面向恒减速制动工况的矿井提升机动力学特性研究

摘要

矿井提升机承担着人员、煤炭及设备提升和运输的任务，直接关系到矿山的生产效率及生产安全，被称为矿山生产的“咽喉设备”。制动系统是提升机最重要的安全保障设施，当发生异常情况时能够使其紧急停车，避免故障进一步恶化，否则，有可能造成人员伤亡和重大经济损失，严重威胁矿山生产安全。由于提升机采用钢丝绳柔性传动，使得紧急制动过程中大惯性负载对提升机产生巨大的冲击和振动，甚至造成钢丝绳的打滑和断裂。恒减速制动由于制动冲击小、平稳性好的优点被广泛应用到提升机中。然而，随着煤矿开采深度和提升载荷的不断增大，以及高速高效的需求，使得柔性传动的矿井提升机在恒减速制动过程中对外部环境的变化也变得更加敏感。因此，对恒减速制动工况下矿井提升机动力学特性进行研究，尤其对钢丝绳张力和罐笼振动特性规律的研究，可为提升机平稳制动策略的研究和制动参数的优化奠定基础，具有一定的理论意义和工程实用价值。 为了获得恒减速制动工况下矿井提升机动力学特性，本文主要开展了以下工作： 1、对矿井提升机建模方法开展了研究，建立了落地式多绳摩擦矿井提升机刚柔耦合动力学仿真模型，并利用试验数据对模型进行了验证。首先，以JKMD3.25×4（Ⅱ）型矿井提升机为研究对象，运用SolidWorks三维建模软件建立了该提升机的三维几何模型。其次，联合运用 ANSYS 软件和RecurDyn/FFLex建立了矿井提升机有限元柔性体钢丝绳模型，通过对各构件施加边界条件，最终建立了矿井提升机刚柔耦合动力学仿真模型。在此基础之上，在生产现场对矿井提升机正常运行工况和恒减速制动工况条件下的罐笼振动进行了试验测试，通过试验与仿真结果的对比，验证了仿真模型和仿真参数的正确性。 2、研究了恒减速制动中不同提升参数对矿井提升机动力学特性的影响规律。运用控制变量法分别分析了恒减速制动过程中提升载荷、提升速度、制动减速度和制动曲线等提升参数，对钢丝绳动张力和罐笼振动特性的影响，获得了提升参数对恒减速制动过程中提升机动力学特性的响应规律。研究结果表明：（1）提升载荷、制动减速度和制动曲线是影响提升机恒减速制动平稳性、钢丝绳张力和罐笼振动的主要因素，而提升速度对其动力学特性的影响不大。（2）重载下放工况下，相比于停车阶段，恒减速制动过程的制动阶段发生打滑的趋势更明显。（3）减速度的变化量和变化率是影响制动平稳性、钢丝绳张力以及罐笼大幅振动的重要因素之一，可以通过改变减速度的变化量和变化率的方法，实现提升机的平稳制动。

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