矿井斜井用小绞车和钢丝绳选型设计

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矿井斜井用小绞车和钢丝绳选型设计

闰方谢江宾

(义 马煤 业集 团孟津

煤矿 有限责任 公司机电科 ， 河南 洛 阳 471142)

摘要： 探讨 了矿 井斜井用小 绞车 和小绞车用钢 丝绳 的选型计算 公

式推导方法 ， 并结合 实例进行 了验证 ， 以期对 同等类 型的矿井斜

井用小 绞 车和钢丝绳 的选型设计起到借 鉴作用 。

关键 词： 矿井斜 井； 绞车选型 ； 钢 丝绳选型 ； 推 导公 式； 选

型设计

O 引 言 为钢丝绳 (或钢丝) 公称抗拉强度 (MPa) ； K 为某一指定结构

钢丝

绳的最小破 断力系数 (可查 GB／ T 8918 表 5 和 GB／ T 16269 表

3) 。 矿井斜井用 小绞车和钢丝绳是矿下作业中举足轻重 的设备 ，根

据 GB／ T 8918 第 5． 3． 2 条 ，钢丝绳最小破 断力总和可用以下

其精确 、 合理的选型是高效、 安全 生产的保障和前提 。但从我 国现

公 式表 达 ： 有研究可知，有关井筒 内提 升绞车选型和钢丝绳选型

的计算方法 F h = (6) 在我 国已经趋于规范，然而对矿井斜巷小绞车和

小绞车钢丝绳选 式中， 为破断力换算系数 ( 其值见 GB／ T8918 表

14～表 3l 下注 型的计算方法尚处于摸索当中， 未能得出精确的答案。

基于 已有文 和 GB／ T 16269 表 3 的 K 1 ) 献 ， 笔者结合孟津煤

矿有限责任公司井下现场条件和现场经验 ， 推 将 (5) 代入 (6) 得：

出了以下小绞车和小绞车钢丝绳的选型计算方法 。 Fh- -K ~ K d 0

(7) 1钢 丝绳 选型 设 计 将 (4) 和 (7) 代入 ( 1) 可得：

首先需要确定小绞车运输的现场条件 ： 运输距离 ( 百米) ， 运 扰

(si衄勺 o ) +gQ。 (si衄 co ) ≤ 输轨道的最大坡度 ， 提升货载

Qo(km) ， 如 图 1 所示。 化简可得：

d ≥ (8 )

式 (8) 就是选择钢 丝绳直径 的一般公式 ， 计算前先确定 R。 和

钢丝绳的结构， 并查 出K^、 K 、 K 、 m 即可 然后将 已知的 Q。 、

L 、 图 1 小绞车运输的现场条件 m 和 g 带入计算公式就可求出 d 的

值 ， 然后从钢丝绳 的标准 内选择 由于钢丝绳在工作过程中受多种应

力的作用 ， 如静应力、 动应 与计算值相类似 的钢丝绳直径。 力、

弯 曲应力、 扭转应力、 接触应力、 挤压及捻制应力等等， 这些应 选

择 了钢丝绳直径以后 ，由于最大静拉力与钢丝绳最小钢丝 力的反复作

用将导致钢丝的疲劳断裂。《 煤矿安全规程》 规定 ： 根据 破 断力总

和是 已知的， 因此可用 ( 1) 式 的变形后 的公式对安全系数 其工作

中所受到 的最大静 张力和钢丝绳最小破断力总和计算 ， 使 进行效验， 即：≥m。 它具有一定的安全系数。因此有 ：

≤ (1 ) 2 绞车选型计算

式中， 为最大静拉力 (N) ；为钢丝绳最小破断力总和 (N) ； m 为 由

图 l 可知， 绞车承受的最大静拉力为：

钢丝绳安全系数。 Qj=gML (sina = ， os ) +gQ0(s cosa )

考虑到绞车承受载荷 的不均衡性， 应取一个 安全 系数 c， 一般 假定

钢丝绳的单位长度近似重量为 M，这时 A 点承受的最大 取 1．25， 则

绞车的牵引力应为： F ≥1． 25 静拉力为： 根据上式即可计算 出小

绞车的拉力， 选择相应绞车型号即可 。 Q F gML (sina+ f i coso t) +gQ0(sina+f i cosa) (2) 以上计算只考虑 了单钩小绞车的运输方式 ，

小绞车对拉运输 式 中， g 为重力加速度 (m／ s2 ) ； 为提升容器运

动阻力系数 (O．01～ 时的计算方法只要在绞车的载荷上加上对拉绞车

的负荷和对拉绞 0． 15) ；为钢丝绳与底板和托辊间的摩擦系数 ， 钢

丝绳全部支撑在 车的钢丝绳重量便可， 同时应考虑绞车承受载荷的不均

衡系数 。托辊上时取 0． 15～0． 2， 局部 支撑 在托辊上时取

0． 25～O ． 4， 全部在 3选 型设 计计 算 实例 地板上时取 0． 4～0．6。

由 GB／ T8919 第 4-3． 1 条可知： 已知条 件 ：

仁K (3) 孟津煤矿有 限责任

公 司东翼皮 带大巷 ： 5=14 。 12 ，巷 道长度 式 中， d 为钢丝绳

公称直径 (r a m) ； K 为钢丝绳的重量系数 ，值见 S=230 nl ， 绞车

距离巷道 口s=2 m， 车辆 自重 Gz=1． 5 t， 提升最大货物 GB／

T8918 表 5 和 GB／ T 16269 表 3) 。 重 G=26 t。

将 (3) 式带入 (2) 可得 ：选型计算：

Q T gKd~ L (sin a + f 2 cos a ) +gQo(sinwg'~ CO S~) (4) 绳端载荷

重： Qo =26 t+ 1．5 t=27 500 kg

根据 GB8706- -88 《 钢丝绳术语》第 15． 2． 1 条和 GB／ T8918 第 钢丝绳斜长： L=S+s=232 nl

5． 3． 1 条， 钢丝绳的最小破断力 (理论计算的钢丝绳破断力最 小值) 取 A=o．0 12 0． 5， 选 用 6 × 196+NFI67023 钢 丝 绳 。 由

GB ／ T8919 表 5 和 表 25 查 得 ： K =0． 390： K ， _O． 340； K

h =1． 192。 的计算公式：

按 照 《 煤 矿 安全 规 程》 要 求 m≥3． 5 ， 根 据 公 式 ( 8)

有 ： D ≥ R =K d o (5)

23 ． 779 l 19 9 mm 。 式 中，为钢丝绳最小破 断力(N) ； d 为钢

丝绳公称直径 (nun) ； R。

1 50

Sh e ji Yu Fen × 塑 坌

智能电网研究及实验演示装置的设计

周敬森陈厚桂 ’

(武汉大学 电气工程学院 ， 湖北 武汉 430072)

摘要： 首先介 绍 了智能 电网的概念 ， 概 括 了其 自愈、 交互 、 优化 、 兼容 、 集成 的五大优点 ； 然后结合 国内智能 电网研 究的现状和 要求 ， 创新地 提出将智能电网与高校实验教学相结合， 设计相关的实验装置； 最后描述了实验演示装置的组成部分、 功能及其特点， 并指出智能电网的实验教 学对加快 人才培养步伐 、 促进 我国智能 电网的建设 具有重要意义 。

关键词： 智能电网； 实验教学： 实验演示装置： 设计

O 引言 年出版 了报告“ The smart grid： An introduction”， 至此， Smart Grid 这

个称谓开始被全世界所采用 。 电能是现代社会赖 以发展的重要能源 ，电网则是经济社会 发 总体而言，智能电网是指电力输配系统综合传统和前沿的 电 展的重要基础设施 。近年来， 电网安全、 稳定运行的客观 因素发生 力工程技术、 复杂的感应和监控技术、 信息技术和通讯技术 以提高 了很大的变化。负荷的快速增长 、 大区 电网的初步互联、 电力市场 电网运行效率并支持客户端广泛的附加服务的新型电网。 等因素对电网运行的影响 日益显现 ， 另外， 全球气候变化加剧、 可 2智能 电 网的 特 点 再生能源的不断增加也对 电网的安全稳定工作提 出了新的挑战，

根据智 能电网具有的灵活性 、 易接入性 、 可靠性、 经济性等各 传统的电力网络已经不能满足发展的需要。

为 了最大限度地发掘电网体系的能源效率 ， 实现节 能减排、 可 种优点 ， 可以总结 出智能电网的主要特点 ： 自愈、 交互、 优化 、 兼容、

集成。 持续发展等 目标， 世界各国纷纷开展智能 电网的研究 。 国家 电网公

( 1) 自愈是指对 电网的运行状态进行连接的在线 自我评估 ， 采 司从我国基本国情出发， 提出了发展坚强智能 电网的设想， 实现对

取预防性的控制手段 ， 及 时发现、 快速诊断和消除故障隐患； 故障 传统电网的升级换代 以及 电网运行、 控制思路的改革 ， 从而为电力

发生时， 无需或仅需少量人为干预 ， 实现电力网络中存在问题元器 市场的真正形成打好基础。 件 的隔离或使其恢复正常运行。 (2) 交互是指 电网运行和批发 、 零 1 智能电网的概念 售电力市场实现无缝连接， 支持电力交易的有效开展， 提升 电力系 美国对智能电网的研究较早。 2003 年， 美国电科院将未来电网 统的安全运行水平 ， 促使 电力用户发挥积极作用， 管理其能源使用 定义为 IntelliGrid。 欧洲委员会在 2005 年正式成立智能电网欧洲技 并减少能耗开销， 实现 电力运行和环境保护等多方面的收益。(3) 术论坛 ， 并提出了 (Smart Grid) 的说法 。欧洲所描绘的智能电网具 优化是指实现资产规划、建设、运行维护等全寿命周期环节的优 有 4 个典型的特征： 柔性 、 易接入、 可靠 、 经济 。美 国能源部在 2008 化 ， 合理地安排设备的运行与检修， 提高资产的利用效率 ， 有效地 查 GB／ T8919 可选 d=25 r啪 ， 但考虑到纲丝绳的寿命 、 绞车的 计算公式推导方法，对于矿井斜井生产使用 中绞车和钢丝绳的选 磨损和绞车 的容绳量， 本矿实际选用 了 d=29 t oni 。 用提供 了一个具体、 明确、 准确、 安全 的选型参考， 以期为实际生产 查表知钢丝绳最小破断力为 433 kN； 则： 钢丝绳最小破断力总 带来高效、 安全的生产效益 。而且， 在钢丝绳选型计算公式的推导 和 ：中我们得知， 针对在斜巷道的提升中钢丝绳磨损非常严重 的情况 ，

在绞车允许的范围内， 钢丝绳的直径越大 ， 使用寿命将会越长 。而 K h =4 33 X 1． 2 14 =525 ．6 62 kN 在倾角小于 15。 的情况下， 根据上述计算推导方法 ， 其仅被视为最 钢丝绳的近似重量 M=289 kg／ 100 m

则根据公式 (2) 可得最大静拉力为：小值 ， 实际应该选择 的钢丝绳要 比计算出的直径大一级 。 可根据增

大的钢丝绳直径推导并验算绞车需要的容绳量。事实证明， 虽说增 Q j=9． 8~ 289~ O． 85 x (sin22+0．4 × cos22) +9． 8× 275 0o~ (sin22+

大钢丝绳直径提高了成本， 但是在条件 允许的范围内， 增大钢丝绳 0． 015 × cos22) =106 499． 264 2 N：106．499 264 2 k N

钢丝绳校验： 的直径可以延长其使用寿命 ， 因此， 可见其并未降低经济效益。 Fh= 塑 ： 4l 06924 72 8 86 > 3 ． 5 499 26 4 2 。。

[ 参考 文献 ] 因而可以推知， 钢丝绳选型计算结果符合标准 。 E1]沈奉节 ． 矿井排矸 绞车选 型及钢 丝绳安全 系数的验 算 ．．

[J] ． 煤矿 设

计 ， 1998 (2) ： 29~ 31 4绞车 选 型 [23 宋红岗， 王海波． 矿井斜巷小绞车和钢丝绳选型计算口] ． 煤 ， 2007 根据推到结果 ， 绞车选型的标准为：(2) ： 92 ～93 ，≥ 1． 25 × 106 ． 499 2 6 4 2= 133． 12 4 080 3 l(N E33 董全存 ， 李玉瑾 ． 准 确实用 的矿 井钢 丝绳选 型设计新方 法 [J ] ． 煤 ， 而根据孟津煤矿有 限责任公司现用绞车说明书来看 ，公司现 2004

(4) ： 26 ~ 2 7 选用 SDJ —l4 型双速多用绞车，其慢速牵引力为 140 kN，满足要 E43 周雪云． 绞车选型设计叮] ． 煤炭技术， 2004

(11) ： 22~ 23 求 ， 并在生产实践中得到验证 。由此可见， 绞车选型计算结果非常 [ 5]苗合坤． 地方煤矿立 井绞车 选型计 算机 应用 软件的编 制 D ] ． 河 北 准确。 煤炭 ， 1992( I ) ： 55~ 58

5结语 收稿 日期： 2011- 09- 02

总而言之 ，对于矿井斜井中极其重要的设备绞车和钢 丝绳来 作者简介： 闰方( 1983一) ， 男， 河南平顶山临汝县人， 助理工程师 说 ， 一个精确、 科学 的选型计算公式， 意义重大。 本文所提供的选型 研 究方向： 煤矿井下运输 。

机电信息2011年第 30期总第 312期 151