超千米立井提升系统动力学特性研究

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随着我国能源消费需求的日益增长以及浅层资源的日渐紧张,向深部资源勘探和开发已经成为了我国资源发展的必然趋势。矿井提升系统的建设成为了深部资源开采和运输的重要桥梁,将地下与地面连通起来,使得井下深部资源变得“透明”。矿井提升系统承担着深部资源、地下与地面工作人员和工作设备等的运输任务,提升钢丝绳则是矿井提升系统中不可缺少的重要组成部分,是连接提升系统驱动部分与提升容器的关键纽带。因此,针对不同工况、多重激励以及多绳共同作用下提升容器的动态响应,通过精准的理论模型和数值求解方法,深入开展超千米立井提升系统的耦合动力学研究已经迫在眉睫,旨在掌握大扰动强时变刚柔耦合机理,揭示多自由度、大尺度、强时变柔性提升系统纵振、横振和扭振机理,为精确预测超千米立井提升系统的动力学特性以及超千米立井提升系统的安全可靠运行提供理论依据。首先,根据我国《煤矿安全规程》针对不同工况下的超千米立井提升系统进行了提升钢丝绳的选型;同时,分析了超千米单绳缠绕式以及多绳摩擦式立井提升系统在不同影响因素下的极限提升能力;并且,根据Costello钢丝绳理论,研究分析了提升钢丝绳的刚度特性。其次,本文研究了超千米柔性导向单绳缠绕式提升系统的动力学特性,将提升钢丝绳和导向钢丝绳建模为连续体弦绳,结合带有约束的拉格朗日方程以及假设模态法,建立了柔性导向单绳缠绕式提升系统动力学模型,采用具有二阶精度的广义-α数值方法进行数值求解,得到了提升钢丝绳的张力变化规律以及提升容器和导向钢丝绳在提升钢丝绳纵向、横向激励下的动态响应。然后,本文研究了超千米多绳摩擦式立井提升系统的动力学特性,将提升钢丝绳和平衡尾绳建模为连续体弦绳,结合带有约束的拉格朗日方程以及假设模态法,建立了多绳摩擦式立井提升系统动力学模型,采用具有二阶精度的广义-α数值方法进行数值求解,得到了提升钢丝绳的张力变化规律以及提升容器和平衡尾绳在提升钢丝绳纵向、横向激励下的动态响应。最后,针对多绳摩擦式立井提升系统动力学模型得到的动力学响应,通过现场试验进行了验证,采用三向加速度传感器和油压传感器进行提升钢丝绳振动和张力特性测量,并将实验结果与仿真结果进行对比,验证物理模型的精确性和数值求解的有效性。
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