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摩擦式矿井提升机动力学仿真及实验研究

李菁  
【摘要】:矿井提升机承担着人员、煤炭及设备提升和运输的任务,直接关系着矿山的生产效率及生产安全,被称为矿山生产的“咽喉设备”。多绳摩擦式提升机具有缠绕式提升机无可比拟的优势:重量轻、体积小、容易制造、运输方便、耗电少、运行安全、可靠性高、适应深井生产等,被广泛地应用于矿井提升系统,成为矿井生产中普遍使用的一种设备。 随着矿井开采深度不断加深,矿井提升重物重量不断增加,高产高效的生产要求日益急迫,矿井提升的高度和速度都在提高,使得钢丝绳张力增大,罐笼振动加剧,提升系统的动力学特性越来越复杂。传统经验类比设计已经不能够解决高速、重载引起的动力学设计问题,因此,需要将现代设计方法应用到高速、重载提升的设计中去,并对矿井提升系统进行动力学研究。 钢丝绳是摩擦式提升机动力传动的载体,在摩擦式提升机运行过程中,钢丝绳不仅表现出大变形的柔性动力学行为,且伴随着与摩擦轮之间动态变化的非线性接触行为。相对节点法,利用节点之间的相对平动位移和相对角位移来描述结构大变形力学行为,从而能够较为准确地描述钢丝绳的动力学行为。因此,本文采用相对节点法来建立多绳摩擦式提升机钢丝绳的动力学计算模型。利用该模型可以对摩擦式提升机在不同速度、加速度、摩擦系数下,钢丝绳张力及罐笼加速度进行预测。研究不同运行速度、加速度、不同钢丝绳长度、不同摩擦轮直径等对钢丝绳张力和罐笼振动的影响,从而在弄清摩擦式提升机在加速、减速过程中钢丝绳张力特性的基础上,对提升机系统的设计进行优化,达到减小或直接消除钢丝绳弹性振动,减小钢丝绳动张力的目的,提高提升机运行的可靠性和经济性。同时在数值仿真的基础上,对多绳摩擦式提升机动力学特性进行试验研究,通过将试验测试数据与数值仿真数据进行对比,验证了建模方法的有效性。 本文基于多体动力学基本理论,利用虚拟样机技术,分别建立不同参数下的多绳摩擦式提升机虚拟样机模型,进行仿真计算,分别研究提升机在不同运行速度、加速度、不同钢丝绳长度、不同摩擦轮直径下,钢丝绳张力、罐笼振动、摩擦轮卷筒的应力及变形情况,通过对仿真结果进行分析,获得不同参数对摩擦式提升机动力学特性影响规律的变化情况;并在此基础上开展试验研究,对比数值仿真结果及试验结果,从而对虚拟样机技术的可靠性进行了验证,该技术不仅可以应用于摩擦式提升系统,而且可以应用于类似的柔性传动系统中,为柔性传动系统动力学研究提供了一种经济、可行的研究方法。


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