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1、矿山运输与提升7,第七章 提升设备的运动学和动力学,7.1 提升速度的确定在一次提升过程中，提升速度是变化的。提升开始时，容器以加速运行，速度由零增加到最大值；然后保持在最大速度下运行一段；接近提升终了时，容器接近卸载位置时开始减速，速度又从最大值下降到零最后停在卸载位置。在一次提升（或下放）中容器运行速度随时间的变化过程可以绘成直观的提升速度图。用横坐标表示容器运动的延续时间，纵坐标表示相应的运动速度，则绘出容器随时间变化的速度曲线，就称之为提升速度图。从物理意义上讲，提升速度图上速度曲线所包含的面积就是提升容器在一次提升时间内所走过的路程，即提升高度H。提升容器在一次提升过程中的运动，一般
2、有加速、等速和减速等三个阶段。要实现面积等于H的速度图可以有很多，即将矿石由井下经过提升高度H提到地面，可以采用不同的提升速度。,第七章 提升设备的运动学和动力学,7.1 提升速度的确定在三阶段速度图中，当提升加速和减速阶段为匀加速和匀减速运动时，其提升速度随时间的变化曲线呈梯形，通常称为三阶段梯形速度图。若没有等速阶段，则提升速度图就变成了三角形速度图。显然，我们可以把三角形速度图看作是梯形速度图的一种极限状态。那么我们如何确定最大提升速度呢？在提升能力一定的情况下，最大提升速度不同，则一次提升时间就不同，因此一次提升量也不同，为此而需要配置的提升钢绳、提升机以及配套的电动机的规格就不同，最
3、终会导致提升系统的投资和提升成本不同。显然，我们希望确定的最大提升速度应为最经济合理得提升速度。下面我们来分析最经济合理的提升速度是如何确定的。,第七章 提升设备的运动学和动力学,7.1 提升速度的确定当采用梯形速度图并且提升高度一定，加速度、减速度相同时，其提升时间随最大提升速度的减小而增大。提升时间最短的是三角形速度图。设提升高度为H，加速度为任意值a且等于减速度，则当速度按三角形变化时，其面积,其最大提升速度为：(7-1)其相应的最短一次提升时间为：(7-2),第七章 提升设备的运动学和动力学,7.1 提升速度的确定当速度按梯形曲线变化时,一次提升时间为：(7-3)式中 V梯形速度图的最
4、大速度。将H=V0t0/2 及a=2V0/t0代入(7-3)式，经整理后得 t/t0 与V/V0 的关系式：(7-4)把上式表示的函数关系绘成曲线，如图右图所示。从曲线中可以看出：当提升速度V 超过(0.40.5)V0 时，提升时间的缩短就不显著了。,第七章 提升设备的运动学和动力学,7.1 提升速度的确定同时还可以求出提升的有效载重、卷筒直径、提升电动机容量与提升速度的关系曲线。经分析研究后，得出最经济合理的提升速度为：米/秒一般的提升加速度和减速度 a=0.61米/秒2，故：米/秒（7-5）式中 0.30.5系数，当H200米时取下限，当H600米时取上限；H提升高度，米。根据算出的V 值
5、，选择与其接近的提升机标准速度，作为速度图中的最大提升速度Vm，但必须符合安全规程规定：竖井用罐笼升降人员的加速度不得超过0.75米/秒2，其最大速度不得超过下式的计算值；且不能大于12米/秒。米/秒竖井升降物料时，提升容器的最大速度，不得超过下式的计算值：米/秒,第七章 提升设备的运动学和动力学,7.2 提升设备的运动学 提升设备属于周期动作式的设备。提升设备运动学是研究提升容器运动速度随时间的变化规律，以求得合理的运转方式。提升设备运动学计算的基本任务是：确定合理的加速度与减速度、各运行阶段的延续时间以及与之相对应的容器行程，并绘制出速度图和加速度图。,第七章 提升设备的运动学和动力学,7
6、.2 提升设备的运动学一、罐笼提升运动学罐笼提升采用三阶段梯形速度图。如右图所示。图中t1为加速运行时间，t2为等速运行时间，t3为减速运行时间，T1为一次提升运行时间，T为一次提升全时间，Vmax为最大提升速度。当采用等加速度a1和等减速度a3时，在加速和减速阶段，速度是按与时间轴成1和2角的直线变化，故三阶段速度图为梯形。（显然1=arctan a1,3=arctan a3)为了验算提升设备的提升能力，应对速度图各参数进行计算。计算梯形速度图各参数时，应已知提升高度H及最大提升速度Vmax。提升加速度a1和减速度a3可以在下述范围内选定：提升人员时不得大于0.75米/秒2；提升货载时不宜大
7、于1米/秒2。一般对于较深矿井采用较大的加、减速度，浅井采用较小的数值。相应的加、减速时间：手工操作时t1(t3)5秒；自动化操作时t1(t3)3秒。,第七章 提升设备的运动学和动力学,7.2 提升设备的运动学一、罐笼提升运动学梯形速度图各参数的计算如下：1.加速运行时间t1及距离h1：(7-6)2.减速运行时间t3及距离h3：(7-7)3.等速运行距离h2及时间t2：(7-8)4.一次提升运行时间T1：(7-9),第七章 提升设备的运动学和动力学,7.2 提升设备的运动学一、罐笼提升运动学5.一次提升全时间T：(7-10)式中 停歇时间（见第六章第二节）。6.每小时提升次数n：(7-11)7
8、.每年提升能力An:(7-12)式中符号意义及取值同第六章第二节。计算的每年生产能力An 应大于或等于设计的矿井生产能力An。,第七章 提升设备的运动学和动力学,7.2 提升设备的运动学二、箕斗提升运动学在箕斗的开始阶段，下放空箕斗在卸载曲轨内运行，为了减小曲轨和井架的动负荷，其运行速度和加速度应受到限制。提升将近终了时，上升重箕斗进入卸载曲轨，其运行速度和减速度也应受到限制。但在曲轨之外，箕斗则可以用较大的速度和减速度运行。因此：单绳提升非翻转箕斗通常采用对称五阶段速度图，如右上图。翻转式箕斗因其卸载距离较大，为了加快箕斗卸载而增加一个等速（爬行）阶段，这样翻转式箕斗提升速度图便采用六阶段速
9、度图，如右下图。,第七章 提升设备的运动学和动力学,7.2 提升设备的运动学二、箕斗提升运动学箕斗进出卸载曲轨的运行速度，以及在其中运行的加减速度，通常按下述数值选取：空箕斗离开卸载曲轨时的速度V01.5米/秒，加速度a0 0.3米/秒2;重箕斗进入卸载曲轨时的速度V4，对于对称五阶段速度图，V41米/秒，对于六阶段速度图，V4=0.30.5米/秒，相应的最终减速度a5(a4)应使最后阶段的时间t5(t4)1秒。现以六阶段速度图为例进行运动学计算。已知提升高度H，最大提升速度Vmax和箕斗的卸载距离h0；选取箕斗进出卸载曲轨的速度V0、V4、爬行距离h4=h0+(0.52)米、及减速度a5；并
10、按本节所述方法确定加速度a1及减速度a3。则速度图中各参数的计算如下。,第七章 提升设备的运动学和动力学,7.2 提升设备的运动学二、箕斗提升运动学1.空箕斗在卸载曲轨内的加速运行时间t0及加速度a0：(7-13)2.箕斗在卸载曲轨外的加速运行时间t1及距离h1：(7-14)3.重箕斗在卸载曲轨内的减速运行时间t5及距离h5：(7-15)4.重箕斗在卸载曲轨内等速运行时间t4：(7-16),第七章 提升设备的运动学和动力学,7.2 提升设备的运动学二、箕斗提升运动学5.箕斗在卸载曲轨外的减速运行时间t3及距离h3：(7-17)6.箕斗在卸载曲轨外的等速运行距离h2及时间t2：(7-18)7.一
11、次提升运行时间T1：(7-19)8.一次提升时间、每小时提升次数、每年生产能力的计算，与（7-10）、（7-11）、（7-12）式相同。,第七章 提升设备的运动学和动力学,7.3 提升设备的动力学提升设备的动力学是研究和确定在提升过程中，卷筒圆周上拖动力的变化规律，为验算电动机功率及选择电气控制设备提供依据。提升设备动力学计算的基本方法是：根据提升速度图和加速度图，将计算出的各提升阶段的各个量代入提升动力学基本方程式，计算出提升过程中各阶段的拖动力，绘制出力图。根据提升速度图和力图，可求出提升各阶段的卷筒轴功率，并可绘制出功率图。提升速度图、加速度图、力图及功率图和在一起称为提升系统工作图。（因课时有限，提升设备动力学的计算过程请同学们自学）,第七章 提升设备的运动学和动力学,复习题：1.什么是提升速度图？2.采用三阶段梯形速度图时，提升容器在一次提升过程中的运动一般有 哪三个阶段？3.最经济合理的提升速度如何确定？4.提升设备的运动学计算需要确定和计算哪些参数？,
