关于单绳摩擦式直流提升机功率验算的分析

摘要：开滦吕家坨矿老副井提升机国产化改造后，由于提升机旋转部位转动惯量及变位质量都比原来有所增大，而提升机拖动电机功率未发生变化，因此验算电动机功率能否带动负载显得格外重要，本文介绍了单绳摩擦式提升机拖动电机功率验算及其过载能力校验的方法和步骤，希望能够对提升机改造前的设计有所借鉴。

关键词：摩擦式提升机 功率 过载能力 验算 分析

1.前言

吕家坨矿老副井提升机系波兰进口的KP-6000型列奥那尔德式摩擦轮滚筒提升机，提升机拖动电机为波兰进口的P-4100/24/500型直流电动机，制动系统为风动机械联锁角移式制动闸，系统采用直联拖动形式，该部提升机于1968年投入使用，迄今已经运转45年，提升机滚筒、主轴、闸座等关键部位的零部件已经老化、磨损严重，特别是受制动系统的限制，提升机无法实现全自动运行，已经不能满足生产的需要。2014年4月10日-20日，开滦基建公司完成了吕家坨矿老副井提升机的国产化改造工作，改造后的提升机为中实洛阳重型机械有限公司生产的JKMD-6×1型落地式单绳摩擦轮滚筒提升机，提升机拖动电机为大连日牵电机有限公司生产的ZJD410/55-24型直流电动机，制动系统为液压盘型制动器，具有恒减速制动及二级制动功能，且能够与主控系统配合实现提升机的全自动运行。

2.问题的提出

老副井提升机改造后，新提升机旋转部位重量比原来旋转部位增加了约10吨，新提升机拖动电机额定功率、电枢额定电流、额定转速均未发生变化，新、旧直流电动机的励磁电流由原来的73A变为78A，直流电动机主磁极铁芯长度由原来的500mm变为550mm，补偿绕组截面积由原来的1000mm2变为850mm2。由于负载转动惯量增加，提升机能否带得动负载就显得至关重要，因此，需要对拖动电机的功率进行验算和分析。

3.拖动电机的功率验算和分析

3.1提升机参数

提升高度：H=629.6m；

罐笼重量：7.5t；

载荷重量：5.6t；

空矿车重量：1.37t；

主绳长度：780m；

尾绳长度：650m；

钢丝绳每米重量：11.4kg/m。

3.2直流電动机参数

型号：ZJD410/55-24；

额定功率：1600kW；

电枢额定电压：650V；

电枢额定电流：2660A；

磁场额定电压：110/220V；

定子额定电流：156/78A；

额定转速：45 r/min；

直流电动机过载系数λm：2.50。

3.3提升机运动部分变位质量m及变位重量G

（1）变位质量m：

（2）变位重量G：G=mg=77252×9.81=757842.12kg

式中：

--- 载荷重量5600kg；

--- 罐笼重量7500kg；

--- 空矿车重量1370kg；

P ---钢丝绳每米重量 11.4kg/m；

L1---主绳长度780m；

L2---尾绳长度650m；

---提升机旋转部位变位质量19910kg；

---天轮变位重量4450kg；

---电动机变位重量8800kg。

3.4提升机速度图和力图

（1）Vmax=4m/s时的速度曲线图和力图

阶段 （1） （2） （3） （4） （5） （6）

a（m/s2） 0.05 0.20 0.00 -0.40 -0.04 -0.30

t（s） 20 15 139.18 8.25 10 3.33

h（m） 10 37.5 556.7 19.4 5 1

（2）Vmax=8m/s时的速度曲线图和力图

阶段 （1） （2） （3） （4） （5） （6）

a（m/s2） 0.1 0.5 0.00 -0.5 -0.08 -0.30

t（s） 20 12 60.43 14.6 5 1

h（m） 20 60 483.44 63.51 2.5 0.15

3.5力图计算

将速度图中每一阶段的行程，相应的加速度和减速度代入提升机动力学方程 ，并代入相应的x行程值，即可计算出不同阶段电机拖动力，吕家坨矿老副井提升机系摩擦式提升机，主、尾绳平衡，因此式中P(H-2x)=0，采用 ，其中，k---矿井阻力系数，罐笼提升k=1.2。

a、提升速度为4m/s时各阶段的拖动力：

（1）初加速开始时：F1=1.2×5600+77252×0.05=10583kg

（2）初加速终了时：F2=1.2×5600+77252×0.05=10583kg

（3）急加速开始时：F3=1.2×5600+77252×0.2=22170kg

（4）急加速终了时：F4=1.2×5600+77252×0.2=22170kg

（5）等速开始时：F5=1.2×5600=6720kg

（6）等速终了时：F6=1.2×5600=6720kg

（7）急减速开始时：F7=1.2×5600-77252×0.4=-24181kg

（8）急减速终了时：F8=1.2×5600-77252×0.4=-24181kg

（9）缓减速开始时：F9=1.2×5600-77252×0.04=3630kg

（10）缓减速终了时：F10 =1.2×5600-77252×0.04=3630kg

（11）低速爬行开始时：F11=1.2×5600-77252×0.3=-16456kg

（12）低速爬行终了、停车时：F12=1.2×5600-77252×0.3=-16456kg

b、提升速度为8m/s时各阶段的拖动力：

（1）初加速开始时：F1=1.2×5600+77252×0.1=14445kg

（2）初加速终了时：F2=1.2×5600+77252×0.1=14445kg

（3）急加速开始时：F3=1.2×5600+77252×0.5=45345kg

（4）急加速终了时：F4=1.2×5600+77252×0.5=45345kg

（5）等速开始时：F5=1.2×5600=6720kg

（6）等速终了时：F6=1.2×5600=6720kg

（7）急减速开始时：F7=1.2×5600-77252×0.5=-31906kg

（8）急减速终了时：F8=1.2×5600-77252×0.5=-31906kg

（9）缓减速开始时：F9=1.2×5600-77252×0.08=539.84kg

（10）缓减速终了时：F10 =1.2×5600-77252×0.08=539.84kg

（11）低速爬行开始时：F11=1.2×5600-77252×0.3=-16456kg

（12）等速爬行终了、停车时：F12=1.2×5600-77252×0.3=-16456kg

3.6电动机容量的验算

a.积分项

（1）Vmax=4m/s时的积分项

=3.1×1010kg2s

（2）Vmax=8m/s时的积分项

=4.67×1010kg2s

b.等效力时间

（1）Vmax=4m/s时：

= ×（20+15+8.25+10+3.33）+139.18+ ×40=202s

（2）Vmax=8m/s时：

= （20+12+14.6+5+1）+60.43+ ×40=120s

依据《煤矿电工手册》第三分册P39页，式中：

--- 低速运转时电机散热不良的影响系数，直流电动机取α= ；

--- 停车间歇时电机散热不良的影响系数直流电动机取β= ；

---停车间歇时间θ=40s。

c.等效力计算Fd

（1）Vmax=4m/s时：

（2）Vmax=8m/s时：

d.电动机的等效容量Pd（

依据《煤矿电工手册》第三分册P38页，直联拖动的直流提升机，传动效率η=1.0）

（1）提升速度Vmax=4m/s时：

符合要求。

（2）提升速度Vmax=8m/s时：

符合要求。

3.7过载能力的验算

a.电动机的额定出力Fe

依据《煤矿电工手册》第三分册P38页，直联拖动的直流提升机，传动效率η=1.0。

(1)提升速度Vmax=4m/s时：

(2)提升速Vmax=8m/s时：

b.最大峰值载荷

（1）提升速度Vmax=4m/s时：力图中最大峰值载荷Fmax=F7=-24181kg

（2）提升速度Vmax=8m/s时：力图中最大峰值载荷Fmax=F3=45345kg

c.过载系数

（1）提升速度Vmax=4m/s时：

符合要求。

（2）提升速度Vmax=8m/s时：

符合要求。

4.结论

JKMD-6×1单绳摩擦落地式提升机在吕家坨矿老副井成功投入运行后，制动系统实现了恒减速制动，制动效果和安全系数有了明显提高，闸控系统与主控系统相互配合实现了全自动提升，从而大大降低了工人的劳动强度，提高了生产效率。通过验算和分析，新提升机在Vmax=4m/s和Vmax=8m/s的工况下，提升机拖动电机的功率完全符合要求，能够带动负载，其过载能力亦符合要求。

作者简介

杨建国，男，30岁，吉林松原人，开滦能源化工股份有限公司吕家坨矿业分公司电气技术员，助理工程师。