矿井提升系统与井塔结构的耦合振动研究

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矿井提升系统是联系井下和地面重要的设备。矿井提升系统在启动运行过程中会产生较强烈的振动影响到附近的楼板甚至整个井塔结构,反过来,井塔结构的振动又会引起提升设备的振动。因此,井塔结构的振动与动力设备的振动是分不开的。我国的煤矿井塔结构多建于上世纪,井塔结构和提升系统多存在振动过大的问题,振源较多且难以确定一直成为研究耦合振动的难点。国内主要采用动态测试的方法,测量结构构件和设备的振动,并根据振动强度对安全性作出一定的评估。目前,国内外对车-桥耦合振动的研究已比较成熟,但由于井塔结构-提升系统的复杂性,耦合面不好确定等原因,国内外很少见到用动态模拟软件对结构与提升系统的耦合振动进行数字仿真的报道。本文对比分析了各种柔性体的建模方法,并总结了轴套力建模的方案。通过设定轴套力的刚度和阻尼,以及接触时的相关参数,运用了宏程序建立钢丝绳的模型。另外,考虑到井塔结构的特殊性,可单独取第八层的楼板及附梁为研究对象,利用Solid Works建立了结构模型。并导入到ANSYS中划分网格,创建外接点,使外接点与模型上的节点进行自由度耦合,生成模态中性文件。用Solid Works创建机器设备的模型,同结构的模态中性文件一起导入到ADAMS中,创建运动副,建立结构-提升系统模型。滚筒的转动呈周期性的,即在一个运行周期内主要包含加速、匀速、减速三个阶段,可以使用阶跃函数,定义电机轴的角速度的时程函数关系。分析全速运行和半速状态下的楼板上的测点和机器上的时程曲线。发现机器上的越靠近楼板的洞口的地区,振动烈度越大,并且都处于允许范围内。全速运行时振动烈度大于半速运行的振动烈度。设备的振动烈度也小于规范允许的值。将现场测试结果与软件模拟对比,图像的趋势是一致的,整体上都是在加速段振动有增加的趋势,在匀速段趋于稳定,而减速段则有个衰减的趋势,证明了本课题研究方法的可行性。但现场测试结果偏大于软件模拟结果,这主要原因在于现场测试结果是多个振源共同作用产生的。
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