传动特性的影响，采用预设的减速度进行制动，尽管其可以实现提升卷筒的平稳制动，但无法使悬挂在钢丝绳末端的提升容器也实现平稳制动；此外，由于摩擦式提升机在进行制动时的提升高度、运行速度及提升载荷等提升参数的不同，若采用预设的减速度进行制动，很容易使系统产生较大的冲击和振动现象，甚至诱发钢丝绳打滑甚至断绳等恶性事故。

发明内容

本发明针对当前摩擦式提升机紧急制动存在的技术问题，提供一种适应不同运行工况的提升机紧急制动系统，该系统根据矿井提升机紧急制动时的提升速度、载荷、提升高度等运行参数，计算获得提升机制动时钢丝绳不发生打滑的极限制动减速度，并以该极限制动减速度进行制动，从而实现提升机的平稳制动，提高矿井提升机的安全运行性能和生产效率。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

适应不同工况的提升机紧急制动系统，包括：卷筒1、下天轮2、上天轮3、提升钢丝绳4、第I罐笼5、尾绳6、第II罐笼7、制动闸8、控制系统9；提升钢丝绳绕过卷筒、上天轮以及下天轮，其两端分别与第I罐笼和第II罐笼的上端面连接；尾绳的两端分别与第I罐笼和第II罐笼的下表面连接，呈自然悬垂状态；制动闸成对地位于卷筒的两侧，当摩擦式提升机进行紧急制动时，控制系统发出紧急制动指令使卷筒两侧的制动闸贴向卷筒施行制动；摩擦式提升机紧急制动时的减速度为钢丝绳不发生打滑的极限制动减速度，实现适应不同运行工况提升机的紧急制动；

所述钢丝绳不发生打滑的极限制动减速度由下述方法确定：

根据下面两式求钢丝绳两端的动张力差ΔT＝T₁-T₂，

T₁＝(m₂+N₁ρ₁L₂+N₂ρ₂X₂)(g+a)-N₁ρ₁L_xa-N₁ρ₁L_xgsinβ_x (1)

T₂＝(m₁+N₁ρ₁L₁+N₂ρ₂X₁)(g-a)+N₁ρ₁L_sa-N₁ρ₁L_sgsinβ_s (2)

式中：m₁和m₂分别为第I罐笼和第II罐笼的质量，L₁、L_S、L_X、L₂分别为上天轮侧、上弦、下弦和下天轮提升侧钢丝绳长度，X₁和X₂分别为上、下天轮侧尾绳长度，N₁为提升钢丝绳根数；N₂为尾绳根数；ρ₁为提升钢丝绳线密度；ρ₂为尾绳线密度；β_x为下弦仰角；β_s为上弦仰角；g为重力加速度；a为制动减速度；

提升机处于重载提升或下放工况时，钢丝绳不发生打滑的极限制动减速度为：钢丝绳两端的动张力差ΔT等于提升机卷筒与钢丝绳之间的摩擦力时对应的制动减速度。

与现有技术相比，本发明具有如下优越性：

本发明克服了传统恒减速制动系统按照预设的减速度曲线进行紧急制动的弊端，全面考虑了制动过程中提升机的提升速度、载荷以及提升高度等运行参数对系统平稳性的影响；以钢丝绳不发生打滑的极限减速度进行制动，保证提升系统不发生打滑并减小提升容器在制动过程中产生的冲击和振动，实现了提升机的高效制动。

附图说明

附图1为本发明适应不同工况的提升机紧急制动系统的工作原理图；

图中：卷筒1、下天轮2、上天轮3、提升钢丝绳4、第I罐笼5、尾绳6、第II罐笼7、制动闸8、控制系统9。

具体实施方式

以下结合附图介绍本发明详细技术方案：

适应不同工况的提升机紧急制动系统，如图1所示，包括：卷筒1、下天轮2、上天轮3、提升钢丝绳4、第I罐笼5、尾绳6、第II罐笼7、制动闸8、控制系统9；提升钢丝绳绕过卷筒、上天轮以及下天轮，其两端分别与第I罐笼和第II罐笼的上端面连接；尾绳的两端分别与第I罐笼和第II罐笼的下表面连接，呈自然悬垂状态；制动闸成对地位于卷筒的两侧，当摩擦式提升机进行紧急制动时，控制系统发出紧急制动指令使卷筒两侧的制动闸贴向卷筒施行制动；摩擦式提升机紧急制动时的减速度为钢丝绳不发生打滑的极限制动减速度，实现适应不同运行工况提升机的紧急制动；

图1中，第I罐笼和第II罐笼的质量分别为m₁和m₂，上天轮侧、上弦、下弦和下天轮提升侧钢丝绳长度分别为L₁、L_S、L_X、L₂，上、下天轮侧尾绳长度分别为X₁和X₂，依据刚体动力学理论，下弦钢丝绳与卷筒接触点处的钢丝绳张力T₁和上弦钢丝绳与卷筒接触点处的钢丝绳张力T₂分别为：

T₁＝(m₂+N₁ρ₁L₂+N₂ρ₂X₂)(g+a)-N₁ρ₁L_xa-N₁ρ₁L_xgsinβ_x (1)

T₂＝(m₁+N₁ρ₁L₁+N₂ρ₂X₁)(g-a)+N₁ρ₁L_sa-N₁ρ₁L_sgsinβ_s (2)

式中：N₁为提升钢丝绳根数；N₂为尾绳根数；ρ₁为提升钢丝绳线密度；ρ₂为尾绳线密度；β_x为下弦仰角；β_s为上弦仰角；g为重力加速度；a为制动减速度。

钢丝绳张力T₁与T₂的差值为提升钢丝绳两端的动张力差，提升机在传递动力过程中必须保证摩擦力大于提升钢丝绳两端的动张力差才能正常工作。由式(1)和(2)可知，改变系统的载荷(m₁和m₂)或制动减速度(a)等提升参数可改变系统的动负荷，从而改变钢丝绳的动张力差。当钢丝绳两端的动张力差大于系统摩擦力时便会出现钢丝绳打滑现象，所以根据钢丝绳动张力差的逐渐增加可确定出提升系统发生打滑的突变点。

钢丝绳不发生打滑的极限制动减速度由下述方法确定：

对于重载下放工况，设提升机制动前的下放高度、最大运行速度、制动减速度及提升侧负载恒定，逐渐以一个较小的定值为步长增加下放侧负载，则提升机在进行恒减速制动时，系统的动负荷逐渐增加，钢丝绳两端的动张力差增加，系统打滑的可能性随之增加，当钢丝绳两端的动张力差刚好等于卷筒与钢丝绳之间的摩擦力时，提升系统处于临界打滑状态，此时的制动减速度即为此工况下钢丝绳不发生打滑的极限制动减速度。

对于重载提升工况，设提升机制动前的提升高度、最大运行速度、下放侧负载及提升侧负载恒定，逐渐以一个较小的定值为步长增加制动减速度，系统打滑的可能性随着系统动负荷的增加而增加，当钢丝绳两端的动张力差刚好等于卷筒与钢丝绳之间的摩擦力时，此时的制动减速度为此工况下钢丝绳不发生打滑的极限制动减速度。

采用上述钢丝绳不发生打滑的极限制动减速度确定方法，根据提升机的最大额定载荷及最大允许制动减速度，对影响系统动负荷较大的两个提升参数(载荷及制动减速度)进行分段划分。例如：将提升载荷为1-2t的分为一类，通过实验确定载荷为2t时系统不发生打滑的极限制动减速度，则对于提升载荷大于1t小于2t的提升工况，均可以此制动减速度作为上限，避免制动过程中提升机发生打滑现象。对载荷和制动减速度的分类精度越高，对应的极限制动减速度越精确，从而实现适应不同工况的提升机的紧急制动。

Claims (1)

1.适应不同工况的提升机紧急制动系统，包括：卷筒1、下天轮2、上天轮3、提升钢丝绳4、第I罐笼5、尾绳6、第II罐笼7、制动闸8、控制系统9；提升钢丝绳绕过卷筒、上天轮以及下天轮，其两端分别与第I罐笼和第II罐笼的上端面连接；尾绳的两端分别与第I罐笼和第II罐笼的下表面连接，呈自然悬垂状态；制动闸成对地位于卷筒的两侧，当摩擦式提升机进行紧急制动时，控制系统发出紧急制动指令使卷筒两侧的制动闸贴向卷筒施行制动；其特征在于：摩擦式提升机紧急制动时的减速度为钢丝绳不发生打滑的极限制动减速度，实现适应不同运行工况提升机的紧急制动；

所述钢丝绳不发生打滑的极限制动减速度由下述方法确定：

根据下面两式求钢丝绳两端的动张力差ΔT＝T₁-T₂，

T₁＝(m₂+N₁ρ₁L₂+N₂ρ₂X₂)(g+a)-N₁ρ₁L_xa-N₁ρ₁L_xg sinβ_x (1)

T₂＝(m₁+N₁ρ₁L₁+N₂ρ₂X₁)(g-a)+N₁ρ₁L_sa-N₁ρ₁L_sg sinβ_s (2)

式中：m₁和m₂分别为第I罐笼和第II罐笼的质量，L₁、L_S、L_X、L₂分别为上天轮侧、上弦、下弦和下天轮提升侧钢丝绳长度，X₁和X₂分别为上、下天轮侧尾绳长度，N₁为提升钢丝绳根数；N₂为尾绳根数；ρ₁为提升钢丝绳线密度；ρ₂为尾绳线密度；β_x为下弦仰角；β_s为上弦仰角；g为重力加速度；a为制动减速度；

提升机处于重载提升或下放工况时，钢丝绳不发生打滑的极限制动减速度为：钢丝绳两端的动张力差ΔT等于提升机卷筒与钢丝绳之间的摩擦力时对应的制动减速度。

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