成等式则有:
(7-5)
式中:
σ为防滑安全系数。
防滑安全系数可分为静防滑安全系数和动防滑安全系数。
《煤炭工业设计规范》规定,静防滑安全系数σj≥1.75;动防滑安全系数σd≥l.25。
式(9—5)中的F1和F2只考虑静载荷时,其防滑安全系数即为静防滑安全系数,可表示如下:
(7-6)
若式(7—5)中的F1和F2不仅考虑静载荷.而且还考虑了动载荷(惯性力),则其防滑安全系数即为动防滑安全系数,如下式表示:
(7-7)
在某些情况下,如下放载荷或进行紧急制动时,计算防滑安全系数的式(7—6)和式(7—9)应改写为:
(7-8)
以上各式中:
Fjx为下放侧静张力;Fjs为上升侧静张力;ms为上升侧运动部分总质量;mx为下放侧运动部分总质量;a为加速度或减速度。
二、防滑验算
多绳摩擦提升的主要矛盾就是防滑。
因此,在选型设计中,必须进行防滑验算,以保证提升工作的安全可靠。
而防滑验算就是采用式(7—6),(7—7)或(7—8),(7—9)来计算静、动防滑安全系数的大小,看是否符台《煤炭工业设计规范》的要求。
但是,在计算之前,必须了解静防滑安全系数σj和动防滑安全系数σd在一个提升循环过程的变化规律,以便找出最容易发生滑动的危险点,仅验算各自危险点的静防滑安全系数和动防滑安全系数即可。
现以几种不同的情况来分析防滑安全系数的变化规律。
(一)提升载荷,等重尾绳系统
对于提升载荷,式(7—6)和式(7—7)所表示的函数关系可用图7—6表示。
为了简便,以三阶段速度图来表示。
(1)静防滑安全系数
由图7-6可知,静防滑安全系数的变化规律为一平行于时间轴的直线abed,即在一个提升循环过程中,在任何阶段的值均相等。
可用计算式表示如下:
(7-10)
式中:
Q为一次提升载荷质量;Qz为提升容器质量;p为提升钢丝绳每米重力;Hc为提升钢丝绳最大垂悬长度;ζx,ζs为容器运行阻力系数,ζx=ζs,箕斗提升取ζ=0.075,罐笼提升取ζ=0.1;n为提升钢丝绳根数;k为矿井阻力系数,k=1+2ζ
(2)动防滑安全系数
在图7—6中,动防滑安全系数的变化规律为折线efbcgh,可见,动防滑安全系数的最小值在加速阶段。
所以,对等重尾绳系统,提升载荷时,静防滑可在任何阶段中任何工况点验算.动防滑可在加速阶段中任何工况点验算。
计算式表示如下:
(7-11)
式中:
ms为上升侧总质量;mx为下放侧总质量。
在导向轮侧下放比在导向轮侧上提更容易产生动态滑动,故将导向轮放在下放侧计算。
提升载荷加速阶段可能出现的滑动为反向滑动,如图7—7所示。
(二)提升载荷,重尾绳系统
(1)静防滑安全系数
由图7—8可知,静防滑安全系数的变化规律为折线abcd,且在d点,即提升终了点有最小值。
其计算式表示如下
图7-7反向滑动提升加速过程
(7-14)
(2)动防滑安全系数
由图7—8可知,动防滑安全系数的变化规律为折线efbcgh,
且在f点有最小值。
可按下式计算:
(7-15)
由图7—8可知,提升载荷,重尾绳系统静防滑安全系数只验算d点工况值,动防滑安全系数只验算f点工况值。
但是在某些情况下,对于重尾绳系统,当整个系统的变位质量不很大时,防滑安全系数在f点的值大于其在d点的值,这样,当静防滑安全系数大于1.75时,动防滑安全系数一定能满足要求,不用再验算动防滑安全系数了。
这表明了重尾绳系统改善了动防滑条件,这就说明了前面所述的,不采用等重尾绳而采用重尾绳系统的意义所在。
图7-8提升载荷防滑安全系数变化规律重尾绳系统
(三)下放载荷,等重尾绳系统
(1)静防滑安全系数
由图7一l0可知,静防滑安全系数的变化规律亦为一平行于时间轴的直线abcd,所以,在一个提升循环过程中任何阶段的静防滑安全系数值均相等,即为常数。
可用下式计算:
(7-16)
(2)动防滑安全系数
由图7—10可知,动防滑安全系数的变化规律亦为折线efbcgh。
动防滑安全系数的最小值在减速阶段gh。
所以,对等重尾绳系统,下放载荷时,静防滑在任何阶段中任何工况点验算,动防滑可在减速阶段中任何工况点验算。
计算式表示如下:
(7-17)
图7-10下放载荷等重尾绳系统防滑安全系数变化规律
对于下放载荷等重尾绳系统静防滑安全系数为一常数,可在提升循环中任意工况点验算;动防滑安全系数可验算减速阶段任意工况点。
(四)下放载荷重尾绳系统
(1)静防滑安全系数
由图7一11可知,静防滑安全系数的变化规律为一向上倾斜的直线abcd,在下放开始时的a点有最小值,故静防滑安全系数可以a点工况验算。
其验算计算式如下:
(7-20)
图7-11下放载荷等重尾绳系统防滑安全系数变化规律
(2)动防滑安全系数
由图7-11知动防滑安全系数的变化规律为一折线efbcgh,在减速开始时的点g有最小值,故防滑安全系数可以g点工况验算,其计算式如下:
(7-21)
下放载荷减速阶段可能出现的滑动为超前滑动,即提升钢丝绳的运动速度大于摩擦轮绳槽处的线速度,如图7一12所示。
如果按正常运行状态,取动防滑安全系数σd=1.25,此时的最大减速度可据式(7—17)或式(7—21)计算,将Fjs,Fjx,ms,mx等代入相应的值,则可得:
(7-22)
对于下放载荷紧急制动状态的防滑验算,《煤矿安全规程》规定,下放额定载荷时,其减速度a3≥1.5m/s2。
,而且,其最大减速度不得超过钢丝绳的滑动极限。
下放载荷紧急制动减速度应按最大减速度——滑动极限状态验算。
考虑到紧急制动是偶发性的.故我国设计部门把动防滑安全系数取l来计算下放载荷,紧急制动时的最大减速度值为:
(7-23)
通过上述摩擦提升防滑验算可知,与防滑条件有关的参数主要有容器的质量、加速度和减速度。
现将容器的质量、提升加速度和减速度的确定方法简述如下:
(1)容器质量的确定
防滑条件有静防滑和动防滑两个条件,利用静防滑条件求出的容器质量称为容器静防滑质量;利用动防滑条件求出的容器质量称为容器动防滑质量。
下面仅以等重尾绳双容器提升系统为例。
①容器静防滑质量的计算
据式(9—10)可计算容器静防滑质量Qzj如下:
(7-24)
②容器动防滑质量的计算
式(9—11)可计算容器动防滑质量Qzd如下:
(7-25)
式中:
(7-26)
(7-27)
(7-28)
式(7—25)对于某一确定的系统,A,B和C均为常数,故式(7—25)表示在动防滑条件下,容器动防滑质量与提升加速度之间的关系,加速度a1越大,容器动防滑质量越大。
因此,在利用式(7—25)来确定容器动防滑质量时,必须先确定一个加速度a1。
注意,加速度a1除了符合前述三个条件外,还要受容器动防滑质量的约束。
当计算Qzj和Qzd。
之后,比较两值之大小,然后选取其中较大值者确定为容器防滑质量Qzr,若提升容器自身质量小于容器防滑质量,则必须加配重。
配重△Q可如下计算:
(7-29)
(2)加速度a1的确定
如果按前述三个条件确定的加速度a1来计算容器动防滑质量的值过大(比容器自身质量大很多)时,也可以先确定一个较合理的容器防滑质量值,然后反算加速度a1的值,计算如下:
(7-30)
应该注意,用式(7-30)计算的加速度a1值必须符合前述关于加速度的三个条件。
(3)减速度a3的确定
可据式(7—22)和式(7—33)计算确定。
第三节多绳摩擦提升的若干问题
一、钢丝绳与衬垫间的摩擦系数
近代摩擦理论与实践表明,库伦定律只是在一定条件下才是合适的,在某些特定场合,例如对于矿井摩擦提升机的衬垫与钢丝绳之间的摩擦,它不一定都成立(采用榆木或铝合金衬垫时),或者全部不成立而正好相反。
图7-13和7-14表明摩擦系数与比压和相对滑速之间的关系。
随着比压增加,摩擦系数降低,证明对于有油的钢丝绳摩擦系数与接触面的大小有关。
而相对滑速与摩擦系数的关系曲线则说明对于橡胶类衬垫,静摩擦系数小于动摩擦系数,但在一定范围内摩擦系数随着相对滑速的增加而增加。
由于摩擦系数的这些特性,因而在给出摩擦系数时必须说明其测试条件。
二、衬垫比压
当钢丝绳与衬垫间的比压超过一定数值时,由于存在着蠕动的缘故,衬垫将很快磨损。
摩擦村垫的比压按下式计算:
(7-31)
一般对于聚胺酯衬垫取比压的允许值为2×106MPa,PVC衬垫则取为1.4×106MPa。
三、钢丝绳张力的平衡
多绳提升中各钢丝绳的张力往往难以保持一致,其原因是;①各绳的物理性质不一致,弹性模量不等;②各绳槽的深度不等;③钢丝绳的长短不一;④各钢丝绳的滑动不等;⑤钢丝绳的蠕动。
为了消除因钢丝绳物理性质不同而引起的张力差,最好使用连续生产的钢丝绳。
为了改善各钢丝绳张力的不平衡状况,通常设置平衡装置,表示在图7-15中。
图7-15各种平衡装置示意图
图7-16所示是螺旋液压调绳器。
螺旋液压调绳装置,在张力平衡方面由于没有解决密封问题,故只能实现提升钢丝绳的静平衡。
在运行维护及安全可靠性方面也存在着一些问题。
图7-17所示为目前已在国内100多个矿井使用的XSZ型多绳摩擦提升机钢丝绳张力自动平衡首绳悬挂装置
该装置较好地解决了多绳摩擦提升机钢丝绳的动态平衡问题。
该装置的基本原理与螺旋液压调绳装置类似,但它解决了连通油缸的密封问题。
因而实现了钢丝绳之间的动平衡。
图7-16螺旋液压调速器
图7-17张力自动平衡悬挂装置结构图
1-楔形绳环;2-中板;3-上连接销;4-档板;5-压板;6-侧板
7-连通油缸;8-连接组件;9-垫块;10-中连接销;11-换向叉;
12-下连接销
四、多绳提升的过卷安全装置
为了防止多绳提升过卷而产生危害。
除了电气保护以外,在井上、井下相应过卷高度处安装楔形木.当过卷时,安在罐笼上的罐耳进入楔形罐道。
挤压罐道而使罐笼停止,如图7—18所示。
图7-8楔形罐道和罐耳
1—楔形罐道2—罐耳
五、提高防滑安全系数的措施
(1)研制摩擦系数高于0.2的衬垫材料。
这是最理想的解决办法,但实行起来遇到不少困难,迄今为止仍未获得满意的结果。
(2)增加围包角α0实际上围包角α是不能随意增加的,因为一般导向轮的设置是为了使两提升容器保持一定的中心距,它只是附带地起到增加围包角的作用。
通常α可增至1900~2200,有的报导主张不要超过1950,否则将会缩短钢丝绳的寿命。
(3)采用平衡锤单容器提升。
平衡锤单容器提升在一次提升量相同的情况下,其两绳般的拉力差仅为双容器提升时的一半,因此具有较好的防滑性能,但效率不如双容器提升高,一般多用于多水平提升。
(4)加重容器。
在箕斗的框架上加设配重来增加容器自重,这是最常用的办法。
显然也是迫不得已的办法。