矿井提升系统液压站油压整定计算

谭龙海，徐 军，韩秀林

通用技术集团工程设计有限公司 山东济南 250031

随着国民经济的快速发展，对资源的需求越来越多，对矿井生产的安全性要求也越来越高。在各个矿井生产系统中，提升系统是重中之重，对于提升系统而言，其安全制动是核心所在。在传统设计中设计人员一般只提供制动力或制动力矩，厂家根据数据对自家液压站进行核算、配套和选型[1]。但是改造原有生产矿井的提升系统，需要设计人员计算油压整定，并现场调试。笔者以斜井缠绕式提升机为例，结合工程实际与 2022 新版《煤矿安全规程》[2]详细阐述了各种情况下K(制动力矩与实际提升最大载荷旋转力矩之比值) 的选取、液压站油压整定以及紧急制动减速度的计算过程，并引入质量模数概念。

1 液压站各种油压值的确定

矿井提升系统正常运行时，滚筒在电动机驱动下旋转，管内液压油需要有一定的油压将制动器与制动盘脱开，此时的工作油压Pmax为最大开闸压力，考虑管路、工作环境、海拔高度以及温度等影响，正常工作油压

式中：P贴为整定压力，Pa；Pc为综合阻力折算成的油压值，Pa，通过查盘形制动器参数可得。

式中：N为制动盘上的正压力，N；A总为总制动面积，m2；FC为最大静张力，N；Rδ为卷筒半径，m；A为盘形制动器活塞面积，m2；n为制动器总液压缸数；µ为闸瓦摩擦因数；RCP为制动半径，m。

为简化计算，把µ=0.35，Rδ/RCP=0.9 代入式 (2) 得

由式 (3) 可知，公式右侧只有K值未知，其余均可通过查阅液压站参数或设计文件得到，即对于同一提升系统、同一提升工况来说，整定压力值P贴与K值成正比，即K值会影响P贴的设定。下面以斜井缠绕式提升系统为例，分析K的计算取值。

2 斜井缠绕式提升系统中 K 值分析

《煤矿安全规程》(以下简称“规程”) (2022) 第 426 条规定：K值不得小于 3。对于质量模数较小的提升机，当上提重载保险闸的制动减速度超过本规程规定值时，K值可以适当降低，但不得小于 2。质量模数可定义为

式中：Σm为提升系统的总变位质量，kg。

有了质量模数，可以求出重载上提制动减速度和重载下放制动减速度

(1) 当K≥3 时

当K≥3 时，且as满足规程要求，即提升机质量模数不小。提升系统安全制动减速度规定值如表 1 所列。

表1 提升系统安全制动减速度规定值

在表 1 中，Ac为自然减速度，m/s2；θ为井巷倾角，(°)；f为绳端载荷阻力系数，一般取 0.010～0.015。

对于斜井提升机来说，安全制动关键在于θ≤ 30°的情况，以此为例 (θ＞ 30°的情况类似)，将表内数值代入式 (5)、(6)，化简得出

当上式成立时，很容易求出合适的K值，代入公式 (3)，得出合适的油压整定值。

(2) 当3＞K≥2 时

当式 (7) 不成立时，即提升机质量模数较小，此时有 2 种处理办法，第 1 种是降低K值，但不得小于2，代入式 (5)、(6) 得出满足表 1 的重载上提制动减速度as、重载下放制动减速度ax，然后将K值代入式 (3) 得出液压站油压整定值；第 2 种办法是对上提和下放 2 种情况分别取K值，分别得出满足表 1 的重载上提制动减速度as、重载下放制动减速度ax，分别将上提和下放的K值代入式 (3)，得出上提和下放的油压值。

(3) 当前 2 种情况都不满足时

当K值降为 2，as仍然不满足表 1 中减速度的规定值时，减小载荷，降低最大静张力Fc。当静张力Fc减小，在K=2 时的制动力下降，as也随之下降，可以满足要求，可能由此引起ax也下降，不能满足表 1 中制动减速度的规定值，只能再降低载荷质量，但不降低制动力，可同时满足K、as、ax的要求，此时提升载荷的质量才算确定，得出最终的油压整定值。

3 验证

下面结合笔者在实际工作中的几个案例进行验证：

某矿井提升机斜长为 1 052 m，倾角为 20°，最大提升质量 40 t (含平板车)，拟选用 JK-4×2.7/31.5 单绳缠绕式提升机 1 台[3]，配 1 000 kW 10 kV 590 r/min 高速交流电动机，钢丝绳型号 46 ZBB 6V×34+FC 1670 ZZ，单位质量为 8.57 kg/m。经计算，其 Σm=219 048.8 kg，Fc=252.1 kN，Ac=3.49 m/s2，根据式 (4)，Z=0.99，代入式 (8) 验证，满足要求。根据式 (7)，K≤AcZ-1=2.455，K≥0.75Z+1=1.74，显然此种情况属于质量模数较小的情况，取K=2.2，代入式 (3) 即可得油压整定P贴=9.6 MPa，按照计算数值设置液压站油压，经现场试车运行取得满意效果。

4 结论

笔者以斜井缠绕式提升系统为例，为了简化计算，引入质量模数概念；结合《煤矿安全规程》(2022) 的最新规定和工程实际，阐述了在各种情况下如何选取合适的K值，得出满足《煤矿安全规程》 (2022) 的重载上提和下放的制动减速度，并计算出液压站油压整定值，解决以往设计人员在设计过程中只计算制动力或制动力矩，并不能进一步计算液压站油压整定值的问题；利用K值的选取范围定义合理的提升系统质量模数是否较小的边界。笔者提出的方法能够根据提升系统的基础数据快速得出K值，校验系统制动减速度是否满足要求，并得出合理的油压整定值。同时，立井缠绕式提升系统和立井摩擦式提升系统的计算过程与斜井缠绕式提升系统类似，对其计算推导也有指导意义。