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超深矿井提升系统钢丝绳多层缠绕关键问题的研究

张鹏  
【摘要】:随着全球经济对矿产资源的需求日益增加和全球资源的日益紧缺,向更深层次、更大范围内探寻矿物资源已经成为每个国家的重要发展战略。当前我国现有的提升装备和设计方法无法满足深井提升的要求,因此深井提升装备的研究已势在必行。本课题来源于国家973项目子课题“超深矿井提升系统的变形失谐规律与并行驱动同步控制研究”(项目编号:2014CB049403),目的在于研究提升钢丝绳的变形特性及对系统运动稳定性的影响,揭示绳槽形状及其布置形式、层间过渡和圈间过渡曲面形状对多点提升系统变形的作用方式,探明多点驱动柔性提升系统的变形失谐产生机理及控制方法。本文基于接触力学、分析力学、振动学和变分学等,同时综合运用各类软件Pro/e、Matlab、ADAMS,针对课题中的几个关键要素,即提升方式的选择、缠绕方式的确定、绳槽结构参数的优化、层间过渡装置的形状和布置形式以及提升系统的动力学仿真做了一定的研究。本文的主要研究内容和结论如下:①针对超深井提升的各项要求,提出了多绳缠绕式提升是超深井提升有效且可行的提升形式,此外还提出平行折线绳槽适用于钢丝绳的多层缠绕。②针对平行折线绳槽的绳槽结构,优化了绳槽的折线区长度。即从钢丝绳耦合振动的角度,运用Hamilton原理和变分原理,在时变直角坐标系下建立了提升系统钢丝绳的横纵耦合振动模型,运用数值分析方法和Matlab软件对振动方程进行了离散求解,得到了提升系统的前四阶固有频率曲线变化图,并从避免钢丝绳发生共振的角度,给出了绳槽折线区长度合理的设计范围。③针对在平行折线绳槽下的钢丝绳多层缠绕的层间过渡装置进行了研究,推导并建立了完善的钢丝绳三层缠绕时的层间过渡装置的布置形式及其截面形状计算公式。④在确定的缠绕方式和层间过渡装置下,联合Pro/e和ADAMS建立了提升系统的虚拟样机模型,运用ADAMS对钢丝绳多层缠绕进行了动力学仿真,得到了提升系统的运动学和动力学响应,仿真结果表明本文提出的缠绕方式和层间过渡装置适用于超深井提升。


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