易莉莉，劉紅亮，李振國(guó)

（1.江西銅業(yè)股份有限公司德興銅礦，江西 德興 334224；2.江西銅業(yè)股份有限公司武山銅礦，江西 瑞昌 332204）

1 引言

礦井提升機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)、減速器、卷筒（或摩擦輪）、制動(dòng)系統(tǒng)、深度指示系統(tǒng)、測(cè)速限速系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)等組成，采用交流或直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。按提升鋼絲繩的工作原理分為纏繞式礦井提升機(jī)和摩擦式礦井提升機(jī)；按提升物料種類分為主井提升機(jī)和副井提升機(jī)，主井提升機(jī)主要用來提升礦石和廢石，副井提升機(jī)主要用來提升人員和其他生產(chǎn)材料及附屬設(shè)施。

礦井提升機(jī)綜合提升效率取決于多方面因素，包括提升速度、提升容器裝卸礦時(shí)間、提升機(jī)單次提升礦量等，其中提升速度不僅包括提升容器在中段的最高運(yùn)行速度，還包括提升容器啟動(dòng)及停止階段的爬行加減速度。由于提升機(jī)每日往復(fù)提升運(yùn)行數(shù)百次，提升機(jī)在爬行階段的速度設(shè)計(jì)將直接影響提礦效率［1-3］。提升機(jī)爬行階段速度圖設(shè)計(jì)往往需要結(jié)合礦山實(shí)際（如罐道梁完好性、箕斗運(yùn)行偏擺程度等現(xiàn)場(chǎng)工況）多方面綜合考量，才能得出最優(yōu)方案［4-5］。

2 提升機(jī)運(yùn)行存在的問題

某礦山主井提升機(jī)為塔式多繩摩擦提升機(jī)，提升機(jī)型號(hào)為JKM-3.5×6，采用雙箕斗提升方式，單次提升礦量為20 t，箕斗提升速度為8.5 m/s，箕斗單次提升行程為722.8 m，電機(jī)功率為2500 kW。

該主井提升機(jī)在投產(chǎn)運(yùn)行后，提升機(jī)提礦效率遇到瓶頸，盡管每天滿負(fù)荷運(yùn)行20 h 以上，將提升機(jī)檢修維護(hù)時(shí)間壓縮到最少，每天也只能提礦5800 t，無法滿足每日提升6000 t 礦石和1000 t 廢石的生產(chǎn)要求。因此，該礦迫切需要對(duì)主井提升機(jī)進(jìn)行優(yōu)化改造，以擴(kuò)大提升能力，提高提礦效率。

3 優(yōu)化之前運(yùn)行速度圖

3.1 提升機(jī)速度圖

為了使提升機(jī)在既安全又經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)下進(jìn)行工作，除了在提升系統(tǒng)中設(shè)置應(yīng)有的安全保護(hù)裝置外，還應(yīng)對(duì)提升機(jī)在各種工況運(yùn)行時(shí)的加速度和最大速度給予限制。實(shí)際運(yùn)行的提升機(jī)都有依照上述規(guī)定及經(jīng)濟(jì)合理的條件下設(shè)計(jì)的運(yùn)行速度圖。速度圖表示了提升機(jī)（容器）的運(yùn)行速度隨時(shí)間變化的規(guī)律。提升機(jī)司機(jī)的操作，應(yīng)使提升機(jī)符合速度圖要求的運(yùn)行規(guī)律。實(shí)際工作中使用的速度圖有罐籠提升采用的五階段速度圖、立井箕斗提升的六階段速度圖以及斜井提升的速度圖。

3.2 速度圖各階段運(yùn)行參數(shù)

主井提升系統(tǒng)投產(chǎn)運(yùn)行之初，由于大家對(duì)該提升機(jī)各方面的性能還未深入了解，所以在提升機(jī)運(yùn)行參數(shù)設(shè)置方面相對(duì)謹(jǐn)慎，當(dāng)時(shí)提升機(jī)實(shí)際運(yùn)行速度圖為六階段速度圖［6］，如圖1。

圖1 優(yōu)化前提升機(jī)運(yùn)行速度圖（六階段）

第一階段（初始加速階段）：

初速度v0=0；

初始加速度a1=0.125 m/s2；

加速時(shí)間t1=4 s；

運(yùn)行距離h1=0.5a1t12=0.125 m/s2×4 s×4 s=1 m。

第二階段（低速勻速階段）：

速度v2=a1t1=0.125 m/s2×4 s=0.5 mm/s；

時(shí)間t2=52 s-4 s=48 s；

運(yùn)行距離h2=v2t2=0.5 m/s×48 s=24 m。

第三階段（主加速階段）：

主加速度a3=0.35 m/s2；

加速時(shí)間t3=74.86 s-52 s=22.86 s；

加速末端速度v3=v2+a3t3=0.5 m/s+0.35 m/s2×22.86 s=8.5 m/s；

運(yùn)行距離h3=v2t3+0.5a3t32=0.5 m/s×22.86 s+0.5×0.35 m/s2×（22.86 s）2=102.88 m。

第四階段（高速勻速階段）：

速度v4=v3=8.5 m/s；

時(shí)間t4=133.41 s-74.86 s=58.55 s；

運(yùn)行距離h4=v3t4=8.5 m/s×58.55 s=497.68 m。

第五階段（主減速階段）：

主減速度a5=-0.52 m/s2；

減速時(shí)間t5=148.79 s-133.41 s=15.38 s；

減速末端速度：v5=v4+a5t5=8.5 m/s+（-0.52 m/s2×15.38 s）=0.5 m/s；

運(yùn)行距離h5=v4t5-0.5a5t52=8.5 m/s×15.38 s-0.5×0.52 m/s2×（15.38 s）2=69.23 m。

第六階段（低速勻速階段）：

速度v6=v5=0.5 m/s；

時(shí)間t6=204.79 s-148.79 s=56 s；

運(yùn)行距離h6=v6t6=0.5 m/ s×56 s=28 m。

3.3 箕斗單次運(yùn)行行程及時(shí)間

箕斗按以上六階段速度圖運(yùn)行單次行程h=h1+h2+h3+h4+h5+h6=1 m+24 m+102.88 m+497.69 m+69.23 m+28 m=722.8 m；

單次運(yùn)行時(shí)間t=t1+t2+t3+t4+t5+t6=4 s+48 s+22.86 s+58.55 s+15.38 s+56 s=204.79 s。

4 優(yōu)化前運(yùn)行速度圖問題分析

4.1 第一、三、五階段分析

第一階段（初始加速階段）。箕斗初始加速度0.125 m/s2，加速時(shí)間4 s，運(yùn)行距離1 m。加速度未超過相關(guān)要求，加速用時(shí)只有4 s，相對(duì)時(shí)間短，不需改變。

第三階段。主加速度0.35 m/s2，加速時(shí)間22.86 s，加速末端速度8.5 m/s。按照該類提升機(jī)主加速度不高于0.7 m/s2的規(guī)定，加速到8.5 m/s，加速時(shí)間有一定的壓縮空間。但主加速度增加后提升電流相應(yīng)增加，對(duì)提升機(jī)首繩防滑及防斷損的要求都相應(yīng)提高，故該項(xiàng)不作為改造首選［7］。

第五階段。主減速度達(dá)到-0.52 m/s2，更不作為改造首選。

4.2 第四階段分析

第四階段為高速勻速階段，速度為8.5 m/s。該數(shù)值為主井提升主要性能參數(shù)，該速度值如果提高，必然需要對(duì)提升機(jī)主要構(gòu)件重新進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)，故該項(xiàng)不可更改［8］。

4.3 第二、六階段分析

第二階段為低速勻速階段，速度0.5 mm/s，時(shí)間48 s，運(yùn)行距離24 m。該階段為空載箕斗勻速爬行出軌（鋼罐道）階段，爬行速度不高。因?yàn)槲渖姐~礦主井靠背罐道梁維護(hù)較好、箕斗運(yùn)行偏擺較小，箕斗運(yùn)行相對(duì)安全，所以，這一階段的運(yùn)行時(shí)間48 s 有很大壓縮空間。

第六階段為重載箕斗勻速爬行入軌（鋼罐道）階段，運(yùn)行時(shí)間56 s 同樣有很大壓縮空間［9］。

5 運(yùn)行速度圖優(yōu)化方案

5.1 優(yōu)化總體思路

主提升機(jī)系統(tǒng)原六階段速度圖設(shè)定的箕斗實(shí)際出、入軌爬行時(shí)間及爬行距離較長(zhǎng)，導(dǎo)致箕斗單次提升運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)?，F(xiàn)在,在保證提升機(jī)運(yùn)行安全并保持箕斗最高運(yùn)行速度8.5 m/s 不變的基礎(chǔ)上，重新設(shè)定箕斗低速出、入軌爬行時(shí)間及距離，按八階段速度圖設(shè)計(jì)提升機(jī)各階段速度運(yùn)行參數(shù)［10］。

5.2 優(yōu)化后速度圖各階段運(yùn)行參數(shù)

原速度圖第一、三階段參數(shù)保持不變，第四階段高速勻速階段的速度值8.5 m/s 不變，第五階段主減速階段分為三個(gè)階段，原全階段減速度0.52 m/s2變?yōu)橹虚g增加一段1.5 m/s 的低速勻速階段，第二、六階段0.5 mm/s 低速勻速運(yùn)行時(shí)間縮短。如圖2 所示。

圖2 優(yōu)化后提升機(jī)運(yùn)行速度圖（八階段）

第一階段（初始加速階段）：

初速度v0=0；

初始加速度a1=0.125 m/s2；

加速時(shí)間t1=4 s；

運(yùn)行距離h1=0.5a1t12=0.125 m/s2×4 s×4 s=1 m。

第二階段（低速勻速階段）：

速度v2=a1t1=0.125 m/s2×4 s=0.5 mm/s；

時(shí)間t2=12 s-8 s=8 s；

運(yùn)行距離h2=v2t2=0.5 m/s×8 s=4 m。

第三階段（主加速階段）：

主加速度a3=0.35 m/s2；

加速時(shí)間t3=34.86 s-12 s=22.86 s；

加速末端速度v3=v2+a3t3=0.5 m/s+0.35 m/s2×22.86s=8.5m/s；

運(yùn)行距離h3=v2t3+0.5a3t32=0.5 m/s×22.86 s+0.5×0.35 m/s2×（22.86 s）2=102.88 m。

第四階段（高速勻速階段）：

速度v4=v3=8.5 m/s；

時(shí)間t4=95.81 s-34.86 s=60.95 s；

運(yùn)行距離h4=v3t4=8.5 m/s×60.95 s=518.1 m。

第五階段（主減速階段）：

主減速度a5=-0.52 m/s2，

減速時(shí)間t5=109.27 s-95.81 s=13.46 s，

減速末端速度v5=v4+a5t5=8.5 m/s+（-0.52 m/s2×13.46 s）=1.5 m/s；

運(yùn)行距離h5=v4t5-0.5a5t52=8.5 m/s×13.46 s-0.5×0.52 m/s2×（13.46 s）2=67.31 m。

第六階段（低速勻速階段）：

速度v6=v5=1.5 m/s；

時(shí)間t6=125.61 s-109.27 s=16.34 s；

運(yùn)行距離h6=v6t6=1.5 m/s×16.34 s=24.51 m；

第七階段（主減速階段）：

主減速度a7=-0.52 m/s2；

減速時(shí)間t7=127.53 s-125.21 s=1.92 s；

減速末端速度v7=v6+a7t7=1.5 m/s+（-0.52 m/s2×1.92 s）=0.5 m/s；

運(yùn)行距離h7=v6t7-0.5a7t72=1.5 m/s×1.92 s-0.5×0.52 m/s2×（1.92 s）2=1.92 m；

第八階段（低速勻速階段）：

速度v8=v7=0.5 m/s；

時(shí)間t8=133.69 s-127.53 s=6.16 s；

運(yùn)行距離h8=v8t8=0.5 m/s×6.16 s=3.08 m。

5.3 優(yōu)化后箕斗單次運(yùn)行行程及時(shí)間

箕斗按以上六階段速度圖運(yùn)行單次行程h=h1+h2+h3+h4+h5+h6+h7+h8=1 m+4 m+102.88 m+518.1 m+67.31 m+24.51 m+1.92 m+3.08 m=722.8 m；

單次運(yùn)行時(shí)間t=t1+t2+t3+t4+t5+t6+t7+t8=4 s+8 s+22.86 s+60.95 s+13.46 s+16.34 s+1.92 s+6.168 s=133.69 s。

提升機(jī)速度圖優(yōu)化后，箕斗單次提升行程（高度）不變，單次提升運(yùn)行時(shí)間減少：T=204.79 s-133.7 s=71.09 s。

5.4 優(yōu)化后箕斗運(yùn)行安全校驗(yàn)

5.4.1 箕斗出軌過程（導(dǎo)槽運(yùn)行離開靠背罐道梁）

已知箕斗兩側(cè)上下導(dǎo)槽距離7.5 m。

箕斗在第六階段運(yùn)行距離h1=1 m；

箕斗在第二階段運(yùn)行距離h2=4 m；

箕斗在第三階段運(yùn)行距離h3=7.5 m-1 m-4 m=

2.5 m；

箕斗出軌在第三階段運(yùn)行時(shí)間t3。

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式h3=v2t3+0.5a3t32得：

h3=0.5 m/s×t3+0.5×0.35 m/s2×t32=2.5 m

由計(jì)算得t3=1.31 s；

箕斗出軌時(shí)在第三階段運(yùn)行最高速度：

v3=v2+a3t3=0.5 m/s+0.35 m/s2×1.306 s=0.96 m/s

由于箕斗導(dǎo)槽速度由低到高運(yùn)行出靠背罐道梁時(shí)最高速度只有0.96 m/s，遠(yuǎn)低于出軌安全速度3 m/s，故箕斗出軌過程是安全可靠的。

5.4.2 箕斗入軌過程（導(dǎo)槽運(yùn)行進(jìn)入靠背罐道梁）

箕斗在第六階段，運(yùn)行速度v6=1.5 m/s，運(yùn)行距離h6=24.51 m；

箕斗在第七階段，運(yùn)行速度v7小于1.5 m/s，運(yùn)行距離h7=1.92 m；

箕斗在第八階段，運(yùn)行速度v8=0.5 m/s，運(yùn)行距離h8=3.08 m；

箕斗在第六、七、八階段，運(yùn)行距離總和h=24.51 m+1.92 m+3.08 m=29.51 m。

由上述可知，箕斗在入軌前后連續(xù)過程中，以不大于1.5 m/s 的速度運(yùn)行了29.51 m；現(xiàn)已知箕斗兩側(cè)上下導(dǎo)槽距離為7.5 m，即箕斗導(dǎo)槽運(yùn)行進(jìn)入靠背罐道梁時(shí)運(yùn)行速度只有1.5 m/s，屬于安全速度，故箕斗出軌過程是安全可靠的。

6 優(yōu)化改造達(dá)到的效果

最終，按照上述總體思路、技術(shù)方案，對(duì)主機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整改造。改造后提升效率達(dá)到了20.5 斗/h，比改造前14.6 斗/h 提高了40%，即主機(jī)系統(tǒng)提升能力擴(kuò)大了40%。改造效果非常顯著，不但滿足了該礦生產(chǎn)需求，而且確保了系統(tǒng)設(shè)備日常維護(hù)保養(yǎng)所需時(shí)間，大大緩解了主機(jī)系統(tǒng)日常管理壓力。