施工立井提升鋼絲繩耦合振動及內(nèi)部鋼絲運(yùn)動特性研究.pdf

1、鋼絲繩由于良好的力學(xué)性能及易收納的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在各類提升系統(tǒng)中，然而由于提升系統(tǒng)復(fù)雜的動態(tài)特性以及鋼絲繩的特殊結(jié)構(gòu)使其成為提升系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，因此不得不對鋼絲繩的剛度等力學(xué)特性及其在動態(tài)工況下的內(nèi)部鋼絲運(yùn)動行為進(jìn)行研究。鋼絲繩是由鋼絲捻制成股，再由繩股捻制而成，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜。當(dāng)提升系統(tǒng)中的鋼絲繩發(fā)生振動時，鋼絲繩內(nèi)部的鋼絲之間會產(chǎn)生相對運(yùn)動，從而造成摩擦磨損影響其使用壽命。施工立井提升采用鋼絲繩罐道，提升繩與容器之間有活結(jié)和固結(jié)兩種連接

2、方式，固結(jié)連接時提升繩扭矩太大對連接裝置及鋼絲繩本身造成損害，活接連接時提升繩旋轉(zhuǎn)角度較大，目前生產(chǎn)中對這兩種連接方式尚沒有合理的評估。本文采用理論計算、計算機(jī)仿真和現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究了施工立井提升系統(tǒng)的耦合振動，鋼絲繩的剛度力學(xué)特性，以及提升振動工況下鋼絲繩內(nèi)部鋼絲的相對運(yùn)動情況，最后給出了滿足不同使用工況的鋼絲繩設(shè)計方法，為礦井提升及鋼絲繩設(shè)計制造提供了理論基礎(chǔ)。
　　首先，本文研究了施工立井提升系統(tǒng)的耦合振動。根據(jù)拉

3、格朗日第一類方程建立了鋼絲繩導(dǎo)向的提升系統(tǒng)耦合振動模型，基于有限元離散思想將振動控制方程離散化，應(yīng)用拉格朗日乘子處理約束和邊界條件并通過數(shù)值方法求解，計算了活結(jié)和固結(jié)兩種工況下系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)。
　　其次，本文通過數(shù)值模擬的方法研究了提升鋼絲繩18×7+IWS的力學(xué)特性。使用有限元分析軟件 ANSYS建立了鋼絲繩有限元模型，給出了鋼絲繩的軸向、扭轉(zhuǎn)和耦合剛度系數(shù)，并分析了自由和約束扭轉(zhuǎn)兩種工況下軸向載荷對鋼絲繩內(nèi)部應(yīng)力及變形分布的影

4、響。
　　然后，本文研究了鋼絲繩內(nèi)部鋼絲的相對運(yùn)動。根據(jù) Costello鋼絲繩理論推導(dǎo)了鋼絲之間相對運(yùn)動的線性表達(dá)式，主要是繩芯股和內(nèi)層股以及內(nèi)層股和外層股之間的相對轉(zhuǎn)動，并與整繩的振動參數(shù)建立關(guān)聯(lián)模型。通過實(shí)例計算將固結(jié)和活結(jié)兩種工況下的相對運(yùn)動進(jìn)行了分析對比。
　　最后，本文研究了鋼絲繩設(shè)計方法。主要從鋼絲繩的抗旋轉(zhuǎn)性、抗拉性、彎曲柔韌性以及接觸良好性出發(fā)，分析了影響鋼絲繩性能的主要參數(shù)，并給出結(jié)合不同使用條件下對鋼絲