【摘要】：纏繞式提升機進行超深礦井提升須通過鋼絲繩多層纏繞實現(xiàn),鋼絲繩多層纏繞不可避免地要進行圈間過渡和層間過渡。圈間過渡及層間過渡是否平穩(wěn),兩圈間過渡區(qū)布局是否合理,以及層間過渡裝置的結(jié)構(gòu)直接關(guān)系到鋼絲繩振動、排繩的整齊均勻程度、鋼絲繩壽命和工程安全。針對這些問題,本文在國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃)項目“超深礦井提升系統(tǒng)的變形失諧規(guī)律與并行驅(qū)動同步控制研究”(課題編號2014CB049403)的資助下,以多層纏繞卷筒的繩槽和層間過渡裝置為主要研究對象,對多層纏繞繩槽型式、合理的圈間過渡區(qū)長度、恰當?shù)膬扇﹂g過渡區(qū)布局及理想的層間過渡裝置結(jié)構(gòu)展開全面的理論和實驗研究。以期為將來我國超深礦井提升機多層纏繞卷筒的繩槽及層間過渡裝置的設(shè)計提供可靠的理論支撐。論文主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:(1)確定平行折線繩槽為超深井提升鋼絲繩多層纏繞的繩槽型式。在研究分析提升鋼絲繩在卷筒繩槽上纏繞運動狀態(tài)的基礎(chǔ)上,根據(jù)圈間過渡時上下層鋼絲繩的微分幾何關(guān)系和各力的平衡關(guān)系,利用曲面沿非測地線穩(wěn)定纏繞的條件,推導出圈間過渡區(qū)對應圓心角弧度的數(shù)學計算公式。得出圈間過渡區(qū)對應圓心角的弧度和繩槽間隙、鋼絲繩間的摩擦系數(shù)、卷筒半徑、鋼絲繩半徑這四個因素相關(guān)。當確定卷筒直徑與鋼絲繩直徑時,繩槽間隙與圈間過渡區(qū)長度成正比;當選定繩槽間隙時,圈間過渡區(qū)長度與摩擦系數(shù)的取值成反比;若繩槽間隙和鋼絲繩間的摩擦系數(shù)確定,卷筒直徑與鋼絲繩直徑的繩徑比與圈間過渡區(qū)長度成反比。(2)鋼絲繩在對稱或非對稱繩槽上多層纏繞會引發(fā)不同的邊界激勵,從而導致提升系統(tǒng)有不同的動態(tài)響應。基于Hamilton原理建立了礦井提升系統(tǒng)的振動方程,推導出繩槽過渡區(qū)按不同非對稱系數(shù)布置時的邊界激勵函數(shù),將激勵函數(shù)帶入振動方程并求解,其數(shù)值仿真結(jié)果顯示:兩圈間過渡區(qū)非對稱布置引發(fā)懸繩橫振小于對稱布置;懸繩橫振的最大值隨著非對稱系數(shù)的增加呈“U”字形變化,當兩圈間過渡區(qū)非對稱布置且非對稱系數(shù)κ=0.8時,懸繩的沿卷筒直徑方向振動和沿卷筒軸線方向振動的最大值均為最小,且相鄰點振幅無突變,有利于鋼絲繩有序多層纏繞。(3)在研究分析提升鋼絲繩沿卷筒繩槽進行層間過渡運動狀態(tài)和特征的基礎(chǔ)上,提出并設(shè)計了一種新的與鋼絲繩接觸面均為凹狀面層間過渡裝置,使鋼絲繩在層間過渡時與其均是面接觸,進而減小層間過渡裝置的局部壓力,減少鋼絲繩磨損;新的層間過渡裝置使鋼絲繩在層間過渡時始終有支撐,進而消除卡繩的可能;將圈間過渡區(qū)長度和繩槽布置型式的研究結(jié)果引入到層間過渡裝置結(jié)構(gòu)的推導運算中,得到層間過渡裝置各部分的參數(shù)計算公式,其計算公式和鋼絲繩直徑、繩槽深度、繩槽間隙、過渡區(qū)對應圓心角弧度、直線區(qū)對應圓心角弧度和任意截面位置對應圓心角弧度幾個參數(shù)有關(guān)。鋼絲繩在重大研制的層間過渡裝置上纏繞其層間過渡加速度比南非標準Lebus層間過渡裝置小。(4)根據(jù)項目設(shè)計建造的“多繩多層纏繞式提升機實驗平臺”設(shè)計、加工了四套不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的繩槽和層間過渡裝置,采用一種檢測鋼絲繩橫向振動的有效方法,分別檢測了實驗臺安裝這四套繩槽時在一個完整的提升循環(huán)過程中的懸繩橫向振動,并根據(jù)不同的研究要求對實驗數(shù)據(jù)采取了不同的處理方法,分別驗證了本文研究的圈間過渡及層間過渡相關(guān)理論的正確性。結(jié)果顯示:邊界激勵下提升系統(tǒng)的振動模型是有效的;無論是對稱繩槽還是非對稱繩槽,鋼絲繩在重大研制的層間過渡裝置上纏繞時,懸繩固定點處的沿卷筒直徑方向振動位移均小于Lebus層間過渡裝置;重大非對稱繩槽及過渡裝置是引起懸繩橫振最小的繩槽及過渡裝置。(5)根據(jù)經(jīng)過實驗驗證的邊界激勵下提升系統(tǒng)振動模型,將本文確定的繩槽及層間過渡裝置參數(shù)代入邊界激勵函數(shù),仿真研究不同提升速度、不同提升載荷下懸繩橫向振動規(guī)律,得出懸繩橫振的最大值隨著提升速度的增加呈一個倒“U”字變化,提升速度為19m/s時,懸繩橫振響應最小;空載時懸繩的橫振響應最大,隨著負載的增加懸繩的橫振響應逐漸變小,半滿載時懸繩橫振響應為最小,之后隨著負載的增加懸繩的橫振響應最大值有輕微波動。
【圖文】：

圖 1.1 多繩摩擦式提升機示意圖Fig.1.1 The sketch map of multi-rope friction hoist繩纏繞式提升裝備通過鋼絲繩在卷筒上纏繞實現(xiàn)物料的提升和下放由于纏繞式提升裝備沒有鋼絲繩和摩擦襯墊之間的比壓限制，又可繩降低鋼絲繩交變應力水平，其提升深度可以大于 1000 m。其總的容器和鋼絲繩自重等構(gòu)成，該載荷全部由提升鋼絲繩承擔。當井深超荷達到 100 ton 時，為保證提升裝備安全和穩(wěn)定運行，提升鋼絲繩的20 mm，鋼絲繩自重超過 140 ton。此外，鋼絲繩長度及其直徑的增大直徑和寬度增大，并且纏繞層數(shù)會達到 4～6 層甚至更多[6]。如此巨現(xiàn)有生產(chǎn)條件下是難以滿足的，同時這樣的鋼絲繩使得提升設(shè)備的纏繞以及維護十分困難，提升設(shè)備的制造與運行成本大大增加，因提升方案不能用于超深礦井提升。

1-卷筒； 2-鋼絲繩； 3-天輪； 4-井架； 5-鋼絲繩罐道； 6-提升容器圖 1.2 單繩纏繞式提升機示意圖Fig.1.2 The sketch map of single rope winding hoist上所述，在本項目提出的超深（井深>1500 m）、重載（負載=80 to度>18 m/s）的提升要求下，采用多層纏繞、多點提升組合拓撲結(jié)構(gòu)井提升裝備的有效型式，其結(jié)構(gòu)如圖 1.3 所示[11]。由于每一個提升容多根鋼絲繩負責提升，可以大大提高有效提升載荷，減少鋼絲繩直效率，，是超深礦井提升的有效解決方案。但是該類型提升裝備會因高速纏繞過程的產(chǎn)生的周期擾動、纏繞誤差等引起鋼絲繩多層纏繞升時鋼絲繩間的運動不同步，鋼絲繩之間產(chǎn)生張力差，造成提升系作，甚至造成斷繩等重大事故。多層纏繞卷筒的繩槽及層間過渡裝井提升裝備中至關(guān)重要的部件，其繩槽形狀及其布置型式、層間過曲面形狀是多層纏繞能否平穩(wěn)、順利進行和提升裝備安全、高效運。所以必須對超深礦井提升機的繩槽及層間過渡裝置進行深入的理
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TD534

【參考文獻】

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1 吳娟;寇子明;梁敏;吳國雄;;多繩摩擦提升系統(tǒng)鋼絲繩橫向振動分析與試驗[J];華中科技大學學報(自然科學版);2015年06期

2 寇保福;劉邱祖;李為浩;王凱;;提升系統(tǒng)換繩過程中鋼絲繩橫向振動行為分析[J];煤炭學報;2015年S1期

3 吳娟;寇子明;王有斌;;落地式多繩摩擦提升系統(tǒng)動態(tài)特性研究[J];煤炭學報;2015年S1期

4 寇保福;劉邱祖;劉春洋;梁欽;;礦井柔性提升系統(tǒng)運行過程中鋼絲繩橫向振動的特性研究[J];煤炭學報;2015年05期

5 吳娟;寇子明;梁敏;吳國雄;;摩擦提升系統(tǒng)鋼絲繩縱向-橫向耦合振動分析[J];中國礦業(yè)大學學報;2015年05期

6 胡志輝;胡吉全;胡勇;徐長生;;多層卷繞鋼絲繩疲勞磨損試驗裝置的研制[J];機械科學與技術(shù);2014年10期

7 王文;錢江;;有限差分法模擬電梯懸掛系統(tǒng)橫向受迫振動[J];振動工程學報;2014年02期

8 胡志輝;胡勇;胡吉全;楊建國;;雙折線式多層卷繞鋼絲繩失效機理研究[J];中國機械工程;2013年23期

9 蔣金蓉;;超大型全回轉(zhuǎn)浮吊起升機構(gòu)鋼絲繩多層纏繞方式研究[J];科技信息;2013年09期

10 朱由鋒;任勇生;;基于有限差分法的水平旋轉(zhuǎn)梁自由振動解析[J];振動與沖擊;2012年14期

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1 陶德馨;;對新型多層卷繞裝置——Le-Bus卷筒原理的探討[A];中國機械工程學會物料搬運學會第二屆年會論文集（一）--起重機[C];1984年

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1 張銳鑫;張煒;;中信重工牽頭實施國家973計劃項目[N];洛陽日報;2014年

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1 姚建南;落地摩擦提升懸繩多源耦合振動特性及故障診斷研究[D];中國礦業(yè)大學;2016年

2 包繼虎;高速電梯提升系統(tǒng)動力學建模及振動控制方法研究[D];上海交通大學;2014年

3 胡勇;雙折線式卷筒多層纏繞系統(tǒng)力學分析與試驗研究[D];武漢理工大學;2013年

4 曹國華;礦井提升鋼絲繩裝載沖擊動力學行為研究[D];中國礦業(yè)大學;2009年

5 杜小強;高速曳引電梯動態(tài)分析理論及轎廂噪聲預測方法研究[D];浙江大學;2008年

6 張鵬;高速電梯懸掛系統(tǒng)動態(tài)性能的理論與實驗研究[D];上海交通大學;2007年

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2 羅宇馳;超深礦井提升機卷筒及鋼絲繩變形失諧分析及優(yōu)化[D];重慶大學;2016年

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4 張鵬;超深礦井提升系統(tǒng)鋼絲繩多層纏繞關(guān)鍵問題的研究[D];重慶大學;2015年

5 李哲;多層纏繞折線卷筒導向墊塊對鋼絲繩磨損影響分析[D];武漢理工大學;2012年

6 吳娟;多繩摩擦提升機快速換繩系統(tǒng)的研究[D];太原理工大學;2004年

本文編號：2692382