О шахтных наклонных подъёмных установках

Статья автора впервые вышла в ежемесячном научно-техническом, производственном и экономическом журнале "Уголь Украины", №1 за 1992 г, стр.39 -- 42. В настоящей редакции работа сокращена. Исправлены неточности.

УДК 622.673.1

А.Е. ГОЛЬБЕРТ, инж.
(Объединение Октябрьуголь)

РАЗДЕЛЕНИЕ ЦЕПИ ЗАЩИТЫ НАКЛОННЫХ ПОДЪЁМНЫХ УСТАНОВОК*

    Вопросы, связанные с рассмотрением целесообразности проектирования грузовых подъёмных установок для выработок с малыми углами наклона и с продолжением их эксплуатации на действующих перспективных шахтах, весьма актуальны. По-прежнему не решена задача создания взрывобезопасных приводов подъёмных машин, способных обеспечить необходимую производительность при современных схемах рудничного транспорта, в том числе транспорт в слепых стволах и уклонах, пройденных по пластам с большими углами падения или имеющих значительную протяжённость. Существует проблема продления срока службы подъёмного каната, особенно в стволах и уклонах с переменным профилем. Практически не решён вопрос автоматизации наклонных подъёмных установок. Остаются трудоёмкими работы по ремонту и замене подканатных роликов и др.
   Аварийность одноконцевых наклонных подъёмных установок достаточно высокая. Исследования, проведённые для выявления причин аварий показали, что около 50% их происходит из-за  набегания подъёмного сосуда на канат. Научно-исследовательские работы по данной тематике, проведённые в последние годы, почти ничего не изменили в практике эксплуатации абсолютного большинства действующих наклонных подъёмных установок шахт. В связи с этим есть несколько замечаний и предложений.
   При предохранительном торможении наклонной подъёмной установки тормозной момент передаётся непосредственно барабану подъёмной машины и при движении сосуда вверх по существу не передаётся подъёмному сосуду (вагонетке, скипу) из-за наличия гибкой связи – подъёмного каната. Это обстоятельство и обусловливает возможность набегания сосуда на канат. Упрощенно, пренебрегая наличием упругих свойств каната, неблагоприятную ситуацию можно объяснить следующим образом. Кинетическая энергия, которой обладает подвижной состав, реализуется в движении сосудов с замедлением  меньшим или близким к значению замедления каната, а также в движении после остановки барабана и прекращения перемещения каната, что вызывает его (сосуда) набегание на канат.
   Согласно параграфу 306 Правил безопасности величина среднего замедления подъёмной установки должна быть не менее 0,75 и 1,5 м/с2 при углах наклона  выработок соответственно до 30 и более 30 градусов. В том же параграфе для углов наклона выработок до 30 градусов допускается замедление менее 0,75 м/с2, если обеспечивается остановка поднимающегося сосуда в пределах пути переподъёма, а опускающегося – на свободном участке пути, расположенного под нижней посадочной площадкой. Однако наложение тормозного момента при предохранительном торможении во время движения сосуда вверх ещё не обеспечивает остановку подъёмного сосуда, более того -- создаёт предпосылки для возникновения аварийной ситуации,  вследствие  набегания сосуда на канат. Правила безопасности в параграфе 322 предусматривают управление предохранительным торможением одноканатных подъёмных установок, на которых регулировкой тормозной системы не удаётся исключить набегание сосуда на канат, при этом допускается превышение времени срабатывания предохранительного тормоза. Однако этот же параграф регламентирует продолжительность холостого хода предохранительного тормоза.
   Очевидно, что во время движения сосуда вверх (период риска) целесообразно  отключение электродвигателя от сети без предохранительного торможения с тем, чтобы предотвратить набегание. При достижении подъёмным сосудом расчетной скорости или скорости, при которой набегание невозможно даже при абсолютно резком стопорении  /1/, т. е. 0,2 – 0,3 м/с для большинства наклонных подъёмных установок, следует производить торможение. Если при этом в режиме свободного выбега барабана его замедление не будет значительно меньше замедления  состава  (требование, продиктованное упругими свойствами каната) и может возникнуть набегание, то возможны технические  решения по уменьшению сил трения  в подшипниковых опорах барабана, увеличение крутящихся масс коренного вала, редуктора и др. Для гашения скорости подъёмных сосудов при недостаточном пути переподъёма могут использоваться специальные устройства типа ловителей (гасители кинетической энергии движущегося состава). Регламентация пути переподъёма одноконцевых подъёмных установок с углом наклона до 30 градусов (параграф 368 ПТЭ): для проектируемых – не менее 4 м, для действующих – 2,5 м представляется нецелесообразной  ввиду её несовместимости с многообразием условий конкретных подъемных установок шахт.  Идеальным представляется индивидуальный расчет для каждой установки с привязкой к горной выработке, что исключает возможность переподъёма, причем величина замедления должна приниматься исходя  из расчета, включающего фактор отсутствия набегания сосуда на канат.
 
   ЧТОБЫ НА ОДНОКОНЦЕВОЙ НАКЛОННОЙ ПОДЪЁМНОЙ УСТАНОВКЕ ИСКЛЮЧИТЬ НАБЕГАНИЕ СОСУДА НА КАНАТ, ПРЕДЛАГАЕТСЯ использовать один из известных методов /2/: ИЗМЕНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ОБЪЕКТА ПУТЁМ ЕГО РАЗДЕЛЕНИЯ. Разделение в данном случае возможно по направлению перемещения и во времени. Разделение во времени может быть двояким: предохранительное торможение накладывается при работающем ещё двигателе, уменьшая замедление до допустимого (исключающего возможность набегания сосуда на канат); предохранительное торможение накладывается через некоторое время после разрыва цепи  катушки ТП (контактора тормоза предохранительного) и отключения двигателя, т. е. увеличивается длительность холостого хода.
   Для реального воплощения принципа разделения цепи защиты наклонных подъёмных установок необходимо создание ряда схем для различных условий и типов подъёмных машин. Возможны некоторые дополнительные требования к эксплуатации и  проверке защит и блокировок в связи с разделением схемы цепи защиты.  Для реализации указанного выше предложения пересмотрим принцип построения цепи защиты. Разделим её на две части (рис.1).  Первая цепь (традиционная) выполнена с включением в неё контактов аппаратов защиты, применяемых при движении сосудов вниз (цепь ТП), т. е. вне зоны риска набегания; вторая -- выполнена с помощью дополнительного реле ВТП, цепь которого составлена контактами аппаратов защиты, которые контролируют перемещение сосудов вверх, т. е. в зоне риска набегания.
   Для разделения цепи защиты необходимо, чтобы каждая её часть включала контакты собственных аппаратов защиты или их функциональное действие разделялось в зависимости от направления движения. В связи с этим нужно по-новому рассмотреть функции всех типов защит, воздействующих на предохранительный тормоз; теперь данные аппараты в случае отклонения от нормы контролируемых параметров отключат  двигатель подъёмной машины и в зависимости от направления движения каната СВОЕВРЕМЕННО введут в действие предохранительный тормоз. Например, защита от провисания струны каната должна срабатывать только при движении сосуда вниз. Аппараты защиты от переподъёма на верхней и нижней приёмных площадках в существующей схеме представлены разными контактами, поэтому в новой схеме их следует разместить в разных, соответствующих назначению, цепях. Защиту от превышения скорости можно преобразовать с помощью перестановки существующих и установки дополнительных реле контроля скорости (рис.2), что могло бы быть реализовано наладочными организациями и электромеханическими службами шахт.
   Назначение цепи реле ВТП (дополнительной цепи) сводится к следующему. Она, как и цепь ТП, должна в случае  возникновения предпосылок к аварии отключать реверсор, затем при достижении допустимой скорости, исключающей набегание, так или иначе воздействовать на цепь ТП, что в свою очередь приведёт к наложению предохранительного тормоза. Для реализации указанной функции могут быть применены различные схемные решения. Простейшее из них, когда  ВТП воздействует на ТП  через расчетную выдержку времени (схема не приведена) или, например,  когда при движении вверх контакт ВТП шунтирует ТП ветвью с диодом и тахогенератором, настроенным на напряжение отключение контактора ТП в функции расчетной скорости, при которой исключено набегание сосуда на канат (рис.1). Цепь ТП при возникновении риска аварии разрывается дополнительным реле ВТП через контакт промежуточного реле РП. Дополнительно установленное промежуточное реле РП кроме рассмотренной основной функции осуществляет сигнализацию, размножение контактов и др., что обеспечивает необходимую надёжность работы схемы. В цепи реверсора  контакты ТП и ВТП включены последовательно (схема не приведена) с тем, чтобы любой из них мог осуществить отключение. Для зарядки (включения) реле ВТП применена кнопка с самоподхватом. Зарядка (включение) контактора ТП, как показано на схеме, возможна только после зарядки (включения) реле ВТП. Диод В необходим для обеспечения работоспособности и надёжности схемы.  Направлению пропускания тока диодом (прямой полярности) соответствует полярность напряжения на клеммах тахогенератора при движении состава вверх. Источники ЭДС питающий схему и тахогенератора при этом включены встречно.
   
   Принцип разделения может быть использован для достижения  безопасного предохранительного торможения подъёмных установок разных типов. Для двухконцевых наклонных подъёмных установок, например, в целях исключения набегания  одной из ветвей каната на сосуд ТЕОРЕТИЧЕСКИ возможно такое техническое решение, как кинематическое разделение движения барабанов в периоды предохранительного торможения. Подобное решение ТЕОРЕТИЧЕСКИ приемлемо для защиты клетьевых подъёмных установок вертикальных стволов от ложного срабатывания парашютов.

ЛИТЕРАТУРА
 
1. Володин В.И., Траубе И.Е., Самородов А.И.  Условия предотвращения набегания сосудов на канат при торможении подъёмных машин с низких скоростей  // Уголь Украины.  – 1981. – № 10. С. 34 –  36 .
 2. Чяпяле Ю.М. Методы поиска изобретательских идей. – Л.: Машиностроение, 1990. –  96 с.
  ___________
* В порядке предложения.