礦井摩擦式提升機主繩輪上、下出繩段鋼絲繩質(zhì)量對主繩輪出繩張力的影響

礦井摩擦式提升機主繩輪上、下出繩段鋼絲繩質(zhì)量對主繩輪出繩張力的影響

0滑動極限減速度計算公式根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《煤礦安全規(guī)范》和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《煤礦安全規(guī)范》以及《煤礦地面上的繩子摩擦提高系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》的明確規(guī)定，應(yīng)滿足以下要求。當(dāng)發(fā)生什么樣的事故時，主摩擦輪兩側(cè)張力的比例不應(yīng)超過鋼絲繩的滑動極限。取決于主繩輪的旋轉(zhuǎn)方向,摩擦式提升機防滑安全校驗應(yīng)分別滿足式(1)、(2)的要求:式中FS、FX———落地式摩擦式提升機主摩擦輪上出繩側(cè)、下出繩側(cè)的張力,或井塔式摩擦式提升機主摩擦輪不帶導(dǎo)向輪出繩側(cè)、帶導(dǎo)向輪出繩側(cè)的張力,N;e———自然對數(shù)的底;μ———提升鋼絲繩與主繩輪襯墊之間的摩擦系數(shù);以式(1)、式(2)為基礎(chǔ),并在忽略井筒提升阻力及天輪、導(dǎo)向輪軸承阻力的條件下,可以導(dǎo)出在各種載荷、各種提升狀態(tài)下施加緊急制動時均不得超過的所謂滑動極限減速度。在《煤礦安全規(guī)程》1992年版執(zhí)行說明、《煤礦地面多繩摩擦式提升系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》中先后給出了相同的滑動極限減速度計算公式和應(yīng)用方法。十余年來,我國許多煤礦設(shè)計單位廣為采用了這些計算公式和方法。當(dāng)采用井塔式摩擦式提升機時,應(yīng)用上述滑動極限減速度計算公式和方法得出的計算結(jié)果基本上是準(zhǔn)確的。當(dāng)采用落地式摩擦式提升機時,利用上述公式的計算結(jié)果會有偏差,其原因在于:推導(dǎo)上述公式時未考慮落地式摩擦式提升機主繩輪上、下出繩段鋼絲繩部分質(zhì)量對主繩輪出繩靜張力的減弱作用,亦未計及上、下出繩段鋼絲繩全部質(zhì)量在制動過程產(chǎn)生的動張力對主摩擦輪出繩動張力的減少和增強作用,兩者均會影響滑動極限減速度計算的結(jié)果。本文試圖以式(1)、(2)為基礎(chǔ),在計入落地式摩擦式提升機上、下出繩段鋼絲繩質(zhì)量影響時,探求得到一個理論上比較準(zhǔn)確,同時也比較簡單和通用的滑動極限減速度計算公式。1出繩懸掛段預(yù)應(yīng)力之差表達(dá)落地式摩擦式提升機上、下出繩懸掛段鋼絲繩是指其主繩輪與上、下天輪間的外切和內(nèi)切點之間的兩段鋼絲繩。當(dāng)提升鋼絲繩靜止或等速運轉(zhuǎn)時,這兩段鋼絲繩分別可視為是以上或下天輪和主繩輪為支承物,懸掛在有一定高差的兩個懸掛點(切點)上的一根柔軟的且荷載沿線長均勻分布的繩索,其所形成的形狀為懸鏈線。由于表達(dá)懸鏈線的方程包含雙曲線函數(shù),使用較繁復(fù),工程上可將其近似用繩索荷載沿懸掛點的水平線上均勻分布的所謂平拋物線公式來表達(dá)。參照《電力工程高壓送電線路設(shè)計手冊》,此時每一根出繩懸掛段鋼絲繩的上、下懸掛點(切點)的應(yīng)力可分別用式(3)、(4)表達(dá):式中σshang———上懸掛點沿切線方向的應(yīng)力綜合值,N/mm2;β———出繩角,rad;由式(3)、(4)可得出出繩懸掛段鋼絲繩上和下懸掛點應(yīng)力之差:A———全部提升鋼絲繩截面積總和,mm2;將式(5)等號兩邊乘以全部提升鋼絲繩截面積總和A,即可求得相應(yīng)每側(cè)(上或下出繩側(cè))懸掛段鋼絲繩上和下兩個懸點之間的張力差:式中FΔ———出繩懸掛段鋼絲繩上和下兩個懸點的張力差,N;Lω———出繩懸掛段鋼絲繩上和下兩個懸點之間提升鋼絲繩的質(zhì)量,kg。當(dāng)提升容器靜止或作等速運動,且忽略天輪軸承阻力時,鋼絲繩圍抱天輪兩側(cè)(井筒側(cè)和主繩輪側(cè))分離點(切點)處提升鋼絲繩沿切線方向的張力大小可視為相同的。因而主繩輪每側(cè)出繩處的靜張力應(yīng)為:天輪井筒側(cè)由提升容器(或平衡鍾)、載荷重量與一側(cè)全部鋼絲繩懸垂重量之和所產(chǎn)生的靜張力減去式(6)所表達(dá)的出繩側(cè)懸掛段鋼絲繩兩個懸掛點之間的張力差FΔ。2確立為“中低面”的一模式落地式摩擦式提升機上或下出繩段鋼絲繩質(zhì)量包括上或下出繩懸掛段鋼絲繩變位質(zhì)量和圍抱上、下天輪部分的包繞段鋼絲繩變位質(zhì)量,它們可分別由下列公式確定:式中LI-J———由下標(biāo)I-J標(biāo)定的一段鋼絲繩的長度,m;βS、βX———主繩輪上、下出繩角,rad;RS、RX——上天輪、下天輪(井塔式摩擦式提升機時的導(dǎo)向輪)的半徑,m;I、J———由圖1標(biāo)明的鋼絲繩與主繩輪、天輪(井塔式摩擦式提升機時的導(dǎo)向輪)的切點(1～6,其中3-1、4-2為上、下出繩懸掛段鋼絲繩范圍,5-3、6-4為上、下出繩包繞段鋼絲繩范圍)。3載荷和滑動極限減速度利用本文第1、2部分的分析計算結(jié)果和式(1)、(2),可求得滑動極限減速度的表達(dá)式。為簡化所得計算結(jié)果,分別對主繩輪上出繩側(cè)、下出繩側(cè)(當(dāng)采用井塔式摩擦式提升機時分別為不帶導(dǎo)向輪側(cè)、帶導(dǎo)向輪側(cè),以下同)的有關(guān)變位質(zhì)量進(jìn)行合并和歸類。式中DS、DX———上天輪、下天輪(井塔式摩擦式提升機時的導(dǎo)向輪,以下同)的變位質(zhì)量,kg;US、UX———主繩輪上出繩側(cè)、下出繩側(cè)空載提升容器(或平衡錘,以下同)質(zhì)量,kg;VS、VX———主繩輪上出繩側(cè)、下出繩側(cè)提升容器內(nèi)的載荷(人員、空載車輛、車輛的載物等及其組合)的變位質(zhì)量,kg;I、J———由圖1標(biāo)明的鋼絲繩與主繩輪、天輪(井塔式摩擦式提升機時的導(dǎo)向輪)的切點及與提升容器的連接點(0～10);QS、QX———主摩擦輪上出繩側(cè)、下出繩側(cè)全部變位質(zhì)量,kg;PS、PX———主摩擦輪上出繩側(cè)、下出繩側(cè)產(chǎn)生靜張力的局部變位質(zhì)量,kg。當(dāng)主繩輪上出繩側(cè)的提升容器向下運行(主繩輪下出繩側(cè)的提升容器向上運行)時:將式(15)、(16)代入式(1),可解得滑動極限減速度:式中aS———當(dāng)主繩輪上出繩側(cè)的提升容器向下運行(主繩輪下出繩側(cè)的提升容器向上運行)時的滑動極限減速度,m/s2。同理,將式(18)、(19)代入式(2),可求得:式中aX———當(dāng)主繩輪下出繩側(cè)的提升容器向下運行(主繩輪上出繩側(cè)的提升容器向上運行)時的滑動極限減速度,m/s2。式(17)、(20)適用于空載至滿載各種載荷條件和上提重物、下放重物運行狀態(tài)。例如對于式(17),PS>PX時,是下放重物運行狀態(tài),反之是上提重物運行狀態(tài)。對于恒力矩緊急制動系統(tǒng),防滑校驗的最終結(jié)果是確定最大允許緊急制動力或最大允許緊急制動力矩;對于恒減速緊急制動系統(tǒng),防滑校驗的最終結(jié)果是確定最大允許緊急制動減速度。要得到最終正確結(jié)果,不僅取決于計算公式的正確性,同時取決于正確選擇計算的運行狀態(tài)和各種載荷條件的組合。在緊急制動過程中,還應(yīng)采用帶有沖擊限制措施的液壓制動裝置,盡量減少由于鋼絲繩彈性振動引起摩擦提升機防滑條件惡化,以使未計及鋼絲繩彈性振動時滑動極限減速度理論計算結(jié)果可以更加接近實際。但這都超出本文討論的范圍,其有關(guān)內(nèi)容可參見文、、和其他有關(guān)文獻(xiàn)。4井塔式提升機根據(jù)m1)利用式(5)～式(20),可從理論上較準(zhǔn)確地求得落地式摩擦式提升機滑動極限減速度。2)經(jīng)簡化:m5-3=m3-1=DS=0、βS=-π/2、βX=α-3π/2,式(5)～式(20)同樣適用井塔式摩擦式提升機,此時簡化公式與文、中給出的計算公式幾無差別。對于不帶導(dǎo)向輪的井塔式摩擦式提升機,圖1(b)中6和4點均重合在2點處,此時還可進(jìn)一步簡化:m6-4=m4-2=DX=0、βX=-π/2。因而本文討論所獲結(jié)果可適用于各種安裝方式的摩擦式提升機。α———提升鋼絲繩在主繩輪上的圍抱角,rad。σxia———下懸掛點沿切線方向的應(yīng)力綜合值,N/mm2;σ0———出繩懸掛段鋼絲繩各點的水平應(yīng)力,N/mm2;l———出繩懸掛段鋼絲繩上和下兩個懸掛點的水平距,m;γ———提升