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多绳摩擦式提升机钢丝绳张力及载荷动态监测研究

雷高阳  
【摘要】:在多绳摩擦式提升机的研究中提升载荷可用各钢丝绳张力之和表示。钢丝绳张力差过大、提升载荷超载、超最大载荷差等会引起钢丝绳的蠕动、打滑,甚至断绳,严重影响着提升系统的安全运行。基于张力液压平衡装置的张力测量方法主要有油压传感器法和拉压转换法,采用油压传感器法时受油管特性以及活塞与液压缸壁摩擦力的影响,易造成张力测量不准确;拉压转换法中使用普通压块传感器时受钢丝绳振动及载荷冲击影响,所测张力信号波动较大,不能获取有效的张力信号及表征实际提升载荷。为实现张力及载荷的准确有效测量,本文从以下四个方面开展了深入的研究:(1)建立了提升钢丝绳纵向振动动力学模型,由于钢丝绳的纵向振动对张力液压平衡装置的动态特性、拉压转换法测量张力的影响较大,忽略钢丝绳横向振动及扭转影响,利用哈密顿原理、中心差分离散方法建立动张力模型并求解,结合现场实际参数进行仿真得到动张力曲线。通过AMESim软件对提升系统进行整体建模仿真,分析载荷变化对张力液压平衡装置压力、流量、活塞杆位移等动态特性的影响,采用压力公式、摩擦模型对油压传感器法的钢丝绳张力测量进行补偿。分别对钢丝绳张力动态监测系统的方案、平台进行了设计、搭建,构建了源信息的硬、软件感知系统,实现了钢丝绳张力及载荷的实时动态监测。(2)研制了一种具有减振滤波功能的颗粒阻尼传感器,结合钢丝绳张力液压平衡装置的特点,对颗粒阻尼传感器的结构进行了设计,其弹性体采用轮辐式弹性体结构;通过赫兹接触理论建立颗粒之间、颗粒与圆柱形空腔之间的简化受力模型,对其受力及做功进行研究;建立基于离散单元体方法的颗粒之间的法向、切向、滚动黏-弹性接触模型,对颗粒阻尼效应的主要因素及颗粒系统的耗能进行研究。(3)对传感器弹性体结构及颗粒自身参数的优化进行了研究,采用ANSYS对轮辐式弹性体静态、模态进行分析得到轴向灵敏度、固有频率,通过正交试验法、极限差分法获得最优的弹性体结构参数;采用离散单元法仿真软件EDEM,通过改变颗粒的材质、直径,以及不同材质、直径的混合方式,对颗粒间的法向力、切向力、动能等阻尼效果参数进行仿真,确定最优的颗粒材质、直径达到最佳的颗粒阻尼效果,实现拉压转换法张力及载荷的准确测量。(4)结合最优的弹性体结构参数、最佳的颗粒自身参数,研制了颗粒阻尼传感器并对其进行线性标定,分别对普通压块传感器、颗粒阻尼传感器进行现场测试试验,并对测试结果进行对比分析,验证了研制的颗粒阻尼传感器有较好的减振滤波效果。采用基于算术平均滤波方法对张力信号进行实时滤波,减少了测量信号在传输的过程中产生噪声的干扰,实现了更准确的张力测量。采用基于小波框架阈值滤波方法对所测张力信号进行处理,为基于钢丝绳张力信号的故障诊断做准备。此外,测量现场张力液压平衡装置活塞杆伸缩到极限时对钢丝绳张力测量的影响进行了深入的分析。本文的研究实现了摩擦式提升机钢丝绳张力及载荷的动态准确监测,为基于钢丝绳张力的故障预警提供了基础,对提高提升机的安全运行提供了有效保障。该论文有图94幅,表8个,参考文献160篇。


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