2803.Эксплуатация шахтных подъемных установок

Представленный частотный анализ сигналов позволяет представить поперечные колебания струны и продольные колебания скипа в форме суммы двух гармонических законов с частотами f1 1,02 и f2 1,17 1/с.

Соотношение между главными частотами:

f2 1,17 1,15. f1 1,02

Сравнивая полученные численным решением математической модели значения главных частот колебаний со значениями из частотного спектра вертикальных перемещений, полученных по результатам эксперимента (рис. 9.12, 9.13), можно утверждать о качественном и количественном совпадении результатов математического моделирования совместных продольных и поперечных колебаний каната с результатами экспериментального исследования.

Погрешность определения первой главной частоты, соответствующей первой собственной частоте поперечных колебаний струны, состав-

ляет 9,8 %:

1 1,020,92 0,098 .

Погрешность определения второй главной частоты, соответствующей первой собственной частоте продольных колебаний, составляет 6,8 %:

1 1,091,17 0,068.

Установленные закономерности продольных и поперечных колебаний в системе хорошо согласуются с результатами теоретических исследований. Относительная расхождение экспериментальных данных с расчетными не превышает 7–9 %, что свидетельствует о корректности принятых допущений и составленной на их основе математической модели подъемной установки.

9.3. Амплитуда максимальных поперечных колебаний струны

Теоретические и экспериментальные исследования динамики подъемной установки при предохранительном торможении [96, 106] показали, что максимальные колебания струны возбуждаются после остановки органов навивки машины за счет снижения интенсивности колебаний сосуда на канате. При совпадении частот главных колебаний в колебаниях струны ка-

241

ната может быть сосредоточена практически вся энергия колебаний системы. Колебания сосуда в этот период будут минимальными, и усилие в канате может быть принято равным статическому.

Полученные результаты позволяют вычислить амплитуду максимально возможных поперечных колебаний струны каната. Для этого необходимо определить энергию колебаний всей системы в период торможения и приравнять ее к энергии колебаний струны.

Энергия колебаний системы складывается из энергии продольных колебаний сосуда на канате и энергии поперечных колебаний струны. Ранее (см. подразд. 9.2) было установлено, что колебания струны каната вызваны изменением усилия в канате. Причем возбуждение поперечных колебаний сопровождается снижением интенсивности продольных. Поэтому энергия колебаний системы может быть принята равной энергии продольных колебаний в момент стопорения барабана машины, рассчитанной без учета влияния струны каната.

Максимальные продольные колебания сосуда на канате можно определить по методике, приведенной в работе [93]. В этой работе установлено, что в наиболее неблагоприятных условиях максимальные динамические усилия в канате при предохранительном торможении могут достигать двух статических. Максимальное ускорение сосуда в этом случае равно ускорению свободного падения.

Полная энергия продольных колебаний в момент максимального удлинения каната будет равна потенциальной энергии, определяемой выражением:

где max – максимальное удлинение каната при колебаниях сосуда, м; c –

жесткость каната, Н/м.

Деформация каната зависит от его длины и упругих свойств, поэтому целесообразно энергию продольных колебаний выразить через ускорение сосуда. Для этого воспользуемся выражением c m a . Отсюда

max mc amax ν12 amax .

Подставив значение деформации каната в (с), получим

242

Энергия поперечных колебаний струны в момент наибольшего отклонения каната также будет равна потенциальной энергии, определяемой выражениями (9.2) и (9.3). Для основного тона колебаний

При выводе этой формулы учтено, что усилие в канате при максимальных колебаниях струны равно статическому.

Приравняв выражения (9.2) и (9.3), после преобразований получим формулу для расчета амплитуды максимальных колебаний произвольного участка струны каната:

угол наклона струны к горизонту, град; l – длина каната от барабана подъемной машины до подъемного сосуда, м; аmax – амплитуда максимальных ускорений сосуда после стопорения органов навивки каната, м/с2; ξ – рас-

стояние от барабана до рассматриваемого участка струны каната.

При определении максимального отклонения каната вверх перед радикалом берется знак минус, вниз – знак плюс.

Величина максимальных ускорений сосуда при колебаниях в процессе торможения может быть рассчитана по известным методикам [93]. При наиболее неблагоприятных условиях торможения amax = 9,81 м/с2.

Формула (9.4) позволяет определить границу максимальных отклонений любой точки струны каната при торможении, если известны длина струны и угол наклона ее к горизонту, а также линейная плотность каната и масса сосуда.

Амплитуда максимальных поперечных колебаний струны каната при предохранительном торможении, прямо пропорциональна амплитуде максимальных ускорений (замедлений) подъемного сосуда в период предохранительного торможения. Снижение амплитуды колебаний сосуда при торможении является одним из основных способов уменьшения поперечных колебаний струны в этот период. На действующих подъемных установках некоторое снижение колебаний сосуда при торможении может быть достигнуто соответствующей настройкой тормозной системы на минимальные замедления системы при предохранительном торможении при

243

подъеме груза. Наиболее эффективным способом предохранительного торможения, обеспечивающим минимальные колебания подъемных сосудов, является регулируемое предохранительное торможение [93].

Выполненными теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено, что поперечные колебания струны каната имеют максимальную амплитуду при предохранительном торможении на участке, где частоты собственных колебаний струны каната и сосуда на канате совпадают. Эта амплитуда прямо пропорциональна амплитуде колебаний сосуда на канате в период предохранительного торможения и рассчитывается по выведенной формуле. Это позволяет на стадии проектирования определить зону возможных поперечных колебаний струны каната и исключить возможность соударения каната об элементы конструкции копра и здания подъемных машин.

Для исключения биений струны каната следует избегать срабатывания предохранительного тормоза при нижнем положении порожнего подъемного сосуда и верхнем положении груженого. Для снижения амплитуды колебаний необходима наладка тормозной системы на минимальные замедления в пределах, установленных правилами безопасности. В зоне поперечных перемещений струны каната необходимо исключить нахождение деталей с острыми кромками и установить ограждения с радиусом кривизны не менее 15 диаметров каната, футерованные «мягким» материалом.

244

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Описание работы клетевой ШПУ по записям регистратора параметров РПУ-03.5 в связи

с выходом противовеса из направляющих

Рассмотрим работу шахтной подъемной установки в штатном режиме. 06 ноября 2008 г. в период с 7 ч 58 мин 15 с до 8 ч 10 мин 15 с на ШПУ была проведена предусмотренная технологическим регламентом проверка исправности защит и блокировок (см. табл. П1.1). В таблице приведен полный перечень срабатываний предохранительного тормоза в пе-

риод с 7:58:00 06.11.2008 г. по 15:10:01 07.11.2008 г. В ходе работ были проверены защиты от переподъемов сосудов:

1)переподъем противовеса и дублирующий переподъем противовеса

сработали на отметках –2,54 м и –1,91 м соответственно (положение противовеса по данным РПУ-03.5 дано в абсолютных значениях относительно нулевой отметки);

2)переподъем клети 1 (реле 2Р1) сработала на отметке 0,81 м;

3)переподъем клети 1 дублирующий (1ВК) – на отметке 6,04 м;

4)переподъем клети 2 (2Р2) – на отметке 14,74 м,

5)переподъем клети 2 дублирующий (2ВК) – на отметке 16,0 м.

После проверки срабатываний защит был выполнен перегон подъемных сосудов, сосуды установлены на уровнях: клеть –320,2 м, противовес – 46,66 м. Таким образом, в штатном режиме в ходе ежесменной проверки защит и блокировок на данной установке проверяется срабатывание двух защит переподъем противовеса и четырех защит переподъем клети.

Графики работы подъемной установки при проверке защит и блокировок приведены на рис. П1.1.

Действия машиниста подъемной машины 07 ноября 2008 г. 8:02:15 – 8:17:15 (рис. П1.2). Проверка защит. Начальное положение подъемных сосудов: клеть на отметке –334,08 м, противовес на отметке –32,77 м. Противовес поднят до отметки –14,06 м, сработала защита от превышения скорости (РОС), наложен ТП. В дальнейшем проверены защиты от первого и второго переподъема противовеса, противовес был последовательно установлен в положения –2,64 м и –1,91 м. После проверки защит от переподъемов противовес опущен на отметку –33,93 м и выполнены проверки следующих защит:

1)РОС;

2)РОС;

3)1Р. Реле контроля цепи первой ступени;

245

4)Р1. Реле «Авария»;

5)Р1. Реле «Авария»;

6)1ВМ. Выключатель вакуумный;

7)2ВИК. Выключатель износа колодок 2;

8)1ВИК. Выключатель износа колодок 1;

9)КД. Контроль давления.

После проверки защит подъемные сосуды находились на отметках: клеть –313,83 м, противовес –53,02 м.

Действия машиниста в период 8:23:00– 8:29:30 (рис. П1.3). После про-

верки срабатывания реле контроля давления в 8:23:56 цепь ТП была собрана. Клеть была поднята до положения переподъема –0,82 м, при этом сработала защита переподъем клети1 (2Р1), наложен ТП. Далее машинист продолжил движение клети в сторону подъема, и на отметке +16,56 м сработала защита

переподъем клети 2 дублирующий (2ВК), наложен ТП. При этом при прохо-

ждении клетью отметок +6,04 и +14,74 м, соответствующих переподъему 1ВК и 2Р2, срабатываний защиты от переподъема не было. Далее цепь ТП была собрана и клеть поднята еще выше, на отметку +25,58 м, где подъемная машина в 8:26:35 заторможена рабочим тормозом. В это время противовес опустился на отметку –392,42 м. Таким образом, подъемные сосуды заняли положения, на 9,02 м выходящие за крайние ограничения, предусмотренные защитой от переподъема сосудов.

Действия машиниста в период 8:26:11– 8:32:11 (рис. П1.4). Клеть на-

ходится в положении +25,58 м, противовес –392,42 м. В 8:26:53 машинист начал опускание клети и подъем противовеса. Клеть опущена на отметку 0,17 м. Машина остановлена рабочим тормозом. Противовес находится в положении –366,68 м. При подъеме противовеса ток статора подъемного двигателя имел завышенное значение 70 А (при аналогичном движением подъемной машины в ходе проверки защит 06 ноября 2008 г. ток статора составлял 50 А). Через 1 мин 10 с после остановки началось движение на подъем противовеса. Подъем проходил со средней скоростью 6 м/с, при разгоне ток статора также имел завышенные значения, достигающие в пике 105 А (при нормальном режиме он составлял 86 А). Графики скорости и тока статора имеют большую амплитуду колебаний на всем протяжении движения, что не характерно для обычного режима работы ШПУ. Машина была остановлена рабочим тормозом при положении клети на отметке – 113,87 м. После небольшого простоя (13 с) клеть была поднята до отметки 0 м. Скорость движения менялась ступенчато, вначале она составляла 4,9 м/с, далее снижалась до значений 2,9, 1,27 и 0,63 м/с.

После остановки ШПМ простояла без движений 7 мин 22 с.

250