礦井提升系統液壓站油壓整定計算

譚龍海，徐 軍，韓秀林

通用技術集團工程設計有限公司 山東濟南 250031

隨著國民經濟的快速發展，對資源的需求越來越多，對礦井生產的安全性要求也越來越高。在各個礦井生產系統中，提升系統是重中之重，對于提升系統而言，其安全制動是核心所在。在傳統設計中設計人員一般只提供制動力或制動力矩，廠家根據數據對自家液壓站進行核算、配套和選型[1]。但是改造原有生產礦井的提升系統，需要設計人員計算油壓整定，并現場調試。筆者以斜井纏繞式提升機為例，結合工程實際與 2022 新版《煤礦安全規程》[2]詳細闡述了各種情況下K(制動力矩與實際提升最大載荷旋轉力矩之比值) 的選取、液壓站油壓整定以及緊急制動減速度的計算過程，并引入質量模數概念。

1 液壓站各種油壓值的確定

礦井提升系統正常運行時，滾筒在電動機驅動下旋轉，管內液壓油需要有一定的油壓將制動器與制動盤脫開，此時的工作油壓Pmax為最大開閘壓力，考慮管路、工作環境、海拔高度以及溫度等影響，正常工作油壓

式中：P貼為整定壓力，Pa；Pc為綜合阻力折算成的油壓值，Pa，通過查盤形制動器參數可得。

式中：N為制動盤上的正壓力，N；A總為總制動面積，m2；FC為最大靜張力，N；Rδ為卷筒半徑，m；A為盤形制動器活塞面積，m2；n為制動器總液壓缸數；μ為閘瓦摩擦因數；RCP為制動半徑，m。

為簡化計算，把μ=0.35，Rδ/RCP=0.9 代入式 (2) 得

由式 (3) 可知，公式右側只有K值未知，其余均可通過查閱液壓站參數或設計文件得到，即對于同一提升系統、同一提升工況來說，整定壓力值P貼與K值成正比，即K值會影響P貼的設定。下面以斜井纏繞式提升系統為例，分析K的計算取值。

2 斜井纏繞式提升系統中 K 值分析

《煤礦安全規程》(以下簡稱“規程”) (2022) 第 426 條規定：K值不得小于 3。對于質量模數較小的提升機，當上提重載保險閘的制動減速度超過本規程規定值時，K值可以適當降低，但不得小于 2。質量模數可定義為

式中：Σm為提升系統的總變位質量，kg。

有了質量模數，可以求出重載上提制動減速度和重載下放制動減速度

(1) 當K≥3 時

當K≥3 時，且as滿足規程要求，即提升機質量模數不小。提升系統安全制動減速度規定值如表 1 所列。

表1 提升系統安全制動減速度規定值

在表 1 中，Ac為自然減速度，m/s2；θ為井巷傾角，(°)；f為繩端載荷阻力系數，一般取 0.010～0.015。

對于斜井提升機來說，安全制動關鍵在于θ≤ 30°的情況，以此為例 (θ＞ 30°的情況類似)，將表內數值代入式 (5)、(6)，化簡得出

當上式成立時，很容易求出合適的K值，代入公式 (3)，得出合適的油壓整定值。

(2) 當3＞K≥2 時

當式 (7) 不成立時，即提升機質量模數較小，此時有 2 種處理辦法，第 1 種是降低K值，但不得小于2，代入式 (5)、(6) 得出滿足表 1 的重載上提制動減速度as、重載下放制動減速度ax，然后將K值代入式 (3) 得出液壓站油壓整定值；第 2 種辦法是對上提和下放 2 種情況分別取K值，分別得出滿足表 1 的重載上提制動減速度as、重載下放制動減速度ax，分別將上提和下放的K值代入式 (3)，得出上提和下放的油壓值。

(3) 當前 2 種情況都不滿足時

當K值降為 2，as仍然不滿足表 1 中減速度的規定值時，減小載荷，降低最大靜張力Fc。當靜張力Fc減小，在K=2 時的制動力下降，as也隨之下降，可以滿足要求，可能由此引起ax也下降，不能滿足表 1 中制動減速度的規定值，只能再降低載荷質量，但不降低制動力，可同時滿足K、as、ax的要求，此時提升載荷的質量才算確定，得出最終的油壓整定值。

3 驗證

下面結合筆者在實際工作中的幾個案例進行驗證：

某礦井提升機斜長為 1 052 m，傾角為 20°，最大提升質量 40 t (含平板車)，擬選用 JK-4×2.7/31.5 單繩纏繞式提升機 1 臺[3]，配 1 000 kW 10 kV 590 r/min 高速交流電動機，鋼絲繩型號 46 ZBB 6V×34+FC 1670 ZZ，單位質量為 8.57 kg/m。經計算，其 Σm=219 048.8 kg，Fc=252.1 kN，Ac=3.49 m/s2，根據式 (4)，Z=0.99，代入式 (8) 驗證，滿足要求。根據式 (7)，K≤AcZ-1=2.455，K≥0.75Z+1=1.74，顯然此種情況屬于質量模數較小的情況，取K=2.2，代入式 (3) 即可得油壓整定P貼=9.6 MPa，按照計算數值設置液壓站油壓，經現場試車運行取得滿意效果。

4 結論

筆者以斜井纏繞式提升系統為例，為了簡化計算，引入質量模數概念；結合《煤礦安全規程》(2022) 的最新規定和工程實際，闡述了在各種情況下如何選取合適的K值，得出滿足《煤礦安全規程》 (2022) 的重載上提和下放的制動減速度，并計算出液壓站油壓整定值，解決以往設計人員在設計過程中只計算制動力或制動力矩，并不能進一步計算液壓站油壓整定值的問題；利用K值的選取范圍定義合理的提升系統質量模數是否較小的邊界。筆者提出的方法能夠根據提升系統的基礎數據快速得出K值，校驗系統制動減速度是否滿足要求，并得出合理的油壓整定值。同時，立井纏繞式提升系統和立井摩擦式提升系統的計算過程與斜井纏繞式提升系統類似，對其計算推導也有指導意義。