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第三节 提升设备的运动学计算
提升设备运动学的研究对象是研究和确定提升过程中提升容器运动速度的变化规律 ,以求得合理的运转方式.
提升设备运动学的基本任务是确定合理的加速度与减速度、各运动阶段的延续时间以及与之相对应的容器行程 , 并绘制速度图和加速度图。
由基本动力方程式 (8-5) 可知 , 拖动力是容器行程 Z 和加速度 a 的函数 ， 而 Z 又是时间 t 的函数 , 因此拖动力 F 是 t 和α的函数。由此可见 , 研究和确定滚筒圆周上拖动力的变化 规律 , 必须以提升运动学为基础.
本节以我国煤矿目前广泛采用的无尾绳静力不平衡提升系统为例 ， 介绍提升设备的运动学计算的基本内容和方法。
一、提升设备的运行规律
提升设备的运行状态 , 主要取决于提升容器在井筒中的运行规律。而容器的运行规律与容器的类型及控制方法等有密切关系。
提升设备在一个提升循环内的运行规律是用速度图来表示的 , 表示提升速度随提升时间变化的关系图形 ， 叫做提升速度图.
对于底卸式宾斗 , 为保证宾斗离开卸载曲轨时速度不能过高 , 需要有初加速阶段 ； 为使 重集斗上升到井口而进入卸载曲轨内运行时 , 减少对井架、曲轨的冲击 ， 提高停车的准确性 , 应有一个低速爬 行阶段 ( 爬行速度一般限制在不大于 0.5m/s）， 故应采用如图 8—5（b) 所示 的六阶段速度图。现分析如下 ：
图８－５　　五阶段和六阶段速度图
t 。一一初加速阶段运行时间 , 由于这时井上空宾斗在卸载曲轨内运行 ， 故加速度不可过 高 ， 以免对设备产生过大冲击。《煤炭工业设计规范》规定 , 集斗滑轮离开曲轨时 的速度/s。
tl 一一主加速阶段运行时间 , 此时加速度较大 , 速度一直从 加速到最大提升速度 。
t2 一一等速阶段运行时间 ， 即容器以最大提升速度飞等速运行的时间.
t3 一一主减速阶段运行时间 ， 即容器以最大速度 减速到爬行速度叫的时间.
t4 一一爬行阶段运行时间 ， 此时重集斗上升到井口以上进入卸载曲轨运行 , 为减少对井架及曲轨的冲击 ， 爬行速度一般控制在叫。
t5 一一抱闸停车阶段时间 , 即宾斗到达停车位置 ， 提升机抱闸停车用的时间。
一一休止时间 , 即装卸载时间。
对于罐笼提升 , 因元卸载曲轨的限制 , 故无需初加速阶段 ， 开始就以较大的主加速度加速 , 但是为了准确停车 （ 使罐笼内的轨道与车场轨道对齐 ）， 也需要有一爬行阶段 , 因此 ， 普通罐笼提升采用如图8—5(a） 所示的五阶段速度图。
二、提升加速度的确定
（ 一 ） 萁斗提升初加速度内的确定
如上所述 , 为了保证提升开始时 ， 空萁斗对卸载曲轨及井架的冲击不致过大 ，离开萁斗卸载曲轨时的速度被限制在/s， 如果萁斗在卸载曲轨内的行程为， 则萁斗的初 始加速度

目前大量通用的集斗卸载曲轨行程为 ho=2。13m， 新标准系列宾斗的卸载曲轨行 程为
2。35m, 所以初加速度α。为

（8-9）
故萁斗提升初加速度α.一般采用 0。5m/ 。
( 二 ） 主加速度向的确定
主加速度 al 是按安全经济的原则来确定的 , 主加速度的大小受《煤矿安全规程》、减速器强度、电动机过负荷能力三个方面的限制。
（1) 《煤矿安全规程》对提升加、减速度的限制 ： 立井中用罐笼升降人员时的加减速度 不得超过 0.75m/s 勺斜井中升降人员的加、减速度不得超过 0。5m/s2 。对升降物料的加、减速度 ， 规程没有规定 ， 一般在竖井 , 加、减速度最大不超过 1.2m/ , 斜井不超过 0。7 m/。
（2） 按电动机的过负荷能力来确定.电动机的最大平均出力应大于或等于加速阶段实 际所需的最大力 ， 即

（8--—10）
式中 Fe—- 一电动机的额定出力 ，N；

-- 电动机额定功率 ，KW;
-—传动效率 ;
-—电动机荷系数 ;
一一提升系统变位质量 ， kg。
（3） 按减速器允许的输出传动转矩来确定。电动机通过减速器作用到滚筒主轴的拖 动力矩 , 必须小于减速器所允许的最大输出转矩 ， 即

(8-11)
式中
［Mmx] --—减速器输出轴最大允许输出转矩 , 单位为 N · m， 可由提升机规格表 5—14
查得
D 一一滚筒直径 ，m 。
综合考虑上述三个条件 , 按其中最小者确定主加速度的大小。
三、提升减速度码的确定
提升减速度除了要满足上述《煤矿安全规程》的规定外 ， 还与提升设备所采用的减速方式有关 ，目前常见的减速方式有三种。
（ 一 ） 自由滑行减速方式
在减速开始时 ， 将电动机从电网切除 , 容器靠系统的惯性向卸载位置运行 ， 速度逐渐降低 , 既不用电力拖动 ， 又不用制动器制动 , 故称为自由滑行减速方式。
采用自由滑行减速方式时 , 电动机已从电网断开 , 此时拖动力为 0， 根据基本动力方程式

因减速阶段开始所以减速度

( 8-12)
式中 一一采用自由滑行减速方式时的减速度 ,m/;
h3 一一减速阶段的行程 ， 一般为 30-40 m 。
（ 二 ） 电动机减速方式
这是用电动机缓慢减速。即将电动机的转子附加电阻再逐级接入转子回路 ， 使电动机
在较软的人工特性上运行。为了能较好地控制电动机 , 这时出力应不小于 35% 的额定值 ，即

所以 , 当采用电动机减速方式时 , 其减速度为
（8—13）

＼
、
‘
KE
（ 三 ） 制动状态减速方式
当提升系统的惯性力很大时 , 在整个减速运行阶段即使不用电动机拖动 ， 系统也将加速运行.因此 为了使提升系统减速 ， 必须对系统施加足够的制动力 , 故称为制动状态减速。 当所需制动力很大时 ， 可采用动力制动或低频发电制动等电气制动方式 ， 此时减速度可按需 要确定。当所需制动力不大时 ， 采用机械制动减速.当采用机械制动减速时 ， 为了避免闸 瓦过度发热和磨损 , 制动力应不大于 0.3Q， 即

所以 ， 采用机械制动减速方式时的减速度 为
（8-14)
确定减速方式以后 , 按上述计算方法确定或计算所需的减速度。但在进行系统动力学 分析以前 , 较难确定合理的减速方式，故先选一个方式确定一个减速度，进行动力学计算，然后再按计算结果验证所选的减速方式是否合适。
确定减速方式时 , 应首先考虑采用自由滑行减速方式 , 因这种方式 , 既达到了减速的目 的 ， 又能充分利用提升系统的动能 , 操作简单 , 节省电能.若此减速度 值太小 , 可选较大 的减速度 , 此时制动力不大于 0。3Q, 可考虑采用机械制动减速 ； 若大于 0.3Q, 则需采用电气 制动方式。
对于副井 ， 为了安全可靠 , 都应采用电气制动方式.对于多绳摩擦提升、斜井提升设备 ,则经常用电动机减速方式.
四、速度图参数的计算
速度图是验算设备的提升能力、选择提升机控制设备及动力学计算的基础。各类速度图的计算方法大致相同。
在计算速度图参数之前 , 必须已知提升高度 H, 最大实际提升速度及速度图各主要参数 ,及等。
下面以集斗提升六阶段速度图为例介绍速度图参数的计算步骤和方法。
(1) 卸载曲轨中初加速时间为
（8—15）
（2） 萁斗在卸载曲轨内的行程为 。
主加速时间为
(8-16）
(3) 主加速阶段的行程为
(8-17）
(4) 主减速阶段时间为
（8-18）
(5) 主减速阶段行程为
（8-19）
(6) 爬行时间为
(8—20）
之值由表8—1查出.

表８－１　　爬行距离及速度选择表

(8) 抱闸停车的时间 可定为 ls。若行程很小 , 可考虑包括在爬行距离内不另行计
算。减速度一般取为 1m/ 。
(9)等速阶段的行程为

(10）等速阶段的时间为
(8-22)
（11）一次提升循环时间为
（8-23)
式中 ——休止时间，箕斗休止时间见表7—1。
提升设备的小时提升能力
（8—24）
式中，m——一次提升货物的质量,t。
提升设备的年实际提升量为
（8-25）

提升能力的富裕系数为
（8—26）
,

（8-21）

式中 An-— 矿井设计年产量 ,t/ 年 ；
br 一一年工作日数 ， 日 / 年 ;
t 一一每日提升小时数 ,h/d;
C 一一提升不均衡系数。对于主井提升 , 一般有井下煤仓时取 1.10～1。15， 无井下煤
仓时 c=1。2 。 ， 品 ”
对第一水平应该有向 =1.2 的富裕系数。
最后绘制出提升速度图。
普通罐笼提升为五阶段速度图 ， 其计算方法与上述相同 ， 只是没有初加速阶段。副井提
升速度图 ， 要考虑人员升降时《煤矿安全规程》对速度和加、减速度的限制。在井筒内运送炸 药要受《煤矿安全规程》第 311 条的限制 , 罐笼的休止时间见表 7-2 。
第四节 提升设备的动力学计算
提升动力学是研究和确定在提升过程中滚筒圆周上拖动力的变化规律 , 为验算电动机

—290 ·矿山运输弓摆开设备
功率及选择电气控制设备提供依据。
各类速度图所对应的动力学计算方法大致相同.基本方法是将计算出的各提升阶段的 各个量代人提升动力学基本方程式 , 计算出提升过程中各阶段的拖动力。若把提升各阶段 的始、终点的速度和拖动力代人功率计算公式 ， 即可求出滚筒轴上的功率。
现以单绳缠绕式无尾绳宾斗提升系统六阶段速度图为例 ， 介绍动力学计算的基本方法。
单绳缠绕式无尾绳提升设备的基本动力方程式为

提升开始时 ,x=0，a=0, ， 故拖动力为
（8—27）
出曲轨, ,拖动力为
(8-28)
主加速阶段开始 , 拖动力 为
(8-29)
主加速阶段终了 ， ， 拖动力 为
（8—30）
等速阶段开始 ，, 拖动力 F2 为
（8-31）
等速阶段终了 , 拖动力 为
(8—32）
减速阶段开始 , ， 拖动力 F3 为
（8-33)
减速段终了,，拖动力为
（8-34）
爬行段开始，，拖动力为F4为
（8—35）
爬行阶段终了 ,, 拖动力F4 为
（8-36)
根据本节计算结果画出力图 , 数值标入图中。在设计说明书中 , 速度图和力图是绘制在一起的 ， 如图 8-6所示。
滚筒轴上的功率 ， 可以将各提升阶段始点和终点的力 F 与速度 v代人下式 ， 即可求出各提升阶段起点和终点的功率来。
(8-37)
。
同样根据式 （8—37) 计算出的各提升阶段的起点和终点的滚筒轴的功率后 , 也可以画出 提升机滚筒的轴功率图.