礦井提升機現(xiàn)狀和發(fā)展我國礦業(yè)大學(xué)礦井運輸提升設(shè)備小論文

./Chinauniversityofminingandtechnology礦井提升運輸設(shè)備礦井提升機學(xué)院名稱機電工程學(xué)院專業(yè)名稱機械工程及自動化學(xué)生姓名學(xué)號任課教師二〇一四年十二月礦井提升機摘要：作為礦山咽喉設(shè)備的礦井提升機,對礦山的高效安全生產(chǎn)與經(jīng)濟運營具有極其重要的作用。它不僅裝機容量大,耗能高,而且作為一個典型的位勢力矩負載,要求其拖動電動機在其機械特性的四個象限內(nèi)頻繁周期性的進行起動、制動和反向運行。反映其運行狀態(tài)的速度圖和力圖是根據(jù)設(shè)計的提升能力和安全規(guī)程確定的,對其在運行過程中的加速度、減速度以及各個運行階段的行程和最后的停車位置都有精確的要求和嚴格的限制。因此,提升機始終是電力拖動與控制學(xué)科的典型應(yīng)用裝置和研究對象。本文詳細介紹了礦井提升機的研究發(fā)展。關(guān)鍵詞：礦井提升機；現(xiàn)狀；發(fā)展；研究。MinehoistAbstract：Astheminethroatequipmenthoist,playsanextremelyimportantroleineffectiveandsafeproductionandeconomicoperationofmine.Itnotonlyinstalledcapacityoflarge,highenergyconsumption,butalsoasatypicalpotentialtorqueloadrequirements,themotordriveinthefourquadrantsofthemechanicalpropertiesofperiodicinfrequentstarting,brakingandreverseoperation.Reflecttherunningstateofthespeedchartandtrytobedeterminedaccordingtoenhancecapacityandsafetyrulesforthedesign,havetheexactrequirementsandstrictrestrictionsontherunningprocessofacceleration,decelerationandeachoperationstageofthetripandthelaststopposition.Therefore,hoistalwaysisatypicalapplicationofdeviceandtheobjectofstudyofelectricdriveandcontrolsubjects.Thispaperintroducestheresearchanddevelopmentofminehoist.Keywords:Minehoist;status;development;research.概述礦井提升機,又叫絞車,是一種大型提升機械設(shè)備。它在生產(chǎn)過程中擔負著提升礦物和升降人員、設(shè)備及材料等重任。由電機帶動機械設(shè)備,以帶動鋼絲繩從而帶動容器在井筒中升降,完成輸送任務(wù)。礦井提升機是由原始的提水工具逐步發(fā)展演變而來。近年來,由于電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代控制理論的逐步完善,國內(nèi)外電氣傳動技術(shù)得到了迅猛發(fā)展,尤其是交流變頻傳動,已在中、小容量占有相當?shù)臄?shù)量?，F(xiàn)代的礦井提升機提升量大,速度高,安全性高,已發(fā)展成為電子計算機控制的全自動重型礦山機械[1][2]。2.礦井提升機電氣傳動控制技術(shù)發(fā)展回顧2.1二十世紀國外的3個發(fā)展階段第一階段,從50年代末到60年代初,主要有交流繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻的轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)和發(fā)電機—電動機的直流傳動系統(tǒng)兩種類型,電氣控制為繼電器—接觸器式的有觸點系統(tǒng)。這兩類系統(tǒng)存在運行費用高,安全可靠性差,維護工作量大等缺點。第二階段是60年代初到70年代末,由于大功率的晶閘管在工業(yè)應(yīng)用上得到了推廣,晶閘管供電的直流他激電動機傳動提升機也獲得了較大面積的普及,其控制系統(tǒng)采用了電子調(diào)節(jié)器。80年代采用晶閘管交—交變頻的轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)可認為是第三個階段的開始,這一類型的系統(tǒng)與同等容量直流傳動相比,不僅損耗可以減小40%,而且還可以免去換向器維護的麻煩。由于同步電動機具有功率因數(shù)高,效率高等優(yōu)點,德國多采用,但是它需要增加勵磁回路,結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,所以日本主張配置異步電動機[3]。2.2國內(nèi)提升機電氣傳動技術(shù)的發(fā)展我國在五六十年代,一般采用交流傳動方式。其優(yōu)點：技術(shù)比較簡單,設(shè)備及安裝費用低,占用面積小,運行維護容易。缺點是：電氣調(diào)速性能差,在減速和爬行階段需要另外增設(shè)傳動裝置,如動力制動、低頻傳動以及晶閘管串級傳動等,雖然調(diào)速性能得到了改善,然而設(shè)備投資和系統(tǒng)的復(fù)雜性也增加了。由于交流傳動受主電動機和控制設(shè)備制造容量的限制,所以,對要求提升容量大、速度高的大型礦井,一般采用直流傳動裝置[4]。進入70年代后,礦井的規(guī)模愈來愈大,年設(shè)計生產(chǎn)能力為300、400、500萬t,甚至更大。特別是對于一些井深達600IIl,800m以上的礦井,要求裝載容量大,提升速度高,箕斗容量從12t、18t增大到32t,提升速度從6m／s,8m／s,提高到14m／s,甚至還高。對于提升自動化水平要求也愈來愈高,因此,原來的交流傳動已遠遠不能滿足需要,必須采用直流傳動方式[5]。直流傳動的最大優(yōu)點是：調(diào)速平滑穩(wěn)定,調(diào)速范圍寬闊,容易實現(xiàn)提升自動化,因為電動機的轉(zhuǎn)速幾乎與提升負載無關(guān),在低速范圍內(nèi)也能穩(wěn)定運行。負力減速時可將機械能轉(zhuǎn)換為電能返回電網(wǎng)。它的缺點是建設(shè)投資大,基礎(chǔ)費用高。直流傳動方式又分為發(fā)電機一電動機傳動和晶閘管變流器一電動機傳動方式兩種,兩者相比,晶閘管變流器一電動機傳動又具有動作速度快、可靠性高、維護工作量小、故障少、運行效率高,體積小、重量輕和占地面積小等優(yōu)點。它的缺點是對交流電網(wǎng)的無功沖擊大,因而產(chǎn)生較大的起動壓降。它的高次諧波會引起交流電網(wǎng)電壓正弦波形的畸變,干擾其他用電設(shè)備,運行功率因數(shù)低等[6]。但如對變流器采取特殊接線方式,電樞回路用兩組晶閘管橋串聯(lián),采用"順序控制"方法可以提高功率因數(shù),特別是系統(tǒng)中配置無功補償和諧波吸收裝置后,將大大削弱晶閘管整流裝置對交流電網(wǎng)的無功沖擊和諧波污染,為此,晶閘管交流變流器供電的直流傳動裝置具有廣闊的遠景。70年代后期,我國煤炭系統(tǒng)從瑞典、德國、法國、波蘭等國引進了多臺晶閘管變流器供電的直流提升機。隨著晶閘管變流器供電傳動技術(shù)的引進和發(fā)展,國內(nèi)也進行了設(shè)計和制造,并取得了良好的效果。目前晶閘管元件的容量已發(fā)展到4000V,3000A以上,直流快速斷路器的容器已擴展到6000A以上[7]。3.礦井提升機安全技術(shù)發(fā)展目前國內(nèi)使用較多的提升系統(tǒng)主要是立井單繩纏繞式和多繩摩擦式提升,一般由提升容器、提升鋼絲繩、滾筒、減速器、井架和裝卸載設(shè)備<或操車設(shè)備>以及拖動電機、電控設(shè)備和制動裝置等組成。二者都可以采用罐籠或箕斗2種提升方式,罐籠用于運送人員、設(shè)備和物料．箕斗用于提礦物[8]。從統(tǒng)計結(jié)果可以看出,過卷、斷繩、滑動和制動失效,是提升機運行系統(tǒng)的常見故障,嚴重影響了提升機的運行安全和穩(wěn)定性。根據(jù)文獻檢索和現(xiàn)場事故調(diào)查結(jié)果,發(fā)現(xiàn)礦井提升機發(fā)生故障有許多非自然因素,如設(shè)備質(zhì)量低劣、操作管理不當、人為因素、保護繼電器誤動作、外部環(huán)境干擾影響等。這些非自然因素都有可能被早期發(fā)現(xiàn)和預(yù)防,甚至能完全避免[9]。〔1高可靠性液壓裝置的研究和應(yīng)用在因制動系統(tǒng)失效而引發(fā)的事故中,由液壓站引起的故障占有較大的比例。目前關(guān)于高可靠性液壓裝置的研究,主要內(nèi)容是在實現(xiàn)提升機工作制動、安全制動和調(diào)繩等功能的基礎(chǔ)上,增加改善系統(tǒng)的調(diào)壓、多路回油保護、殘壓保護、電磁閥故障檢測以及PLC程序化控制等功能。其最終目標是通過增加液壓站的安全保護功能和改善工作制動性能,提高液壓系統(tǒng)的可靠度。從而使整個提升機制動系統(tǒng)更加安全可靠。<2>恒減速液壓制動系統(tǒng)的研究和應(yīng)用提升機安全制動是通過對液壓制動系統(tǒng)中電磁閥的控制來調(diào)節(jié)制動油壓的大小。從而實現(xiàn)對制動器制動力矩的控制。提升機安全制動時的減速度必須滿足文獻的有關(guān)規(guī)定。否則,若制動減速度過大,雖然停車快,但將會對提升機機械設(shè)備和鋼絲繩產(chǎn)生很大的沖擊,對摩擦輪提升機還會產(chǎn)生鋼絲繩相對摩擦輪打滑的現(xiàn)象；若制動減速度過小,則制動時間加長,不能及時停車,又容易產(chǎn)生過卷或礅罐等事故。因此,目前,國外基本上使用恒減速制動系統(tǒng)。國外以德國的西馬格公司<Siemag>、SIEMENS、ABB公司等的產(chǎn)品為代表[10]。國內(nèi)礦井提升機仍停留在完善過去引進的前蘇聯(lián)式的二級制動系統(tǒng)的配套使用上。恒減速制動的使用不足國內(nèi)提升機總量的l％,而且只在豎井和多繩摩擦提升機上使用。此外,國內(nèi)所采用的恒減速制動系統(tǒng)多數(shù)是從國外引進的,價格都非常昂貴。國內(nèi)自行研制的恒減速制動系統(tǒng)又或多或少地存在這樣那樣的問題,在現(xiàn)場的實際應(yīng)用過程中,效果不是十分理想[11]。<3>可調(diào)閘回路控制方式的研究和應(yīng)用可調(diào)閘是司機進行工作制動手柄控制的機械制動閘,目前普遍采用盤形閘。可調(diào)閘制動器所產(chǎn)生的制動力矩與流過電液閥線圈KT的電流有關(guān)[12]。國外發(fā)達國家,如英、德比較重視安全性能,不但采取了用各種方式來構(gòu)成獨立工作的雙通道安全監(jiān)視和安全回路、軟件設(shè)計中也采用多種監(jiān)視保護措施來提高安全可靠性,而且具有詳盡的安全設(shè)計技術(shù)規(guī)范和相對獨立的監(jiān)督機構(gòu)[13]。相比之下,我國現(xiàn)存和生產(chǎn)的電控系統(tǒng)在安全設(shè)計和性能上均有較大差距,集中體現(xiàn)在安全設(shè)計原則和要求不夠明晰；相關(guān)措施不得力、不完善；產(chǎn)品元件可靠性指標有待提高等。國內(nèi)主要礦用提升機生產(chǎn)廠家,生產(chǎn)的交流電控配套設(shè)備一直采用異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方案。我國的礦井提升機電控系統(tǒng)主要以TKD交流拖動為代表[14]。但是．近年來已經(jīng)有了較大的發(fā)展和提高。其中具有代表性的有中礦大傳動與自動化有限公司的于1993年研制成功的ASCS系列直流提升機全數(shù)字調(diào)速電控系統(tǒng)：2001年由XX礦業(yè)<集團>公司、冶金自動化研究設(shè)計院、XX煤炭設(shè)計研究院等單位聯(lián)合攻關(guān)完成的我國第l套國產(chǎn)特大型提升機全自動化、全數(shù)字交交變頻雙機拖動系統(tǒng)及中國礦業(yè)大學(xué)機械工程系研制的基于PLC的提升機盤閘制動自控系統(tǒng),陳四樓主井提升機的信息管理系統(tǒng)等[15]。綜上所述,整體上國內(nèi)礦用提升機電控系統(tǒng)及調(diào)速裝置大多處于落后狀態(tài)。但是,近年來在引進消化開發(fā)利用以及自主研發(fā)等方面還是有了較大的進展。4.總結(jié)交流傳動技術(shù),尤其是交流變頻調(diào)速是今后礦井提升機的重要發(fā)展方向。對于我國礦井提升機電氣傳動系統(tǒng)在今后的發(fā)展趨勢,應(yīng)從以下幾個方面考慮。4.1立足現(xiàn)狀,加大技術(shù)改造力度我國礦井提升機電氣傳動系統(tǒng),雖然經(jīng)過近幾年來的技術(shù)改造,取得了明顯的效果,但從整體上來看這一工作還遠未結(jié)束,尤其是在目前財力和技術(shù)力量有限的情況下,將技術(shù)改造確定為我國礦井提升機近期的主要任務(wù)是合乎我國國情的。尤其是對占整個礦井提升機容量絕大部分的繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻系統(tǒng)的改造[16]。目前我國生產(chǎn)現(xiàn)場采用PLC系統(tǒng)代替觸點式繼電器邏輯控制系統(tǒng)技術(shù)日趨成熟,并獲得了一定范圍的推廣,成效也是顯著的。因而,在此基礎(chǔ)上,充分利用PLC的軟件及實時控制功能,可獲得投資小,見效快的效果。比如,為了提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)能力,開發(fā)包括負載在內(nèi)的系統(tǒng)參數(shù)實時識別與自調(diào)節(jié)技術(shù),研究開發(fā)以加速度為函數(shù)的加速控制原則以及變減速點等控制技術(shù),并采用硬件與軟件控制相結(jié)合的方法,從而既使系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性得以提高,同時還可以提高其安全可靠性[17];其次,為了盡可能地提高安全保護系統(tǒng)的可靠性,最大限度地采用冗余設(shè)計思想,對于系統(tǒng)中涉及與安全有關(guān)的子系統(tǒng),像測速回路斷線保護、深度指示器失效、自動減速控制以及限速保護等重要環(huán)節(jié)都由兩套計算機系統(tǒng)同時工作,互為監(jiān)視;另外,現(xiàn)有動力制動、低頻制動以及二級制動等控制技術(shù)的進一步完善,使之提高控制精度、擴大適用范圍和增強適應(yīng)性也是技術(shù)改造的重要內(nèi)容[18]。4.2確定方向,重點扶持先進技術(shù)的研究與引進在對現(xiàn)有設(shè)備進行技術(shù)改造和在有計劃、有目的、有重點地引進國外先進技術(shù)、產(chǎn)品的前提下,進行先進技術(shù)理論和應(yīng)用技術(shù)的研究,是我國礦井提升機發(fā)展趨勢的中長期任務(wù)[19]。對于這方面的工作,各級領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)技術(shù)人員首先必須要有明確的目標,合理安排,統(tǒng)籌規(guī)劃,將有限的資金重點扶持一些已有一定基礎(chǔ)的系統(tǒng)設(shè)計、元器件制造和使用單位,避免各自為政、"遍地開花"的散亂狀態(tài)。力爭在盡可能短的時間內(nèi)開發(fā)研制出適合我國礦井需求的產(chǎn)品,逐步將超期服役的、技術(shù)檔次太低的系統(tǒng)更換掉[20]。當然,要確定一個合理可行的發(fā)展方向,也并非是一件容易之事。它需要大量的調(diào)研和論證工作,要收集必要的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。就目前的發(fā)展趨勢來看,晶閘管供電直流傳動和交—交變頻交流同步電動機傳動這兩種方案占有優(yōu)勢,但是后者與前者相比,除在調(diào)速性能方面可媲美外,還具有同步電動機結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、維護量小、電耗低、過載能力大和適合大功率、低轉(zhuǎn)速場合等優(yōu)點,因而從長遠觀點來看,多數(shù)人還是主張將我國礦井提升機發(fā)展方向的重點定為交—交變頻交流傳動較為合理[21]。4.3加強管理,注意技術(shù)力量的積累礦井提升機是一個集機、電、液技術(shù)為一體的大型機電產(chǎn)品,技術(shù)含量比較高,不僅僅是設(shè)計制造,就是使用維護也需要一批高素質(zhì)的專業(yè)技術(shù)人才,對于這一點,管理部門要引起足夠的重視。目前部分現(xiàn)場技術(shù)力量相當薄弱,就連目前TKD控制系統(tǒng)的原理都不能很好地掌握,至于計算機控制技術(shù)、變流技術(shù)就更為生疏。因而,加強技術(shù)人員的業(yè)務(wù)考核,有計劃地進行定期的技術(shù)培訓(xùn)與深造,以建立一套確實可行的技術(shù)積累機制,為我國礦井提升機的發(fā)展創(chuàng)造一個良好的環(huán)境[22]。參考文獻：[1] 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