矿井提升机现状和发展我国矿业大学矿井运输提升设备小论文

./Chinauniversityofminingandtechnology矿井提升运输设备矿井提升机学院名称机电工程学院专业名称机械工程及自动化学生姓名学号任课教师二〇一四年十二月矿井提升机摘要：作为矿山咽喉设备的矿井提升机,对矿山的高效安全生产与经济运营具有极其重要的作用。它不仅装机容量大,耗能高,而且作为一个典型的位势力矩负载,要求其拖动电动机在其机械特性的四个象限内频繁周期性的进行起动、制动和反向运行。反映其运行状态的速度图和力图是根据设计的提升能力和安全规程确定的,对其在运行过程中的加速度、减速度以及各个运行阶段的行程和最后的停车位置都有精确的要求和严格的限制。因此,提升机始终是电力拖动与控制学科的典型应用装置和研究对象。本文详细介绍了矿井提升机的研究发展。关键词：矿井提升机；现状；发展；研究。MinehoistAbstract：Astheminethroatequipmenthoist,playsanextremelyimportantroleineffectiveandsafeproductionandeconomicoperationofmine.Itnotonlyinstalledcapacityoflarge,highenergyconsumption,butalsoasatypicalpotentialtorqueloadrequirements,themotordriveinthefourquadrantsofthemechanicalpropertiesofperiodicinfrequentstarting,brakingandreverseoperation.Reflecttherunningstateofthespeedchartandtrytobedeterminedaccordingtoenhancecapacityandsafetyrulesforthedesign,havetheexactrequirementsandstrictrestrictionsontherunningprocessofacceleration,decelerationandeachoperationstageofthetripandthelaststopposition.Therefore,hoistalwaysisatypicalapplicationofdeviceandtheobjectofstudyofelectricdriveandcontrolsubjects.Thispaperintroducestheresearchanddevelopmentofminehoist.Keywords:Minehoist;status;development;research.概述矿井提升机,又叫绞车,是一种大型提升机械设备。它在生产过程中担负着提升矿物和升降人员、设备及材料等重任。由电机带动机械设备,以带动钢丝绳从而带动容器在井筒中升降,完成输送任务。矿井提升机是由原始的提水工具逐步发展演变而来。近年来,由于电力电子技术、计算机技术的发展和现代控制理论的逐步完善,国内外电气传动技术得到了迅猛发展,尤其是交流变频传动,已在中、小容量占有相当的数量。现代的矿井提升机提升量大,速度高,安全性高,已发展成为电子计算机控制的全自动重型矿山机械[1][2]。2.矿井提升机电气传动控制技术发展回顾2.1二十世纪国外的3个发展阶段第一阶段,从50年代末到60年代初,主要有交流绕线式异步电动机转子串电阻的转差功率消耗型调速系统和发电机—电动机的直流传动系统两种类型,电气控制为继电器—接触器式的有触点系统。这两类系统存在运行费用高,安全可靠性差,维护工作量大等缺点。第二阶段是60年代初到70年代末,由于大功率的晶闸管在工业应用上得到了推广,晶闸管供电的直流他激电动机传动提升机也获得了较大面积的普及,其控制系统采用了电子调节器。80年代采用晶闸管交—交变频的转差功率不变型调速系统可认为是第三个阶段的开始,这一类型的系统与同等容量直流传动相比,不仅损耗可以减小40%,而且还可以免去换向器维护的麻烦。由于同步电动机具有功率因数高,效率高等优点,德国多采用,但是它需要增加励磁回路,结构比较复杂,所以日本主张配置异步电动机[3]。2.2国内提升机电气传动技术的发展我国在五六十年代,一般采用交流传动方式。其优点：技术比较简单,设备及安装费用低,占用面积小,运行维护容易。缺点是：电气调速性能差,在减速和爬行阶段需要另外增设传动装置,如动力制动、低频传动以及晶闸管串级传动等,虽然调速性能得到了改善,然而设备投资和系统的复杂性也增加了。由于交流传动受主电动机和控制设备制造容量的限制,所以,对要求提升容量大、速度高的大型矿井,一般采用直流传动装置[4]。进入70年代后,矿井的规模愈来愈大,年设计生产能力为300、400、500万t,甚至更大。特别是对于一些井深达600IIl,800m以上的矿井,要求装载容量大,提升速度高,箕斗容量从12t、18t增大到32t,提升速度从6m／s,8m／s,提高到14m／s,甚至还高。对于提升自动化水平要求也愈来愈高,因此,原来的交流传动已远远不能满足需要,必须采用直流传动方式[5]。直流传动的最大优点是：调速平滑稳定,调速范围宽阔,容易实现提升自动化,因为电动机的转速几乎与提升负载无关,在低速范围内也能稳定运行。负力减速时可将机械能转换为电能返回电网。它的缺点是建设投资大,基础费用高。直流传动方式又分为发电机一电动机传动和晶闸管变流器一电动机传动方式两种,两者相比,晶闸管变流器一电动机传动又具有动作速度快、可靠性高、维护工作量小、故障少、运行效率高,体积小、重量轻和占地面积小等优点。它的缺点是对交流电网的无功冲击大,因而产生较大的起动压降。它的高次谐波会引起交流电网电压正弦波形的畸变,干扰其他用电设备,运行功率因数低等[6]。但如对变流器采取特殊接线方式,电枢回路用两组晶闸管桥串联,采用"顺序控制"方法可以提高功率因数,特别是系统中配置无功补偿和谐波吸收装置后,将大大削弱晶闸管整流装置对交流电网的无功冲击和谐波污染,为此,晶闸管交流变流器供电的直流传动装置具有广阔的远景。70年代后期,我国煤炭系统从瑞典、德国、法国、波兰等国引进了多台晶闸管变流器供电的直流提升机。随着晶闸管变流器供电传动技术的引进和发展,国内也进行了设计和制造,并取得了良好的效果。目前晶闸管元件的容量已发展到4000V,3000A以上,直流快速断路器的容器已扩展到6000A以上[7]。3.矿井提升机安全技术发展目前国内使用较多的提升系统主要是立井单绳缠绕式和多绳摩擦式提升,一般由提升容器、提升钢丝绳、滚筒、减速器、井架和装卸载设备<或操车设备>以及拖动电机、电控设备和制动装置等组成。二者都可以采用罐笼或箕斗2种提升方式,罐笼用于运送人员、设备和物料．箕斗用于提矿物[8]。从统计结果可以看出,过卷、断绳、滑动和制动失效,是提升机运行系统的常见故障,严重影响了提升机的运行安全和稳定性。根据文献检索和现场事故调查结果,发现矿井提升机发生故障有许多非自然因素,如设备质量低劣、操作管理不当、人为因素、保护继电器误动作、外部环境干扰影响等。这些非自然因素都有可能被早期发现和预防,甚至能完全避免[9]。〔1高可靠性液压装置的研究和应用在因制动系统失效而引发的事故中,由液压站引起的故障占有较大的比例。目前关于高可靠性液压装置的研究,主要内容是在实现提升机工作制动、安全制动和调绳等功能的基础上,增加改善系统的调压、多路回油保护、残压保护、电磁阀故障检测以及PLC程序化控制等功能。其最终目标是通过增加液压站的安全保护功能和改善工作制动性能,提高液压系统的可靠度。从而使整个提升机制动系统更加安全可靠。<2>恒减速液压制动系统的研究和应用提升机安全制动是通过对液压制动系统中电磁阀的控制来调节制动油压的大小。从而实现对制动器制动力矩的控制。提升机安全制动时的减速度必须满足文献的有关规定。否则,若制动减速度过大,虽然停车快,但将会对提升机机械设备和钢丝绳产生很大的冲击,对摩擦轮提升机还会产生钢丝绳相对摩擦轮打滑的现象；若制动减速度过小,则制动时间加长,不能及时停车,又容易产生过卷或礅罐等事故。因此,目前,国外基本上使用恒减速制动系统。国外以德国的西马格公司<Siemag>、SIEMENS、ABB公司等的产品为代表[10]。国内矿井提升机仍停留在完善过去引进的前苏联式的二级制动系统的配套使用上。恒减速制动的使用不足国内提升机总量的l％,而且只在竖井和多绳摩擦提升机上使用。此外,国内所采用的恒减速制动系统多数是从国外引进的,价格都非常昂贵。国内自行研制的恒减速制动系统又或多或少地存在这样那样的问题,在现场的实际应用过程中,效果不是十分理想[11]。<3>可调闸回路控制方式的研究和应用可调闸是司机进行工作制动手柄控制的机械制动闸,目前普遍采用盘形闸。可调闸制动器所产生的制动力矩与流过电液阀线圈KT的电流有关[12]。国外发达国家,如英、德比较重视安全性能,不但采取了用各种方式来构成独立工作的双通道安全监视和安全回路、软件设计中也采用多种监视保护措施来提高安全可靠性,而且具有详尽的安全设计技术规范和相对独立的监督机构[13]。相比之下,我国现存和生产的电控系统在安全设计和性能上均有较大差距,集中体现在安全设计原则和要求不够明晰；相关措施不得力、不完善；产品元件可靠性指标有待提高等。国内主要矿用提升机生产厂家,生产的交流电控配套设备一直采用异步电动机转子串电阻调速方案。我国的矿井提升机电控系统主要以TKD交流拖动为代表[14]。但是．近年来已经有了较大的发展和提高。其中具有代表性的有中矿大传动与自动化有限公司的于1993年研制成功的ASCS系列直流提升机全数字调速电控系统：2001年由XX矿业<集团>公司、冶金自动化研究设计院、XX煤炭设计研究院等单位联合攻关完成的我国第l套国产特大型提升机全自动化、全数字交交变频双机拖动系统及中国矿业大学机械工程系研制的基于PLC的提升机盘闸制动自控系统,陈四楼主井提升机的信息管理系统等[15]。综上所述,整体上国内矿用提升机电控系统及调速装置大多处于落后状态。但是,近年来在引进消化开发利用以及自主研发等方面还是有了较大的进展。4.总结交流传动技术,尤其是交流变频调速是今后矿井提升机的重要发展方向。对于我国矿井提升机电气传动系统在今后的发展趋势,应从以下几个方面考虑。4.1立足现状,加大技术改造力度我国矿井提升机电气传动系统,虽然经过近几年来的技术改造,取得了明显的效果,但从整体上来看这一工作还远未结束,尤其是在目前财力和技术力量有限的情况下,将技术改造确定为我国矿井提升机近期的主要任务是合乎我国国情的。尤其是对占整个矿井提升机容量绝大部分的绕线式异步电动机转子串电阻系统的改造[16]。目前我国生产现场采用PLC系统代替触点式继电器逻辑控制系统技术日趋成熟,并获得了一定范围的推广,成效也是显著的。因而,在此基础上,充分利用PLC的软件及实时控制功能,可获得投资小,见效快的效果。比如,为了提高系统的动态响应能力,开发包括负载在内的系统参数实时识别与自调节技术,研究开发以加速度为函数的加速控制原则以及变减速点等控制技术,并采用硬件与软件控制相结合的方法,从而既使系统的动态响应性得以提高,同时还可以提高其安全可靠性[17];其次,为了尽可能地提高安全保护系统的可靠性,最大限度地采用冗余设计思想,对于系统中涉及与安全有关的子系统,像测速回路断线保护、深度指示器失效、自动减速控制以及限速保护等重要环节都由两套计算机系统同时工作,互为监视;另外,现有动力制动、低频制动以及二级制动等控制技术的进一步完善,使之提高控制精度、扩大适用范围和增强适应性也是技术改造的重要内容[18]。4.2确定方向,重点扶持先进技术的研究与引进在对现有设备进行技术改造和在有计划、有目的、有重点地引进国外先进技术、产品的前提下,进行先进技术理论和应用技术的研究,是我国矿井提升机发展趋势的中长期任务[19]。对于这方面的工作,各级领导和有关技术人员首先必须要有明确的目标,合理安排,统筹规划,将有限的资金重点扶持一些已有一定基础的系统设计、元器件制造和使用单位,避免各自为政、"遍地开花"的散乱状态。力争在尽可能短的时间内开发研制出适合我国矿井需求的产品,逐步将超期服役的、技术档次太低的系统更换掉[20]。当然,要确定一个合理可行的发展方向,也并非是一件容易之事。它需要大量的调研和论证工作,要收集必要的统计数据。就目前的发展趋势来看,晶闸管供电直流传动和交—交变频交流同步电动机传动这两种方案占有优势,但是后者与前者相比,除在调速性能方面可媲美外,还具有同步电动机结构简单、价格低廉、维护量小、电耗低、过载能力大和适合大功率、低转速场合等优点,因而从长远观点来看,多数人还是主张将我国矿井提升机发展方向的重点定为交—交变频交流传动较为合理[21]。4.3加强管理,注意技术力量的积累矿井提升机是一个集机、电、液技术为一体的大型机电产品,技术含量比较高,不仅仅是设计制造,就是使用维护也需要一批高素质的专业技术人才,对于这一点,管理部门要引起足够的重视。目前部分现场技术力量相当薄弱,就连目前TKD控制系统的原理都不能很好地掌握,至于计算机控制技术、变流技术就更为生疏。因而,加强技术人员的业务考核,有计划地进行定期的技术培训与深造,以建立一套确实可行的技术积累机制,为我国矿井提升机的发展创造一个良好的环境[22]。参考文献：[1] 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