超深矿井双绳缠绕式提升系统钢丝绳动张力差分析

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近年来,随着我国国民经济的快速发展,我国对矿产资源的需求量大幅增加,促使我国对地下矿产资源的开采不断向深层扩张,未来10年我国的采矿深度将达到1000米到2000米。由于单绳缠绕式提升机和摩擦式提升机随着采矿深度的增加,钢丝绳直径和尾绳重量都会急剧增加,因此不能满足超深井提升的需求。因此,多点并行驱动的多层缠绕式提升机有望成为深部矿产资源开发的有效提升装备。超深矿井大型提升设备具有高速度、重负载和大惯量等特点,提升钢丝绳在卷筒上进行高速缠绕过程中产生的周期扰动、缠绕误差等会导致多点驱动柔性提升系统的变形失谐,造成钢丝绳张力异常,从而导致提升系统不能正常工作。因此有必要研究超深矿井提升过程中双折线绳平行槽及其布置形式引起的圈间过渡和层间过渡激励函数,揭示钢丝绳在进行多层缠绕排绳、圈间过渡、层间过渡运动误差特征,探明多点驱动柔性提升系统由于变形失谐而产生动张力差的规律,并形成多绳提升变形失谐抑制的控制理论和方法。本文研究的主要内容有以下几个方面:  (1)考虑到整个提升系统为时变系统,且钢丝绳为主要承载部件,将其处理为粘弹性体,同时考虑天轮和悬绳对系统的影响,基于连续介质理论,并应用Hamilton原理建立了悬-垂耦合双绳提升系统动力学模型;针对双折线平行绳槽特性和布置形式,推导了钢丝绳在进行圈间、层间过渡时沿卷筒径向、轴向和切向所形成的激励函数。  (2)利用Galerkin方法对建立的无限维度偏微分方程进行离散化,并使用MATLAB编程进行数值求解。同时,有效的双绳提升系统动力学方程是深入研究超深井提升系统动态特性的基础,本文通过设计相应的双绳多层缠绕式提升机测试实验平台,以悬绳横向振动和垂绳纵向振动为测试指标,对不同提升速度下实验测试得到的悬、垂绳振动响应结果与仿真结果相对比,以验证所建双绳提升系统动力学模型的正确性。  (3)采用验证后的双绳提升系统动力学方程,仿真分析超深井提升系统在高速度、重负载和大惯量等工况下不同提升速度时的动态特性,并进一步仿真分析由于两缠绳区圈间、层间过渡不同步形成的过渡圆心角差值对两钢丝绳在提升过程中的动张力差、张力差变化规律的影响,为控制同一卷筒两缠绳区的两提升钢丝绳缠绕不同步提供理论依据。
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