CC BY
17
- © А.К. Малиновский, Я.А. Сидаш, 2014
УЛК 622.67
А.К. Малиновский, Я.А. Сидаш
ИССЛЕДОВАНИЕ АВАРИЙНОЙ ОСТАНОВКИ ШАХТНОЙ ПОДЪЕМНОЙ МАШИНЫ С ПЕРЕМЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОГО ТОРМОЗА
Приведены результаты исследования режима аварийной остановки шахтной подъемной машины при изменении времени холостого хода и коэффициента статической надежности.
Ключевые слова: подъемная машина, обечайка, ресурс, предохранительный тормоз, время холостого хода, коэффициент статической надежности.
В настоящее время идет совершенствование предохранительного тормоза шахтной подъемной машины (ШПМ). Это вызвано тем, что наряду с известными видами защит подъемной машины, участились случаи застревания опускающегося сосуда в стволе. Как отмечается в работе [1], около 50% аварийных остановок ШПМ приходится на застревание опускающегося подъемного сосуда в стволе. Поднимаемый подъемный сосуд продолжает свое движение до получения команды на остановку. При этом на застрявшем сосуде образуется провис или напуск каната и тем больше, чем дольше продолжается движение поднимающегося сосуда до полной остановки.
Образовавшийся напуск каната на застрявший сосуд опасен тем, что при внезапном его освобождении резко выбирается образовавшийся провис или напуск каната, что может привести его обрыву [2]. Поэтому необходимо контролировать момент зависания и в случае его появления подавать сигнал на включение предохранительного тормоза и остановку подъемной машины.
Поэтому основное направление работ по совершенствованию предохранительного тормоза к снижению пути торможения, а следовательно,
к увеличению замедления. Этого можно достичь как снижением времени холостого хода так и увеличением коэффициента статической надежности К .
с.н
При испытании предохранительного тормоза снимается осциллограмма скорости, по которой определяются: время холостого хода время нарастания тормозного усилия 1н и время торможения tm. Зная начальную скорость и время торможения, определялась средняя величина замедления.
Рассмотрим процесс экстренной остановки ШПМ применительно к условиям грузолюдского подъема шахты им. Губкина. Исходные данные: максимальная скорость подъема имакс = 5,7 м/с; средняя величина замедления а = 2,354 м/с2, если
ср 1 1
груженый сосуд находится внизу, а порожний - вверху. Имеющаяся средняя величина замедления далека от предельно допустимой величины адоп = 5,0 м/с2. Поэтому для повышения замедления и снижения пути торможения снижается время холостого хода с t = 0,5 с до t = 0,2 с при по-
х.х ' х.х ' 1
стоянном коэффициенте статической надежности К = 3.
с.н
Результаты обработки осциллограммы переходного процесса остановки ШПМ при этих условиях пред-
Рис. 1. Диаграмма замедления и пути торможения при аварийной остановке ШПМ при подъеме груза
ставлены диаграммами на рис. 1, из которых следует, что среднее ускорение увеличивается и при = 0,2 с достигает величины аср = 2,555 м/ с2, т.е. увеличивается всего на 14,4%. Путь торможения снижается на 13%.
Дальнейшее увеличение замедления может быть достигнуто за счет увеличения коэффициента статической надежности с К = 3 до К = 4,5.
с.н с.н '
При этом как следует из обработки осциллограмм торможения, замедление увеличивается на 21,5%, а путь торможения снижается на 12%. Время холостого хода при этом = 0,5 с и оставалось постоянным.
В случае одновременного снижения времени t с t = 0,5 с до
1 х.х х.х
= 0,2 с и увеличения коэффициента К с К = 3 до К = 4,5 позво-
с.н с.н с.н 1
лило увеличить замедление на 34,4%, т.е. достичь величины аср = 3,163 м/ с2. Путь торможения при этом снижается на 26,1%.
Однако ограничиваться только величинами замедления и пути торможения нельзя, когда идет речь об увеличении коэффициента статической надежности. С увеличением Ксн возрастают усилия, действующие на тор-
Рис. 2. Диаграмма числа оборотов барабана и максимального тормозного усилия при аварийной остановке ШПМ при подъеме груза
мозные колодки и обечайки барабана, что приводит к снижению их ресурса, так как при торможении происходит износ тормозных колодок. Кроме увеличения тормозного усилия Ртм, на износ тормозных колодок влияет также время скорость холостого хода Vxx, т.е. скорость, при которой колодки предохранительного тормоза входят в соприкосновение с ободом барабана. Сюда необходимо отнести также число оборотов или угол поворота барабана, находящегося под действием тормозных колодок. В работе [3] показано, что только одно включение предохранительного тормоза с начальными условиями, когда = 0,5 с и К = 3, сказывается на долговеч-
с.н
ности элементов подъемной машины и их ресурса.
Результаты исследования изменения максимального тормозного усилия действующего на тормозные колодки при снижении только времени холостого хода с t = 0,5 с до
х.х
txx = 0,2 с при постоянном коэффициенте Ксн = 3 приведены на рис. 2, из которого следует его незначительное всего на 0,2% увеличение. Однако, при t = 0,5 с и увеличении коэф-
фициента К с К = 3 до К = 4,5
с.н с.н с.н
приводит к значительному увеличению максимального усилия до 43,5%. Одновременное снижение t и
1 х.х
увеличение Ксн до предельных значений приводит к увеличению Рт м в 1,45 раза.
На рис. 2 приведена диаграмма числа оборотов барабана по тм, находящегося под действием тормозных колодок, из которой следует, что снижение времени холостого хода с t = 0,5 с до t = 0,2 с при постоян-
х.х х.х
ном коэффициенте Ксн = 3 приводит к увеличению этого показателя на 9%. А при увеличении коэффициента Кс н с К = 3 до К = 4,5, но с постоян-
с.н с.н
ной величиной t = 0,5 с п снижа-
х.х 1 о. т.м
ется на 17,3%.
Одновременное снижение и увеличение К до предельных значений
с.н
приводит к снижению по тм на 12,3%.
Наибольший путь проходит подъемный сосуд при спуске груза. Поэтому рассмотрим переходный процесс при спуске груза при условии, когда изменяются время холостого хода t и
х.х
коэффициент статической надежности Кс.н.
Результаты обработки осциллограмм переходного процесса аварийной остановки ШПМ при спуске груза приведены на рис. 3. Из диаграммы характеризующей замедление ШПМ следует, что при txx = 0,5 с и К = 3 эта величина равна
с.н
а = 3,16 м/с2, что значи-
ср 1 ' 1
тельно меньше допустимой величины а = 1,5 м/с2.
доп 1
Поэтому при спуске номинального груза вынуждены были заполнять поднимающийся сосуд грузом равным половине номинального груза. И даже в этом случае допустимая величина
замедления была получена лишь при t = 0,4 с. Дальнейшее снижение I
х.х х.х
от t = 0,5 с до t = 0,2 с при посто-
х.х х.х
янной величине Ксн = 3 привело к увеличению замедления на 11,2%, а путь торможения снизился на 10,4%.
При увеличении коэффициента К с К = 3 до К = 4,5 и постоян-
с.н с.н с.н
ной величине txx = 0,5 с замедление увеличивается на 32,6%, а путь торможения снижается на 18,3%.
Одновременное снижение t и
х.х
увеличение Кс.н позволяет увеличить замедление в 1,5 раза, а путь торможения снизить на 34%.
Рассмотрим изменение усилия Ртм, воздействующее на тормозные колодки в период остановки. Эта величина практически не изменяется при изменении t от t = 0,5 с до
х.х х.х
= 0,2 с, но увеличивается с изменением Ксн (рис. 4). Так, например, при Ксн = 3,5 Ртм увеличивается 1,16 раза, а при Ксн = 4,0 в 1,316 раза и при Ксн = 4,5 - в 1,468 раза.
Рис. 3. Диаграмма замедления и пути торможения при аварийной остановке ШПМ при спуске груза
Рис. 4. Диаграмма числа оборотов барабана и максимального тормозного усилия при аварийной остановке ШПМ при спуске груза
Одновременное снижение £хх и увеличение Кс н до предельных величин приводит к увеличению Рт м в 1,469 раза.
Из рис. 4, на котором представлены диаграммы числа оборотов барабана пд , находящегося под воздей-
о.т.м
ствием колодок предохранительного тормоза, следует, что с изменением ( от t = 0,5 с до t = 0,2 с и при
х.х х.х 1 х.х 1 1
К = 3 эта величина уменьшается на
сл
2,5%, в то время как с увеличением К до К = 4,5 - снижается на 28,1°/он при t СН= 0,5 с и на 30,7% при К = 4,5 и Г = 0,2 с.
с.н 1 х.х 1
Ко всему этому необходимо добавить увеличением скорости холостого хода Vxx, при которой тормозные колодки входят в соприкосновение с ободом барабана. Она увеличивается с уменьшением t от t = 0,5 с
х.х х.х
до txx = 0,2 с и достигает максимальной величины при = 0,2 с и равной 5,52 м/с, что на 5,1% больше. Это означает, что с увеличением Vxx растет кинетическая энергия, подлежащая гашению тормозными колодками предохранительного тормоза.
Учитывая положительные результаты в направлении уменьшения времени холостого хода в новых Правилах безопасности введено ограничение времени холостого хода величиной t = 0,2 с.
х.х
Выводы
Снижение време-
ни холостого хода с t = 0,5 с до t = 0,2ххс и
х.х х.х
увеличение коэффициента статической надежности К с К = 3
с.н с.н
до Ксн = 4,5 приводит к:
• увеличению замедления на 34,4% при подъеме груза и на 50,5% -при спуске груза;
• снижению пути торможения 26,1% при подъеме груза и на 34% при спуске груза;
• снижению числа оборотов барабана, находящегося под действием тормозных колодок на 12,3% при подъеме груза и на 28,1% при спуске груза:
• увеличению максимального тормозного усилия, действующего на тормозные колодки на 44,7% при подъеме груза и на 46,5% при спуске груза;
• увеличению скорости холостого хода на 5,1% при подъеме груза и к снижению на 2,3% при спуске груза.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Корняков М.В. Защита шахтных подъемных машин от динамических нагрузок при движении подъемного сосуда в стволе: монография - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007. - 164 с.
2. Чудогашев Е.В., Корняков М.В. Современное состояние и перспективы развития устройств защиты шахтных подъемных уста-
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
Малиновский Анатолий Кузьмич - доктор технических наук, профессор, Сидаш Ярослав Александрович - аспирант,
Московский государственный горный университет, e-mail: ud@msmu.ru.
UDC 622.67
STUDY EMERGENCY STOP MINE HOIST WITH VARIABLE PARAMETERS OF THE SAFETY BRAKE
Malinovsky A.K., Doctor of Technical Sciences, Professor, Sidach Y.A., Graduate Student,
Moscow State Mining University, e-mail: ud@msmu.ru.
The studies of the emergency stop conditions of a mine hoist under the change of the idle time and statistical reliability factor are described. The urgency of the studies is explained by the recent high-frequency instances when the pull-down winding cage is seized in the shaft. Though the seizure, the gear is not given the halt command, which results in that hoisting rope runs freely on the roof of the stuck cage. The hazard of this consists in that when the cage unexpectedly breaks free, the loose rope is sharply strained and can rupture, which creates emergency situation.
Aimed to increase the safety brake holding ability, the idle time is shortened and the statistical reliability factor is increased. The studies show that these changes increase deacceleration and cut-off deceleration track. Concurrently, the maximum effort on the brake shoe grows and idling, during which the brake shoe is in contact with the drum shell, speeds-up, which aggravates wear and tear of the brake shoes and drum shell, and shortens their useful life.
The testing results obtained in the mine host emergency stop at the minimum idle time and maximum statistical reliability factor has shown that the maximum possible deacceleration is not achieved. So, it is required to find new ways of improving the safety braking ability.
Key words: mine hoist, hoist cage, drum shell, useful life, safety brake, idle time, statistical reliability factor.
REFERENCES
1. Kornjakov M.V. Zashhita shahtnyh pod#emnyh mashin ot dinamicheskih nagruzok pri dvizhenii pod#emnogo sosuda v stvole: monografija (Protection of mine hosts from dynamic stresses in hoist cage travel in shaft: Monograph), Irkutsk, Izd-vo IrGTU, 2007, 164 p.
2. Chudogashev E.V., Kornjakov M.V. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta, 2003, no 2, pp. 22-27.
3. Strelkov M.A. Gornoe oborudovanie i jelektromehanika, 2011, no 2, pp. 34-38.
новок от аварийных ситуаций // Вестник Иркутского государственного технического университета. - 2003. - № 2. - С. 22-27.
3. Стрелков М.А. Оценка состояния шахтных подъемных установок по данным системы постоянного контроля параметров // Горное оборудование и электромеханика. - 2011. - № 2. - С. 34-38. ЕЕЭ
