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提升钢丝绳安全系数的验算thecheckingcomputationsforhoiststeelcable为了对提升钢丝绳安全系数进行验算,应该了解提升系统的有关参数,如容器自重Qz提升载荷Q,矿车自重Qc及钢丝绳的技术数据等
一、提升容器自重或载荷重力的测定 themesurationofhoistcontainerdeadweightandloadgravity用拉压或荷重传感器对提升容器、载荷称重,其原理是容器重力或载荷重力作用于传感器,使传感器产生应变,传感器应变使电桥输出电压或电流信号发生变化,电压或电流信号变化的大小与重力的大小成正比根据所称重力大小来选择传感器的型号及量程,规格从几十牛到1000干牛均有传感器的使用方法按厂家说明一用拉力传感器对容器或负荷称重时,可把传感器一端用绳环与连接装置连接,传感器另一端通过导链挂到罐梁上,传感器通电凋零后拉导链当钢丝绳不受力时,拉力传感器的输出读数即是所称重力其输出可以用直流毫伏表测量,也可用光线示波器记录,但应对光高进行标定二用压力或荷重传感器采用这种方法时,应把容器提到井口水平以上一定高度停车,然后将井口用工字钢栅铺平,设法将传感器放置在工字钢栅上,传感器通电调零后,慢慢下放容器压在传感器上,并保持平衡,当提升钢丝绳稍松驰不受力时,传感器的输出即表示所称重力的数值 返回
二、提升钢丝绳安全系数的验算 thecheckingcomputationsforhoiststeelcable提升钢丝绳在正常工作中,除受到静张力的作用外,其内部还受有弯曲应力、扭转应力、接触应力等力的作用,多种复合应力的作用将大大降低钢丝绳的寿命另外,磨损、腐蚀也是降低钢丝绳寿命,影响安全运行的因素由于诸多因素的影响,钢丝绳的寿命不能精确计算为了保证安全可靠,对钢丝绳的选择验算,均采用安全系数法即按钢丝绳的最大静张力并考虑一定的安全系数选择或验算钢丝绳(一钢丝绳最大静张力的计算钢丝绳的最大静张力可根据矿上的有关技术资料或根据上述称重法测出的有关数据进行计算计算公式参见表1—1 表l—1提升钢丝绳最大静张力的计算 单绳缠绕提升系统 多绳摩擦提升系统 等重尾绳 △=0 重尾绳 △0 轻尾绳 △0 最大静张力Fj·m(N) 附图 (表1—1附图) 注Q——容器有效载荷; Qz——容器自重; p——主绳每米重力;q——尾绳每米重力; Hc——钢丝绳悬垂高度;Hw——尾绳环高度;n1——主绳根数; h0——容器卸载位置到天轮中心线距离二提升钢丝绳安全系数验算按安全系数法钢丝绳的实际安全系数为≥(1—1)式中Qd——钢丝绳中所有钢丝的破断力总和N;Fj·m——钢丝绳所受最大静张力N;m——钢丝绳实际的安全系数;ma——《煤矿安全规程》规定的钢丝绳安全系数,查表l—2表l—2提升用钢丝绳的安全系数 用途 钢丝绳安全系数的最低值ma单绳缠绕式提升系统多绳摩擦式提升系统新悬挂时使用中新悬挂使用中专用于升降人员 9 7
9.2—
0.0005HC 升降人员和物料升降人员时混合提升时升降物料时
7.
568.2—
0.0005HC 专用于升降物料
6.
557.2—
0.0005HC 若按1—1式计算出的mma,则应及时更换钢丝绳,以确保提升系统的安全钢丝绳的钢丝有变黑、锈皮、点馈麻坑等损伤时,不得用作升降人员钢丝绳锈馈严重,点馈麻坑形成沟文、外层钢丝松动必须立即更换钢丝绳的使用、保管、维护检查试验等遵照《规定》执行提升系统总变位质量及矿井阻力的测定themesurationofmineresistanceandgeneralchangelocationqualityforhoistsystem提升系统在加减速过程中其各个联动部件都要加减速,为了便于计算急惯性力,可把提升系统各运动部件的质量都变位到提升机滚筒圆周上,即线加速度为提升容器加速度的地方变位的原则是必须保证变位前后动能相等变位后全系统各变位质量的总和,称为提升系统的总变位质量∑m在提升系统速度图、力图计算时,首先应该知道提升系统的变位质量∑m,才能利用有关公式进行验算提升系统的总变位质量可以由计算或实际测定来确定
一、提升系统总变位质量的计算 thecalculationofgeneralchangelocationqualityforhoistsystem在提升机主电动机、天轮导向轮、容器、钢丝绳等技术数据齐全时,提升系统总变位质量可以通过计算确定,其公式为 2—1式中∑m——变位质量,kg; Q——载荷重力,N; Qz——提升容器自重罐笼提升时包括矿车,N n1——主绳根数; P——主绳海米重力,N/m; Lp——主绳实际悬挂长度,m;Lp=Hc+Lx+3πD+LB+LS Hc——悬挂高度,m; Lx——钢丝绳弦长,m; 3πD——摩擦圈长度,m LB——围抱天轮部分钢丝绳长度m,LB≈πDt; LS——钢丝绳试验长度,m,一般取20—30m; n2——尾绳根数; q——尾绳每米重力,N/m; Lq——尾绳实际悬挂长度,m;Lq=H+2Hh Hh——尾绳环高度,m; Gt——天轮的变位质量,kg; Gj——滚筒的变位质量包括减速器的变位质量,kg; Gd——电动机转子的变位质量,kg Gd=(GD2)d (GD2)d——电动机转子回转力矩,N•m2 由电动机产品或出产厂家样本提供); i——减速器减速比; D——滚筒直径,m; g——重力加速度,m/s2 返回
二、提升系统总变位质量的测定 themesurationofgeneralchangelocationqualityforhoistsystem 目前,矿井提升系统,由于生产的发展,产量增加,一些老矿进行了不少的技术改造,部分设备的更新改造后的参数指标与原有参数指标差异很大,况且有一些矿井其提升系统技术数据资料不全,因而无法通过计算确定其变位质量,所以,现场实际测定提升系统变位质量,既可验证提升系统技术数据的准确性和可靠性,又可测定计算出未知部分的变位质量,将技术数据资料补齐故这项工作具有十分重要的实际意义,其应用价值也是显而易见的提升系统变位质量实测是以确定提升系统总变位质量∑m为目的,其方法步骤如下一用光线示波器记录速度图 光线示波器可以同时测出提升机的若干个动态性能曲线和参数,测试精度较高目前已比较广泛地使用,其型号较多,但建议使用SC一16型使用者在测试前应熟悉仪器的工作原理,掌握使用方法开车之前作好测速度图的接线及其它必须的准备工作 二记录下述参数值 提升载荷QQ值应称重或尽量准确; 两个提升容器的自重Qz两个Qz相同否; 提升速度V最好为Vm; 提升高度H; 主绳和尾绳的根数及单重等三实际测量使重载侧在井底,由下向上起动、加速,至等速Vm时运行一段时间具体视矿井提升系统而决定,然后将主令控制器手柄迅速搬到中间零位使主电动机断电,不要给闸,让提升系统自由滑行减速待绞车将要停止速度约为零时施闸停车四计算变位质量通过光线示波器记录下的加速、等速及减速过程的速度图如图2—1所示,便可以计算出提升系统总变位质量∑m计算方法如下 图2—1变位质量测定示意图根据测定时使用的纸速和时标,由光线示波器记录图中可查出t
1、t
2、t3值;vm由实测可知 1自由滑行减速度a3的计算(m/s2) (2—2)2上升重载侧容器由加速开始,经等速到停车为止,所走的行程距离hx为m2—33由动力方程式根据力的平衡得 (kg)(2—4)式中k——矿井阻力系数;箕斗提升为
1.15;罐笼提升为
1.20;Q——两侧提升荷重之差,N;Δ——,即主绳与尾绳每米总重力之差,N/m上述测试计算方法的特点是实测时要求矿上准备工作少,基本不用停车,简单方便,不影响生产缺点是由于受提升载荷Q值不准确及阻力系数的影响,误差偏大,所以在实测时提升载荷Q值要经过称重,连续做几次,计算后取∑m的平均值 返回
三、矿井阻力的测定 themesurationofmineresistance为了消除矿井阻力对测定提升系统总变位质量∑m的影响,在矿井条件允许的情况下,可以用两种不同载荷分别做测定,由此可以计算出矿井阻力如第一次装载为Q1,第二次装载为Q2,且Q2Q1,时,其测定计算的方法步骤同上根据动力方程式可知,第一次载荷为Q1时 (2—5) 第二次载荷为Q2时 (2—6) 上两式中W1和W2为矿井阻力两次测试vm相同; 这时若认为两次测试时矿井阻力大致相等W1≈W2; Σmˊ为不包括载荷及的提升系统变位质量,则 (2—7)经整理得 (2—8) 提升系统总变位质量Σm为 kg2—9式中Q——一次提升量,N 在实测时Q2取Q;Q1可取Q 将由(2-8)式计算得出的Σm值代入(2-5)或(2-6)式;即可得出矿井阻力W,即有 2—10或 2—11提升速度图的测定与验算themesurationandcheckingcomputionofhoisthodograph矿井提升机应按照设计合理的速度图来运行,但是由于生产的发展,矿井提升系统中的设备不可避免地有所变换或更新,提升容器的加大、电动机更换、滚筒直径改变等等,为了研究提升容器的实际运动规律,掌握其性能,合理地使用,及早地发现隐患等多方面来考虑,应该经常性地实际测定提升速度图尤其是在提升系统有较大设备变化时,并对速度图分析验算,以了解提升机实际提升能力及电动机功率,及时检验起动电阻和控制继电器的合理性这样既可延长设备寿命,提高生产效率,增加经济效益又可提高安全性
一、提升速度图的测定 themesurationofhoisthodograph实测提升速度图的基本做法是利用光线示波器拍摄测速发电机的电压变化规律因为提升机在运行过程中测速发电机发出的电压与提升机的转数即提升容器的速度成正比也就是说测速发电机的电压变化规律反映了提升容器的实际速度变化规律实测提升速度图的方法步骤如下一调定测速发电机电压值调定测速发电机在等速时发出的电压值可从司机操纵台上的电压表确定,如220伏等二接线并实测纪录 把测速发电机发出的电压信号通过适当的电阻匹配,再选用灵敏度合适的振子接到光线示波器的一个插座上按图3—1接好线切记电压信号不能短路并检查确认一切无误后,开动光线示波器,调试振子,选好纸速后,方可开车经开车加速、等速运行、减速爬行、至一次提升完毕,停止记录至此就得到了——个完整的提升速度图如图3-2所示 图3—1速度测定接线示意图 (V——测速发电机电压表) (R——匹配电阻) 图3—2实测提升速度图
(三)实际速度标定 因为上述记录为测速发电机的电压变化曲线,不是真正的提升容器实际速度的变化曲线,所以必须进行实际速度的标定速度标定的方法是量出等速运行时的速度Vm与所对应的光高xm,令vm/xm=kv(m/s/mm),kv称为速度比例尺有了速度标定值才能进行速度的验算四最大提升速度的测定1.转速表测定法用转速表测定电动机的实际转速n,测量出滚筒直径D传动比i为已知则 3—12.标定法实测滚筒每转一周的绳长Lt和在等速运行阶段t秒时间内滚筒的转数N2则3—2速度图的合理状况应当是各变速阶段中的图形尽可能接近直线;初加速阶段、主加速阶段、减速度a
3、爬行速度均应满足设计速度图的要求;在保证安全性的前提下,低速爬行阶段及休止时间应尽可能短,否则电耗大,一次提升时间长,从而减少提升能力但是,初次实际测得的速度图往往是不符合理想的设计速度图其主要原因是起动电阻匹配不合适,三相电阻不平衡或烧结电阻值改变,控制继电器整定不合适或运行参数选择不当等要根据具体采用的控制方式来分析在获得初次实测速度图后,根据各矿具体情况分析其病症的原因,找出影响因素,提出解决改善办法改善处理后,再次测定速度图,如还有问题,再分析处理如此反复实测几次,直到获得比较合理的速度图为止初次测出的速度图常常明显不是直线,有的上凸,有的下凹,有的在起动级上,开始时加速度大,结束时加速度小,这一点在第一加速度级上表现尤其突出例如,实拍的一个主加速度曲线如图3-3所示这是一个上凸型的曲线,那么我们可以按实拍片算出速度过程中的最大加速度a1max和最小加速度a1min,由图可知 令 图3-3加速度阶段示意图这个比值Φ表示加速过程的不均匀性,亦即表示实际速度曲线偏离直线的程度,Φ越大,说明偏离越大,越不好缩小Φ的方法随控制原则不同而不同若采用电流为主、时间为辅的控制原则时,时间控制的延时越长,越容易出现加速末期速度曲线上升越缓慢的现象,因而Φ值就越大减小Φ值的办法之一就是,在JLJ电流继电器的吸合与释放电流值整定适合条件下,不要过分增大时间继电器的延时理由是JLJ电流继电器释放之后,电磁力矩与静阻力矩之差已经相当小,因此加速度已经很小,即使时间继电器的延时增加较多,速度上升的数值也极为有限 返回
二、提升速度图的计算thecheckingcomputionofhoisthodograph 利用光线示波器拍摄的速度曲线,加之速度标定值后,就可以对速度图各阶段进行分析计算由于主井、副井使用的容器不同,所以所测出的速度图也不同,有五阶段提升速度图,也有六阶段提升速度图下面以主井底卸式箕斗六阶段提升速度图计算为例,来说明提升速度图的计算步骤已知速度标定值kv=km/kxm/s/mm;时标计算项目一初加速阶段1.箕斗出曲轨速度v0[一般V0≤
1.5m/s]3—3式中x0——V0时对应舶光高 2.箕斗在曲轨中初加速度a0[一般a0=0.5m/s2]m/s2(3—4) 3.箕斗在曲轨中的行程h0 [一般h0=
2.13m,新标准系列箕斗式中h0=
2.35m]3—5
(二)主加速阶段1. 主加速度(验算见下节) (3—6)式中t1——主加速运行的时间s2.主加速运行距离h1 (3—7)三等速运行阶段1.等速运行的时间t2及速度vm由实拍速度图中可以查出 2.等速运行的距离h2 (m)(3—8) 四减速阶段 1.减速度a3验算见下节(m/s2) (3—9)式中V4——爬行速度m/s;t3——减速运行时间(s) 2.减速运行距离h3 (3—10) 五爬行阶段 1. 爬行速度v4[—般v4=0.4~0.5m/s]m/s(3—11)式中x3——v4对应的光高mm 2.爬行距离h4[一般自动操纵时h4=
2.5~
3.3m] 3—12式中t4——爬行时间s 六制动停车阶段 1. 减速度m/s2[一般a5≈1] 2.制动时间t5[一般t5≈
0.5s] 3.制动停车运行距离m,数值极小,可略去不计 其它不同阶段的提升速度图可参照上述方法汁算,在此不再赘述整前与整后的速度图在计算完后可填入记录表,表的格式如表3—1表3—1 123456运行时间(s) 整前 整后 终速度m/s 整前 整后 加速度m/s2 整前 整后 运行距离m 整前 整后 返回
三、提升机加、减速度的验算thecheckingcomputionofaccelerationanddecelerationforhoist不论缠绕式或摩擦式提升系统,主加速度a1及速度a3的大小均受《煤矿安全规程》之规定和电动机起动力矩、减速器允许的传动扭矩及减速方式的限制摩擦提升机还受防滑条件的限制在实际测试中我们发现在现场采用的加速度、减速度多数都比限制值要小,电动机是“大马拉小车”只有少部分是处于满负荷工作状态下运行个别的是处在过负荷状态下运行为了充分发挥现有设备能力,节约电能,尽可能地提高主加速度,不要在超限制的过负荷状态下运行,消除发生事故的隐患而对实测主加速度a1和减速度a3进行验算,是十分必要的一加速度a1的校验对于缠绕式提升机,主加速度a1受三个方面的限制—是《煤矿安全规程》的规定;二是减速器允许的传动扭矩;三是电动机的起动力矩1.《煤矿安全规程》对提升机加、减速度的规定见表3—2 表3—2 立 井 斜 井罐笼升降人员 升降物料 升降人员 升降物料a≤
0.75m/s2无规定,一般a≤
1.2m/s2 a≤
0.5m/s2 a≤
0.7m/s2 2.按减速器允许的传动力矩验算加速度减速器所能传递承受的最大扭矩Mmax值,在提升机技术性能指标中是明确给出的为满足减速器允许传动的最大扭矩Mmax值,电动机通过减速器作用在滚筒上的实际拖动力矩必须小于Mmax值,即 3—13式中Mmax——减速器的最大扭矩N·m;Mj——作用在提升机滚筒上的最大静阻力矩N·m, 其计算公式为N·mFc·max——作用在提升机滚筒上最大静张力差双钩提升N,其计算公 式见第一章;D——滚筒的实际缠绕直径;mˊ——不计入电动机转子变位质量的提升系统变位质量kg,即 mˊ=∑m–mdmd——电动机转子的变位质量;(GD2)d——电动机转子的回转力矩kg·m2;查电动机产品样本因此,实测提升速度图中加速度a1应满足下式要求(3—14)3.按电动机允许的过负荷能力验算加速度当采用金属电阻时,在提升机加速过程中,由于依次切除转子电阻,因此拖动力矩是起伏变化的,为了保证电动机能够起动,其平均拖动力Fp必须满足Fp≥KQ+n1PH—n2qH+∑rna1N3—15在起动过程中为了充分合理利用电动机的过负荷能力,其平均起动力为Fp=λpλmFeN(3—16)因此,实测加速度a1值应满足下式要求≤(m/s2)(3—17)式中λp——主加速阶段平均起动力相对值 (3—18)λm——电动机过负荷系数,可查电动机产品技术规格;Fe——电动机的额定拖动力N (N) (3—19)式中Pe——电动机额定功率kW;vm——最大提升速度m/s;η——减速器的传动效率,一般一级传动时η=
0.92,二级传动时η=
0.85主加速度a1受上述三个条件的限制约束,经验算后选取其中最小值如果矿上实测加速度a1比其中最小值要小的多,就说明还有潜力可挖,应设法提高a1值,以充分发挥现有设备能力如果a1值比其中最小值要大说明有事故隐患,应及时向决策部门提出建议,进行改进调整二减速度a3的校验提升减速度a3也受《煤矿安全规程》规定的限制此外,减速度a3还与提升系统采用的减速方式有着直接关系下面就三种减速方式叙述1.自由滑行方式减速 异步电动机拖动的提升机在减速阶段应尽量采用自由滑行方式减速因为这样既能达到减速目的,又能充分利用提升系统的动能,节省电能减速开始,进入自由滑行,主电动机断电,拖动力为零自由滑行减速度a3可由下式计算,即(m/s) (3—20)式中Δ——n1P-n2q;h3——减速阶段运行距离对3—20式分析可知a3的大小主要由Q及∑m决定令Q/∑m=γ,称为重力系数主井提升系统重力系数γ
1.2;副井提升系统重力系数γ0.75,则自由滑行减速度a3就可满足《煤矿安全规程》的要求对斜井箕斗提升系统,自由滑行减速度a3为式中L5——减速阶段运行距离,一般取20—30m;Lg——卸载曲轨长度,—般取6~8m2.采用机械制动方式减速只有在减速阶段拖动力为负力并且很小,机械制动装置的制动力又是可调节时,方可采用机械制动方式减速减速开始,将提升电动机的电源切掉,利用制动器操纵提升机停车制动器所加的制动力应小于
0.3Q较为合理这是因为提高设备效率,避免闸瓦过热,减少闸瓦磨损采用机械制动方式减速时,其减速度a3由下式计算,即m/s23—21 上式所得a3值必须保证满足《煤矿安全规程》的要求 3—21式比3—20式多了一项这是因为负力从减速开始到减速终了是个变值,由负力造成的力矩是由小到大变化的因而,采用机械制动减速时制动力矩R也应是变化的所以制动力必须是可调的才可能均匀减速如果是手动操纵,其减速度大小与司机操作的熟练程度和经验密切相关如果采用电气制动,则减速度是由减速时所需的制动力矩通过控制继电器改变制动力矩宋实现是否均匀减速取决于对控制元件的整定是否合适3.用电动机方式减速在减速阶段拖动力为正时,也就是说即时,应采用电动机方式减速所谓电动机减速,就是在电动机转子内串入电阻,便电动机在减速阶段低速拖动,并发出小于静阻力的拖动力此时,拖动力的大小是至关重要的一方面拖动力必须小于静阻力,但也不能太小;另一方面又要避免电动机在较软的人工特性曲线上运行从而不易控制所以,拖动力一般取
0.35倍电动机的额定力采用电动机方式减速时,减速度a3可用下式计算,即 m/s23—22总之,实际测定的减速度,不论采用那种方式减速,都应该符合设计的减速度值,并保证满足《煤矿安全规程》的要求 对于摩擦提升系统,其最大加减速度还要满足防滑要求,斜井提升系统应考虑最大自然减速度的限制提升力图的测定与验算themesurationandcheckingcomputionofhoistforce-graph为了验算提升电动机的功率和电气控制设备,应对提升力图进行测定和验算
一、测试原理 theprincipleoftest当提升机正常工作时,电动机的定子电流I1与电动机发出的拖动力力矩成正比,即I1与作用在提升机滚筒上的拖动力成正比所以只要测出一次提升循环中各段的定子电流,就可确定出电动机的等效力FdxN4—1式中Idx——等效电流,计算公式为(A) (4—2)V1——电动机定子线电压伏;cos——电动机的功率因数;vm——提升机的最大速度m/s;Tdx——等效时间s;ηi——减速器效率多绳摩擦轮提升机,不论是—级传动,还是二级传动,都取ηi=
0.9;单绳缠绕式提升机,一级减速时取ηi=
0.92,二级减速时,取η=
0.85等效时间为 (4—3)式中α——低速时散热不良系数,α=;β——停车时散热不良系数,β=;θ——提升休止时间 返回
二、测试方法 themethodoftest一用光线示波器记录电流当用示波器测定时,把定子电流的变化信号如司机台上的定子电流表),通过适当的电阻匹配,接到示波器的适当振子上,如图4—1所法 图4—l用光线示波器测电流接线图1—操纵台;2一电流表;3——振子;4——光线示波器光线示波器操作与测速度图方法相同,同时拍摄出定子电流的变化曲线和各阶段早行时间如图4—2所示图中测出的电流是相对值,为了确定其定子电流的绝对值,则必须进行标定,标定方法之一,为了观察方便,减小误差,观察点取两容器的交逢位置时,记录此刻电流表的电流I并同时用光线示波器上的标记开关打上标记然后量出标记处电流曲线的高度 图4-2定子电流曲线hmm求出电流标定值ki(A/mm) (4—4) 提升各阶段的起始和终了的电流绝对值为Ii=Ki·xiA (4—5)式中xi——测试曲线上某点的高度mm Ii——与xi点对应的电流绝对值A有了电流曲线图并进行了标定,便可利用4—
1、4—
2、4—
3、4—5式计算出等效力来上述方法比较简单接线少,不影响生产但是振子选择要灵敏度高,标定要准确,计算较烦二用自动电流表记录电流 测定方法电流测定接线示意图如图4—3所示用自动记录电流表测出提升循环中的实际负荷电流曲线,如图4—4所示然后将实际负荷曲线I=f(t)电流坐标加以平方得I2=f(t),再利用积分仪求出I2(t)的面积,即为ΣI2·t,之后按式4—2计算等效电流,用4—1式计算等效力该法比较准确,但要求在测定时电网电压和频率比额定值相差不能太大,一般要求不大于 图4—3电流测定接线图图4—4负荷电流曲线 返回
三、提升力图的验算 thecheckingandcomputionnofhoistforce-graph对容器自重和载荷用拉压力传感器称出,按速度图,可利用矿井提升系统的动力方程式对力图进行验算初加速阶段主加速阶段等速阶段减速阶段爬行阶段说明
① 采用五阶段速度图时,无初加速阶段,此时
② 上列式中交流拖动电动机功率验算与测定themesurationandcheckingcomputionofpowerforA.C.dragelectromotor
一、电动机功率的验算 thecheckingcomputionofpowerforA.C.dragelectromotor 等效电流法 等效力法一等效电流法其测定原理与用电流测力时相同,等效电流Idx按下式计算,即 (A)其中 (5—1)等效功率Pdx为(KW) (5—2)式中V1——电动机定子线电压伏;cosΦ——电动机的功率因数电动机功率验算1. 功率校核Pe≥
1.1Pdx(5—3)2. 正常工作过负荷校核≤(5—4) 式中Imax——最大电流A;Ie——电动机的额定电流A; Pe——电动机的额定功率(KW);λ——电动机的过负荷系数3.特殊过负荷校核≤5—5式中Fe——电动机的额定拖动力N; Ft——作用于滚筒上的特殊力N Ft发生在以下两种情况a.调绳或更换水平时 N5—6 b.采用罐座作承接装置时 N5—7式中u一动力系数,一般取u=
1.05~
1.1 二等效力法按上述公式计算出提升各阶段初始和终了的拖动力后,其等效力按下式计算,即N5—8式中 5—9 说明
①减速阶段采用自由滑行或机械闸制动,爬行段采用微电机拖动时,则相应段的拖动力不计入;
②减速段开始0,而0,采用机械闸制动时,该项按下式计算,即 (N)(5—10) 等效力Fdx计算出后,电动机的等效功率Pdx为(5—11) 电动机功率的验算同等效电流法 通过对电动机功率的验算,可以知道,电动机功率是否有富裕如果有富裕则可充分利用以提高提升能力,若无富裕或不足,则应该更换电动机,以防事故的发生返回
二、电动机功率的测定 themesurationofpowerforA.C.dragelectromotor用三相自动记录功率表,两只高压电压互感器GYH和两只电流互感器提升机房高压开关柜内的1LH,2LH即可,可测定电动机的功率,测定接线图如图5—1所示注意
①电流、电压要相对应,不得有误;
②测定过程中电流互感器二次侧不得开路,并防止触电 图5—1自记功率表接线图起动电阻的计算及测定thecalculationandcheckingcomputionofjump-startresistance我国目前所使用的提升机有80%以上是采用交流拖动,其加速过程均是靠切换串联在转子回路中的电阻来实现的,因此,转子电阻的计算和测定是提升机能否按照所要求的速度图运行的关键对于新建矿井,这一工作由设计、安装和调试部门完成;对于改扩建矿井,这一工作要由现场工程技术人员来完成;对于正在运行的提升机,为保证其安全高效地运转,现场技术人员也需对其进行转子电阻的验算和测定由此可见,转子电阻的计算和测定是煤矿机电技术人员所必须掌握的目前起动电阻的计算方法较多;在此仅介绍一种方法,这种方法是根据平均加速度要求,来计算电阻方法,在此基础上介绍转子电阻测定的有关内容
一、起动电阻的计算 thecalculationofjump-startresistance 所需已知参数 预备级电阻计算 主加速阶段电阻的计算
(一)所需已知参数 不论是新建、改扩建还是运行中的提升机,为进行转子电阻计算,必需给出下列参数加速阶段的速度图、力图 提升电动机参数 提升机参数 其它参数1. 加速阶段的速度图、力图 此处所指的速度图、力图应是设计要求的速度图和力图,而不是前面所讲的由测定所得的速度图和力图,两者不能相混淆,这是因为在实测中提升系统的运行参数不一定与设计时一致如载荷不同等当然,若所测速度图、力图的基本条件与设计一致,在进行转子电阻计算时,便可用测定的速度图、力图若只有速度图而无力图,要利用前面所讲的方法计算出力图2.提升电动机参数额定功率pe额定转速 ne同步转速no定子额定电压 V1e转子额定电流I1e转子额定电压 V2e定子额定电流I2e过载系数 λm功率因素 cosФe飞轮转矩 GD23.提升机参数滚筒半径R提升机变位质量 M减速器传动比i减速器传动效率 ηi4.其它参数转子电阻起动级数预备级级数电流互感器变流比 ki
(二)预备级电阻计算1. 第一预备级电阻Ry1 第一预备级有两个作用一是提升机起动前消除齿轮间隙并张紧钢丝绳;二是当检查钢丝绳及滚筒设备时保证提升机以
0.3m/s左右的速度运行一般是使第一预备级所产生的力矩为额定力矩的
0.3~
0.4倍,即λy1=
0.3~
0.4至于所取比值是否合适,还须验算验绳时是否能拉动,其验算公式为 ≥(6—1)式中K——阻力系数,箕斗取
1.15罐笼取
1.2; Q——有效载荷,N;Δ——Δ=;——主绳根数;——尾绳根数;——主绳每米重力,N/m;q——尾绳每米重力,N/m H——提升高度,m;N; (m/s)若验算通过,λ取
0.3~
0.4即可,若通不过,则按6—1式反算求得λy1,那么,第一预备级电阻为Ry1=R0/λy1 (6—2) (6—3)2.第二预备级电阻Ry2第二预备级电阻的作用是当提升人员时,限制罐笼加速度,同时在具有卸载曲轨的箕斗提升中限制箕斗在曲轨中的速度由于第二预备级的电机特性曲线近于直线,所以其计算方法有两种,第一种是直线法,第二种是曲线法
① 直线法Ry2=R0/λy2(6—4) 对于箕斗提升 (6—5)式中、分别表示初加速起始和终了时的拖动力 对于普通罐笼提升,按提人加速度不大于
0.75m/s2进行计算 ≤(6—6)式中QR——罐笼升降人员总量,N;∑m——提升系统变位质量,kg; aR——升降人员时罐笼设计加速度,m/s2
② 曲线法 第一步,计算初加速阶段的平均过载系数λ0;(6—7)第二步,计算与λ0对应的平均转差率S0 6—8式中 n1——第二预备级运行结束时电机转速r/min; 第三步,计算第二预备级的临界转差率Smy2 (6—9)第四步,计算第二预备级对应的额定转差率sey2 (6—10) 最后得第二预备级的电阻值 (6—11) 以上两种方法均可作为第二预备级电阻计算方法,直线误差稍大,但简便 返回 三主加速阶段电阻的计算 为说明问题的方便起见,我们以转子串八级电阻且有两个预备级的情况加以说明,其机械特性如图6—1所示 图6—1 转子串八段电阻二预备级起动级特性曲线 1.公比q的确定 由电机学的有关知识知 由上式可知,只要求出公比q,并利用初加速结束时的转差率S11便可求得各级的起始转差率,从而求出各级电阻对于公比q的确定,目前有两种方法,一是利用计算机求解,二是采用图解法对于主加速在八级以内的情况,已有成熟的图纸可查,如图6—2所示;在八级以上要采用计算机求解 图解法求公比q
①根据提升系统具体条件确主加定速级数n,即可决定选用公比q的曲线图
②确定三个量λav、S
11、Smz λav为主加速阶段平均拖动力矩与电动机额定转矩之比,则有 转差率 由于公比曲线图中各条是根据做成的,而横坐标又是,因此在计算出、S
11、Smz后,要折算为和后方可查图
③查图 在横坐标上找到相应的点并作垂线与已知的曲线相交,通过交点作水平线与纵轴相交,其交点的纵坐标值,便为公比q之值 由于图中所作的曲线尚不十分多,如果具体的值与图中某个曲线近似,可以直接利用如果没有合适的曲线,采用插值法求出
④验算切换力矩公比求出后要验算切换力矩是否满足要求,它应满足式中
0.96—12 ——提升机静力矩若6—12式的条件不满足,应改变设计参数如变换加速度等,根据改变后的参数重新求公比q,并进行切换力矩的验算,直到满足要求为止2.各级电阻值为计算各级电阻值,首先必须求出电机转子固有电阻ro,其值为6—13 主加速第i级的电阻值为(6—14)各级附加电阻值为相邻两级电阻值之差,即
(四)电阻选配在完成电阻计算后,要合理地选配电阻,它所遵循的原则是根据各段电阻值、起动电流与通电持续率JC%来选择电阻箱型号 1.各级起动电流 第一预备级起动电流 第二预备级起动电流 主加速级平均起动电流2.电阻持通率
①各级起动时间为计算各级电阻通电的持通率,必须先考虑各级电阻的作用时间 第一预备级上起动时间定为
0.75秒 第二预备级上起动时间要视提升情况对于普通罐笼取
0.75秒对于箕斗,可取速度图上该段电阻的运行时间 主加速第i级时间为6—15
②持通率 第一预备级电阻的通电持通率按下述原则选择当tr/T=
0.7~2时,选JCy1%产40% 当tr/T2时,选JCy2%=100%其中T——所选电阻箱的发热时间常数;tr——检查井筒的持续时间,双钩提升时,tr=
0.5H/
0.3,单钩提升或带尾绳的双钩提升,tr=H/
0.3,对于配有微机拖动或低频控制的提升机,JCy1可取40% 第二预备级持通率JCy2%(6—16)式中、——分别为第
一、第二预备级起动时间;∑T——一个提升循环时间;td——减速阶段电阻投入运行时间 主加速第i级的持通率JCi%(6—17)对于负力较大而采用动力制动或低频制动的提升机,在上述计算中应加上在减速阶段各级电阻的通电时间 返回
二、起动电阻的测定 thecheckingcomputionofjump-startresistance由于接触电阻、导线电阻和电阻片电阻的影响,使得实际的电阻值与计算选配值之间有差异,,因此在电阻箱安装后或经过一段时间的运行后,需对各级电租进行实测从理论上讲,电阻的实测应在工作温度下,以带电测量较为准确,但实际上难以实现,所以目前现场采用断电后,冷态测定电阻,通过折算的办法,将所测阻值换算为工作温度下的电阻值,其换算公式为 (6—18)式中Ro——冷态测定电阻值; Rt——折算为工作温度下的电阻值; a——电阻材料的温度系数 镍铬电阻α=
1.5 铁铬电阻α=5 铸铁电阻α=
6.2;t2——电阻工作时的温度;t1——测定电阻时的温度
(一)测试仪器1.双臂电桥由于转子配阻的最后几级和转子电阻均很小,必须采用双臂电桥才能满足精度要求2.温度计温度计用于测定电阻工作和测定电阻时的电阻温度
(二)测试步骤1.断开高压电源,打开星形连接点2.按照电桥说明书要求,连接好电桥接线3.用砂布打磨各级的连接点,以供测定电阻时作为接点4.查出并记录下各级电阻的箱号及串、并联关系,其目的是确定各级电阻的选配值5.逐级、逐相测定电阻并记录将测定值与选配值比较,若出入较大要查找原因6.连接测试时所断开的各个接点7.测定测定时的温度,待运行一段时间后,测定电阻工作温度并记录
(三)注意事项1.测试前要检查电桥内的电池是否合乎要求2.检查测试中所用的导线电阻是否满足电桥要求,若其阻值大于电桥要求,应从测试值中减去电路中导线电阻值3.当测定值与电阻选配值出现较大差异时,应查找原因,通过对现场近40台提升机的测试来看,不外乎有下面几个原因
①测试时测定点接触电阻大处理方法是进一步用砂布打磨测量点并固紧电桥测量线
②电阻片有烧坏或各箱间连接不牢
③串、并联接错继电接触控制系统控制继电器的测定measurementofcontrolsystemscontrolreplay
一、控制系统电流继电措JLJ的整定交流拖动继电接触控制系统多采用以电流为主,以时间为辅的复合控制原则,电流继电器的吸持电流与返回系数直接影响着控制系统的运行情况与电动机的安全,因此,正确测定电流继电器的吸持电流与释放电流值是非常重要的
1.电流互感器的核算若控制系统电流继电器接于定子侧,则应接入电流互感器电流继电器电流整定范围为
4.5~6安,所以定子回路电流互感器一次侧额定电流应符合以下条件(式123)式中I1xc——继电器吸持时定子电流(A);I1Le——定子回路电流互感器一次侧额定电流(A);式中Kf——继电器返回系数,一般
0.85~
0.92;I1sf——继电器释放时定子电流AI1xc=I1sf/Kf式125式中I1——起动时下限切换转矩相对应定子电流AI1sf=
1.05~
1.1I1式126式中I1e——电动机的定子额定电流A
2.电流继电器JLJ的整定1 电流继电器释放电流式127式中Kf——电流互感器的电流比;
1.05~
1.1为留给时间继电器控制的经验系数2 电流继电器吸持电流ixc=isf/Kf(式128)
(3)加速时间继电器整定采用直流电磁继电器作为加速继电器,一般皆采用表10列出的经验数值来整定上列数据对于罐笼提升一般是可用的,对于箕斗提升第二预备级电阻用2SJ作纯时间控制因此2SJ应取t0而不是
0.75秒 表10时间继电器时间整定值表单位s继电器编号1SJ2SJ3SJ4SJ5SJ6SJ7SJ8SJ八级
0.5~
0.
750.
751.
00.
560.
310.
170.
100.05七级
0.5~
0.
750.
751.
00.
500.
250.
120.06 六级
0.5~
0.
750.
751.
00.
400.
170.07 五级
0.5~
0.
750.
751.
00.
310.10 如果采用纯时间控制的话,而把电流继电器作为限流元件时,各时间继电器应按各级加速时间△t1~△t2整定,但1SJ仍按
0.5~
0.75秒整定2SJ延时按具体情况整定
二、控制继电器的测定
1.电流继电器测定由于电流继电器为三相,故测定时应用三相调压器调整电流值,为了保证三相电流平衡,每项都装有可调电阻并在每相上都装有电流表,为了显示继电器动作应在接点接入控制信号灯,其接线如图17所示测定时首先合上自耦变压器电源,并将三相电流调平衡,而后升高三相调压器电压,电流继电器的电流逐渐增高,当达吸持电流Ixc时,电流继电器动作,切断信号灯的电源,这时应记下继电器吸持的电流值而后将三相调压器电压降低,直到继电器返回重新合上其控制的接点,信号灯又重新发亮,这时记下继电器返回的电流值 图17JLJ继电器测定线路K1一380V电路开关;K2一220V电路开关;Rf一可调三相平衡电阻;ZB一三相自耦变压器;JLJ一三相电流继电器;DI—JLJ动作指示信号灯 2.时间继电器的测定将时间继电器SJ的线圈经三相刀闸开关K1接于直流220伏电源,时间继电器的常闭接点用来短接电气秒表Lt的线圈,如图18所示 图18时间继电器测定接线图 Li—电气秒表线圈;R—限流电阻; SJ—时间继电器;K1—双击开关;K2—三击开关 当合上开关K1时,则SJ线圈通电,将常闭接点断开但由于电气秒表的线圈被短接,故这时合上开关K2,则电气秒表不能动作当拉断开关K1时,则SJ线圈断电,而使其控制的常闭接点延时闭合与K1断开的同时断开电气秒表线圈的短接接点则电气秒表开始动作记录周波时间,但当时间继电器延时恢复闭合,又一次将电气秒表的线圈短接,这时电气秒表就停止记录周波的时间,其电气秒表记录的时间就是SJ延长的时间3.电气限速继电器的测定目前国内用的限速器有两类,即机械与电力两大类机械限速器数量少各地可按各自的设计说明书进行调整计算与测定1继电器GSJ1的测定当提升机的速度超过全速的15%,或爬行运行超速100%时,继电器GSJ1应可靠动作,切断保险制动接触器线圈供电回路,使提升机安全制动减速段保护性能由15%到100%应能均匀过渡GSl电气限速继电器的设计一般有等电流,等速度,等行程三种形式等行程设计则高速度时反应速度准确,低速时较差,等电流法高速度时反应速度较差,低速时准确而等速法高低速兼顾,反映一致,因此这里着重讲述等速法所谓等速法,就是把速度的总变化量,即由全速到爬行的速度差等分为若干等分,速度每减少一等分,压切电阻箱—段电阻,从这个角度出发计算继电器,电阻箱的参数,绘制凸轮板这种方法首先规定了电阻分段,然后根据电阻分段绘制凸轮外缘GSJ1继电器等速阶段整定电流为(式129)式中Em——测速发电机的全速电压V;Rq—一电阻箱可切除部分电阻Ω;Rg——电流回路固有电阻Ω即Rg=Ro+RGSJ1+RJSJ+RCSF+Rjx;式中Ro——电阻箱不可切除部分电阻Ω;RGSJl——GSJl继电器线圈电阻Ω;RJSJ——JSJ监视继电器线圈电阻Ω;RCSF——测速发电机电枢电阻Ω;Rjx——接线电阻nGSJ1继电器爬行整定电流应为式131式中E4——测速发电机爬行电压 式132式中V4——提升机的爬行速度m/s;Vm—一提升机的最大速度m/sGSJ1继电器整定电流在高低速时应相等,故式133E4与Em为已知,只要确定Rg或Rq,则另—个就可求出Rq与Rg确定之后,则GSJ1正常工作电流等速(式134)爬行(式135)电阻箱,继电器线圈,发电机电枢,接线电阻阻值的测量最好使用双臂电桥以减少测量误差GSJ1继电器动作电流测试线路如图19所示 图19GSJl继电器动作电流测定线路ZB—自耦变压器;GSJ1一电气限速继电器;Rt一调整GSJ1动作电流的电阻若能细调交流电压时,则可直接调整电压使JSJ1动作与释放数次,并记录其动作电流与释放电流值若不能改变电源电压时,则用调电阻实现测定JSJ1的动作,释放电流值2过速继电器GSJ2的测定GSJ2继电器是用来防止提升机过速运转,故接在测速发电机电压回路里加到GSJ2的电压反映了提升机的实际速度当提升机速度超过最高速度的15%时,则GSJ2动作,使安全回路断电,实现安全制动,因此GSJ2的吸持电压为253伏GSJ2继电器的测定线路如图20所示 图1—20GSJ2过速继电器测定线路D一三相异步电动机;F--直流发电机;Rct一发电机调励磁电流电阻;D2—指示GSJ2动作信号灯;K
1、K2一双极开关;CQ一发电机励磁线圈GSJ2一过速继电器 首先将Rct调至最大值,然后起动直流发电机组,闭合开关K1,K2后,再逐渐减少Rct,使发电机电压逐渐升高,直至GSJ2继电器动作,其常闭接点断开,熄灭信号灯最后再增大电阻Rct使发电机电压降低,继电器释放,则信号灯亮这样反复几次,并记录GSJ2的动作电压,释放电压值按照电压原则整定的一些继电器,其测定方法与GSJ2一样,如低速继电器SDJ,动力制动用继电器1VJ,2VJ,3V了,方向继电器ZJ,FJ等都可以用上述测定电路进行测定
三、限速器的试验与修正
1、限速凸轮板的绘制由于减速过程中速度不变,根据等速度法即为等时间法将减速时间分等分为若干等份,每过一等份减压切电阻箱一段时间,设电阻箱由n端可切除电阻,则 依次取I=1,2,3……n—1,n计算出各瞬间的量 根据已知几何尺寸,即可绘制凸轮板,如图21所示OAB三点应尽可能安排在一条直线上以减少凸轮的修正量,图中取n=8,弦AB被等分为8段2.限速器的试验1凸轮板的修正将GSJ1POC继电器串联在ACTΠ线圈回路的接点短接,由司机操作按正常状态开车由于没有限速保护,操作要慎重,观察串联在GSJ1POC线圈回路里的电流表,看其变化是否正常,全速电流和爬行电流应该和设计值一致,由全速到爬行,电流应该均匀下降,如果不正常,就要分析原因,进行处理常见问题有以下几个 图2l限速凸轮板的绘制O-深度指示器圆盘中心;O’一电阻箱行程变阻器转臂旋转中心;R-深度指示器圆盘半径;r一电阻箱转臂转动中心至压轮中心的臂长1提升机还未减速,电流就开始变化,而且是先变大,后逐渐变小,这是凸轮板超前造成的,应该后移2减速后,电流衰减的快,而且一直衰减到比爬行时所应有的电流还小,这是凸轮板滞后造成的,应该前移3减速后,电流由全速电流到爬行电流变化不均匀,这是凸轮板曲线部分形状不规矩造成,可以进行修正,对应于电流偏大的区段,用锉刀锉低一点,对应于电流偏小的区段,用铁片等贴补上,如果曲线补贴量太大,应重新制作凸轮板的修正,要一点一点的做,修正了再试验,不合适再修正,每次的修正量不要太大2限速器的试验限速各部调整之后,要做限速保护试验,为保证试验时不致有过卷的危险,要把限速器的凸轮板向前推移一段,根据情况把井口以下—段距离当做“假井口”,然后,以不同速度开车,使限速器在各种限速条件下作用,施加安全制动,然后检查容器是否超过假“井口”限速器要作上提和下放两种试验上提试验时容器应为额定载重专为提人或混合提升的提升机作下放试验时,下放的罐笼应为额定乘人的载重量,另—侧上升的罐笼应空载这样试验的目的,是为了满载下放时,不致蹲罐伤人试验注意事项1对于双圆柱圆锥绳筒,“假井口”的选择应不使钢丝绳处在圆锥部分上2试验从V=2m/s作起,直至Vm3 试验结束之后,应马上把凸轮板移回原位,与真井口相对应,并注意拧紧螺钉 动力制动电源的测定meausurementofpowerbrakeelectricalsource
一、动力制动电源的验算
1、动力制动电流的计算动力制动电流计算的目的时用以选择动力制动系统用的直流电源和确定提升电动机在制动过程中最大转局势的临界转差率这里只讨论动力制动直流电源的选择动力制动电流根据提升习用在减速或下放重物时所需的制动力矩来确定动力制动电流一般采用异步电动机动力制动时最大力矩和对应转差率的相对值,等值定子电流相对值之间的关系曲线的方法计算期曲线如图22所示 图22动力制动时最大力矩和对应的转差率相对值,等值定子电流相对值关系曲线动力制动电流计算的步骤如下1 根据力图计算制动力矩(式136)式中Fzh——提升系统的制动力由力图查出kg;D——提升机滚筒的直径m;η——传动效率;i——提升机的传速比2提升系统的最大制动力矩Mzm=KkMzhkg·m式中Kk——可靠性系数,一般取
1.2~
1.33电动机的空载电抗:根据γ型等值电路则空载电流为式137式中U1——电动机定子电压;Zl——定子绕组阻抗;Zm——激磁回路阻抗,由于激磁回路Rm≤Xm故可得出欧(式138)(式139)I0——电动机空载电流,可由电动机参数确定中得出4计算力矩式1405制动力矩的相对值(式141)6求出与Mzm相对应的动力制动电流Izm=KLiiDmI0式142式中KLi——动力制动时电动机定子电流接线系数,它与定子接线方式,直流通入方式有关如表12所示;iDm——动力制动力矩相对应的交流电流与空载电流的比值iDm是根据求出的制动力矩相对值D2m从图22所示曲线D上查出与Dzm相对应的点d,从横座标上查出与d相对应的iDm 表l2电动机定子绕组接线系 2.动力制动直流发电机的核算动力制动直流电源装置应保证在任何情况下都能满足制动要求,因此在电压和容量上均留有一定的裕度1动力制动直流电源装置的电压按下式确定Uzm=KuKLyIzmR1V式143式中R1——定子绕组每相电阻Ω;Ku——电压储备系数,一般取
1.5—
1.6;KLy——电阻接线系数,与电动机绕组接线方式有关其值如表12所示当缺乏R1值时,为了方便可按下述近似公式计算定子电压为6千伏,定子电压为3千伏,定子电压为220伏,上述计算,对容量较大,速度较低的电动机其误差可达50%,故计算时应将R1值加大20—50%如果需要精确计算时,则应按电动机参数计算中R1值的确定法计算2动力制动装置电源容量的确定
(1) 动力制动直流电源装置采用电动发电机组时,则发电机容量(式144)若动力制动发电机的额定电压Ufc大于Uzm,容量Pfe大于Pt其额定电流Ifc确定如下1 当动力制动时间在10秒以下时,可按换向条件允许过载
1.5倍来确定即若(式145)式中外
1.2一考虑发电机过励磁的电压增长系数2当动力制动时间在10秒以上时,则发电机额定电流Ifc应按大于制动电流Izm来确定拖动动力制动发电机的电动机容量Pde必须根据发电机的长期容量来选择,该容量Pde是按计算电流Izm与其相对应的电压Uz的乘积确定即式146式中ηf——发电机的效率;Uz=KLyR1IzmV式147拖动发电机电动机的容量Pde还应按紧急制动需要的容量进行校验即若Pde大于Pd而校验亦合格,则拖动发电机的电动机是合理的3.动力制动可控硅整流电源的验算由于可控硅动力制动电源装置具有运行可靠,维护方便,系统惯性小,有良好的静特性与动特性;体积小重量轻,安装方便,无振动,无噪音,消耗电能小等一系列优点,故已在矿井提升机上得到了应用,目前我国已定型生产KZG三相可控硅动力制动柜等产品但可控硅元件存在着过载能力差等缺点,故在选用时应保证可控硅整流电源的容量远远大于动力制动时所需的容量并在验算时应保证可控硅整流电源输出电压大于Uzm输出电流大于Izm一般都留有1.5~2.5倍的裕度
二、动力制动电源的测定 1.直流发电机测定直流发电机的测定,主要是测定空载特性,负载特性外特性及电压调整率1直流发电机空载特性测定空载特性是指发电机在额定转速下,切断电枢电流,测取发电机的电枢电压与励磁电流的曲线测取空载特性时,电刷应放在中性线上或额定工作方式时的位置上试验应先测定发电机转速,再逐步增加励磁电流,测取空载特性曲线的上升分支,直到电枢电压达到额定电压的130%时为止,总共测取9~11点测取时应注意在电枢电压为额定值左右多量取几个点,每点都应读出并记录励磁电流与电枢电压的数值若电机磁路比较饱和,电枢电压不能调节到上述数值,而调节至最大电压为止也就是增加励磁电流而电枢电压不再增加时为止但应注意励磁电流不应大于1.5~2,5倍额定值,以免励磁绕组过热上升分支作完后,继而再降低励磁电流,量取空载电流的下降分支而电机的空载特性应取这两条曲线的平均值如图24所示,在空载特性测定时,应特别注意防止励磁电流只允许向同一方向调节,而不允许反向调节当有必要反向调节时,应先将励磁电流回复到零然后反向调至所需数值若试验时,发电机转速达不到额定转速,则将其量取的电枢电压进行如下的换算式148式中U‘0——空载测定时发电机电枢电压V;U——换算至额定转速时的空载电压V;n’——发电机空载时实际转速r.p.m;ne——发电机的额定转速r.p.m;发电机空载特性测定接线如图1-23所示 图23空载特性测定接线图V一电压表;A一励磁回路电流表;F-发电机的电枢;RcT—励磁回路可调电阻;CQ—励磁绕组 图24 发动机空载特性曲线2直流发电机的负载特性外特性测定直流发电机的外特性是指额定转速下,调节励磁电流ICQ至额定值,测取负载电流变化与电压对应的变化关系他激磁直流发电机是一条略带下垂的曲线,这是因为当负载增加时,由于电枢反应的去磁作用使气隙磁通量减少,电枢电势降低,又由于电枢回路电阻压降增大,使端电压进一步降低,如电压平衡方程式所示U=E-IRdV式149式中E——发电机产生的电势V;I一—发电机电枢电流A;Rd——发电机电枢电阻ΩU——发电机的端电压V他励磁发电机的端电压在正常工作范围内下降不算太大,基本上可以看作为一个稳定电压源发电机的电压调整率是指发电机从空载到额定负载时其电压变化与额定电压的比值即(式150)一般他励磁发电机的电压变化率约为5~10%,他励磁发电机的外特性又称为负载特性,作外特性测定时,应注意保持励磁电流不变,否则作出的外特性曲线如图25所示 图25 直流发电机外特性曲线 图26直流发电机的外特性与调节特性测定线路图K一发电机接通负载的开关;R一发电机负载电阻;R一励磁回路可调电阻,F一发电机电枢;ICQ一励磁绕组电流1-空载电压为U的外特性曲线;2一空载电压为U的外特性曲线图26为直流发电机的外特性与调节特性测定接线图,3直流发电机的调节特性测定直流发电机的调节特性是指发电机的端电压为额定电压,在负载增大时其对应的励磁电流变化关系也可以说,保持发电机端电压不变,励磁电流随着负载电流的变化应该如何调节测定调节特性时应先把发电机的电压调到额定值而后逐渐减少负载电流,再调节励磁电流使其端电压不变,要测取与记录励磁电流和电枢电流值直流发电机测定线路与曲线如图26及图27所示 图27 直流发电机调节特性曲线钢丝绳与摩擦衬垫间摩擦系数的测定measurementofconfrictioncoefficientbetweensteelwireropesbearingstrip测量钢丝绳与摩擦衬垫间的摩擦系数客运试验方法如图1所示,在摩擦轮转动中,钢丝绳不滑动的条件可用尤拉公式来表示式1式中μ——钢丝绳与衬垫间的摩擦系数;α——钢丝绳在摩擦轮上的围抱角,弧度当时,产生钢丝绳沿摩擦轮表面滑动的现象当时,钢丝绳处于临界状态如果测得临界状态下的T1及T2值,便可求出摩擦系数μ此时式1可改写成下式式21.试验方法一适用于μ≤0.25时如图2所示,将容器3提到井口后,在井口适当位置的钢梁1上,拴一个绳扣2,另一端与容器连接,并略松弛0.2—0.3米绳扣的强度按容器3侧的最大静荷重,取10倍安全系数图1摩擦力分布示意图 图2试验摩擦系数方法一 1—钢梁;2—绳扣;
3、4—容器;5—摩擦轮 向容器3内加称量过的重物料石或铁块,单重10~15公斤左右,待扣到某一重量后钢丝绳沿摩擦轮产生滑动,此时记下滑动前所装的重物重量Q根据式1,即可算出摩擦系数Q式中T1=a+b+QZ+Q,kg;T2=c++e,kg式中a——容器3到A点的主钢丝绳重量kg;QZ——容器3和连接装置的重量和kg;b——容器3下端到c点的尾绳重量kg;Q——容器3装载的物料重量﴾kg;c——容器4到B点的主钢丝绳重量kg;——容器4和连接装置的重量和kg;e——容器4下端到c点的尾绳的重量kg2.试验方法二适用于μ0.25时如图3所示,将容器
3、4卸载后提到距终端位置2米左右.在井底适当位置横2~4根钢轨6并垫上2~4根枕木7,以使荷重均布到钢轨上,并减少冲击徐徐下落容器4,使落在枕木上,并使提升钢丝绳有明显的松弛见图3中8 图3试验摩擦系数方法二 图4试验摩擦系数方法三1—钢梁;2—绳扣;
3、4—罐笼; 1—钢梁;2—绳扣;
3、4—容器;5—滑轮;5—摩擦轮;6—钢轨;7—枕木; 6—测力计;7—绳卡;8—钢丝绳 8—钢丝绳端在井口适当位置的梁上挂一个绳扣,并松弛0.2—0.3米.绳扣的强度按容器3侧的最大静荷重,取10倍安全系数向容器3内加称量过的重物料石或铁块,待加到某一重量后,钢丝绳沿摩擦轮产生滑动,此时记下滑动前所装的重物重量Q根据式1算出摩擦系数μ式中T1=a+b+Qz+Qkg;T2=fkg式中f——从B点到容器4上端的钢丝绳重加1/3连接装置重量kg3.试验方法三如图4所示将容器3提到井口后,在井口适当位置的钢梁1上拴一个绳扣2,并使其松弛0.2~0.3米在容器4一侧B点上方,用滑轮5或用起重机通过钢丝绳8用慢速绞车牵引弹簧测力计6根据预先计算选定测力计的大小,一般在5~8吨范围,测力计下端用绳卡7与多根提升钢丝绳同时联结在一起,用慢速绞车经弹簧酬力计拉动容器4,记下钢丝绳沿摩擦轮滑动前测力计的指示值Q根据式1算出摩擦系数μ式中T1=a+b+Qzkg;T2=c++e—Qkg注当用方法三时,T2式内Q值为弹簧测力计的指示值钢丝绳在摩擦衬垫上防滑条件skidprooffactor对多绳摩擦式提升机,为了安全、正确地完成各项提升任务,最重要的问题是要在提升钢丝绳和摩擦衬垫间得到足够的摩擦力,具体地说,是要分析研究在提升机各种可能的工作情况下如何防止钢丝绳在摩擦衬垫上产生滑动的条件,即防滑条件,并且在设计和使用上严格遵守这些条件在分析防滑条件时,仍然依据尤拉公式,并且忽略提升容器在井筒中的各种阻力防滑条件分静防滑条件和动防滑条件1.静防滑条件如图1所示,在主摩擦轮静止不动的情况下,根据尤拉公式,当摩擦轮重载侧钢丝绳的静张力等于轻载侧静张力的倍时,钢丝绳保持平衡,由式1所示,因为T1=T2,所以T1—T2=T2—1式3式3左边部分是钢丝绳张力差,这一张力差产生钢丝绳沿摩擦轮滑动的趋势,右边部分是钢丝绳与摩擦轮间产生的摩擦力,产生阻止滑动的趋势为使钢丝绳在摩擦衬垫上不产生滑动,必须使摩擦力大于静张力差,即T2—1T1—T2或者1﴾式4﴿式中——静防滑安全系数为保证提升工作的安全,“煤炭工业设计规范”规定
1.75 T
1、T2——摩擦轮两侧钢丝绳静张力2.动防滑条件在提升机起动加速和制动减速过程中,作用在摩擦轮两侧钢丝绳的张力除静张力Tl和T2以外,还附加以惯性力,惯性力的大小和方向、在运动质量一定的情况下,与加、减速度的大小和运动方向有关式4可改写成如下形式﴾式5﴿式中σd——动防滑安全系数,“煤炭工业设计规范”规定,上提重物加速阶段及下放重物减速阶段的动防滑系数不得小于1.25;——摩擦轮重载T1侧运动部分变位质量的总和;2——摩擦轮轻载T2侧运动部分变位质量的总和;a——各阶段的加、减速度式5中的+、-号,在上提重载的加速阶段及下放重载的减速阶段分母“+”、分子采用“-”,在上提重载的减速阶段及下放重载的加速阶段,分母采用“-”,分子采用“+”摩擦式提升机正常提升时,最大加、减速度一般不大于1米/秒2而在紧急制动时,下放重载的最小减速度,“规程”规定为1,5米/秒2由式5可知,在下放重载紧急制动状态下,防滑条件最差,最容易发生钢丝绳在摩擦衬垫上滑动“煤炭工业设计规范”只规定了上提重物加速阶段及下放重物减速阶段的动防滑系数,而对下放重物时紧急制动时的防滑系数没有明确规定,为了保证安全,在任何情况都不得小于1防滑安全系数是一个很重要的安全和经济指标,因为从安全角度考虑,防滑系数愈大愈不会打滑,但防滑系数过高,意味着张力差减小,同样的提升机,提升能力减小,经济效果较差目前我国在多绳提升机的设计中,摩擦系数采用
0.2实际在矿井运转条件下,皮革衬垫摩擦系数有时小于0,2,特别是采用新的充油麻芯钢丝绳时,聚胺脂橡胶衬垫摩擦系数可达
0.3提升钢丝绳张力平衡状态的测定及调整measurementadjustmentofsteelwireropesstensivebalancestate
一、多绳提升铜丝绳张力不平衡的分析提升钢丝绳张力不平衡,是多绳提升机区别于单绳摩擦式提升机的主要特征保持多绳提升各钢丝绳间张力一致,是保证提升安全、延长钢丝绳使用寿命的一个重要问题由于影响钢丝绳张力不平衡的因素较复杂,要求钢丝绳张力完全一致是不可能的《规程》规定各钢丝绳张力与平均张力之差不得超过±10%,实践证明,当张力差能调整到±10%以下,可以大大延长钢丝绳的使用寿命影响钢丝绳张力不平衡的因素主要有以下几点1提升钢丝绳悬挂长度不同,或在运转过程中产生伸长差;2提升钢丝绳几何尺寸和机械性能包括钢丝抗拉强度、弹性模数等有差别,在运转中又加大了这一差别;3摩擦轮衬垫机械性能不相同;4摩擦轮绳槽半径,亦即钢丝绳缠绕半径不相同为了减少钢丝绳张力不平衡的因素,有些国家的安全规程规定,多绳提升机必须采用同一几何参数和机械性能的钢丝绳,同时,由同一轧机轧出的同批钢丝在同一机器上编捻的更换钢丝绳时应同时更换摩擦衬垫要用相同的材料制成,外形尺寸一致对钢丝绳的悬挂长度,在悬挂时应特别注意要调整好多绳提升机缠绕半径的不同,对提升机的设计和运转关系很大,是影响钢丝绳张力平衡的主要因素衬垫半径差对钢丝绳张力差的影响,随提升过程而变化设衬垫为刚性,第n个绳槽半径较大为R+R,其余n—1个为R,如图5c所示分析距井底x处或距摩擦轮轴心Hc-x处,钢丝绳的瞬间应力图5绳槽直径不同钢丝绳受力状态图 第i绳I=1,2,…n-1旋转角度为d时,钢丝绳的位移为dx=Rd,由于第n根绳缠绕半径大,则其位移量增大为,当旋转一周后,第n根绳向另一侧输送的钢丝绳多,张力增大,其余第n—1根绳张力减小设第n根绳与其余n—1根绳在x处位移力x所产生的张力差为T,﴾式6﴿设各钢丝绳的平均张力为TP,并积分式6,整理得式中Tnmax——第n根绳最大张力kg;TP——各钢丝绳平均张力ks,Ti——第i根I=1,2,…n—1钢丝绳张力,kg;n——钢丝绳根数;EP——钢丝绳平均弹性模数kg/cm2;A——钢丝绳钢丝断面积cm2;R——摩擦轮绳槽平均半径mm;R——摩擦轮绳槽半径差mm;Hc——钢丝绳悬挂长度由装载点至摩擦轴心距离m;Hs——提升高度m由式7可知,大时,对钢丝绳张力平衡很不利,提升容器提升到井口卸载位置,x=Hs时,Tnmax之值为最大式
7、
8、9是假设绳槽衬垫为刚性,实际上衬垫为弹性,在相同直径差的条件下,钢丝绳张力端远比按公式8,9计算的张力差小钢丝绳张力大的大绳槽,比压值大,衬垫弹性压缩量大,相应地缩小了绳槽缠绕半径,减小了张力差值目前多绳提升的设计和运转过程中应考虑以下因素1尽可能加大D/d之比,不只是考虑减小钢丝绳的附加弯曲应力,同时考虑获得R/R之比值小,并减少了每提升循环的转数-2加大摩擦轮至井口卸载位置的高度,也就是加大Hc-Hs值,因此落地式提升机有利于各钢丝绳张力的平衡3摩擦衬垫材质相同、径向、切向弹性相同,且弹性好,绳槽直径一致,车削光滑4车削衬垫绳槽的装置,要安装准确,保证车削绳槽的精度5提升钢丝绳几何尺寸、机械性质、单重等都要相同,低弹性模数对张力平衡有利6提升容器连接装置的平衡系统要合适,最好装有张力连续测量系统,或定期对钢丝绳的张力进行测定及调整
二、钢丝绳张力和摩擦轮衬垫直径的测定l.直接法测量绳槽直径差在摩擦轮两侧板事先选好的位置拉一直径为0.5毫米以下的钢丝如图6a所示,由钢丝侧旁垂直轴线向钢丝绳上放一个钢板尺,量出由各钢丝绳表面到钢丝的距离h,最大和最小h距离之差即为绳槽衬垫最小和最大半径之差式10图6直接测量摩擦轮绳槽直径示意图a一钢丝法;1一钢丝;2一钢板尺;3一钢丝绳;4—摩擦轮侧板b—梓板尺法1— 样板尺;2一深度游标尺;3—绳槽;4—摩擦轮侧板用上述方法测量不提掌握,应为正对钢丝绳出各钢丝绳断面直径不一定全是测量直径钢丝绳最大直径处,钢板尺精度也低,所以测量误差较大图6为利用样板尺1测量法作一样板尺卡在摩擦轮下部无钢丝绳处的两侧板上,用深度游标卡尺2测量绳槽3深度,其深度差即为绳槽半径差直接测量法利用的摩擦轮两侧板,有的提升机没有经过精加工,偏差较大,因为基准面偏差大,所以测量结果误差也较大、,测量结果只能作为其他测量方法的参考,不能作为调整钢丝绳张力和车削绳槽的主要依据2.振波法测量钢丝绳张力在较深井用振波法测量钢丝绳张力是比较简单易行的方法,其原理为利用冲击力垂直打击钢丝绳就产生两个波,沿钢丝绳在其两固定点来回传播,如F力打击点A如图7所示在摩擦轮与钢丝绳切点附近,则只产生一个波,由薄的传播周期,可以计算出钢丝绳所受的张力图7振波法示意图式中C——振动传播速度;g——重力加速度;T——钢丝绳张力kg,p——钢丝绳单重kg/m设提升容器在井底车场位置为x=0,在x处钢丝绳所受的张力T=Q+px﴾式12﴿式中Q——每根钢丝绳所受的终端载荷将式12代入11式得﴾式13﴿ 当A点受力产生振波,在提升容器与摩擦轮之间传播,设t为振波传播周期,沿钢丝绳振波的位移dx=cdt﴾式14﴿积分式14整理得﴾式15﴿式中Hc——钢丝绳悬挂长度由式﴾式15﴿可导出﴾式16﴿ 周期t可用秒表测量,因为振波反射回到最初受冲击点时,产生第二个冲击,用手握住钢丝绳很容易就感觉到为提高测定的准确度,可测量几个波的周期,取其平均值测出周期后,可由式16求出每根钢丝绳终端所受的实际荷重用振波法测定时,提升容器在井底位置,因此测得的钢丝绳张力差,主要是由于钢丝绳悬挂长度不一致而产生的由式7可知,提升容器在井底位置时,绳槽直径差对钢丝绳张力无影响,由于绳槽直径差而产生的钢丝绳最大张力差是在井口卸载位置,所以振波法不适用于测量因绳槽直径差两产生的张力差利用振波法测出的张力差,可以利用提升容器连接装置上液压缸进行调整也可以根据振波周期,对钢丝绳进行调整,一般当各钢丝绳振波周期相差10%时,应进行调整如果液压缸调整范围不够或无液压调绳装置时,可以用减少张力小的钢丝绳长度方法来实现,被校正钢丝缚的长度可按下式计算﴾式17﴿式中——被调整钢丝绳的调整长度m;Qp——每根钢丝绳的终端平均荷重平均张力﴾ke,Q——被调整钢丝绳的终端荷重kg3.标记法测量直径差累计误整法或行程返回法设轮中心钱与相应钢丝绳中心线间的平均距离称为绳槽的有效半径,相应的直径称为有效直径 图8标记法测量和调整绳槽直径如图8a所示,当提升容器1到达A侧所示位置时,进入绳槽的各钢丝绳中最大有效直径的那一条绳的张力最大此时由于提升容器在最高位置,因绳长较短,尽管绳和绳之间的张力差很大,但弹性伸长的差值却是很小的在B侧也有同样的弹性伸长差值,不过B侧由于钢丝绳很长,各绳间张力差是不大的因此在B侧,实际上所有钢丝绳的张力几乎是相同的,而与A侧钢丝绳间产生的张力差的大小无关当提升容器1下放时,有效直径最大的绳槽,在前一半提升距离内送往A边的绳量比其他绳槽大因此当两个提升容器都在井筒中间时如图8b所示,在有效直径最大的绳槽中运行的钢丝绳,弹性伸长最小,张力也减小,而在B侧,这根绳的弹性伸长和张力最大当提升容器1从井筒中部向井底下放时,如图8c所示,B侧受最大张力的钢丝绳直径逐步变细,所以尽管它运行在有效直径最大的绳槽中,被送往A侧的钢丝绳量也开始比其它绳槽为小因此,所有钢丝绳的弹性伸长和张力在提升容器1到达井底时,又重新变成实际相等如果提升容器在井筒中间时,给A侧靠近摩擦轮的各钢丝绳上做上标记,例如,在同一高度上将所有钢丝绳都粘上—条胶带,那么,当提升容器1下放到井底时,由于弹性伸长,这些标记就会出现一定偏移当容器由井筒中间下放时,具有最大有效直径的绳槽向下放侧运送的钢丝绳量最小,所以,在提升容器到达井底时,这根绳上标记间高于其它绳的标记,见图8如果提升容器1再提升升到井筒中部,有效直径最大的绳槽向B侧送出的绳量此其它绳都大结果这根绳的标记比起其它几根绳的标记向上移动最多钢丝绳上标记最上的,其绳槽直径最大最下的其直径小标记差H与绳槽直径差成比例关系,与提升高度Hs、提升容器卸载位置和摩擦轮中心线间钢丝绳长度H0有关当H超过一定值时需要车削绳槽进行调整表1给出的max值可做为车削绳槽的参考,超过max值应进行车削,车削完后再进行标志法测量,使标记位移量H接近于零,见图8—e、f、g车削绳槽时,开始应少进刀并进行试验,找出车削量与标记位移的关系表1四种钢丝绳悬垂高度和最短悬挂长度计算值HcmH0mHmaxmm备注20040080012001015151517336189最短悬挂长度H0不包括提升容器上的连续转置长度根据上述情况,标记法测量顺序可归纳为1首先用振波法测量因钢丝绳长度不向而造成的张力差,然后利用调绳器调整钢丝绳长度;2将提升容器放在井筒中间交锋位置,在无导向轮侧各钢丝绳上靠近摩擦轮位置作好标记,标记在同一水平上;3将有标记侧提升容器1下放到井底;4再将提升容器1提回到井筒中间位置,测出钢丝绳上最高与最低的高差H,允许最大高差刀;5车削绳槽,直到提升容器1由井筒中间下放到井底再返回中间位置时;钢丝绳上标记接近为0为止4.哪力计法直接测钢丝绳张力以上叙述的测量方法,都不能直接测出钢丝绳实际张力,由于影响钢丝绳张力平衡的因素较复杂,经间接测定而计算出的张力误差较大,因此,在提升容器连接装置或钢丝绳上装上测力计,可直接测出各钢丝绳的张力,并求出张力差图9G.H.H.环形测力计1一开缝环;
2、3一销轴压力轴;4一记录器架;5一记录器图9为GHH型环形测力计,装在提升容器楔形连接装置和主拉杆之间,由于钢丝绳张力不同,开缝环1开口大小不同,通过连杆等传动装置,在记录器上记录出张力的大小 图10弹簧测力计图11简易测力计示意图
1、3一绳卡;2一提升钢丝绳;4一钢球图10为弹簧测力计,安装位置同环形测力计,它由弹簧盒
1、弹簧
2、螺母
3、
4、指针5以及拉杆6等组成,由于钢丝绳张力不同,弹簧压缩量不同,指针5在弹簧盒1的刻度表上指示出不同的张力值图11为一简易测力计,它的结构简单,由两个带基准面钢球4的绳卡子组成在井底位置,提升容器空载时,每根钢丝绳上装两副绳卡子,用内径千分尺或外径千分尺,测量出绳卡子的间距,也就是两绳卡间钢丝绳长度,提升容器装载后,钢丝绳产生弹性伸长,可由式18求出钢丝绳平均弹性模数﴾式18﴿式中Q——提升容器中加载的荷重kg;n——钢丝绳根数;A——钢丝绳钢担断面积总和mm2﴿;——绳卡子基准面距离mm,——加载Q重后钢丝绳弹性伸长mm然后由井底将提升容器提升到井口,如果各钢丝绳张力不同,则绳卡子间钢丝绳伸长量就不一同,从伸长量的差值,可计算出钢丝绳张力差,用简易测力计测量钢丝绳张力前,应先利用振波法和调绳转置,监钢丝绳的长度调整好。