TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol. 12, No. 10, Octobe r 20 14, pp. 7108  ~ 711 3   DOI: 10.115 9 1 /telkomni ka. v 12i8.560 4          7108     Re cei v ed  Jan uary 8, 2014;  Re vised June  20, 2014; Accepte d  Jul y  1 5 , 2014   Resear ch on Static Tension Ratio Characteristic of  Double-Vessel Friction Hoist System Components       Xie Lirong*, Ge Laifu, Ko ng Jun, Che ng Jing      Electric al En g i ne erin g Col l e g e  of Xi nji a n g  U n iversit y , Urum qi, 830 04 7, Chi n a   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l w z ywww xr @ 163.com       A b st r a ct  Dou b le-v essel  mu lti-rop e  friction ho ist system, of  w h ich the lifting, starti n g , runni ng, an d braki n g   must  me et the safety con d i tions  i n  o per ation. N on-ski d safety bo un dary co nditi on s w e re origi n all y   deter mi ned  by   Euler s  for m u l a .  In or der to  av oid  the  co mp le x task of  check  an d c heck-a g ain  calc ul ation   i n   the friction hois t system  design. In this res e arch, stat ic tension ratio c, whic h wa s clos ely  bonded with anti- skid design was directly  brought into  the analysis and res ear ch  on the system . As a result, character i stic of   static tensio n r a tio c of c o mp one nt qu ality  o f  friction ho ist s ystem  w a s fou nd, w h ich  offers a si mp le, so u n d   and re lia bl e theoretic al fou n d a tion for the a n t i-ski d an d opti m i z at io n of syst em co nfigur ati on.     Ke y w ords dou ble-v e sse l f r iction  ho ist sy stem, static  ten s io n  ratio,  no n- skid s a fety, di me nsi onl ess re lative   va l ue    Copy right  ©  2014 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion  Multi-ro pe fri c tion h o ist is one of the  most  imp o rta n t equipm ent  in co al, black metal,   non-fe rrou metal and  ch emical  minin g  produ ction.  Frictio n  hoi st system  can  be divide d i n to   doubl e-ve sse l  friction  hoi st and  singl e-v e ssel fri c ti on  hoist  system.  Dou b le -vessel frictio n  hoi st  system, i s  ge nerally  use d   for si ngle l e vel (laye r) lifti ng only, an d  a si ngle - vessel fri c tion  h o ist  system  can b e  use d  for mu ltiple levels (l ayers) lifting.  Based  on p r i n cipl es of fri c tional fo rce mult i-ro pe fri c tion hoi st re quire s that t hat the  system can bra k e   with n on-ski d secu rity complyin g with  the g i ven torqu e   of deceleration  wheth e r in n o rmal o p e r ati on or in  eme r gen cy,  and t hat there i s   on skid b e tween the h o ist i ng   rope  and the  friction pull e y. The probl e m  of slip in  friction hoi st is of great imp o rtan ce relati ng  the safety of mining p r odu ction.   Until  re cently , a lot  of re sea r ch  on th e p r obl em  o f  slip  in f r icti on h o ist  ha s bee n   con d u c ted b y  sch olars  worl dwi de. T he existi n g   resea r ch are  mainly focuse d on  act ual  para m eter,  combine d  with  the safety regulatio in anti-skid ch e cki ng calculat ion  and anti-ski d   measures [4 -7] without  con s id erin g establi s hi ng  the mathem atical mod e l  of friction hoist  comp one nt quality using d i mensi onle s s relative par a m eters syste m atically.  A s  a res u lt ,  sy st em   optimizatio and resea r ch  on stati c  te nsio n rati o chara c te risti c  of  friction ho ist  have  b een   rest ricte d . Fo cu sing  on  do uble-ve ssel friction h o is t system,  this p aper  carried out  the resea r ch   on the rel a tionshi p betwee n  static ten s i on ra tio  a nd system comp onent,  usi ng dimen s ionl ess  relative parameters Dou b le-ve s se l multi-rop e  fri c tion hoi st is  main ly con s i s t of frictional pulley, hoistin g rope,  hoistin g vessel and bal an ce rope et c., as sh own in Figure 1.         Figure 1. The  Mode of Fri c tion Hoi s t System  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Re sea r ch on  Static Tensi o n Ratio Characteri stic  of  Double - Ve ssel Frictio n  Hoi s t  (Xie Liro ng 7109 2. Sy mbol Definition   2.1. Actu al Parameter De finition  Plenty of pa ramete rs a r e  involved i n  dou ble-ve ssel fri c tion  ho ist sy stem.  Symbols  involved are  defined a s  fol l ows:  (1)  Dea d w e ig ht of v e ssel Q z (kg ) ;   Rated lo ad Q N (kg ) Static tension  ratio c.   (2)  Hoi s ting rope pa ram e ters    Numb er of ho isting ro pe n;   Weight of rope per meter p(k g /m);   Ultimate lengt h of suspen si on hoi sting ro pe L o (m );   Heig ht of suspen sion h o isti ng rop e  H o (m) .     2.2. Dimensionless Relativ e  Parameter De finition   A prope r value sho u ld be  selecte d  as  the base d  value first, and  then the dimensi onle s relative pa ra meters are d e fined a s :     Vessel dea d w eig h t coefficient  Z z N Q Q      Her e , Q z  wa s sele cted a s  the ba sed val ue.    Weig ht coeffi cient of su sp ensi on hoi stin g rope  0 H N npH Q Heig ht coefficient of suspe n sio n  hoi sting  rope  0 0 0 H h L   3. Sy stem Componen t and Sta t ic Tension Ratio  c  Static tensi o n  ratio  c i s  the  ratio  betwee n  the m a ximum ten s ion  si de a nd the  m i nimum   tensio n sid e  of the friction  whe e l, or rath er.      1 2 T c T   T 1  stand s for  the value of the maximum  static ten s ion  side, an d T 2  stand s for th e value   of the minim u m stati c  ten s ion  sid e . While stati c   ten s ion  ratio  c i s  eq ual to  or small e r tha n  the  boun dary m a ximum value  [c] pe rmitted (c [ c ]), the  safety regul ation of the  system i s  m e t.  Otherwise, the anti-skid  sa fety regulatio n w ill not be  met, and the system  will be at risk.     3.1. Vessel Dead w e ig ht Coefficient an d Susp ensio n  Hoisting  Rope Heigh t   Coe fficien The maximu m static tension ratio of double ve ssel  friction hoi st is the tensi on ratio   betwe en the   full load  maximum ten s ion  sid e  an d th e load -fre minimum te n s ion  sid e  of  the  friction wheel  [2, 3, 8].  So:    0 00 1 Nz z zz Q Q npH c Q npH h                                               (1)    Equation (1 sho w s that the va lue of static tensi on ratio  c is co m p letely determined by  the  value of  vessel dead weight coeffici ent  z and hei gh t coeffici ent o f  su spe n sio n   hoistin g rope   0 h , and will de cre a se a s   z or  0 h increa se s. The maximum  static ten s io n ratio  c of doubl e- vessel fri c tion  hoist  syste m  is e quivale nt to t he  summ ation of 1  and  the recip r o c a l  of su sp en si on  hoistin g rop e  weig ht coefficient of load-free sid e Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 10, Octobe r 2014:  710 8  – 7113   7110 0 1 1 c                                                          (2)    It is reveal ed by equation (2) that the va lue  of c will  decrease  as the value of  0 increa se s. So, only by changing the val ue of  0 , the value of c ca n b e  adju s ted.     2.2. Minimu m Permitting Height o f  Suspend  Hois ting Rop e   By changi ng  the form of  e quation  (1 ) th e ultimate  su spe n si on h e i ght co efficien 0 h can  be expre s sed  as a functio n  of c and  z   0 1( 1 ) z c h c                                                    (3)    Equation  (3 sho w s that  while  c e qual s to the  maxi mum valu e p e rmitted  co n s ide r ing   anti-skid safe ty,  and  z is co nstant,  0 h will b e  the minimu m value of susp end hoi sti ng rope   height coeffici ent, and will d e crea se a s   z in cre a s e s.   If the suspen sion  hoi sting  rope  heig h t coeffici ent is  smalle r tha n   the minimum  height   coeffici ent  0m i n h the  value of c  will be greater  than  the maximum v a lue permitted, whi c violates the   anti-skid  safe ty condition s.  So the valu e of  0 h figured  out by Equ a tion (3) i s  th minimum  value of  susp e n sio n  h o istin g  rope  hei gh t coeffici ent  of dou ble-ve ssel fri c tion   hoist   system, nam ely the minimum value of  0 h permitted withi n  the safety bound ary co nd ition.    2.3. Minimu m Vessel De ad w e igh t     Vessel dea d w eig h t coefficient can b e  figure d   out by cha ngin g  the form of Equat ion (3 ).    0 1 1 z ch c                                                      (4)    Equation (4 ) sho w s that while c equ als to the maximum permitti ng value co n s ide r ing   anti-skid  safe ty, and  0 h stan d s  for  certai n value, then  the value  of  z figured  out b y  Equation  (4) i s  the mini mum value of  dead weight  of vessel a n d  will decrea s e  as  0 h incr eas e s.  If the vessel  dead weig ht coeffici ent i s  sm alle r th an the mini mum value  of vessel  dead weig ht  coefficient , th e value  of  will b e  g r eate r  than  the  ma ximum pe rmit ting value,  which  violate the anti-skid safety regulation.  Therefo r e, the value of vessel dead weig ht coeffi cient   figured o u t by Equation (4 ) is the minimu m one.      3. Dimensio nless Rela tiv e  Value of Sy stem  Component Par a m e ter s  and Static Ten s ion  Ratio    The dim e n s io nless relative  value of sy st em compo n e n t para m eters can b e  obt ained  by  repla c in z involved in ea ch  equation [9 ~13] by Equation (4 ).  Weig ht coeffi cient of ultimate height of su spe n si on h o isting rope.      0 0 1 11 z L N npL c Qh c                                              (5)    Weig ht coeffi cient pe r met e r of hoistin g rope.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Re sea r ch on  Static Tensi o n Ratio Characteri stic  of  Double - Ve ssel Frictio n  Hoi s t  (Xie Liro ng 7111 00 1 * /1 1 z N pc p Qn L h c                                          (6)  Weig ht coeffi cient of actu a l  height of su spe n si on hoi sting rope.     00 0 0 1( ) 11 z H N npH h c h Qh c                                          (7)    Weig ht coeffi cient of load -free vessel  sid e   00 0 0 1 11 zz N Q npH h Qh c                                        (8)    Weig ht coeffi cient of full load vessel si d e   0 0 1 11 Nz z m N Q Q npH c Qh c                                   (9)    Coeffici ent of  the  summ ated  weig ht of  both  sid e whe n  o ne  si de i s  lo ad-f r ee a n d   anothe r is full  load.    0 0 2( ) 1 1 Nz m N Q Q npH c Qc                                      (10)    Coeffici ent of the summ ate d  weig ht of  both side s whe n  both sid e are loa d -free.     0 00 2( ) 2 1 z N Q npH Qc                                            (11)    Coeffici ent of the summ ate d  weig ht of  both side s whe n  both sid e are full load.      0 2( ) 2 1 Nz mm N Q Q npH c Qc                                     (12)    It is revealed  by equation  (5)~(12 )  that each co effici ent is inverse l y propo rtiona l to c-1,  and the valu e of  L * p H are al l equal. In addition, each coefficient is a  function of si ngle  variable  c wit h  an exce pt that  z and H are fu nction s of c a nd  0 h     4. Parameters in Various Forms   Since th e stat ic ten s ion  rati o c i s  the  rati o of  stati c  ten s ion  of two  si des  of frictio n  whe e l,  function s of c can be  conv erted into fun c tion s of T 1  and T 2 Symbols of  dimensi onl ess relative  par am eters of system  compo nent s and its  relation shi p  with actual p a rameters, othe r dimen s io nle ss  relative pa ramete rs,  static tensi on ratio   c and  static tensi on T are listed in the ta ble bello w.                     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 10, Octobe r 2014:  710 8  – 7113   7112       Table 1. Para meters and Its Vario u s Fo rms of Fri c tion  Hoist Compo nents  No.  S y mbol   Actual parameter s   rela tive paramet ers  C function  T function  z   N Z Q Q   z   1 1 0 c ch   2 1 0 1 2 T T h T T   H   N Q npH 0   0 0 1 ) 1 ( h h Z   1 0 c ch   2 1 0 1 T T h T   L   N Q npL 0   0 1 1 h Z   1 c c   2 1 1 T T T   * p   0 nL Q p N   Ditto Ditto  Ditto  m   N Z N Q npH Q Q 0   Ditto Ditto  Ditto  O   N Z Q npH Q 0   0 0 1 h h Z   1 1 c   2 1 2 T T T   OO   N Z Q npH Q ) ( 2 0   0 0 1 ) ( 2 h h Z   1 2 c   2 1 2 2 T T T   mm   N Z N Q npH Q Q ) ( 2 0 0 0 1 ) 1 ( 2 h h 1 2 c c 2 1 1 2 T T T   Om   N Z N Q npH Q Q ) ( 2 0   0 0 1 2 1 h h Z 1 1 c c 2 1 2 1 T T T T       As is sh own in Table 1, e a ch p a ra met e of system  comp one nts  can b e  expre s sed in  four form s. T hey are the f o rm of  a c tual  value, the form of dimen s ionle ss  relative value, funct i ons  of static ten s i on ratio  c a n d  func tio n of static ten s io n of the hoi sti ng ro pe. Ea ch of the four  has  its uniqu e fea t ure and valu e.   (1) A c tual value paramete r s: Intuit ive, e a sy to unde rstand and ma ster.  (2)  Dime nsi o nless relative  value: Abstract, it  can  si mplify the cal c ulatio n; sig n ificantly,  truths a nd rul e s in the prob lem can e a sil y  be revealed  and theori z e d (3) The  c fun c tion:  Usi ng  static ten s ion  ratio  in cal c u l ation without the  ne ed  of a n ti-skid  che c king  calculation, it  can  ma ke the  opt imizatio n  an d  dispatch of t he  system  m o re vali d, sou nd  and re asona b l e.  (4) The  stati c  ten s ion  T  function: M a i n ly  use d  in  the checkin g  cal c ulatio n, safety  insp ectio n  an d equipm ent testing of t he hoist  sy stem before  a ppli c ation.  Once the mi nimum  weig h t  of load-free  side  i s  m e a s ured, nu merous  other pa rameters  are dete r min ed as  well.       5 Conclu sion  At prese n t, in friction hoi st engine eri n g,  system co mpone nts an d its param e t ers a r usu a lly pre - selecte d  and  then ch ecked by ca l c u l ation wh eth e r o r  not the pre-sele cted   comp one nts  and its pa ra meters co mpl y  with the ant i-skid safety  regul ation s . If not, the related  comp one nts  and it s pa ra meters  sho u l d  be  adju s te d an che c ked ove r  a gai n by  cal c ulat ion.  Only wh en a ll of the anti-ski d safety regulatio ns  a r e sati sfied can the pa ra meters be fi nally  determi ned. This is the  so-called h euri s tic al go rithm ,  which can  not be avoid ed in engin e e ring  usin g actu al para m eters.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Re sea r ch on  Static Tensi o n Ratio Characteri stic  of  Double - Ve ssel Frictio n  Hoi s t  (Xie Liro ng 7113 (1) In order t o  avoid the  s hortcoming and facilitate t he de si gn  in friction hoi st system,  static te nsi o n ratio  c was  dire ctly b r oug ht into t he  cal c ulatio n in di men s i onle s s rel a tive   para m eters. As a result, para m eter va lue figure d   out by this mean s fits the anti-skid safety  regul ation s  very well.   (2) Fou r  fo rm s of  com pone nt paramete r s a r o ffered   in the p ape r t o  facilitate th e de sign  in engin eer.  Each h a s its  uniqu e feature and value.   They ca n also be converte d into ea ch ot her,   makin g  the d e sig n  and  cal c ulatio n more  conveni ent.  (3) It is reveal ed by table I that the qualit of system compon ent increa se s as the  height   of su spe nd h o isting  rop e  i n crea se s, de cre a ses  as   st atic ten s ion  ratio increa se s, and  de cre a se as the ten s io n margi n  of two si de s of friction wheel in cre a ses.        Ackn o w l e dg ements   This research is sp on sored by the “Natio n a l Nat u re Sci e n c Found ation o f  China”  (num bered 5 1264 036, an d  61362 030 ).      Referen ces   [1] Z hang  F u d e T he min e  hoist e qui p m ent . Beij i ng. Chi na C oal  Industr y  Pu bli s hin g  Hous e. 2 004.   [2]  PR. Chin a State Administrati on of Qualit y   Super v i sio n  Inspectio n  and  quar antin e. Ch ina Nati on a l   Standar diz a tio n  Ma nag eme n t Committe e. GBl64 23-2 0 0 6 Safety regulations fo r  metal  and   no n m eta l   mi nes . Bei jin g. Standar ds Pre ss of China. 2 0 06.   [3] W ang  Yunm in.   Chin a mini ng  equ ip me nt ma nua l . Beiji ng. S c ienc e Press. 200 7.  [4]  Xi ao  Xi ngmi n g ,  W u  Jun, Ma Chi.  Dyn a m ic  ana lysis a nd S i mulati on o n  sl idin g pr ocess  of mu lti-rop e   friction ho ist . Internati o n a l c onfere n ce o n  mecha n ic aut o m ation a nd co ntrol en gin eer i ng. Hoh hot.   MACE, 2010: 2 20-2 23.   [5]  Li Z i g u i, W a ng  Z heng yi,  Lu  Jiz hen g.  An alysis   and  Ca lcul atio n of E m erge nc y Brakin g A n tis k id C heck  of   Multipl e -ro pe Friction Min e  Ho ist . Coal min e  machi ner y. 20 06; 27(2):1 4-1 6   [6]  Han  Jia nqi u, Y ang  Jin y a n A n ti-skid ch ecki n g  ca lcul atio n a nd  ana lysis  of  mu lti-rop e  fricti on  hoist . Gold,   200 8; 29(1 2 ): 30-31.   [7]  Sun Huife ng, Ma  Guir ong.  F r iction  ho ist  mecha n is of a c tion  an d safet y  protecti on  measur es . Co al  mine mac h in er y, 20 11; 32( 7): 196- 198.   [8]  W ang Le i, Lei  Ruhai.  Res e a r ch and a nalys is of multi-c abl es friction hois t ing eq uip m ent . Coal mi n e   machi ner y, 20 11; 32(9): 1 87- 188.   [9] Xi Yil ong.  Ap plica b l e  ran g e  of heig h t of mu lti-rop e  fricti on ho ist . Minin g  & Processin g  Equi pme n t.   198 4; (1): 4-12 [10] Xi Yi lo ng.  Optimi z a ti on  of mu lti-rop e  frict i on  ho ist ap pli c ation . Mi ni ng  & Process i ng  Equi pme n t .   198 6;(10): 1-8.   [11]  Xi e L i ro ng, W ang Z h i y o ng.  Research on Calculat ion  of dragging syst em . M i ni ng  an d proc essi n g   equ ipme nt. 20 07; 35(1 2 ): 73- 75.   [12]  Xi e Lir o n g An  opti m al  metho d  of calcu l atio n of  the tractio n  force for el e v ators . Machin e desi gn a n d   researc h . 200 8 ;  24(3): 113 -1 15.    [13] Xi L i ron g Stu d y on c o mp on ents char acteri stics of mult i-r ope fricti on  hoi st based  on  di me nsi onl es s   perfor m a n ce  . Coal mi ne mac h in er y .  2 0 1 3 ; 34(1): 58-6 0   [14]  Guohu CAO, Z henc ai  Z HU, W e ih ong   PENG, Xing g uo S H AO.  C oup led  Extens ion a l-torsi ona l   Vibrati on F r eq uency of Ho isti ng Ro pe i n   Tow e r-type Friction Driv e Hoist  System.   [15]  Mang alp a d y  A r una 1, Sunil  M Jaralikar.  Desi g n  of Lig h ting S y stem  for Surface Mine Pro j ects .   T e lko m nik a  Ind ones ian J ourn a l of Electrica l  Engi neer in g.  2012; 10( 2): 235 -244.   [16]  Barkan d T D . Applic atio n of a suspe n sio n  ro pe  brak e to a singl e rop e  mi ne ho isting s y s t em. Source:  Confer ence  Re cord of the IEE E  I ndustr y Ap p licatio ns Soc i et y An nu al Me eti ng (C at. No.92 CH31 46- 8).   199 2; 2: 2041- 6.   [17] Jian qun Xian g,  Yunzho ng  L i u,  Dan Do ng, Meng Z h a ng.   Re search o n  Mini ng Dev e lo pme n t in Yun n a n   und er Ecol ogi cal Envir onm ent Comp ens ation . T e lk omnika In don esi an Jo urna l of Electri c a l   Engi neer in g.  2013; 11( 5): 285 3-28 59.   [18] Y  Pan.  Mecha n ical  desi gn of  mi ne h o ist.  Xu zhou. Ch in a Universit y  of Min i ng & T e chnol o g y . 2 000.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.