超深矿井提升机柔性罐道系统动态特性研究

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罐道作为矿井提升系统的重要组成部分,它是提升容器在井筒内运行的导向装置,防止提升容器在运行过程中的横向摆动和转动。提升容器在运行过程中,由于提升钢丝绳开捻力矩的作用、载荷偏载以及钢丝绳罐道弹性中心线与提升中心线不一致等都会造成提升容器碰撞罐道绳使提升容器与罐道绳产生横向摆动和扭转,当提升容器摆动太大时将会影响提升容器的正常提升甚至危及安全生产。而提升容器横向摆动量的大小与罐道绳的横向刚度的大小有关,增加罐道绳的横向刚度,对减少提升容器运行过程中的横向摆动,保证提升容器的安全、平稳运行具有重要意义。  根据罐道钢丝绳的张紧特性,对罐道绳的约束和受力进行了静力平衡分析,得到了罐道绳横向刚度以及扭转刚度的计算公式。分析了罐道绳横向刚度及扭转刚度随提升高度的变化规律,研究了罐道绳张紧力以及单位长度质量的变化对罐道绳横向刚度的影响。分析表明:罐道钢丝绳上下两端的横向刚度及扭转刚度较大,越接近罐道绳中间部位其横向刚度及扭转刚度越小;罐道绳张紧力越大,罐道绳最小刚度位置越靠近罐道绳中间位置,罐道绳单位长度质量越大,罐道绳最小刚度位置越接近罐道绳下端,这是因为罐道绳自身重力的影响不同造成的。因此,为减少提升容器升降过程中的摆动和扭转,需要合理确定罐道绳的张紧力,确保罐道绳的横向刚度和扭转刚度。  采用梁单元建立了罐道钢丝绳的有限元仿真模型,并对该模型进行了带预应力的模态分析和谐响应分析。分析了罐道绳绳绳长变化以及张紧力变化对其固有频率的影响;研究了罐道绳的动刚度随动载荷频率的变化规律。罐道绳的固有频率随罐道绳绳长增加而明显减小,随罐道绳张紧力的增加而缓慢增加;当载荷频率越接近罐道钢丝绳的固有频率时,罐道钢丝绳的横向位移越大,罐道钢丝绳的动刚度就越小。  对在钢丝绳罐道约束下的提升容器运行过程中的横向摆动进行了分析。提升容器摆动量的大小主要与罐道钢丝绳的横向刚度、提升钢丝绳的终端载荷以及提升速度的大小有关,提升绳终端载荷越大,提升速度越快,则提升容器在升降过程中的横向摆动量越大;罐道绳的横向刚度越大,则提升容器在升降过程中的摆动量越小。因此,在提升绳终端载荷以及提升速度一定的条件下,可以通过加大罐道钢丝绳的张紧力来增加罐道绳的横向刚度,以减少提升容器的摆动。
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