第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)

1、第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 第五章第五章 礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 第一節(jié)第一節(jié) 礦井提升運(yùn)動學(xué)礦井提升運(yùn)動學(xué) 一、提升速度圖 p 豎井提升速度圖因提升容器的不同一般可分為 箕斗提升速度圖(六階段速度圖)和罐籠提升速度圖 (五階段速度圖)。 p 圖5-l所示為常采用的交流拖動雙箕斗提升系統(tǒng) 六階段速度圖，因它具有六個階段而得名。速度圖 表達(dá)了提升容器在一個提升循環(huán)內(nèi)的運(yùn)動規(guī)律，現(xiàn) 簡述如下： 為什么箕斗提升多一個階段? 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) (1)初加速度階段初加速度階段t0：提升循環(huán)開始，處于井底 裝載處的箕斗被提起，而處于井口卸載

2、位置的箕 斗則沿卸載曲軌下行，為了減少容器通過卸載曲 軌時對井架的沖擊，對初加速度a0及容器在卸載 曲軌內(nèi)的運(yùn)行速度v0要加以限制，一般取一般取v0 1.5 m/s。許多新井不再使用卸載曲軌許多新井不再使用卸載曲軌。 (2)主加速階段主加速階段t1：當(dāng)箕斗離開曲軌時，則應(yīng)以 較大的加速度a1運(yùn)行，直至達(dá)到最大提升速度vm， 以減少加速階段的運(yùn)行時間，提高提升效率。 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) (3)等速階段等速階段t2：箕斗在此階段以最大提升 速度vm運(yùn)行，直至重箕斗將接近井口開始減 速時為止。 (4)減速階段減速階段t3：重箕斗將要接近井口時， 開始以減速度a3運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)減速。 (5)爬行

3、階段爬行階段t4：重箕斗將要進(jìn)入卸載曲軌 時，為了減輕重箕斗對井架的沖擊以及有利 于準(zhǔn)確停車，重箕斗應(yīng)以v4低速爬行。一般一般 v4=0.40.5m/s，爬行距離，爬行距離h4=2.55m。 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) (6)停車休止階段停車休止階段：當(dāng)重箕斗運(yùn)行至終點(diǎn)時，提升 機(jī)施閘停車。處于井底的箕斗進(jìn)行裝載，處于井口 的箕斗卸載?；沸葜箷r間可參考表5-1。 圖5-2所示為雙罐籠提升系統(tǒng)五階段速度圖。因?yàn)?罐籠提升無卸載曲軌，故其速度圖中無t0階段。為了 準(zhǔn)確停車，罐籠提升仍需有爬行階段，故罐籠提升 的速度圖為五階段速度圖。罐籠進(jìn)出車休止時間參 考表5-2。 表5-1 箕斗提升的休止時

4、間 箕斗名義裝載質(zhì)量 /t6812162030 休止時間 /s81012162030 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 爬行階段對于箕斗和罐籠提升的意義? 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 二、最大提升速度二、最大提升速度 由式(1-1)計算的經(jīng)濟(jì)速度vj,并不是提升機(jī)的最 大提升速度vm，但要盡可能接近。提升機(jī)的卷筒 是由電動機(jī)經(jīng)減速器拖動的。提升機(jī)卷筒圓周的提升機(jī)卷筒圓周的 最大速度與電動機(jī)額定轉(zhuǎn)數(shù)最大速度與電動機(jī)額定轉(zhuǎn)數(shù)ne及減速器傳動比及減速器傳動比i 有關(guān)有關(guān)，其關(guān)系如下式所示： 式中：D為提升機(jī)卷筒直徑；i為減速器傳動比； ne為電動機(jī)額定轉(zhuǎn)數(shù)。 )/( 60 sm i Dn v e m

5、(5-1) 如何確定最大提升速度？ 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 由式(5-1)計算的最大提升速度vm，因每臺提升機(jī)所選配的 電動機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的不同和減速器速比的不同而具有有限的幾個數(shù) 值，這有限的幾個數(shù)值均稱為提升機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)速度提升機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)速度最大提升最大提升 速度速度。應(yīng)該注意的是，選取vm時，即選擇轉(zhuǎn)速ne和傳動比i時， 應(yīng)使vm值接近vj值。其辦法可從下列有關(guān)的表中查找(各表的 值是據(jù)式(5-1)計算得出的)。 轉(zhuǎn)速n 傳動比i 500600750 11.5 6.8268.19110.239 20 3.9254.7105.887 30 2.6173.1403.925 例如：H=400m D=3

6、 m )/( 60 )5 . 03 . 0( sm i Dn v v e m Hj 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 在表中找出與vj值最接近的vm值，該值即為確 定的提升最大速度標(biāo)準(zhǔn)速度，這樣，即可定 出與確定的vm值相對應(yīng)的電動機(jī)轉(zhuǎn)速和減速器的 傳動比。 根據(jù)式(5-1)得到的標(biāo)準(zhǔn)速度值必須符合煤 礦安全規(guī)程對提升最大速度的有關(guān)規(guī)定: (1)豎井中升降物料時，提升容器最大速度不 得超過下式算出的數(shù)值： )/(6.0smHv m (5-2) 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) (2)豎井中用罐籠升降人員的最大速度不 得超過下式算出的數(shù)值，且最大不得超過 16m/s。 三、提升加速度和減速度的確定三、提

7、升加速度和減速度的確定 (一)提升加速度a1的確定 確定提升加速度a1時，應(yīng)綜合考慮如下 因素： )/(5.0smHv m (5-3) 如何確定提升減速度？ 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) (1)根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定： 豎井（人員）：豎井（人員）： a10.75 m/s2 斜井斜井： a12 箕斗提升箕斗提升： a10.75 m/s2 (2)按減速器最大輸出扭矩確定最大加速度按減速器最大輸出扭矩確定最大加速度a1。提 升機(jī)產(chǎn)品規(guī)格表中給出了減速器最大輸出扭矩Mmax, 電動機(jī)通過減速器作用到提升機(jī)卷筒圓周上的拖動 力不能超過減速器的能力，可按下式計算： 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 則： 式中：

8、md為電動機(jī)轉(zhuǎn)子變位質(zhì)量；m為 提升系統(tǒng)總變位質(zhì)量；k為礦井阻力系數(shù)，箕 斗提升取k=1.15，罐籠提升取k=l.2。 max1 2 )(M D ammpHkQg d d mm pHkQg D M a )( 2 max 1 (5-4) 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) (3)按電動機(jī)過負(fù)荷能力確定最大加速度a1。 最大加速度a1 可按下式計算： 式中：為電動機(jī)過負(fù)荷系數(shù)； Fe為電動機(jī)額定拖動力； Pe為電動機(jī)額定功率； 大拖動力的系數(shù)。 m pHkQgF a e )(75. 0 1 (5-5) 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) (4)對于多繩摩擦提升，最大加速度a1 除了以上個限制因素外，還受到防滑

9、條件 的限制。 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) ( (二二) )提升減速度提升減速度a a3 3的確定的確定 提升減速度a3除了要滿足上述煤礦 安全規(guī)程規(guī)定外，減速度a3的大小與采 用的減速方式有關(guān)。比較常用的減速方式 有三種：自由滑行減速方式、制動狀態(tài)減自由滑行減速方式、制動狀態(tài)減 速方式和電動機(jī)減速方式速方式和電動機(jī)減速方式。 如何確定減速度？ 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 當(dāng)容器抵達(dá)減速點(diǎn)時，將電動機(jī)自電源斷 開，拖動力為零，整個提升系統(tǒng)靠慣性滑行 直至停車。這種減速方式操作簡單，節(jié)省電這種減速方式操作簡單，節(jié)省電 耗，應(yīng)優(yōu)先考慮耗，應(yīng)優(yōu)先考慮。減速度a3可按下式計算： 3 )2(maxH

10、pkQg(5-6) 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 上式中的x值在提升機(jī)運(yùn)行過程中是變化 的，在減速點(diǎn)開始時,x=H-（h3+h4)。可按下 式確定a3值: 一般減速階段接近提升終了，為了簡化計 算，取x=H。則： m xHpkQg a )2( 3 m pHkQg a3 (5-7) (5-8) 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 通過式(5-7)或式(5-8)計算得到的減 速度a3值過小時,減速階段運(yùn)行時間過長， 提升能力將降低，為了增大減速度a3值， 則采用制動狀態(tài)方式減速；如果計算的減 速度a3過大，則會對正常停車帶來很大困 難，必須采用電動機(jī)減速方式。 自由滑行減速度太大、太小時怎樣辦？ 第五章

11、礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 由于提升系統(tǒng)的慣性力較大，在自由滑行狀態(tài)下由于提升系統(tǒng)的慣性力較大，在自由滑行狀態(tài)下 的減速度過小，對提升系統(tǒng)不能達(dá)到有效的減速，的減速度過小，對提升系統(tǒng)不能達(dá)到有效的減速， 這時則要采用制動方式減速。這時則要采用制動方式減速。采用制動方式減速時， 要考慮需要施加制動力的大?。?當(dāng)所需要施加的制動力較小時當(dāng)所需要施加的制動力較小時()，可采用機(jī)械閘 制動。減速度值可由下式計算： m QgpHkQg m QgxHpkQg a 3 . 03 . 0)2( 3 (5-9) 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 當(dāng)所需要施加的制動力較大時()，為了避 免閘瓦過度發(fā)熱和磨損，則應(yīng)采用動力

12、制動 或低頻制動等電氣制動方式，按礦井具體條 件選用。此時的減速度a3值可按需要確定，其 計算式如下： 式中：Fz為電氣制動力 m FxHpkQg a z )2( 3 (5-10) 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 提升系統(tǒng)慣性力較小，容器在自由滑行狀態(tài)提升系統(tǒng)慣性力較小，容器在自由滑行狀態(tài) 下減速度可能很大，容器不能滑行至終點(diǎn)。為下減速度可能很大，容器不能滑行至終點(diǎn)。為 此，應(yīng)采用電動機(jī)減速方式此，應(yīng)采用電動機(jī)減速方式，此時，拖動力為正 值，電動機(jī)運(yùn)行在較軟的人工特性曲線上。為了 便于控制，電動機(jī)的拖動力應(yīng)不小于電動機(jī)額定 拖動力的35(即Fe )。減速度值可按下式計算： m FxHpkQg a

13、 e 35. 0)2( 3 (5-11) 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) p 減速方式的選擇，一般優(yōu)先選用自由滑行 減速方式，只有當(dāng)自由滑行減速方式的減速 度a3值過小或過大時,才能相應(yīng)采用制動狀態(tài) 減速方式或電動機(jī)減速方式。 p 在一般情況下，也經(jīng)常采用混合減速方式 減速，即在自由滑動狀態(tài)下，用閘瓦適當(dāng)參 與控制，此時減速度a3值的大小等于式(5-7)、 式(5-9)計算的a3值之和之半。 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 對于副井罐籠提升，由于有下放任務(wù)， 為了安全可靠，應(yīng)采用電氣制動方式減速； 對于多繩摩擦提升和斜井提升，經(jīng)常采用 電動機(jī)減速方式。 四、等加速箕斗六階段速度圖各運(yùn)動參數(shù) 的計算

14、 v 計算速度圖的運(yùn)動參數(shù)H，Q，Vm,a1和 a3均為已知，各運(yùn)動參數(shù)計算步驟如下： 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) (一)初加速階段 式中：h0為卸載距離； v0為箕斗在卸載曲軌內(nèi)運(yùn) 行 的 最 大 速 度 , 取 v0=1.5m/s；t0為初加速 階段運(yùn)行時間,s；a0為初 加速階段的加速度，m/s2。 0 0 0 0 0 0 2 t v a v h t 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) (二)主加速階段 式中：t1為主加速階段運(yùn)行時間，s； h1為主加速階段運(yùn)行距離，m。 1 0 1 1 0 1 2 t vv h a vv t m m 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) (三)減速階段 式中：t3

15、為減速階段運(yùn)行時間,s； h3為減速階段運(yùn)行距離，m； v4為爬行速度，m/s，一般取 v4。 3 4 3 3 4 3 2 t vv h a vv t m m 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) (四四)爬行階段爬行階段 式中：t4為爬行階段運(yùn)行時間，s； h4為爬行階段運(yùn)行距離，m；取 h4=2.55m，自動控制取小值，手動控 制取大值。 4 4 4 v h t 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) (五)等速階段 m v h t hhhhHh 2 2 43102 (5-19) (5-20) 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) (六)抱閘停車階段 抱閘停車時間t5，一般取t5 =1s。 5 4 5 5 4 5

16、2 t v h t v a 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 一次提升時間T的計算： 一次提升循環(huán)時間Tx的計算： 式中：為箕斗裝卸載及休止時間， 具體數(shù)值見表5-1（233頁）。 543210 ttttttT TT x (5-23) (5-24) 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) (七)提升能力驗(yàn)算 p 一次提升循環(huán)時間Tx已算出，可計算 箕斗提升設(shè)備每小時提升次數(shù)ns ： p 小時提升能力As按下式計算： 式中：Q為一次提升量，kg。 x s T n 3600 x s T Q A 6.3 (5-25) (5-26) 3600-3.6? 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) p 每年實(shí)際提升能力An為： 式

17、中：br為年工作日，br=300天；ts為提升 設(shè)備日工作時數(shù)，ts=14h；c為提升不均衡系數(shù)， 箕斗提升取。 p 箕斗提升設(shè)備的實(shí)際富裕系數(shù)af : 式中：An為設(shè)計年產(chǎn)量，t/年。 c Atb A ssr n n n f A A a (5-27) (5-28) 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 如果實(shí)際的富裕系數(shù)af小于l，說明設(shè)計是不合理 的，應(yīng)重新選擇較大的vm ，然后再計算各參數(shù)。一 般af為宜。 z 等加速罐籠五階段速度圖各運(yùn)動參數(shù)的計算基本 上與箕斗提升設(shè)備相同，只是罐籠提升沒有卸載曲 軌，故無初加速階段，加速階段運(yùn)行參數(shù)計算如下： 11 1 1 2 t v h a v t m m

18、 (5-30) (5-29) 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) P 若主井采用罐籠提升，生產(chǎn)能力的驗(yàn) 算方法與箕斗相同； P 若罐籠提升設(shè)備用于副井，提升能力 主要驗(yàn)算能否在40min內(nèi)(斜井放寬到60min) 將最大班下井工人運(yùn)送完畢，能否在規(guī)定 時間內(nèi)完成最大班的運(yùn)送工作量。若不能 實(shí)現(xiàn)這些要求，應(yīng)選用雙層罐籠。 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 五、加速階段速度按拋物線變化的速度圖五、加速階段速度按拋物線變化的速度圖 若加速階段的加速度不是常量，而是按直 線規(guī)律由大逐漸變小，加速度a與時間t的關(guān)系 式為： 式中：a1為提升開始時的加速度，m/s2，t1 為加速時間，s；a為t1階段內(nèi)任一瞬間的加

19、速 度，m/s2；t為與a相對應(yīng)的時間,s。 t t a aa 1 1 1 (5-31) 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) r 加速終了時的加速度為零。 加速階段的速度v可表示如下： 上式為拋物線方程。 2 1 1 1 2 t t a taadtv (5-32) 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 圖5-3所示為罐籠采用加速階段速度按拋 物線變化的速度圖。 如圖所示，t=t1時， v=vm，由式(5-29) 可得： 1 1 2 1 1 1 11 2 2 a v t t t a tav m m 解上式得： (5-33) 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 1 2 2 1 1 2 111 111 1 3 1 2

20、1 2 1 1 1 3 4 ) 2 ( 3 1 3 1 :345, 62 ) 2 ( a v a v atah hhhtt t tata dtt t a avdth h mm ）可求出由式（時，當(dāng) 的表達(dá)式為：加速階段 (5-34) (5-35) 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 比較式(5-29)與式(5-33)可知，若具有相同的vm及a1,拋物線 速度圖的加速時間是梯形速度圖加速時間的兩倍。對于交流 拖動的提升設(shè)備，加速時間的增加必然使附加電能損耗增大， 因此不宜采用拋物線速度圖，對于直流拖動的提升設(shè)備，加 速階段是改變電動機(jī)外供電壓來調(diào)速的，故無附加電阻損耗。 只要能夠完成生產(chǎn)任務(wù)，任何一種

21、速度圖均可使用。對于多 繩摩擦提升設(shè)備，為了減小沖擊力矩和尖鋒負(fù)荷，加速階段 速度采用拋物線速度圖較為有利。 1 1 2 a v t m 1 1 a v t m 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 六、提升電動機(jī)的預(yù)選六、提升電動機(jī)的預(yù)選 為了對提升設(shè)備進(jìn)行動力學(xué)計算，必須預(yù) 選電動機(jī)，以便計算電動機(jī)轉(zhuǎn)子的變位質(zhì)量。 預(yù)選電動機(jī)必須滿足功率、轉(zhuǎn)速和電壓功率、轉(zhuǎn)速和電壓三方面 的要求： ( (一一) )電動機(jī)功率可用下式估算：電動機(jī)功率可用下式估算： j m KQgv P 1000 式中：P為預(yù)選電動機(jī)的容量，kw；為動力系數(shù)，箕斗提 升，取=1.21.4；罐籠提升，=1.4；j為減速器傳動效率， 一

22、般取j=0.85。 (5-36) P,ne,U 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) ( (二二) )電動機(jī)轉(zhuǎn)速的確定電動機(jī)轉(zhuǎn)速的確定 據(jù)式(5-1)可得到： 式中：ne為電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速，r/min。 ( (三三) )確定預(yù)選電動機(jī)的電壓確定預(yù)選電動機(jī)的電壓 由礦井具體條件確定。 根據(jù)上述三個方面，在電動機(jī)規(guī)格表中 選用所需的電動機(jī)。 D vi n m e 60 (5-37) 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 圖5-4所示是提升系統(tǒng)示意圖。 提升電動機(jī)必須給出恰當(dāng)?shù)耐蟿恿?，系提升電動機(jī)必須給出恰當(dāng)?shù)耐蟿恿?，?統(tǒng)才能以設(shè)計速度圖運(yùn)轉(zhuǎn)統(tǒng)才能以設(shè)計速度圖運(yùn)轉(zhuǎn)。上節(jié)研究的速度 及加速度代表著提升容器、鋼絲繩的速

23、度和 加速度，也就是卷筒圓周處的線速度和線加 速度。為此，研究電動機(jī)作用在卷筒圓周處 的拖動力，將使問題較為簡便。 第二節(jié)第二節(jié) 礦井提升動力學(xué)礦井提升動力學(xué) 討論每一階段電 動機(jī)的拖動力 為什么研究卷筒圓周上的拖動力? 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 卸載位置 裝載位置 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) r 電動機(jī)作用在卷筒圓周處的拖動力F，應(yīng) 能克服提升系統(tǒng)的靜阻力和慣性力。表達(dá)式 為： 式中：Fd為提升系統(tǒng)所有各運(yùn)動部分作用 在卷筒圓周處的慣性力之和,N。 慣性力可寫成下面形式： dj FFF (5-38) maFd (5-39) 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 式中:m為提升系統(tǒng)所有運(yùn)動部分變

24、位到 卷筒圓周處的總變位質(zhì)量，kg，a為卷筒圓周 處的線加速度, m/s2 。 將式(5-39)代入式(5-38)，得： 上式即為提升設(shè)備的動力方程式。上式即為提升設(shè)備的動力方程式。 maFF j (5-40) 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 一、提升系統(tǒng)靜阻力一、提升系統(tǒng)靜阻力F Fj j 提升系統(tǒng)靜阻力 提升系統(tǒng)靜阻力是由容器內(nèi)有益載荷、 容器自重、鋼絲繩重以及礦井阻力等組成 的。礦井阻力礦井阻力是指提升容器在井筒中運(yùn)行 時，氣流對容器的阻力、容器罐耳與罐道氣流對容器的阻力、容器罐耳與罐道 的摩擦阻力的摩擦阻力以及提升機(jī)卷筒、天輪的軸承提升機(jī)卷筒、天輪的軸承 阻力阻力等。 第五章礦井提升運(yùn)動

25、學(xué)及動力學(xué) 參考圖5-4，若近似地認(rèn)為井口車場至 天輪的鋼絲繩重力等于鋼絲繩繩弦的重力， 靜阻力Fj應(yīng)等于兩根鋼絲繩的靜拉力差。 即： 式中：Fs為上升端鋼絲繩的靜拉力； Fx為下放端鋼絲繩的靜拉力。 xs FFF (5-41) 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 由圖5-4可以看出，提升過程任 一瞬間的Fs應(yīng)為： 而下放端鋼絲繩靜拉力Fx應(yīng)為： 式中：Q為一次提升量；Qz為容器質(zhì)量； P為鋼絲繩單位長度的重力；Q為尾繩單 位長度的重力；H為提升高度；x為自提升 開始至研究瞬間的距離；Hw為井底車場至 尾環(huán)底部的距離；s為上升側(cè)礦井阻力； x為下放側(cè)礦井阻力。 swzs HxqxHpgQQgF)()

26、( xwzx HxHqpxgQF)( 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 將式(5-40)，(5-41)均代入式(5-39)，得： 上式中，仔細(xì)計算礦井阻力(s+x)比較困難。在 生產(chǎn)和設(shè)計中，均認(rèn)為礦井阻力是常數(shù),并以一次提 升量Q的百分?jǐn)?shù)表示。這時有： 式中：為礦井阻力占Q值的百分?jǐn)?shù)。 )()2)( xsj wwxHqpQgF QgxHqpQgFj)2)( swzs HxqxHpgQQgF)()( xwzx HxHqpxgQF)( 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 將上式Q與Q合并，并令(1+)Q=kQ，則Fj可 如下計算： 式中：k為礦井阻力系數(shù)，罐籠提升k=1.2；箕 斗提升k=1.15。 P

27、分析式(5-46)可以看出， Fj與x是線性關(guān)系。 對于無尾繩(q=0)的靜力不平衡提升系統(tǒng)， Fj-x呈 下斜直線，如圖5-5中線段I所示： )2)(xHqpkQgFj(5-46) 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 若提升系統(tǒng)選用 q=p的等重尾繩，則 Fj -x為水平直線， 如圖5-5中線段所 示；若提升系統(tǒng)所 用尾繩的qp，形成 重尾繩時，則Fj -x 為上斜直線，如圖 5-5中線段所示。 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) p 當(dāng)選用q=0的靜力不平衡提升系統(tǒng)時，提升開始 時的Fj最大。若礦井很深，H的增大也導(dǎo)致p值增大， 這時提升開始所需拖動力必定很大，只能選擇大容 量的電動機(jī)。但在提升接近終

28、了時，由于Fj很小， 再計入慣性力，提升機(jī)必須產(chǎn)生較大的制動力矩才 能安全停車。這是靜力不平衡提升系統(tǒng)的缺點(diǎn)。但 不用尾繩，將使系統(tǒng)簡單且降低設(shè)備費(fèi)。我國中等 深度的礦井和淺井都采用這種系統(tǒng)。這時，采用纏 繞式提升機(jī)。 無尾繩系統(tǒng)的特點(diǎn) 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) p 目前，大產(chǎn)量或較深礦井均優(yōu)先選擇大產(chǎn)量或較深礦井均優(yōu)先選擇 多繩摩擦提升系統(tǒng)多繩摩擦提升系統(tǒng)。為了防止摩擦提升機(jī) 與提升鋼絲繩產(chǎn)生滑動，均帶有尾繩，同 時克服了靜力不平衡系統(tǒng)的缺點(diǎn)。 p 選擇多繩摩擦提升系統(tǒng)多繩摩擦提升系統(tǒng)時，應(yīng)優(yōu)先考應(yīng)優(yōu)先考 慮選用慮選用q=pq=p的系統(tǒng)，的系統(tǒng)，有特殊需要時才選用重 尾繩系統(tǒng)。 第五章礦

29、井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 尾繩尾繩一般多選用不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩或扁鋼絲繩。 利用懸掛裝置，將尾繩兩端分別接在兩個容 器的底部。為了防止尾繩扭結(jié)，可在繩環(huán)處 安裝擋板或擋梁。 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 二、變位質(zhì)量二、變位質(zhì)量m P 提升系統(tǒng)運(yùn)行時，一些設(shè)備做直線運(yùn)動，一些設(shè) 備做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。 P 做直線運(yùn)動的設(shè)備做直線運(yùn)動的設(shè)備是：提升容器、容器內(nèi)有益載 荷、提升鋼絲繩和尾繩。它們運(yùn)動時的加速度就是 卷筒圓周處的加速度。因此，這些部分無需變位無需變位。 P 做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的設(shè)備做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的設(shè)備有：天輪、提升機(jī)中的卷筒及 減速器齒輪、電動機(jī)轉(zhuǎn)子等。它們需要變位需要變位。 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 下面以

30、電動機(jī)轉(zhuǎn)子為例，分析變位原則及計算方 法。 由理論力學(xué)得知。反映旋轉(zhuǎn)物體慣性的是轉(zhuǎn)動慣 量J。設(shè)電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量為Jd，旋轉(zhuǎn)角速度為 d，則電動機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，具有的動能Ej應(yīng)為： 2 1 2 1 dd JE (5-47) 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 參考圖5-6，電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量可表示成: 式中：md為電動機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量；r為電動機(jī)轉(zhuǎn)子回 轉(zhuǎn)半徑，即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，質(zhì)量集中點(diǎn)到旋轉(zhuǎn)軸的距 離。 2 rmJ dd (5-48) 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 由于電動機(jī)轉(zhuǎn)子的角速度、角加速度與提升機(jī)卷 筒的角速度、角加速度不同，因此，電動機(jī)轉(zhuǎn)子回 轉(zhuǎn)半徑r處的線加速度肯定不等于卷筒圓周處的已知

31、線加速度a1。設(shè)電動機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量變位至卷筒圓周后以 md表示，則電動機(jī)轉(zhuǎn)子變位后的轉(zhuǎn)動慣量Jd應(yīng)為： 式中：Md為電動機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量； R為卷筒半徑。 2 RmJ dd (5-49) 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 電動機(jī)轉(zhuǎn)子變位后的動能E2應(yīng)為： 式中：wd為卷筒角速度。 r 正確的變位原則應(yīng)該保持變位前后動能相等。正確的變位原則應(yīng)該保持變位前后動能相等。 令式(5-47)等于式(5-50)，且將式(5-48)代入式(5-47)，式 (5-49)代入式(5-50)，整理后得出： 2 2 2 1 d JE 2 2 2 )( d d d R rm m (5-50) (5-51) 2222 2 1 2 1

32、 dddddd JJJJ 變形一下 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 將上式質(zhì)量改為重力，半徑改為直徑，得出電動 機(jī)轉(zhuǎn)子變位重力為： 式中：Gd為電動機(jī)轉(zhuǎn)于的變位重力，N；(GD2)d為 電動機(jī)的回轉(zhuǎn)力矩，Nm2；D為卷筒直徑，m；i為 減速比。 在利用式(5-52)計算電動機(jī)轉(zhuǎn)子的變位重力Gd時， 必須已知(GD2)d。因此，必須預(yù)選電動機(jī)必須預(yù)選電動機(jī)。 2 2 2 )( i D GD G d d (5-52) 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) P提升系統(tǒng)其他旋轉(zhuǎn)部分的變位質(zhì)量雖也可 以利用上述方法計算，但提升機(jī)制造廠、 天輪制造廠都已給出這些設(shè)備變位到卷筒 圓周處的變位重力或變位質(zhì)量。 P提升設(shè)

33、備總變位質(zhì)量，若以變位重力G表示 時，應(yīng)寫成: g G m 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 對于纏繞式提升設(shè)備，變位重力G應(yīng)為： 式中：Gj為提升機(jī)全部旋轉(zhuǎn)部分變位到卷 筒圓周處的變位重力(包括減速器)；Gt為每個 天輪變位至卷筒圓周處的變位重力，N；Lp為 一根提升鋼絲繩全長;Lq為尾繩全長，m。 dtjpz GGGpLgQQgG222(5-64) 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) Lp可用下式求出： 式中：Hc為鋼絲繩懸垂長度，m； Dt為天輪直徑，m； Lx為鋼絲繩弦長，m； (3+n)為摩擦圈及多層纏繞時錯繩用的鋼絲繩圈 數(shù)； 30為鋼絲繩試驗(yàn)長度，m。 30)

34、3( 2 1 DnLDHL xtcp (5-55) 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) Lq可根據(jù)下式計算： 式中：H為提升高度，m；Hw為井底裝載位 置至尾繩環(huán)處的距離，m。 式中：Hg為容器過卷距離，m；為尾繩環(huán)高 度，常令Hh，S為兩提升容器中心距，m。 wq HHL2 hgw HHH (5-56) (5-57) 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 多繩摩擦提升系統(tǒng)需要計算變位質(zhì)量 m時，不應(yīng)隨意利用以上各式，必須根據(jù) 多繩摩擦提升的布置方式(塔式或落地式)、 有無導(dǎo)向輪、主繩和尾繩根數(shù)及長度等具 體情況決定。 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 第三節(jié)第三節(jié) 提升設(shè)備所需拖動力的變提升設(shè)備所需拖動力的變

35、 化規(guī)律及計算化規(guī)律及計算 一、箕斗提升設(shè)備所需拖動力的變化規(guī)律及一、箕斗提升設(shè)備所需拖動力的變化規(guī)律及 計算計算 以加速度為常量且不帶尾繩的系統(tǒng)為例， 分析拖動力的變化規(guī)律及計算。令靜阻力公 式(5-46)中的qO，然后代入式(5-40)中，得 出這種系統(tǒng)的動力方程式為： maxHpkQgF)2( (5-58) 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) maxHpkQgF)2( )2)(xHqpkQgFj dj FFF maF d 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) p 箕斗各運(yùn)轉(zhuǎn)階段，x與t的關(guān)系式不完全一樣，故 分段研究。 p 初加速階段：a=a0 上式前兩項為Fj的變化規(guī)律。由于這一階段x-t 為非線性

36、關(guān)系t故F0-t為一凸度不大的曲線，可近似 看成直線，且靜阻力線與拖動力線平行。 00 0 2 0 )2( 02/ maxHpkQgF tttax 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 1 2 101 0tttahxaa 主加速階段： 等速階段： 減速階段： 3 2 32103 3 2 32103 ) 2 1 (2222 0)2/( matatvhhhHpkQgF tttatvhhhxaa m m 1 2 1001 ) 2 1 (22matatvhHpkQgF )222( 00 102 210 tvhhHpkQgF tttvhhxa m m 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) )2222( 00 43210

37、4 443210 tvhhhhHpkQgF tttvhhhhxa p 爬行階段： p 停車階段分別為 為了清楚地說明問題，將各階段的靜阻力、 拖動力變化規(guī)律與速度圖、加速度圖畫在一 起，如圖5-7所示。 5 2 54422104 5 2 54432105 ) 2 1 (222222 0)2/( matatvhhhhhHpkQgF tttatvhhhhhxaa 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 通過對上述箕斗提升系統(tǒng)拖動力的分析和計算， 可歸納出如下一些特點(diǎn)特點(diǎn)： (1)提升過程中，t1開始時所需拖動力很大，提升 開始時的靜阻力最大。在整個提升過程中，拖動力 變化幅度很

38、大，拖動力圖是計算電動機(jī)等效容量的 依據(jù)。 (2)減速階段的拖動力可正可負(fù)，也可能近似等于 零，主要取決于減速度a3及提升系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)。 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) (3)利用公式P=Fv/1000可求出各階段提升機(jī)卷筒 軸上所需功率的變化規(guī)律和大小。 t1階段終了時， 因vm及F1均較大，故瞬間所需功率形成尖峰負(fù) 荷。 (4)將提升系統(tǒng)的速度圖、加速度圖、拖動力圖 及功率圖畫在一起，稱為提升設(shè)備的工作圖，如 圖5-7所示。它反映了一個提升循環(huán)內(nèi)，提升設(shè) 備各主要參數(shù)的變化規(guī)律及大小。 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 二、罐籠提升設(shè)備所需拖動力的變化規(guī) 律及計算 副井罐籠提升設(shè)備有上提和下放

39、貨副井罐籠提升設(shè)備有上提和下放貨 載兩種情況。載兩種情況。此外，加速階段也有采用 梯形速度圖或拋物線速度圖之分；是否 采用尾繩，也會影響動力方程式的變化 規(guī)律?，F(xiàn)僅以兩例進(jìn)行研究。 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) maxHpkQgF)2( )2)(xHqpkQgFj dj FFF maF d (一一)加速階段速度按拋物線變化，等重尾繩且提升貨載加速階段速度按拋物線變化，等重尾繩且提升貨載 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) 1,為何t1 較長?(推) 2,為何拖動力變化不大? 3,為何減速階段拖動力常為負(fù)值? 4,為何加速終了負(fù)荷尖峰被消除? 因p=q，動力方程式應(yīng)為： 加速階段，拖動力F1的表達(dá)式為： makQgF )1 ( 1 1 t t makQgF 第五章礦井提升運(yùn)動學(xué)及動力學(xué) p 提升開始時，t=0，加速階段終了時，t= t1，則F1 和F1分別為: 其他各階段拖動力的變化規(guī)律與數(shù)值大小仍然利 用前述方法確定，現(xiàn)僅將各階段拖動力計算公式列 出如下： 1 1 makQgF kQg F 1 kQgFF