多绳摩擦提升机运行状态下的防滑问题分析.pdf

第3 O卷第 7期 2 0 0 9年 7月 煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i ne r y V0 1 ． 3 O NO ． 7 J u 1 ．2 0 0 9 多绳摩擦提升机运行状态下的防滑问题分析 木 石瑞敏 。 扬 兆建 太原理工 大学 机械工程学院 ， 太原0 3 0 0 2 4 摘要考虑环境因素及运行状态对防滑安全性能的影响， 引入回归分析方法得出的摩擦系 数回归方程． 与选型设计中的防滑验算进行比较， 对运行状态下多绳摩擦提升机进行防滑分析， 以 保证 多绳摩擦提升 系统的安全运行。 关键词多绳摩擦提升机；运行状态；防滑计算 中图分类号T D 5 3 4 文献标志码 A文章编号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 9 0 7 0 0 6 1 0 4 An t i s l i d e Ana l y s i s Ba s e d o n W o r k i ng Ci r c u ms t a n c e s o f M u l t i 0 1 e ． r o d e Fr i c tio n M i n e Ho i s t S H I R u i m i n，Y A NG Z h a o- j i a n Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g C o l l e g e ， T a i y u a n T e c h n o l o g y U n i v e r s i t y ， T a i y u a n 0 3 0 0 2 4 ，C h i n a Ab s t r a c t C o n s i d e r i n g t h e a n t i s l i d e s a f t y i mp a c t o n t h e e n v i r o n me n t ，a n t i s l i d e a n a l y s i s b a s e d o n w o r k i n g c i r c ums t a n c e s o f t h e mu l t i p l er o p e f r i c t i o n mi n e h o i s t i s ma d e， wh i c h c i t e t h e r e g r e s s i v e e q u a t i o ns f r o m t h e me t h o d o f r e gre s s i v e n o r ma l a n aly s i s a n d c o mp a r e w i t h t h e c h e c k i n g c o mp u t a t i o n s o f t h e t y p e c h o i c e d e s i g n，t o e n s u r e t ha t t h e mu l t i p l er o p e f r i c t i o n mi n e h o i s t wo r ks f u r t h e r ． Ke y wo r d s mu l t i p l er o p e f r i c t i o n mi n e h o i s t ； wo r k i n g c i r c u ms t a n c e s； a n t i s l i d e 0 引言 1 防滑安全系数的验算 轻 、 差 静 防 滑 系 数 ⋯ 轻 、提 升 量 大 ，具 有 深 井 提 升 等 诸 多 优 点 ，在 矿 井 提 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 一 升设备 中的使用率越来越高。该 机依靠提升钢丝 动防滑系数 ≥1 ．2 5 绳与主导轮摩擦衬垫之间的摩擦力来传递动力， 存 如摩擦系数 、 矿井阻力以及井下环境等并不能在选 型设计之初就完全预测到， 有些因素随着生产 的进 行会发生极其显著的变化 ， 因此有必要对运行状态 下的多绳提升机进行防滑分析。 1 选型设计中的防滑验算 多绳提升机选型设计中， 为了保证多绳提升机安 全可靠地运行， 一般都会对钢丝绳在主导轮上各个阶 段是否产生滑动进行验算。防滑验算包括静防滑验算 和动防滑验算 2个方面。目前， 我国对摩擦提升中的 滑动计算依据 金属非金属矿山安全规程 简称 安 全规程 规定的防滑条件， 安全规程 第6 ． 3 ． 5 ． 2 1 条 规定 多绳摩擦提升系统， 静防滑安全系数应大于 1 ． 7 5 ； 动防滑安全系数应大于 1 ． 2 5 ； 重载侧和空载侧的静 张力比应小于 1 ． 5 。同时， 也应满足 安全规程 第 6 ． 3 ． 5 ． 1 7条规定 竖井和倾角大于 3 0 。 斜井的提升设备， 其制动装置进行安全制动时的减速度， 满载下放时不 得小于 1 ． 5 m ／ s ， 满载提升时不得大于5 m ／ s 。 太原市 、 山西省科技基础条件平台建设项 目 0 5 1 0 0 5 1 2 提升钢丝 绳在主导轮衬垫上 的摩擦 系数 ； 提升钢丝绳在主导轮上的围包角。 2 加 、 减速度的防滑验算 目前 ， 大多数矿井 的一次提升能力达 十几 吨， 甚至数十吨， 采用的加、 减速度在 0 ． 6 51 ． 0 m ／ s ， 因此产生的惯性力很大。为此常以极限的加 、 减速 度来表征。如果在计算上满足最易产生滑动的加、 减速 阶段 的防滑条件， 即可防止钢丝绳 的动态滑 动。计算见表 1 、 表 2 。 3 综合分析 提升机有提升 重载的加 、 减速和下放重 载的 加、 减速以及升降空容器的加、 减速 3种典型运行 方式。对于静防滑， 双容 器提升时， 以一侧提升重 载， 另一侧下放空容器 ； 单容器提升时 ， 以提升平衡 锤， 另一侧下放空容器 ， 对防滑性 能最不 利。对于 动防滑， 双容器提升时 ， 以提升重载， 下放空容器时 加速阶段， 且导向轮位于下降侧； 单容器提升时， 以 提升平衡锤 ， 另一侧下放空容器时的加速阶段， 且 导向轮位于平衡锤侧 ， 对动防滑最为不利。 一 61 一 大 大 大 大 默 默 歇 默 的 的 的 的 躺 躺 二 二 一 旦 还 策 是 一 一 时 但 一 一 一 一 第 3 0卷第 7期 多绳摩擦提升机运行状态下的防滑问题分析石瑞敏 ， 等 V o 1 ． 3 0 N o ． 7 表 1 提升重载的极限加、 减速度计算 銎 加 速 减 速 绳中 T I j ml a I WG T T l T I j mI a 2WG Ti Ⅱ 口 ’ 张力 ，一 2 。2 一 ． m 2 。2 一 檗 r 。 ≤ T 2 ， 故不 防滑会发生超前 滑动 ； 状态 2 为防滑需 a ， 故不 会发生滞后滑动 2 紧 急 制 动 要 求 n 1 ． 5 m ／ s ， 同时要 满 足 防 滑 条件 ， 故超前 滑动可 能性 较 大。 2 影响防滑安全性能因素分析 选型设计中防滑验算是基于理想条件 的， 这对 于简化问题 以及初步选择 提升机有一定 的实用价 值 ， 但另一方 面， 各种因素对提升机运行状态 以及 周围环境有很大的依赖， 例如 ， 摩擦 系数 、 钢丝绳张 力等 ， 因此需要从运行的实际情况出发分析而不是 仅仅验算最大静防滑和动 防滑安全 系数。影响防 滑安全性能的因素 1 表面状态多绳提升机工作时， 由于受使 用现场诸多因素的影响 ， 钢丝绳表面会有不同的状 态 ， 如干燥 、 淋水或有油脂 ， 而且往往不是单纯的一 种， 是几种状态揉和在一起。地下水是造成淋水的 主要原因， 而油脂则是钢丝绳的防腐剂， 是衬垫与 钢丝绳接触时 ， 从钢丝绳上黏过来 的。在我 国， 多 数情况下提升机是在钢丝绳 涂有摩擦脂并且淋水 的工况下工作的。 2 比压一般情况下 ， 摩擦系数 随比压 P 增加而降低。当P 0 ． 8 MP a时， 下降平缓 。而对于表面状况不 同的 钢丝绳对于比压的影响表现也不同， 干绳状态在比 压小于 0 ． 7 5 MP a时有急剧的下降过程 ， 而淋水钢 丝绳整个降低水平比较平稳。 3 钢丝绳蠕动速度正常工作时 ， 衬垫与钢 丝绳之间是不允许有相对滑动 的， 如果出现滑动则 被认为是摩擦副失效。但由于钢丝绳是弹性体， 根 据弹性体传动理论 ， 钢丝绳会在衬垫上产生弹性滑 动即蠕动。由于受钢丝绳弹性差异、 张力差 的不同 和运行速度不 同等影 响， 不同规 格的提 升机， 钢丝 绳的蠕动速度是不 同的， 它对衬垫的摩擦性 能有一 定影响。 4 环境温度我国幅员辽阔， 冬夏两季室外 温度从 一3 0～ 4 0 ℃都属正常， 而室 内温度也在 0～ 3 0 ℃。对于塔式提升机 ， 钢丝绳要从 机房通过四周 开放的井塔到达井筒。对 于落地式提升机 ， 钢丝绳 则要完全暴露地通过室外才能达到井 口， 钢丝绳会 受到 日晒雨淋。一般情况下衬垫摩擦系数 随温 度升高而降低。 5 钢丝绳提升钢丝绳 寿命除了受弯 曲比、 结构、 金属断面系数等自身因素影响外， 环境因素 也对其使用寿命产生直接的影响。一方面， 矿井井 筒的淋帮水会造成钢丝绳的磨 损和锈蚀。另一方 面 ， 提升钢丝绳之间的张力不平衡现象是客观存在 的， 因而衬垫材料 的性能也会对钢丝绳 的使用寿命 产生影响。 上述因素或单一或交叉地影响钢丝绳 与主导 轮间的摩擦系数和 围包角 、 主导轮两侧钢丝绳 的张 力 比、 矿井阻力等。其 中影响最大 的是提升钢丝绳 与主导轮衬垫的摩擦系数。 3运行状态下防滑分析 选型设计 中防滑验算将 提升钢丝绳与主导轮 衬垫的摩擦系数视 为常数 ， 通常取 0 ． 2、 0 ． 2 5 、 0 ． 3 。 而事实上 ， 摩擦系数受工况 因素影响很大 ， 它 的变 化会极大影响防滑安全性能， 因此有必要用更接近 真实的摩擦系数来进行防滑分析。 3 ． 1 摩擦 系数的确定 采用 P V C摩擦衬垫摩擦系数 的回归方程 当处于正常提升状态时 l i ， T ， P o ． 4 5 8 9 5 0 ． 0 4 2 7 9 v 一0 ． 0 0 4 6 8 4 T o ． 0 0 0 8 2 9 4 1 p一 0 ． 0 0 0 8 2 1 v T 0 - 0 0 0 0 1 5 1 5 p T 1 ， T ， P 0 ． 4 0 3 9 9 1 4 O ． 0 2 3 O 1 5 v o ． 0 0 5 1 6 3 T 一 6 2 一 一 G 一 协 3一 n 0 一g m m m 一 ≤ 中 力 滑 件 绳 张 防 条 一 V o 1 ． 3 0 N o ． 7 多绳摩擦提升机运行状态下的防滑问题分析石瑞敏， 等 第 3 0 卷第 7 期 一 o ． 0 0 0 8 3 9 5 p 0 ． 0 0 0 1 1 4 6 v T o ． 0 0 0 0 0 9 7 6 2 v p 0 ． 0 0 0 0 2 3 6 2 p r- 0 ． 0 0 0 0 0 4 7 1 3 3 v r p 2 当处于滑绳提升状态时 ／ z 3 f 3 ， T ， P 0 ． 4 8 3 9 40 ． 0 0 5 7 8 9 v一0 ． 0 0 1 8 3 2T一0． O O 6 51 4 , o 0． 0 0 0 6 7 2v T 一 0 ． 0 0 0 2 6 6 v p 3 ／ z 4 ， T ， P 0 ． 4 3 1 1 0 ． 0 0 1 1 3 2 v 一 0 ． 0 0 1 2 4 1 T - 0 ． 0 0 0 6 5 9 9 5 p 4 式中 相对滑速 ； 卜衬垫温度 ； p 平均压力 ； 3干绳状态 ； 油绳状态。 实验分析可知， 影响摩擦系数 的因素主要有温 度、 相对滑速 以及比压 ， 上述 4式用 回归正交优化 设计与分析的方法， 用 函数关系的方法定量分析了 3种因素的主次关系 、 交互作用， 更加贴合实际。应 用这种方法得出摩擦系数可以得到更加符合工况 条件的提升机防滑分析结果。 3 ． 2 其他计算公式 1 重载侧的静张力 T i j [ QQ ， 研 月 n q ／ 4 h ] g 2 轻载侧的静张力 j [ Q n P Ⅳ f ／ -r e n g t ／ ． ] g 式中Q 、 Q 提升有效载荷和容器自重； 、n 主绳及尾绳数量； P、 q 主绳及尾绳单重； 、 提升及过卷高度； 、 防撞梁及尾绳环高度 ； 提升容器主体高度； 主导轮与转向轮高度差。 3 矿井阻力 矿井阻力包括提升容器的导向装 置在罐道上 的摩擦阻力、 提升容器在运行 中的空气阻力等 ， 这 些阻力又与井筒的条件有关。由于影响和变化因 素较多， 实际上要算出阻力是很困难 的。因此引入 阻力系数 W K一1 ／ 2 ， 箕斗提升时取 K1 ． 1 5 ， 即 0 ． 0 7 5 ； 罐笼提升时取 K 1 ． 2 ， 即埘 0 ． 1 0 ； 则矿井阻力 “ p 4 比压 平均比压 l P 面 式中D 主导轮直径 ； d 钢丝绳直径。 5 相对滑速 一 x 式中E 钢丝绳的弹性模量 ； A 钢丝绳的截面积 ； 钢丝绳的线速度。 4应用 实例 某矿主井装备箕斗型号 J D S一 9 ／ 1 1 0 4 ， 容器 自重 1 0 5 ． 4 0 8 4 5 k N， 配重 4 ． 1 2 0 2 k N。J K M2 ． 8 X 4 1 I 落地式多绳摩擦提升机， 卷简直径 D 2 ． 8 m， 最大静张力 3 2 8 k N ， 最大静张力差 9 8 ． 1 k N 。导向 轮直径 2 ． 5 m， 变位质量 2 4 0 0 k g 。主钢丝绳型号 6 △ 3 4 一 2 81 7 0一I一乙， 4根 ， 直径 4 , 2 8 m m ， 钢 丝破断拉力总和 5 1 2 ． 5 7 2 5 k N ， 单重 3 1 ． 5 2 9 3 4 N ／ m， 表面涂有防腐脂。扁尾绳 2根， 单重 6 1 ． 3 3 2 1 2 N ／ Il l 。提升高度 。 3 5 9 ． 0 4 8 m， 过卷高度 Hg 1 0 m， 防撞梁高度 H f 1 9 ． 5 m； 尾绳环高度 巩 1 0 ． 5 m； 箕斗的斗箱高度 1 3 ． 3 5 m； 主导轮与转 向轮高 度差 5 ． 5 m。提升载荷 7 t ， 最大提升速度 1 4 m ／ s 。最大围包角 1 8 8 。 1 8 。摩擦衬垫材料 P V C 。工况为钢丝绳涂有摩擦脂并且淋水， 衬垫 与 钢丝绳之间温度为 7 5℃。 1 参数计算 ①重载侧钢丝绳静张力 T 。 i 2 2 6 ． 6 7 6 3 8 k N； ②轻载侧钢丝绳静张力 j 1 5 6 ． 8 3 6 5 4 k N； 2 2种防滑分析方法比较 2种防滑分析方法对 比结果见表 3 。 表 3 两种防滑分析方法对比 从表 3计算结果可 以看出， 摩擦系数取定值 O ． 2 时计算得到的各项参数都是符合 安全规 程 规定 的， 但是在提升机运行过程中， 由于现场因 素的影响 ， 提升重载加速阶段及下放空载减速阶段 一 63 第 3 0卷第7期 2 0 0 9年 7月 煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e r y Vo I ． 3 0 N o ． 7 J u 1 ．2 0 0 9 采煤机调 高油缸活塞 一活塞杆组件的结构分析 木 王义亮 ，杨 涛 ，杨兆建 。郭生龙 1 ． 太原理工大学 机械工程学院， 太原 0 3 0 0 2 4 ； 2 ． 太原矿山机器集团有限公司， 太原 0 3 0 0 0 9 摘要 建立了某型号大功率采煤机调高油缸活塞 一活塞杆组件 的有限元模型， 并对所建模 型进行了有限元分析， 研究了 在采煤机截煤及不截煤2种工况下调高油缸活塞及活塞杆的结构应 力情况。结果表明， 该组件结构合理， 但安全 系数过 高， 有进一步优化的空间。 关键词采煤机 ；活塞 一活塞杆组件；有限元分析 中图分类号 T D 5 3 4 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 9 0 7一 O O 6 4 0 3 S t r uc t u r a l Ana l y s i s f o r Pi s t o n Pi s t o n Ro d S e t s o f S t e e r i ng Cy l i nd e r o f S he a r e r W ANG Yi l i a n g ，YANG Ta o ，YANG Zh a oJ i a n ，GUO S h e n gLo n g 1 ．Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g C o l l e g e ， T a i y u a n T e c h n o l o g y U n i v e r s i t y ， T a i y u a n 0 3 0 0 2 4， C h i n a ； 2 ．T a i y u a n C o a l Mi n i n g M a c h i n e r y C o ．L t d ． ， T a i y u a n 0 3 0 0 0 9， C h i n a A b s t r a c t B y u s i n g o f A N S Y S ． fi n i s h e d t h e m o d e l i n g o f t h e h e i g h t a d j u s t i n g o i l c y l i n d e r a n d p i s t o n r o d o f X h i g h p o w e r c o al s h e a r e r ， a n d fi ni t e e l e m e n t ana l y s i s ， a n a l y s e d t h e s t r u c t u r a l s t r e s s c h a n g e o f h e i g h t a d j u s - r i n g o i l c y l i n d e r and p i s t o n w i t h b o t h w o r k i n g l o a d an d n o n-w o r k i n g l o a d ．A s the e x p e r i me n t a l r e s u l t s s h o w t h a t the s t r u c t u r e o f the p i s t o n r o d i s r e a s o n a b l e， t h e s a f e t y f a c t o r i s o v e r r a t e d an d n e e d s o p t i mi z i n g ． Ke y wo r d s s h e a r e r ；p i s t o np i s t o n r o d s e t ；F EM a n aly s i s 0引言 的结构 ， 使其在满足压力及强度的条件下尽 量减小 螺旋滚筒是滚筒式采煤机的工作机构， 滚筒 的 体积 ， 以减轻重量 ， 这样还可以节约材料降低成本。 调高是通过调高油缸来实现 的。调高油缸对 于保 本文以某 型采 煤机 为例 对其 摇 臂调 高 油缸 的活 证采煤机正常截煤， 处于举足轻重的地位。油缸结 塞 一 活塞杆组件进行了分析， 并提出了一些改进设 构是否合理 、 参数是否 匹配 ， 对于整机的参数 及性 计的建议。 机推进时所受牵引阻力也较大 ， 结果使调高油缸 的 体积和重量也随之增大， 因此就需要改善调高油缸 国家 1 1 ． 5科技支撑计划课题 资助 2 0 0 7 B A B 1 3 B O I 一0 2 图1 活塞及活塞杆的三维实体模型 活塞及活塞杆所受载荷 与采煤机 的实际工况 有关。当采煤机工作时 见 图 2 ， 前截割滚筒逆时 针旋转， 前滚筒受到向上 的截割阻力和向后的牵引 、 尹 动防滑安全系数小于 1 ． 2 5 ， 对提升机安全运行构成 威胁。 5结语 多绳提升机运行过程 中很 多因素都依赖于现 场环境和提升机的运行状态 ， 因此 ， 在选型设计 阶 段防滑验算 中安全的情况并不一定真的安全 ， 还应 该在运行一段 时间后结合现场特点对参数进行测 量和进一步防滑计算 ， 以确保在少量超载及环境恶 劣的情况下多绳提升机仍然能够安全的工作。 参考文献 f 1 ] 中国矿、 I 学院．矿井提升设备f M] ． 北京 煤炭工业出版社 ， 1 9 8 0 ． [ 2 ] 杨兆建． 提升机衬垫摩擦系数的回归正交优化设计与分析[ J ] ． 矿山机械 ， 1 9 9 0 1 1 l 8 2 3 ． [ 3 ] 周遥荣 ， 严万生．矿山固定机械手册 [ K] ． 北京 煤 炭工业出版 社 ，1 9 8 6 ． [ 4 ] 范家骏．矿井 多绳提升选型设计 [ M] ． 北京 煤炭工 业出版社 ， l 9 8 1 ． [ 5 ] G B 1 6 4 2 3 2 0 0 6 ， 金属非金属矿山安全规程[ s ] ． 作者简介 石瑞敏 1 9 8 3一 ， 女， 山西祁 县人 ， 硕士研究生 ， 2 0 0 5年毕业于太原理工大学机械工程学院机械设计及理论专 业 ， 现从事 网络环境下的设 计与协 同设 计方面 的研 究工作 ， 电子 信 箱 t i n a 7 4 4 1 6 3 ． c o rn． - - - - 6 4 ．--- 收稿 日期 2 0 0 9 0 2一l 9