【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁(yè) 交流提升設(shè)備和直流提升設(shè)備 (其中又有電動(dòng)一發(fā)電機(jī)組供電與可控硅供電之分 )。 按井筒的角度可分為： a、立井提升設(shè)備，提升容器在井中做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng) ，具有位勢(shì)負(fù)載性質(zhì)。 b、斜井提升設(shè)備， 可采用斜井串車提升，即采用礦車作為提升容器。也可采用斜 井箕斗提升，具有生產(chǎn)能力大、裝卸載自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。還可采用斜井膠帶運(yùn)輸提 升，具有安全可靠、運(yùn)輸量大等優(yōu)點(diǎn)。 c、露天礦斜坡提升設(shè)備。 礦井提升機(jī)的主要組成部分及工作原理 礦井提升設(shè)備的主要組成部分有：提升容器、提升鋼絲繩、提升機(jī) (包括機(jī)械及拖動(dòng)控制 )、井架或井塔以及裝卸設(shè)備等，這些設(shè)備構(gòu)成了礦井提升系統(tǒng)。一般的礦井提升機(jī)都有兩個(gè)提升容器，并且兩個(gè)提升容器在礦井中做方向相反的直線運(yùn)動(dòng)，即一個(gè)提升容器以一定的速 度上升時(shí)另一個(gè)提升容器以相同的速度下降。礦井提升系統(tǒng)也可分為兩大類，即用以提升煤炭、礦石的主井箕斗提升系統(tǒng)和完成其它輔助任務(wù)的副井罐籠提升系統(tǒng)。礦井提升機(jī)的系統(tǒng)并非只是上面所示的提升機(jī)部分，它還包括潤(rùn)滑系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、觀測(cè)與操縱系統(tǒng)、拖動(dòng)控制和自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)以及制動(dòng)系統(tǒng)等。 1)潤(rùn)滑系統(tǒng)：在提升機(jī)運(yùn)行過(guò)程中不間斷的給軸承以及齒輪嚙合面壓送潤(rùn)滑油，保證軸承和齒輪的正常工作。 2)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)：由減速器和連軸器組成。減速器用來(lái)減速并傳遞動(dòng)力 。連軸器用來(lái)連接提升機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，并向其傳遞動(dòng)力。 3)觀測(cè)與操縱系統(tǒng) ：包括操作臺(tái)、深度指示器等裝置。其中深度指示器可以顯示提升容器的所處的深度位置。 4)拖動(dòng)控制和自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)：包括主拖動(dòng)電機(jī)和微拖動(dòng)電機(jī)、電氣控制系統(tǒng)以及由 PLC控制的保護(hù)系統(tǒng)。 5)制動(dòng)系統(tǒng)：一般都是液壓制動(dòng)系統(tǒng)，包括制動(dòng)器和液壓傳動(dòng)裝置兩部分。制動(dòng)系統(tǒng)的功能就是使提升機(jī)卷筒剎車，停止提升機(jī)的運(yùn)行，它的可靠性直接關(guān)系到提升機(jī)的安全運(yùn)行 [33]。制動(dòng)系統(tǒng)不但需要在提升機(jī)停車時(shí)牢固的閘住提升機(jī)卷筒，還需要參與提升機(jī)的速度控制，保持提升運(yùn)行的速度不偏離預(yù)設(shè)的數(shù)值，同時(shí)在雙滾筒提升機(jī)中，制動(dòng)系統(tǒng)還被用來(lái)調(diào)節(jié)鋼絲繩 的長(zhǎng)度 [8]。熟悉礦井提升機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，對(duì)于確保提升機(jī)的安全，防止和杜絕故障及事故的發(fā)生具有重大意義。下面簡(jiǎn)單介紹一下提升機(jī)的結(jié)構(gòu)及其工作原理。 單繩纏繞式提升機(jī)的工作原理如圖 2— 1 所示。提升機(jī)安裝在地面的提升機(jī)機(jī)房里， 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 6 頁(yè) 圖 2— 1 單繩纏繞式提升機(jī)工作原理示意圖 1 卷筒； 2 鋼絲繩； 3 天輪； 4 提升容器； 5 平衡尾繩 鋼絲繩一端固定在卷筒上，另一端繞過(guò)天輪后懸掛提升容器，卷筒上固定兩根鋼絲繩，并應(yīng)使每根鋼絲繩在卷筒上的纏繞方向相反。這樣，當(dāng)電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)減速器帶動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩根鋼絲繩便經(jīng)過(guò)天輪 在卷筒上纏上和纏下，從而使提升容器在井筒里做上下運(yùn)動(dòng)。 單繩纏繞式雙卷筒提升機(jī)具有兩個(gè)卷簡(jiǎn)，每個(gè)卷筒上固定一根鋼絲繩，并應(yīng)使鋼絲繩在兩卷筒上的纏繞方向相反，其工作原理和特點(diǎn)與單卷筒提升機(jī)完全相同。單繩纏繞式提升機(jī)的一個(gè)特點(diǎn)就是需要用較粗的鋼絲繩纏繞在卷筒上，這就要求卷筒必須具備一定的繞組表面積，以便能容納下根據(jù)井深或提升高度所確定的鋼絲繩懸垂長(zhǎng)度。單純纏繞式提升機(jī)的規(guī)格性能、應(yīng)用范圍和機(jī)械結(jié)構(gòu)等，都是由這一特點(diǎn)來(lái)確定的。目前我國(guó)淺井及中等深度的礦井多使用單繩纏繞式雙滾筒提升機(jī)。其為不平衡提升系統(tǒng)。 多繩摩擦 式提升機(jī)如圖 2— 2 所示，由于使用了數(shù)根鋼絲繩代替一根鋼絲繩，鋼絲繩的直徑變小了，摩擦輪的直徑因而變小，但由于有鋼絲繩的根數(shù)增加，所以摩擦輪的寬度相應(yīng)的也要增加。多根鋼絲繩連接在兩個(gè)容器之間，分別繞過(guò)摩擦筒 1 和天輪 2，通過(guò)摩擦筒的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)帶動(dòng)容器提升或者下放。與單繩纏繞式相比較，鋼絲繩與摩擦筒的直徑都有明顯的減小 [27]。由于多繩提升系統(tǒng)具有突出的優(yōu)點(diǎn)，目前被廣泛采用。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁(yè) 圖 2— 2 多繩摩擦式提升機(jī)工作原理示意圖 卷筒 ； 天輪 ； 鋼絲繩 ； 提升容器 礦井提升機(jī)的運(yùn)行 礦井提升設(shè)備 的工作過(guò)程是提升容器在井筒中往返運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，通常以提升容器的運(yùn)動(dòng)速度與時(shí)間的關(guān)系來(lái)表示其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，稱為速度圖 [6]。圖 2— 3 為提升機(jī)的五階段速度圖。 圖 2— 3 五階段速度圖 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 8 頁(yè) （ 1） 加速階段 tl：兩個(gè)提升容器離開(kāi)卸載曲軌，以較大的加速度 al 運(yùn)行，直至最大提升速度 Vmax。 （ 2） 等速階段 t2：此階段中兩個(gè)提升容器以不變的速度 Vmax、在井筒中運(yùn)行。 （ 3） 減速階段 t3：此時(shí)上升的提升容器己接近井口，下降的提升容器接近裝載點(diǎn)，應(yīng)該減速，減速度為 a3，直至速度降至 V4。 （ 4） 爬行階段 t4：此時(shí)提升容器進(jìn)入卸載曲軌，為了減少?zèng)_擊， 容器以低速 V4進(jìn)行“爬行”。 （ 5） 停車休止階段 t5：此時(shí)提升機(jī)剎車，停止運(yùn)行。 提升機(jī)的運(yùn)行情況，如圖 2— 4 所示： 圖 2— 4 提升機(jī)運(yùn)行情況示意圖 礦井提升機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)有： （ 1） 具有周期性 在 1t 時(shí)刻，提升機(jī)啟動(dòng)，容器 A 開(kāi)始上提、容器 B 開(kāi)始下放，到 2t 時(shí)刻提升機(jī)由靜止加速到最高運(yùn)行速度 m? ，當(dāng)運(yùn)行到 3t 時(shí)刻時(shí)，提升機(jī)開(kāi)始減速，到 4t 時(shí)刻速度降至爬行速度，爬行速度是為了使容器準(zhǔn)確停在需要的位置而設(shè)置的。當(dāng)達(dá)到 5t 時(shí)刻時(shí)，容器 A到達(dá)最終位置，提升機(jī)停車，而容器 B 到達(dá)井底，下一次提升是容器 B 按照上述速度圖運(yùn)行，如此按一定規(guī)律，往返周期運(yùn)行。 （ 2） 電動(dòng)機(jī)存在兩種運(yùn)行狀態(tài) 根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載情況的不同，電動(dòng)機(jī)軸上的受力方向有時(shí)與容器的運(yùn)動(dòng)方向相反，如向上提升重物，就需要電動(dòng)機(jī)發(fā)出拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，即為電動(dòng)狀態(tài)，我們稱之為正力。有時(shí)軸上受力的方向與容器運(yùn)動(dòng)方向相同，如提升機(jī)下放重物，此時(shí) 為了限制下放重物的速度，可采用制動(dòng)狀態(tài)，使電動(dòng)機(jī)發(fā)出轉(zhuǎn)矩的方向與重物方向相反，我們稱之為負(fù)力。 （ 3） 繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻交流拖動(dòng)系統(tǒng)在減速階段電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，可能有三種情況：自由滑行、負(fù)力減速、正力減速。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁(yè) 自由滑行。減速時(shí)，電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零，系統(tǒng)在阻力作用下逐漸減速。 負(fù)力減速。減速時(shí)，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力矩的方向與運(yùn)動(dòng)方向相反，此時(shí)電動(dòng)機(jī)工作在制動(dòng)狀態(tài)，保證系統(tǒng)按照要求的減速度進(jìn)行減速。 正力減速。此時(shí)電動(dòng)機(jī)仍處于電動(dòng)狀態(tài)，只不過(guò)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，以使提升系統(tǒng)按要求的減速度 減速，避免減速度過(guò)大。 （ 4） 加速度、減速度的限制 由于提升系統(tǒng)存在有繩索（彈性環(huán)節(jié)），多數(shù)情況下還存在著減速器齒輪間隙，加速度過(guò)大，則會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的機(jī)械震動(dòng)應(yīng)力，對(duì)機(jī)械有害。《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，當(dāng)升降人員時(shí)，加速度不得大于 ，而在主井提升中，一般根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定，加、減速度也最好不大于 。近年來(lái)，為了改善鋼絲繩在啟動(dòng)、制動(dòng)過(guò)程中可能出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)張力，采用變加速度控制，或稱加速度變化率限制，這樣就可以在加、減速 階段減小沖擊，同時(shí)也可減小鋼絲繩的擺動(dòng)。 提升機(jī)后備保護(hù) 礦井提升機(jī)本身帶有一些保護(hù)裝置，但由于監(jiān)控方法和手段的局限性以及礦井中相對(duì)惡劣的環(huán)境，常使這些保護(hù)裝置失效，人們?yōu)榱嗽鰪?qiáng)對(duì)提升機(jī)的保護(hù)，做出了許多嘗試，經(jīng)理論與實(shí)踐的證明，為提升機(jī)增加一套后備保 護(hù)裝置是提高其安全性的非常有效的方法國(guó)內(nèi)外的后備保護(hù)裝置產(chǎn)品有許多種 [9]，但其都具備以下的后備保護(hù)功能 : l)顯示功能 提升容器位置 (深度、斜坡長(zhǎng) )顯示 — 對(duì)容器在井筒中運(yùn)行位置進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。 速度顯示 — 動(dòng)態(tài)顯示提升容器在整個(gè)過(guò)程中的瞬時(shí)速度。 提 升次數(shù)顯示 — 自動(dòng)記錄顯示提升機(jī)次數(shù)。 2)保護(hù)功能 等速段超速保護(hù) — 在等速段的瞬時(shí)速度超過(guò)最大提升速度巧 %時(shí)，保護(hù)儀發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并發(fā)出制動(dòng)信號(hào)。 自動(dòng)減速 — 容器到達(dá)減速點(diǎn)時(shí)，保護(hù)裝置發(fā)出自動(dòng)減速控制信號(hào)并有聲光提示。 減速段保護(hù) — 在減速段對(duì)提升機(jī)瞬時(shí)速度實(shí)行包絡(luò)線保護(hù)，近井口實(shí)現(xiàn)限速保護(hù)。 深度指示器失效保護(hù) — 深度指示器失效后，保護(hù)裝置發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并且在接近井口時(shí)發(fā)出制動(dòng)信號(hào)。 卡箕斗保護(hù) — 當(dāng)提升箕斗卡阻時(shí)發(fā)出保護(hù)控制信號(hào)，并伴有聲光報(bào)警。 過(guò)卷保護(hù) — 過(guò)卷保護(hù)是礦井提升機(jī)所有保護(hù)中的 最后一道安全保護(hù)，在礦井提升機(jī)前面的安全保護(hù)失靈后，過(guò)卷保護(hù)發(fā)揮作用，實(shí)施安全保護(hù)。當(dāng)提升容器超過(guò)正常終端位置的 米時(shí)，發(fā)出制動(dòng)信號(hào)并有聲光信號(hào)提示。 3)打印功能 可用打印機(jī)將存入保護(hù)裝置內(nèi)的數(shù)據(jù)打印出來(lái)。 目前國(guó)內(nèi)提升機(jī)后備保護(hù)裝置主要都是基于單片機(jī)、 PLC(可編程控制器 )或工控機(jī)為核心。用這些方法在開(kāi)發(fā)裝置時(shí)，其軟、硬件方面都要花費(fèi)相當(dāng)大的人力、物力和時(shí)間，特別是國(guó)內(nèi)的一些后備保護(hù)裝置，人機(jī)界面不友好，功能不夠完善，靈活性欠佳，中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 10 頁(yè) 可操作性不好，同時(shí)易外界環(huán)境的干擾，需要改進(jìn) [35]。 礦 井提升機(jī)的傳動(dòng)方式 礦井提升系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)中極其重要的環(huán)節(jié)，它的正常運(yùn)行與否直接影響到礦井的產(chǎn)量。對(duì)于提升機(jī)傳動(dòng)方式的選擇，必須在滿足礦井生產(chǎn)工藝要求即滿足各種可能出現(xiàn)的運(yùn)行速度圖的前提下，對(duì)各種可能的傳動(dòng)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，選擇最合理的一種傳動(dòng)方式。 我國(guó)在 20世紀(jì) 50— 60 年代，一般采用交流傳動(dòng)方式。交流傳動(dòng)的最大優(yōu)點(diǎn)是：技術(shù)比較簡(jiǎn)單，設(shè)備及安裝費(fèi)用低，占地面積小，運(yùn)行維護(hù)容易。但它的最大缺點(diǎn)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(dòng)裝置，如動(dòng)力制動(dòng)、低頻傳動(dòng)以及晶鬧管串級(jí)傳動(dòng)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(dòng)受主電動(dòng)機(jī)和控制設(shè)備制造容量的限制，所以，對(duì)要求提升容量大、速度高的大型礦井，一 般 采用直流傳動(dòng)裝置 。 我國(guó)進(jìn)人 20 世紀(jì) 70 年代后，礦井的規(guī)模愈來(lái)愈大，年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為 300 萬(wàn) t、 400萬(wàn) t 或 500 萬(wàn) t，甚至更大。特別是對(duì)于 一 些 井 深 600 m 以上的礦井，要求裝載容量大、提升速度高，箕斗容且從 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(duì)于提升自動(dòng)化的水平要求也愈來(lái)愈高，因此，原來(lái)的交流傳動(dòng)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要 ，必須采用直流傳動(dòng)方式。 直流傳動(dòng)的最大優(yōu)點(diǎn)是：調(diào)速平滑穩(wěn)定，調(diào)速范圍寬，容易實(shí)現(xiàn)提升自動(dòng)化。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速幾乎與提升負(fù)載無(wú)關(guān)，在低速范圍內(nèi)也能穩(wěn)定運(yùn)行。負(fù)力減速時(shí)可將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能返回電網(wǎng)。它的缺點(diǎn)是建設(shè)投資大，基礎(chǔ)費(fèi)用高。 直流傳動(dòng)方式又分為發(fā)電機(jī) — 電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)和晶閘管變流器 — 電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)兩種，兩者相比，晶閘管變流器 — 電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)又具有動(dòng)作速度快、可靠性高、維護(hù)工作量小、故障少、運(yùn)行效率高、體積小、重量輕和占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是對(duì)交流電網(wǎng)的無(wú)功沖擊大，因而產(chǎn)生較大的啟動(dòng)壓降；它的高次諧波會(huì)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(yùn)行功率因數(shù)低；等等。但如對(duì)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(wú)功補(bǔ)償和諧波吸收裝置后，將大大削弱晶閘管整流裝置對(duì)交流電網(wǎng)的無(wú)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(dòng)裝置具有廣闊的前景。 20 世紀(jì) 70年代后期，我國(guó)煤炭系統(tǒng)從瑞典、德國(guó)、法國(guó)、波蘭等國(guó)引進(jìn)了多臺(tái)晶閘管變流器供電的直流提升機(jī)，其中有 一 批為建井期間施工用提升機(jī)。 隨著晶閘管變流器供電傳動(dòng)技術(shù)的引進(jìn)和發(fā)展，國(guó)內(nèi)也進(jìn)行了設(shè)計(jì)和 制造， 并 取得了良好的效果。目前晶間管元件的容量已發(fā)展到 4000 V， 3000 A 以上，直流快速斷路器的容量已擴(kuò)展到 6000 A 以上。 隨著世界電力半導(dǎo)體技術(shù)和交流同步機(jī)傳動(dòng)的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)， 礦井 提升機(jī)傳動(dòng)裝置又向交流傳動(dòng)方式發(fā)展。目前我國(guó)大容量交 交變頻器 和交 直 交變頻器 供電的交流同步機(jī) 傳動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)被普遍引進(jìn)，全數(shù)字化的自動(dòng)化提升機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)今礦井提升技術(shù)的發(fā)展方向。 礦井提升機(jī)全自動(dòng)化運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)將極大的提高系統(tǒng)的可靠性、運(yùn)行效率，以及控制的中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁(yè) 精確性，減少人為因素的影響，使主提升系統(tǒng)成為具有自動(dòng)判斷、顯示故障， 自我調(diào)整運(yùn)行速度，多重互鎖和后備保護(hù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)等全自動(dòng)化、智能化的控制系統(tǒng)。為礦山進(jìn)一步實(shí)那數(shù)據(jù)采集離散化、設(shè)備控制智能化、調(diào)度操作集中化、生產(chǎn)管理信息化 、 辦公管理自動(dòng)化等綜合自動(dòng)化礦井打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 3 礦井提升機(jī) PLC 保護(hù)與控制系統(tǒng)功能定義 控制系統(tǒng)功能有主令操作控制和保護(hù)監(jiān)視控制。 主令操作控制包括：對(duì)系統(tǒng)迸行管理，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)與操作臺(tái)之間的指令傳遞，向提升系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的指令，并改變相應(yīng)電控系統(tǒng)的工作狀態(tài)，使提升機(jī)按照預(yù)定的力圖和速度圖安全運(yùn)行，運(yùn)行方式可分為啟動(dòng)、等速運(yùn)行、減速、爬行、停車。 PIC 根據(jù)運(yùn)行方式對(duì)變頻器實(shí)現(xiàn) S 形速度給定控制，實(shí)現(xiàn)箕斗運(yùn)行速度的準(zhǔn) S形曲線。 保護(hù)監(jiān)控控制主要包括：超速監(jiān)視、過(guò)卷監(jiān)視、實(shí)時(shí)速度監(jiān)視、井筒