矿井提升机延迟式保护速度设计方法.pdf

第3 3 卷第6 期 2 0 0 4 年1 1 月 中国矿业大学学报 J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g T e c h n o l o g y V 0 1 ．3 3N O ．6 N O V ．2 0 0 4 文章编号1 0 0 0 1 9 6 4 2 0 0 4 0 6 0 7 2 1 0 5 矿井提升机延迟式保护速度设计方法 邓世建，于月森 中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州2 2 1 0 0 8 摘要分析了矿井提升机保护速度的当前设计方法及不足，提出了一种延迟式设计方法．使用该 方法设计的延迟式保护速度不仅能够避免提升机减速阶段初期易于发生的、不必要的限速保护， 而且能够为提升机电气和机械制动系统的响应延迟提供适当的补偿时间．实践证明，延迟式保护 速度能适应较大的负载变化，可以实现准确、可靠的速度保护． 关键词矿井提升机；延迟式保护速度；制动系统 中图分类号T D6 3 ；T P1 3文献标识码A M e t h o do fD e s i g n i n gt h eD e l a y e dL i m i tV e l o c i t yf o rMi n eH o i s t D E N GS h i j i a n 。Y UY u e - s e n S c h o o lo fI n f o r m a t i o na n dE l e c t r i c a lE n g i n e e r i n g ，C U M T ，X u z h o u ，J i a n g s u2 2 1 0 0 8 ，C h i n a A b s t r a c t I nt h i sp a p e r ，t h ec u r r e n td e s i g nm e t h o da n ds h o r t c o m i n go fm i n eh o i s tl i m i tv e l o c i t y w e r ea n a l y z e da n dt h ed e l a yd e s i g nm e t h o dw a sp r o p o s e d ．W i t ht h eD e l a y e dL i m i tV e l o c i t y D L V d e s i g n e dw i t ht h em e t h o d ，n o to n l yt h eu n n e c e s s a r yo v e r s p e e dp r o t e c t i o nw h i c hi si n c i d e n ti nt h e i n c i p i e n ts t a g eo fh o i s ts l o w d o w nc a nb ea v o i d e d ，b u ta l s ot h eo p p o r t u n ec o m p e n s a t i o nc a nb e p r o v i d e df o rt h er e s p o n s ed e l a yo ft h ee l e c t r i ca n dm e c h a n i c a lb r a k es y s t e m ．E x p e r i m e n t ss h o wt h a t t h el a r g e rl o a dv a r i e t yc a nb ea c c o m m o d a t e da n dt h ee x a c tr e l i a b l eo v e r s p e e dp r o t e c t i o nc a nb e a c h i e v e do u tw i t hD L V ． K e yw o r d s m i n eh o i s t ；d e l a y e dl i m i tv e l o c i t y ；b r a k es y s t e m 矿井提升机主要用于提升矿石、材料和人员， 是矿山生产的重要运输设备．由于其运行特性复 杂、速度快、惯性质量大，一旦运行速度失去控制而 不能按照给定速度运行，就可能发生超速、过卷等 提升事故，造成设备损坏甚至人员伤亡，给矿山带 来重大经济损失，因而矿井提升机的速度保护显得 尤为重要． 文献[ 1 ] 第四百二十七条规定提升装置必须 装设防止过速保险装置，当提升速度超过最大速度 1 5 ％时，防止过速装置必须能自动断电，并能使保 险闸发生作用；提升速度超过3m ／s 的提升绞车必 须装设限速装置，限速装置保证提升容器 或平衡 锤 到达终端位置时的速度不超过2m ／s ．这是一 个比较简要的安全技术要求，为了实现准确、可靠 的速度保护，人们进行了长期、不断地探索，提出了 诸如包络线监视、逐点监视和2m ／s 限速保护[ 2 q ] 等许多具体方法，但实际效果并不是令人十分满 意．因此，总结、分析和改进当前保护速度的设计方 法是非常必要的． 1当前保护速度设计方法及不足 在提升机系统中，不论采用何种提升形式，都 有固定的循环运行方式，亦即按照一定的速度图运 行，目前典型的是5 段或6 段运行速度图，其保护 速度如图I 所示[ 5 ‘6 ] ． 在图1 中，A 为减速点，B 为爬行点，C 为停车 点．在图1 b 中，保护速度分为等速段 o A ，减速段 J l z 仙和爬行段 嬲3 个部分，其中 o A 段的保护速度 收稿日期2 0 0 3 1 2 1 0 作者简介邓世建 1 9 6 2 一 ，男，江苏省铜山县人，中国矿业大学副教授，工学博士，从事电力电子与电力传动方面的研究． 万方数据 7 2 2中国矿业大学学报 第3 3 卷 。 竹 ● E ≤ f E 咋 D 图1 提升机保护速度 F i g ．1 M i n eh o i s tl i m i tv e l o c i t y 为给定速度的1 1 5 ％， 葩段为给定速度的1 1 0 ％， h B 段为一条曲线，如式 1 所示 设行程沿h 轴正 向减小 ． 1 ．1 5 v 。 [ 堂葺等型 L H A H B 一 h - ㈨ 1 ．h z ] 2 1 ．1 v p ≥H A ， 1 H h ≥H B ， h m 为提升系统的总变位质量； a 为提升机的运行加速度． 对于当前普遍使用的双容器提升系统来说 见 图2 ，提升系统的净阻力为嘲 h ／m b F j O ．g p H 一2 h c 吨 - O x ， 3 图2 双容器提升系统 F i g ．2 T h ed o u b l es k i ph o i s ts y s t e m 式中Q 为净提升负载质量；P 为提升钢丝绳单位 重力；H 为提升高度；h 为提升机已经运行的行程； 6 0 s ，峨分别为重载和空载侧净阻力．对于t O s 和峨， 通常根据净提升负载Q 进行估计[ 5 ] ，即式 3 可以 变成 F j 一 1 矗 Q g p H 一2 h ， 4 式中o 点 ≥H B ， 8 式中h 川为A 7 点的提升高度． 这样，局部放大了自由滑行减速阶段 们，的保 护速度，避免了可能出现的超速现象及不必要的速 度保护．同时， 舢，段的运行时间补偿了电气和机械 制动系统的响应延迟，为它们发挥作用将较高的减 速段运行速度降下来提供了适当的时间．该设计方 法既不提前运行减速点、也不改变爬行点，又不全 垄一 釜 塑比 万方数据 7 2 4中国矿业大学学报 第3 3 卷 部增大或平移保护速度，仅将保护速度减速点延迟 到A ’点 将 仙段“压缩”了行程 肌， ，完全不影响 提升机控制系统速度保护的准确性和安全性，是可 取的． 行程 删大小的选取与提升机净提升负载、等 速段运行速度和制动系统最大响应延迟等因素有 关．为了保证在自由滑行减速的 肌，段不出现超速 现象，提升机在h 川的运行速度附必须满足式 9 的要求；为了能补偿制动系统的响应延迟，提升机 运行h 删段的时间t 删必须满足式 1 0 的要求，即 V A ，≤1 ．1 5 v 。， 9 ￡们，≥T o ， 1 0 式中附为A ’点实际运行速度；n 为丁，，丁。中的 最大值． 根据质点运动方程，可以得到h 删与提升机运 行速度的关系为式 1 1 、与￡们，的关系为式 1 2 设t 一O ． 2 以 。4 ， 口叠，一秽刍． 1 1 2 ， 2 v t A A ， a t ‰，． 1 2 对于式 1 1 ，当口一0 时，提升机以等速段速度 作匀速运动，式 1 1 两边恒等，任何 朋，都能满足 式 9 ；当a 0 时，提升机从等速段速度开始作 匀加速运动，为了满足式 9 ， 朋，的最大值为 设 秽 一可。 ． ‰，≤盟皆乩1 6 1 2 5 鲁． 1 3 对于式 1 2 ，为了满足式 1 0 ， 似，的最小值为 设口 一口。 ． A A ，≥口。7 ’o 羔7 3 ． 1 4 联合式 1 3 和式 1 4 即可得出保护速度减速 点的延迟行程 M ， 0 ．1 6 1 2 5 尝≥ 朋，≥V m 兀 号丁邑 1 5 4应用实例 延迟式保护速度设计方法先后在多个交、直流 提升机控制系统中获得应用，图6 是其中的一个应 用实例．该实例为一个缠绕式、双容器、无平衡尾绳 的交流主井提升机系统，配备定量装载装置，采用 盘式机械制动系统和动力电气制动系统，额定提升 净负载为5t ，等速段设计运行速度为5 ．7 5m ／s ，爬 行段设计运行速度为0 ．5m ／s ，运行减速点在3 5m 处，设计减速行程为3 3m ． f ， 吕 ≤ 图6 提升机延迟式保护速度应用实例 F i g ．6 Aa p p l i c a t i o ni n s t a n c eo fm i n eh o i s t d e l a y e dl i m i tv e l o c i t y 根据式 1 1 和式 1 3 计算h 删最大值时，考虑 到配备了定量装载装置，能够保证口≤0 ，h 删取值 任意．根据式 1 2 和式 1 4 计算 似，最小值时，取口 0m ／s ，T 。 0 ．8S ，得到h 删 4 ．6m ．考虑到实际 运行减速点、提升负载变化和设备维护等因素的影 响，经过调试，取 制一8m 比较理想． 可以看出，按照延迟式保护速度设计方法，自 由滑行减速阶段采用等速段保护速度，没有出现超 速，保护速度减速点延迟了8m 行程后，电气和机 械制动系统开始发挥作用将提升机运行速度减了 下来．既避免了不必要的紧急制动，又保证了提升 机安全高效地运行．如果按照图1 的方法设计减速 段保护速度，自由滑行减速阶段就可能出现限速保 护． 5 结束语 延迟式保护速度设计方法是在分析提升机动 力学特性的基础上、，根据控制系统的制动性能提出 的．使用该方法设计的保护速度不仅能够避免提升 机自由滑行减速阶段可能出现的超速现象及不必 要的限度保护，而且能够弥补机械和电气制动系统 的响应延迟，为它们发挥正常制动作用将较高的减 速段运行速度降下来提供了适当的时间．实践证 明，使用延迟式保护速度能够适应较大的负载变 化，可以实现准确、可靠的速度保护，而且设计简 单、使用方便． 应用中必须注意1 保护速度减速点行程延 迟值可以根据动力学参数、控制系统性能和额定提 升负载进行初步计算，再根据实际运行情况进行调 整；2 在延迟过程中，最好使机械制动系统能够尽 早发挥作用，以便尽快将运行速度减下来，避免延 迟行程过长；3 为了便于系统调试，保护速度装置 必须独立设置，而不能依靠速度给定装置获得． 万方数据 第6 期邓世建等矿井提升机延迟式保护速度设计方法7 2 5 参考文献 [ 1 1国家煤矿安全监察局．煤矿安全规程[ M ] ．北京煤 炭工业出版社，2 0 0 1 ． [ 2 ]黄双平，郭风云．矿井提升机速度保护的现状与发展 [ j 1 ．中州煤炭，2 0 0 1 4 3 4 3 6 ． H u a n g SP ，G u oFY ．P r e s e n ts i t u a t i o na n d d e v e l o p m e n to fm i n ee l e v a t o rs p e e dp r o t e c t i o n [ J ] ． Z h o n gZ h o uC o a l ，2 0 0 1 4 3 4 - 3 6 ． [ 3 ]唐金琼．提升机速度逐点监视和包络线监视技术的 研究与应用[ J ] ．有色金属，1 9 9 8 ，5 0 S 1 1 2 3 1 3 8 ． T a n gJQ ．A p p l i c a t i o no fc o m b i n e dm e t h o do fh o i s t s p e e dk e y p o i n t m o n i t o r i n g a n d s p e e d c h a r t m o n i t o r i n g [ J ] ．N o n f e r r o u sM e t a l s ，1 9 9 8 ，5 0 S 1 1 2 3 一1 3 8 ． [ 4 ] 郭文平．瑞典A B B 公司矿井提升机的安全保护系统 分析[ J ] ．矿山机械，1 9 9 7 ，2 5 6 2 5 2 8 ． G u oWP ．S a f e t yp r o t e c t i o ns y s t e ma n a l y s i sf o rt h e A B Bh o i s ti nS w e d e n [ J ] ．M i n i n g ＆P r o c e s s i n g E q u i p m e n t ，1 9 9 7 ，2 5 6 2 5 2 8 ． [ 5 3 孙玉蓉，周法孔．矿井提升设备[ M ] ．北京煤炭工业 出版社，1 9 9 5 ． [ 6 ] 卢燕．矿井提升机电力拖动与控制[ M ] ．北京冶金 工业出版社，2 0 0 1 ． 责任编辑姚志昌 第五届国际采矿科学与技术讨论会在中国矿业大学召开 T h e5 t hI n t e r n a t i o n a lS y m p o s i u mo nM i n i n gS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y 2 0 0 4 年1 0 月2 0 ～2 2 日，第五届国际采矿科学与技术讨论会在我校隆重举行．本次会议由 中国矿业大学与英国诺丁汉大学主办，国家自然科学基金委员会、中国神华集团协办，旨在邀请 国际学者与科学家共同讨论采矿科学的现状与其发展前景．来自北美、欧洲、亚洲1 7 个国家和地 区的4 5 名国外专家学者和来自国内各著名大学、科学研究机构的1 4 0 余名代表 其中，中国科学 院、中国工程院院士7 人 参加了会议． 黔 国际采矿科学与技术讨论会是由中国矿业大学主办、定期召开、在国际上有一定影响、代表 国内外采矿科学与技术先进水平的学术讨论与技术交流会议，平均每五年举行一次，此前已分别 于1 9 8 5 年、1 9 9 1 年、1 9 9 6 年和1 9 9 9 年成功举行了四届会议．会议上发表的学术论文具有广泛性 和代表性，体现了当时国际采矿科学与技术的世界先进水平．第五届国际采矿会议共分8 个议 题矿山开采、通风与安全，地质、地球物理和煤层气开采，矿山工程力学，矿山建设与巷道支护， 选煤和洁净煤技术，矿山环境、土地复垦，矿山控制、自动化和机械化，矿山经济和管理．本次大会 收到来自国内、南北美洲、欧洲、亚洲及澳大利亚学者的文章1 8 7 篇，论文集由国际著名的工程科 学与技术领域出版商A ．A ．B a l k e m a 出版． 万方数据