防坠器与缓冲器
防坠器是立井升降人员安全的重要保障。2004年版《煤矿安全规程》[1]第383条规定:升降人员或升降人员和物料的单绳提升罐笼,带乘人间的箕斗,必须装设可靠防坠器。但何为可靠,《煤矿安全规程》对其性能及技术指标没有作出具体规定。《煤矿安全规程》第413条规定:新安装或大修后的防坠器,必须进行脱钩试验,合格后方可使用。对使用中的立井罐笼防坠器,应每6个月进行一次不脱钩试验,每年进行一次脱钩试验。
《矿井提升设备》[2]一书在讲到对矿用防坠器的要求时有如下文字叙述:在制动下坠罐笼时,为保证人身安全,在最小终端荷载时(空罐乘一人),罐笼的制动减速度不大于5g(≈50m/s2),延续时间不超过0.2~0.5s,在最大终载荷时(矸石罐),罐笼制动减速度不小于1g(≈10m/s2);防坠器动作的空行程时间,即从断绳到防坠器开始制动时间不大于0.15s。
《矿井提升机械设备》[3]对防坠器的性能提出了若干要求。书中第21页有关防坠器的内容与《矿井提升设备》基本一致。
两书中均对制动减速度的上下限提出要求,且均定为5g与1g。有关资料表明:空军飞行员训练时要求达到5g的加速度,持续时间为2~3s。而航天员的训练则要求超载达到8g加
速度,持续时间为40~50s。早在1956年,JLBrown与MLechner在美国航空医学杂志加速度与人的工作效率一文中有如下论述:当正加速度的水平足够高时,对象可能失去知觉。所有丧失知觉的人中40%发生抽搐。丧失知觉的阀值是5g[4]。至于加速度的下限可理解为若小于1g,则滑动的距离太大,延续时间也久,影响可靠性。
综上所述,防坠器必须可靠,其作用是在罐笼发生断绳事故时启动抓捕器,并将减速度控制在1~5g之间。无论防坠器的结构如何,如果能将减速度控制1~5g之间,就能保证人员及设备的安全。如果加速度超出此范围,人身安全就不能得到保障,并且提升设备也可能被严重损坏。
1、 现行的防坠器试验规程
防坠器的试验主要包括三方面:1、检查性试验;2、静负荷试验;3、脱钩试验。其中前两项主要对机构进行静态测量检查。第3项脱钩试验则是对防坠器实际工作情况的模拟,因此,脱钩试验是检验防坠器性能,保证其可靠性的重要手段。其试验过程及结果更为重要。本文着重对脱钩试验进行讨论。
脱钩试验是用一专用钩将容器挂住,钩脱开,容器自由坠落,沿制动绳滑行距离为H,抓捕器抓住制动绳,此时容器已获得动能,但制动绳迫使其减速、停下。制动绳给出的制动力由缓冲器放绳产生,放绳量即容器减速过程的行程L,H+L即试
验过程中容器相对井架下滑的距离。
对现场调查发现,目前没有公认合理、普遍遵守的脱钩试验标准。专著、厂家说明书及现场使用者的标准不尽相同。举例如下:
《矿井提升机械设备》对脱钩试验的技术指标要求是:不论空罐或重罐,抓捕器沿制动绳下滑距离均应小于100mm,罐笼相对于井架下降的距离,空罐和重罐分别不得大于120mm和200mm。
某煤矿安全设备制造厂生产的防坠器,其使用维护说明书对于脱钩试验的技术指标摘要如下:
BF型:空罐与重罐试验时,罐笼对制动绳的相对下降距离均不得超过100mm。重罐试验时,缓冲绳应抽出一段长度,罐笼对井架的下降距离不得大于200mm。空罐脱钩试验时,缓冲绳的抽出长度应为罐笼对制动绳间相对下降距离的05倍以下,罐笼对井架相对下降距离不大于120mm。
2、对现行防坠器脱钩试验标准的分析
以L表示缓冲绳从缓冲器中抽出的长度,即制动距离。H为抓捕器的空行程距离。罐笼相对井架下降的距离为H+L,如图1所示
图1防坠器防坠过程示意图容器
脱钩后自由降落至抓捕器抓牢制动绳,降落距离H。获得速度: V=2gH (1)
之后,抓捕器拖制动绳一同下降距离L停下。制动力由缓冲器提供。制动绳抽出长度也为L。制动减速度为: a= v2gH 2LL (2)
当要求罐笼的减速度a满足1g≤a≤5g时,即:
0.2H≤L≤H (3)
若脱钩试验以式3作为检测H和L标准,便满足了罐笼减速度的要求,简单明了,无须分重罐空罐,也与防坠器的形式
无关,可是据笔者调查,目前没有任何矿在进行例行的脱钩试验时这样评价脱钩试验的结果。
3脱钩试验举例
设某罐笼做空罐试验,防坠器为BF型,罐笼相对于制动绳下降距离H=80mm
此时,
L10==0.125 H80
即:
L=0.125H<0.5H
试验数据完全符合使用说明书和矿井提升机械设备上的规定,应该认为此防坠器是合格的。但是,罐笼的加速度:
a=gH/L=8g>5g
显然这样大的减速度是不符合1g
再假设使用BF防坠器的某罐笼做重罐脱钩试验。H=70mm
a=gH/L=0.64g
显然,该减速度过小,虽然对人身不会造成危害,但无疑延长了事故的时间和空间,容易引起设备其它的问题。上述两例
试验结果符合相关的试验标准,但却不能满足罐笼的减速度1g≤a≤5g的目标要求。因此,可以得出结论,如此试验标准不能保证罐笼内乘员及设备的安全。事实表明,现行的防坠器脱钩试验规程中,均没有对制动距离L的下限作出限制。那么当缓冲器调整得非常紧时,制动距离L会接近于零,这时得到的试验减速度a≈∞。这是非常危险的,然而它的试验数据却是合格的。
4 现用缓冲器的性能及存在的问题
制动绳防坠器由抓捕器和缓冲器两部分组成。抓捕器完成对缓冲绳的抓捕后,罐笼减速所需要的力完全由缓冲器产生。因此缓冲器在防坠器中与抓捕器占有同样重要的地位。我国近若干年新设计的单绳提升副井多用BF型防坠器,其配套缓冲器的结构如图2所示。
其产生制动力的原理是用滚轮滑块将缓冲绳挤成若干个S弯,缓冲绳被挤图2缓冲器扁,抽动时又产生弯曲变形的摩擦力。S弯的大小、挤扁程度由推动半圆滑块的螺杆的拧紧程度决定,制动力的调整就依靠螺杆拧紧时的转角刻度来定。此方法比齿爪刺入罐道木,靠划破罐道木产生制动力要先进,但仍有很大不足。其主要问题在于:
4.1转角控制制动力的准确性较差是否调整到设计计算预定的制动力,目前没有简便的测量手段。而且可调性很差,螺杆拧一点,制动力变化较大。
4.2重复性较差,回调困难缓冲绳被挤压弯曲后有不可恢复的塑性变形。由于防坠器必须经常进行静力和脱钩试验,因此,缓冲绳上必然有不均匀的塑性变形存在,致使螺杆转角与制动力之间的对应关系是一个难以确定的关系,导致试验的重复性很差。
4.3产生的制动力不一致当罐笼高速下放断绳时,缓冲绳抽出长度较长。若缓冲绳的一段经过试验有塑性变形,而另一段未经过试验,则产生的制动力不一致,因而对罐笼下降的减速度亦无法预计。
4.4制动容易跑偏
由于缓冲器是成对使用的,两个缓冲器的制动力很难调整一致。在制动时容易跑偏,产生其它问题。现场调查及研究
表明,本文第3部分提出的防坠器脱钩试验标准02H≤L≤H不能被普遍接受的一个重要的原因是现在普遍使用的BF型缓冲器可调性较差。现场很难顺利调整到想要的制动力。
5结论
1、目前单绳罐笼防坠器的试验方法存在一些问题,导致现场例行脱钩试验时所采取的方法没有一个统一的标准,因此不能保证达到罐笼脱钩试验的减速度1g≤a≤5g。
2、提出一个统一的防坠器脱钩试验标准,即02H≤L≤H,避免了各种繁杂的规定。
3、对现在普遍使用的BF型缓冲器的结构及优缺点进行了分析,指出希望有一种制动力可调并能准确计算、重复性好、恢复简单、全行程制动力稳定的新型缓冲器出现。
郑州金鑫机械制造有限公司(市场开发部)
2012-01-05
防坠器与缓冲器
防坠器是立井升降人员安全的重要保障。2004年版《煤矿安全规程》[1]第383条规定:升降人员或升降人员和物料的单绳提升罐笼,带乘人间的箕斗,必须装设可靠防坠器。但何为可靠,《煤矿安全规程》对其性能及技术指标没有作出具体规定。《煤矿安全规程》第413条规定:新安装或大修后的防坠器,必须进行脱钩试验,合格后方可使用。对使用中的立井罐笼防坠器,应每6个月进行一次不脱钩试验,每年进行一次脱钩试验。
《矿井提升设备》[2]一书在讲到对矿用防坠器的要求时有如下文字叙述:在制动下坠罐笼时,为保证人身安全,在最小终端荷载时(空罐乘一人),罐笼的制动减速度不大于5g(≈50m/s2),延续时间不超过0.2~0.5s,在最大终载荷时(矸石罐),罐笼制动减速度不小于1g(≈10m/s2);防坠器动作的空行程时间,即从断绳到防坠器开始制动时间不大于0.15s。
《矿井提升机械设备》[3]对防坠器的性能提出了若干要求。书中第21页有关防坠器的内容与《矿井提升设备》基本一致。
两书中均对制动减速度的上下限提出要求,且均定为5g与1g。有关资料表明:空军飞行员训练时要求达到5g的加速度,持续时间为2~3s。而航天员的训练则要求超载达到8g加
速度,持续时间为40~50s。早在1956年,JLBrown与MLechner在美国航空医学杂志加速度与人的工作效率一文中有如下论述:当正加速度的水平足够高时,对象可能失去知觉。所有丧失知觉的人中40%发生抽搐。丧失知觉的阀值是5g[4]。至于加速度的下限可理解为若小于1g,则滑动的距离太大,延续时间也久,影响可靠性。
综上所述,防坠器必须可靠,其作用是在罐笼发生断绳事故时启动抓捕器,并将减速度控制在1~5g之间。无论防坠器的结构如何,如果能将减速度控制1~5g之间,就能保证人员及设备的安全。如果加速度超出此范围,人身安全就不能得到保障,并且提升设备也可能被严重损坏。
1、 现行的防坠器试验规程
防坠器的试验主要包括三方面:1、检查性试验;2、静负荷试验;3、脱钩试验。其中前两项主要对机构进行静态测量检查。第3项脱钩试验则是对防坠器实际工作情况的模拟,因此,脱钩试验是检验防坠器性能,保证其可靠性的重要手段。其试验过程及结果更为重要。本文着重对脱钩试验进行讨论。
脱钩试验是用一专用钩将容器挂住,钩脱开,容器自由坠落,沿制动绳滑行距离为H,抓捕器抓住制动绳,此时容器已获得动能,但制动绳迫使其减速、停下。制动绳给出的制动力由缓冲器放绳产生,放绳量即容器减速过程的行程L,H+L即试
验过程中容器相对井架下滑的距离。
对现场调查发现,目前没有公认合理、普遍遵守的脱钩试验标准。专著、厂家说明书及现场使用者的标准不尽相同。举例如下:
《矿井提升机械设备》对脱钩试验的技术指标要求是:不论空罐或重罐,抓捕器沿制动绳下滑距离均应小于100mm,罐笼相对于井架下降的距离,空罐和重罐分别不得大于120mm和200mm。
某煤矿安全设备制造厂生产的防坠器,其使用维护说明书对于脱钩试验的技术指标摘要如下:
BF型:空罐与重罐试验时,罐笼对制动绳的相对下降距离均不得超过100mm。重罐试验时,缓冲绳应抽出一段长度,罐笼对井架的下降距离不得大于200mm。空罐脱钩试验时,缓冲绳的抽出长度应为罐笼对制动绳间相对下降距离的05倍以下,罐笼对井架相对下降距离不大于120mm。
2、对现行防坠器脱钩试验标准的分析
以L表示缓冲绳从缓冲器中抽出的长度,即制动距离。H为抓捕器的空行程距离。罐笼相对井架下降的距离为H+L,如图1所示
图1防坠器防坠过程示意图容器
脱钩后自由降落至抓捕器抓牢制动绳,降落距离H。获得速度: V=2gH (1)
之后,抓捕器拖制动绳一同下降距离L停下。制动力由缓冲器提供。制动绳抽出长度也为L。制动减速度为: a= v2gH 2LL (2)
当要求罐笼的减速度a满足1g≤a≤5g时,即:
0.2H≤L≤H (3)
若脱钩试验以式3作为检测H和L标准,便满足了罐笼减速度的要求,简单明了,无须分重罐空罐,也与防坠器的形式
无关,可是据笔者调查,目前没有任何矿在进行例行的脱钩试验时这样评价脱钩试验的结果。
3脱钩试验举例
设某罐笼做空罐试验,防坠器为BF型,罐笼相对于制动绳下降距离H=80mm
此时,
L10==0.125 H80
即:
L=0.125H<0.5H
试验数据完全符合使用说明书和矿井提升机械设备上的规定,应该认为此防坠器是合格的。但是,罐笼的加速度:
a=gH/L=8g>5g
显然这样大的减速度是不符合1g
再假设使用BF防坠器的某罐笼做重罐脱钩试验。H=70mm
a=gH/L=0.64g
显然,该减速度过小,虽然对人身不会造成危害,但无疑延长了事故的时间和空间,容易引起设备其它的问题。上述两例
试验结果符合相关的试验标准,但却不能满足罐笼的减速度1g≤a≤5g的目标要求。因此,可以得出结论,如此试验标准不能保证罐笼内乘员及设备的安全。事实表明,现行的防坠器脱钩试验规程中,均没有对制动距离L的下限作出限制。那么当缓冲器调整得非常紧时,制动距离L会接近于零,这时得到的试验减速度a≈∞。这是非常危险的,然而它的试验数据却是合格的。
4 现用缓冲器的性能及存在的问题
制动绳防坠器由抓捕器和缓冲器两部分组成。抓捕器完成对缓冲绳的抓捕后,罐笼减速所需要的力完全由缓冲器产生。因此缓冲器在防坠器中与抓捕器占有同样重要的地位。我国近若干年新设计的单绳提升副井多用BF型防坠器,其配套缓冲器的结构如图2所示。
其产生制动力的原理是用滚轮滑块将缓冲绳挤成若干个S弯,缓冲绳被挤图2缓冲器扁,抽动时又产生弯曲变形的摩擦力。S弯的大小、挤扁程度由推动半圆滑块的螺杆的拧紧程度决定,制动力的调整就依靠螺杆拧紧时的转角刻度来定。此方法比齿爪刺入罐道木,靠划破罐道木产生制动力要先进,但仍有很大不足。其主要问题在于:
4.1转角控制制动力的准确性较差是否调整到设计计算预定的制动力,目前没有简便的测量手段。而且可调性很差,螺杆拧一点,制动力变化较大。
4.2重复性较差,回调困难缓冲绳被挤压弯曲后有不可恢复的塑性变形。由于防坠器必须经常进行静力和脱钩试验,因此,缓冲绳上必然有不均匀的塑性变形存在,致使螺杆转角与制动力之间的对应关系是一个难以确定的关系,导致试验的重复性很差。
4.3产生的制动力不一致当罐笼高速下放断绳时,缓冲绳抽出长度较长。若缓冲绳的一段经过试验有塑性变形,而另一段未经过试验,则产生的制动力不一致,因而对罐笼下降的减速度亦无法预计。
4.4制动容易跑偏
由于缓冲器是成对使用的,两个缓冲器的制动力很难调整一致。在制动时容易跑偏,产生其它问题。现场调查及研究
表明,本文第3部分提出的防坠器脱钩试验标准02H≤L≤H不能被普遍接受的一个重要的原因是现在普遍使用的BF型缓冲器可调性较差。现场很难顺利调整到想要的制动力。
5结论
1、目前单绳罐笼防坠器的试验方法存在一些问题,导致现场例行脱钩试验时所采取的方法没有一个统一的标准,因此不能保证达到罐笼脱钩试验的减速度1g≤a≤5g。
2、提出一个统一的防坠器脱钩试验标准,即02H≤L≤H,避免了各种繁杂的规定。
3、对现在普遍使用的BF型缓冲器的结构及优缺点进行了分析,指出希望有一种制动力可调并能准确计算、重复性好、恢复简单、全行程制动力稳定的新型缓冲器出现。
郑州金鑫机械制造有限公司(市场开发部)
2012-01-05