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沖擊力對提升機安全制動力矩的影響分析及油壓值的計算

文檔作者：李春杰文檔來源：山西宏廈第一建設有限責任公司		點擊數：	更新時間： 2025年10月03日
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上一篇：帶式輸送機安全監測系統的可行性分析研究

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試驗研究
2024年第7期 Mechanical Management and Development No.7,2024
總第255期 機械管理開發 Total255
D0I:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2024.07.001
沖擊力對提升機安全全制動力矩的影響分析及油壓值的計算
李春杰
（山西宏廈第一建設有限責任公司， 山西陽泉045000)
摘要：由于煤礦生產規模和井筒布置方式不同，施工立井深度及井筒直徑也會不同。在立井鑿井過程中，出研任
務不同，導致提升荷載不斷變化，所以必須對提升機和電機進行配套計算。因此，分析了立井鑿井提升系統中沖擊
力對安全制動力矩的影響，探討了提升系統質量模數Z與安全制動力矩倍數K的關系，給出了K值的選取方法，
提出了立井鑿井提升制動力矩的選定和油壓值的計算方法。
關鍵詞：沖擊力；制動力矩倍數；質量模數；油壓
中圖分類號：TD532 文獻標識碼：A 文章編號：1003-773X(2024)07-0001-03
0 引言
纏繞式提升機適用于立井井筒開拓系統，擔負研
石、人員、各種材料和設備的提升和運送任務，靈活性
大，安裝、拆卸、維護工作量小，所以立井施工時采用
單繩纏繞式提升機。
由于煤礦生產規模和井筒布置方式不同，施工立
井深度及井筒直徑也會不同。在立井鑿井過程中，出
研任務不同，導致提升荷載不斷變化,所以必須對提
升機和電機進行配套計算。
根據配套的要求，必須對提升系統進行驗算，
本文主要討論小質量模數的提升機安全制動力矩
問題。
1 提升系統的動力學數學模型
提升系統可簡化為圖1、圖2所示的動力學數學
模型。如果提升機在全速運行時，由于油管爆裂或在
井口超速而實施全力矩制動，類似于提升機突然卡
死，此時提升側容器可能已松繩，而下降側提升容器
因慣性仍能繼續運動。
下放和提升時振動頻率1vW2為：
mi
M
S S2
ml N
m
m3
L
圖1 上提重物
M M,
S S
mi N
S
m
m3
ml m
L
圖2 下放重物
下放：
C Wi=1 1
mi+ mx
3
上提：
C1
m3+ m 3
為簡化計算，下面僅分析上提重物鋼絲繩動力學
特性。
上提重物的解為：
1
X2- as(m3+m)sin[2(t-T )]dr. 1
化簡得上提重物的位移x2和動張力Sz分別為：
(ma+m,)as (1-cos wst). X2 Ci
Ss=(ms+m,)as( 1-cos wit).
則系統的振幅A2為：
mVa 2(1-cos W,△t) A23 X20° C (24t)2
上提重物鋼絲繩承受的最大沖擊力為：
收稿日期：2023-12-25
作者簡介：李春杰（1970一），男，畢業于太原重型機械學院礦山機械專業，高級工程師，主要從事礦山機電設備的運行維護管理和礦
山機電設備的安裝工作。
第39卷
機械管理開發
jxglkfbjb@126.com
Sα=mVw=(m3+m,)V EF 1m)L m
?
上提重物鋼絲繩承受的沖擊力與繩端載荷成正
比,與提升速度成正比，與振動頻率成正比，與提升容
器距提升機卷筒的距離成反比。因此，在不同位置制
動提升機時鋼絲繩的沖擊力差距很大。
同理，可得下放重物鋼絲繩的動張力計算式為：
Sai=(mi+mx)ag(1-cos Wit).
顯然,當cosWit=-1時,提升機提升重物的鋼絲
繩張力為最大：
Sz2,mx=2(mg+m,)a3.
提升系統緊急制動時，提升機提升重物的鋼絲繩
張力為：
S2=(mg+mt)(g-2a).
由于S2≥0，可得出緊急制動時提升重物的加速
度ag≤5m/s?。
同理下放重物的鋼絲繩動張力為Sal=2(mi+mx)as;
在提升機緊急制動時，提升機下放重物的鋼絲繩張力
為 S=(mi+m)(g+2a)。
緊急制動時下放重物的減速度ag≥1.5m/s。
由于提升重物緊急制動或者提升重物減速度過
程中發生緊急制動都會引起提升容器的強烈震蕩，因
此，目前在鑿井提升設計中廣泛采用沖擊限制設計理
論，即限制提升系統加、減速度的變化率，這樣可以有
效地減小提升容器的震蕩，從而解決豎井提升鋼絲繩
松繩問題。
2 制動力矩的選取
2.1 制動力矩與減速度的關系
由于動力學力矩平衡方程導出提升系統制動力
矩與制動減速度的關系。
提升重物時的制動減速度a：
M,+M as ZmR
下放重物時的制動減速度α：
M,-M, ax ZmR
式中：ag為提升重物時的制動減速度，m/s?;ax為下放
重物時的制動減速度,m/s?;M,為提升機制動力矩,N·m；
M,為提升系統最大靜力矩,N·m；Zm為提升系統變
位質量,kg;R為提升機卷筒半徑,m。
提升機制動力矩與提升系統最大靜力矩的關系
為M=KM，提升系統最大靜力矩，則M=FR，
M,=KFR。其中：F為提升鋼絲繩實際最大靜張力差,N。
由此可得：K=a.Z-1,K=a,Z+1。其中：Z為提升系
統的質量模數,Z=(Zm)/F。
2.2 制動力矩倍數的確定
對不同類型的提升系統，其安全制動有不同的限
制要求,K值的選取范圍有所不同，主要討論豎井單
繩纏繞式提升系統。
《煤礦安全規程》對制動力矩和制動減速度做了
如下規定：
1)豎井提升系統的安全制動減速度必須符合：提
升減速度小于等于5m/s²下放減速度大于等于1.5m/s。
2)提升機制動裝置產生的制動力矩與實際提升
最大載荷旋轉力矩之比K值不得小于3。對質量模數
較小的提升機，上提重載保險閘的制動減速度超過規
定值時，K值可以適當降低，但不得小于2。
3)在調整雙滾筒提升機滾筒旋轉的相對位置時，
制動裝置在個滾筒閘輪上所產生的力矩，不得小于滾
筒所懸重量（鋼絲繩重量與提升容器重量之和）形成
的旋轉力矩的1.2倍。
本文主要討論(2)中提到的質量模數較小的提升
機的安全制動力矩。
提升重物制動減速度a,≤5m/s²,K≤5Z-1;
下放重物制動減速度a≥1.5m/s²,K≥1.5Z+1。
令K=5Z-1和K=1.5Z+1，可得Z-K關系曲線如
圖3所示。
I :K=5Z-1
II :K=1.5Z+1 E 9
8
7
6
5
4
D
3
2 IC B
1 1
0 0.57 0.81 1.33 2
提升系統質量模數Z
圖3 Z-K關系曲線
由圖3可得：
1)當Z≤0.57時，上提重物K≤1.85，下放重物
K≥1.85。
由于立井施工井筒深度不斷發生變化以及礦井
建設單位設備的機動性會選擇轉動慣量偏小的電動
機進行配套，會經常出現提升系統質量模數Z≤0.57
的情況。當Z≤0.57時，上提重物和下放重物的K值
會向兩個不同的方向發散。通過設置上提重物和下放
重物不同的油壓值，經電控系統分別對上提重物和下
放重物進行獨立控制，使得K≤1.85時，能夠滿足
《煤礦安全規程》要求的減速度時，提升機速度迅速
降為零，再使制動器以大于3倍的靜力矩把滾筒緊
緊閘牢。
下轉第7頁）
M,≥3M;.
2024年第7期 李春杰：沖擊力對提升機安全制動力矩的影響分析及油壓值的計算
2)當0.571.33時，K值必須大于3。
3 液壓站油壓值得計算
3.1 液壓站工作油壓值
首先要求制動力矩滿足3倍靜力矩，即：
貼閘油壓值：
P N=K3F.R; A AnRu
N3F.R nR.u
式中：M,為制動力矩；M為靜力矩;N為作用在制動
盤上的正壓力；n為制動器總油缸數;Rz為制動半徑；
u為閘瓦摩擦系數;F。為實際靜張力差R,為卷筒半
徑；A為盤式制動器的活塞面積。
系數K的取值：當0≤c≤1時,K=1.11;當c>1,
C
k=1.1。式中：c為質量特性系數。
系統最大工作油壓值即為Pmax值為：
Pmax=P,+C;+C2+C3.
式中：Ci為克服閘瓦間隙所需油壓值，取0.9MPa;C2
為克服運動阻力所需油壓值,取0.7MPa;C,為油壓殘
壓,取 0.5 MPa。
考慮到液壓站制動器油缸間有壓力損失，實際液
壓站所謂的油壓值可比上述計算值大0.3～0.5MPa。
3.2一級制動油壓值的確定
P1 級 =Pmax-Ci-C 2M,-M, 4AuR,nb
式中：M,為第一級制動力矩;A為油缸面積;R,為制
動半徑nb為B組制動器閘瓦副數。
4計算示例
以七元煤業公司立井提升為例，提升系統參數計算：
Ga=J/R2=4J(ilD)2.
式中：Ja為電機轉動慣量，取190kgm²i為減速
器傳動比，取22.4；D為提升機滾筒直徑，取4m。
將數值帶人公式得：Ga=23833.6kg。
天輪轉動慣量變位到滾筒纏繩圓周上的質量：
G=J/R2=4J(ilD)2.
式中：J.為天輪轉動慣量，取5843kgm²；i為傳動比，
取1;D為天輪直徑,取4m。
將數值帶人公式得:G,=1460.75kg。
提升系統的總變位質量：
G;=Q+2Qz+2pL,+2G,+Gg+Gd
式中：Q為提升容器的載荷，取6630kg;Qz為提升容
器的質量，取7200;p為提升鋼絲繩單位長度質量，
取8.99kg;L為提升鋼絲繩總長度，取880m；Gjc為
提升機的變位質量，取35700kg。
將數值帶人公式得：G=101519.5kg。
提升系統的總變位質量：
m=G/g.
將數值帶入公式得：m=10348.57kg?s²/m
實際靜張力差：
F=Q+Q1.
式中：Q為提升容器的載荷，取6630kg;Q1為鋼絲繩
(直徑48)重為730×8.99=6562.7kg。
將數值帶人公式得：F=13147.75kg。
Z- =0.787. Z=F=0.787. F。
3倍靜張力差時：
Mz=3FD/2.
將數值帶人公式得：Mz=78886.5kg°m。
M=F.D/2.
將數值帶人公式得：M;=26294.5kg°m。
3倍靜張力差時，下放的減速度:α下=(Mz-M,)/mR=
2.54m/s(應大于1.5)。
上提的減速度:α上=(Mz+M,)/mR=5.08m/s
由計算可知：上提時加速度不滿足規程要求，需
采取二級制動措施。
5結語
提升機安全制動力矩的計算有多個限制條件，其
中沖擊限制是必須考慮的因素。當一級制動不能同時
滿足制動力矩倍數和制動減速度的要求時，為了保證
提升安全，必須采取二級制動。油壓值的確定與制動
參數有關，在調節油壓值，還應考慮閘瓦磨損程度，以
保證制動力矩滿足要求。
參考文獻
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程[M].北京：應急管理出版社，2022.
（編輯：王慧芳
上接第3頁）
(編輯：王婧）
2024年第7期 周 強，等：環模制粒模、輥擠壓過程影響因素分析
35 u=0.1
30 u=0.2
25 μ=0.3
5
0
0 5 10 15 20 2530354045505560657075
物料位置AB/mm
圖8 不同摩擦系數下AB路徑等效應力
大。因此在環模制粒工作過程中,增加環模、壓輥與
物料之間的摩擦系數，可以使等效應力變大以及增
加產量。
5結語
本文介紹了模、輥擠壓的工作原理，分析了擠壓
過程中物料受力情況，計算出成功覆取公式，并對不
同影響因素下的模、輥輥軋過程進行了ABAQUS/Explicit
有限元仿真，增大摩擦系數、減小模、輥間隙都
將使壓輥所受擠壓力增大，進而提高制粒質量。
參考文獻
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Analysis of Influencing Factors of Ring Die Pelletizing Die and Roll Extrusion Process
Zhou Qiang, Tang Xia
(Wuxi Institute of Vocational Technology, Wuxi Jiangsu 214026, China)
Abstract: Ring die pelletizing equipment is the most widely used feed processing equipment, the most important equipment, ring die
pelletizing equipment in the die, roll direct contact with the material, very easy to wear, in order to explore the wear mechanism, according
to the state of the material in the extrusion process is divided into the feed zone, deformation compression zone and extrusion molding zone,
and the extrusion process of force analysis, calculated by the success of the seizure of the formula, and through ABAQUS/Explicit finite
element analysis of the die, roll roll rolling process, and through the ABAQUS/Explicit finite element analysis of the process. Explicit finite
element analysis of the die, roll roll rolling process, to get different friction coefficients and die, roll gap situation under the pressure roller
force, for ring die granulation equipment design provides a reference.
Key words: ring die granulation; force analysis; roll rolling; finite element simulation
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Analysis of the Effect of Impact Force on the Safety Braking Torque of Hoist and Calculation
of Oil PressureValue
Li Chunjie
(Shanxi Hongsha First Construction Co., Ltd., Yangquan Shanxi 045000, China)
Abstract: Due to the different scale of coal mine production and shaft arrangement, the depth of construction vertical shaft and shaft
diameter will be different. In the process of vertical shaft drlling, the gangue task is different, which leads to the continuous change of
lifting load, so it is necessary to carry out supporting calculations for the hoist and motor. Therefore, the influence of impact force on safety
braking torque in vertical shaft drilling hoisting system is analysed, the relationship between the mass modulus Z of hoisting system and the
safety braking torque multiplier K is explored, the method of selecting the value of K is given, and the method of selecting the braking
torque and calculating the value of oil pressure for vertical shaft drlling hoisting is proposed.
Key words: impact force; braking torque multiplier; mass modulus; oil pressure

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