張安寧,張彪,姚志強(qiáng)

(1．安徽理工大學(xué)， 安徽 淮南 232001；2．中國(guó)煤炭學(xué)會(huì) 煤礦機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)委員會(huì)， 上海 200030)

0 引言

鋼帶式過(guò)卷緩沖裝置因其緩沖力穩(wěn)定、可靠性高等卓越性能正在被越來(lái)越多的應(yīng)用到煤礦提升設(shè)備中[1]，發(fā)生過(guò)卷時(shí)為減小緩沖裝置過(guò)卷緩沖力對(duì)提升系統(tǒng)的沖擊，鋼帶式過(guò)卷緩沖裝置在其過(guò)卷長(zhǎng)度內(nèi)一般設(shè)有過(guò)渡段，使過(guò)卷緩沖力能夠逐步增加。過(guò)渡段長(zhǎng)度過(guò)短則達(dá)不到應(yīng)有的效果，過(guò)長(zhǎng)則會(huì)增加最大過(guò)卷緩沖力，不僅使鋼帶式過(guò)卷緩沖裝置規(guī)格增大，還增加了對(duì)提升系統(tǒng)的影響。因此,鋼帶過(guò)卷緩沖裝置過(guò)度段長(zhǎng)度對(duì)過(guò)卷制動(dòng)性能影響的分析十分必要。本文通過(guò)理論和實(shí)例對(duì)過(guò)渡段長(zhǎng)度系數(shù)對(duì)過(guò)卷緩沖力、過(guò)卷速度、加速度進(jìn)行了分析，其結(jié)果可為解決類(lèi)似工程問(wèn)題提供參考。

1 鋼帶式過(guò)卷緩沖裝置緩沖力的確定

1.1 鋼帶式過(guò)卷緩沖裝置緩沖力特性

鋼帶式過(guò)卷緩沖裝置的緩沖力特性可設(shè)計(jì)為多種形式，一般多為雙階段式。如圖1所示，過(guò)渡段長(zhǎng)度為s1，總長(zhǎng)度為s2，并令過(guò)渡段系數(shù)為

(1)

則過(guò)卷緩沖裝置的緩沖力表達(dá)式為

(2)

式中：F為過(guò)卷距離為s時(shí)緩沖裝置的緩沖力，N;Fm為過(guò)卷緩沖裝置的最大緩沖力，N;s為提升系統(tǒng)的過(guò)卷距離，m。

圖1 鋼帶式過(guò)卷緩沖裝置的緩沖力特性圖

為便于分析，取等重尾繩摩擦提升系統(tǒng)為研究對(duì)象，將提升系統(tǒng)作為整體考慮，假設(shè)過(guò)卷時(shí)摩擦輪與提升鋼絲繩失去摩擦力，并以等效緩沖力代替過(guò)卷、過(guò)放緩沖裝置的緩沖力，則有

(3)

式中：Fe(s)為過(guò)卷s時(shí)緩沖裝置的等效緩沖力，N；Ft(s)為過(guò)卷s時(shí)過(guò)卷緩沖裝置的等效緩沖力，N；Ff(s)為過(guò)卷s時(shí)過(guò)放緩沖裝置的等效緩沖力，N；m為鋼帶式過(guò)卷緩沖裝置的數(shù)量；n為鋼帶式過(guò)放緩沖裝置的數(shù)量。

1.2 鋼帶式過(guò)卷緩沖裝置緩沖力的確定

按功能原理可知，等效緩沖力在過(guò)卷距離s內(nèi)所做的功為提升系統(tǒng)機(jī)械能的變化量[2]，即:

1) 當(dāng)s≤s1時(shí):

(4)

2) 當(dāng)s>s1時(shí):

(5)

式中：v0為過(guò)卷初始時(shí)提升系統(tǒng)的初速度，m/s；v為過(guò)卷s時(shí)提升系統(tǒng)的速度，m/s；Q為提升系統(tǒng)的載重，N；M為過(guò)卷時(shí)提升系統(tǒng)對(duì)緩沖裝置作用質(zhì)量，kg。

則過(guò)卷s時(shí)提升系統(tǒng)對(duì)緩沖裝置的等效緩沖力為:

(6)

為使提升系統(tǒng)在過(guò)卷高度s2內(nèi)停下，則有

(7)

由式(6)、式(7)可知，下放重載時(shí)系統(tǒng)所需過(guò)卷緩沖力大于上提重載時(shí)的過(guò)卷緩沖力。

2 系統(tǒng)過(guò)卷速度、加速度分析

2.1 系統(tǒng)過(guò)卷速度分析

由式(4)、式(5)可得:

當(dāng)s≤s1時(shí)

(8)

當(dāng)s>s1時(shí)

(9)

由式(8)、式(9)可知，下放重載時(shí)系統(tǒng)過(guò)卷速度大于上提重載時(shí)的過(guò)卷速度；過(guò)卷速度是隨著過(guò)渡段系數(shù)k的增加而增加。

2.2 系統(tǒng)過(guò)卷加速度分析

分別對(duì)式(8)、式(9)對(duì)時(shí)間t進(jìn)行微分，并整理可得

當(dāng)s≤s1時(shí):

(10)

當(dāng)s>s1時(shí):

(11)

由式(10)、式(11)可知，上提重載時(shí)系統(tǒng)過(guò)卷減速度值大于下放重載時(shí)的過(guò)卷減速度值。

3 實(shí)例分析

本文選取某礦副井提升系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際分析，也為實(shí)際使用作為參考分析。該礦井選用洛陽(yáng)中信重工機(jī)械公司生產(chǎn)的JKMD-4.5x4(Ⅲ)型落地式提升機(jī)，具體參數(shù)見(jiàn)表1所示。

表1 JKMD-4.5x4(Ⅲ)型落地式提升機(jī)參數(shù)

將上述參數(shù)代入相關(guān)公式可得結(jié)果，如圖2～4所示。

1) 圖2曲線反映出下放重載時(shí)所需過(guò)卷緩沖力大于上提重載時(shí)所需過(guò)卷緩沖力；所需過(guò)卷緩沖力隨著過(guò)渡段系數(shù)k的增加而增大。當(dāng)k=1時(shí)所需過(guò)卷緩沖力約為k=0時(shí)的2倍。

2) 圖3曲線反映出下放重載時(shí)系統(tǒng)過(guò)卷速度大于上提重載時(shí)的過(guò)卷速度；當(dāng)過(guò)渡段長(zhǎng)度系數(shù)k增加時(shí)過(guò)卷速度也在增大；在過(guò)卷前半程速度變化較小，過(guò)卷后半程速度變化較大。

3) 圖4曲線反映出下放重載時(shí)系統(tǒng)過(guò)卷減速度值略小于上提重載時(shí)的過(guò)卷減速度值；在過(guò)渡段過(guò)卷減速度值逐漸增大，超出過(guò)渡段后過(guò)卷減速度值保持不變；最大過(guò)卷減速度值隨過(guò)渡段長(zhǎng)度系數(shù)k的增加而增大，當(dāng)k=0時(shí)最小，當(dāng)k=1時(shí)最大，約為k=0時(shí)的2倍；過(guò)渡段長(zhǎng)度系數(shù)k越大，在過(guò)渡段過(guò)卷減速度變化越小。

圖3 提升系統(tǒng)過(guò)卷時(shí)運(yùn)行速度與過(guò)卷距離的關(guān)系

圖4 提升系統(tǒng)過(guò)卷時(shí)運(yùn)行加速度與過(guò)卷距離的關(guān)系

4 結(jié)論

通過(guò)上述分析，可以得出結(jié)論：

1) 鋼帶式過(guò)卷緩沖裝置過(guò)渡段長(zhǎng)度對(duì)過(guò)卷緩沖性能影響很大，應(yīng)適當(dāng)設(shè)置。

2) 下放重載時(shí)系統(tǒng)所需過(guò)卷緩沖力大于上提重載時(shí)的過(guò)卷緩沖力，對(duì)既有上提重載工況又有下放重載工況的提升系統(tǒng)應(yīng)按下放重載工況設(shè)定鋼帶式過(guò)卷緩沖裝置的過(guò)卷緩沖力。

3) 過(guò)渡段長(zhǎng)度對(duì)過(guò)卷速度影響不明顯，但對(duì)過(guò)卷減速度影響很大；在過(guò)渡段過(guò)卷減速度值逐漸增大，超出過(guò)渡段后過(guò)卷減速度值保持不變；最大過(guò)卷減速度值隨過(guò)渡段長(zhǎng)度系數(shù)k的增加而增大；過(guò)渡段長(zhǎng)度系數(shù)k越大，在過(guò)渡段過(guò)卷減速度變化越小。

4) 雖然當(dāng)k=0時(shí)減速度最小，但當(dāng)剛進(jìn)入過(guò)卷時(shí)，減速度瞬間由零變?yōu)槟硞€(gè)值，對(duì)系統(tǒng)沖擊很大，應(yīng)避免使用；雖然當(dāng)k=1時(shí)減速度變化最小，但其最大減速度很大，系統(tǒng)產(chǎn)生的慣性力很大，也應(yīng)避免使用。