多绳缠绕式超深矿井提升机主动调绳装置设计

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矿井提升机是矿山资源开采过程中运输物料及人员的咽喉设备。当前的竖井提升机有单绳缠绕式、多绳摩擦式和多绳缠绕式。由于矿井井深的增加,单绳缠绕式和多绳摩擦式提升机将引起钢丝绳自身重量增加,造成有效提升载荷急剧降低,多绳缠绕是解决这一问题的可行方式之一。多绳缠绕式提升机在提升过程中存在钢丝绳张力不平衡的问题,需要张力平衡装置进行调绳。目前传统的调绳方式是通过张力自平衡悬挂装置(被动调绳装置)实现调节钢丝绳张力,由于张力自平衡悬挂装置位于罐笼与钢丝绳连接处,因自身重量减少了有效提升载荷,而且调绳范围有限,在调绳过程中易出现偏窜和漏油的现象。  本文设计了多绳缠绕式超深矿井提升机主动调绳装置:通过将固定天轮改造成浮动天轮,采用电液伺服系统实现浮动天轮的主动调绳,使其能够满足在高速、大负载及其振动等工况下正常工作的要求,在提升机运行过程中能够实时调节钢丝绳张力,使钢丝绳张力相一致。在分析提升机工作原理以及钢丝绳张力不平衡的原因基础上,建立主动调绳装置提升系统主体的模型以及主动调绳的电液伺服系统模型,提出了一种基于模糊自适应 PID控制的电液伺服系统实现浮动天轮主动调绳的控制方法,并在 MATLAB/Simulink中建立基于 PID控制的主动调绳装置系统和基于模糊自适应 PID控制的主动调绳装置系统的仿真模型,用不同的扰动频率模拟钢丝绳的振动,分析了钢丝绳的振动对钢丝绳张力变化和调绳装置的电液伺服系统动态特性,用不同阶跃信号模拟钢丝绳层与层过渡时的扰动,分析钢丝绳层与层过渡时对钢丝绳张力变化,并对比了两种控制方法的调绳性能。分析结果表明,随着扰动频率和阶跃扰动的增大,基于 PID控制的主动调绳装置系统调绳时间延长,系统振荡加剧,电液伺服系统的动态性能下降,调绳效果较差。而采用基于模糊自适应 PID控制的主动调绳装置系统能够有效地将钢丝绳张力差控制在一定的范围内,电液伺服系统的动态性能较好,调绳时间较短,系统稳定。从中得出采用基于模糊自适应 PID控制的主动调绳装置在一定的钢丝绳纵振和扰动条件下,能够有效实现调绳,验证了采用模糊自适应 PID控制方法的电液伺服系统浮动天轮主动调绳装置的有效性,对多绳缠绕式超深矿井提升机主动调绳装置设计有一定的指导意义。
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