超深礦井提升鋼絲繩特性及接觸行為研究.pdf

1、伴隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，全球?qū)τ诘V產(chǎn)資源的需求日益增加，向更深層次的地下進(jìn)行礦產(chǎn)開發(fā)已成為包括我國在內(nèi)的許多國家的重要戰(zhàn)略。但是，當(dāng)前我國還未開展超深井（井深大于1500m）提升裝備的研究，產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制造仍處于空白，嚴(yán)重制約了國家深部資源開發(fā)利用戰(zhàn)略的實(shí)施。本文以國家973項(xiàng)目課題“超深礦井提升系統(tǒng)的變形失諧規(guī)律與并行驅(qū)動同步控制研究”為依托，運(yùn)用微分幾何、接觸力學(xué)等學(xué)科知識以及MATLAB、ANSYS和Pro/E等軟件對礦井提升系統(tǒng)

2、的鋼絲繩建模和特性分析、卷筒繩槽對動張力的影響以及鋼絲繩接觸行為等方面進(jìn)行研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①對鋼絲繩分類進(jìn)行簡要介紹，以6×7+IWS鋼絲繩為例，運(yùn)用微分幾何原理和坐標(biāo)變換理論推導(dǎo)出直線及彎曲狀態(tài)下的鋼絲繩內(nèi)各特征鋼絲的中心線方程；分別對交互捻和同向捻鋼絲繩的曲率和撓率進(jìn)行計(jì)算并對比分析，探究鋼絲繩彎曲對鋼絲的曲率和撓率產(chǎn)生的影響。②分析比較幾種卷筒繩槽的優(yōu)缺點(diǎn)，確定平行折線繩槽更適用于超深井提升系統(tǒng)，此外通過對平

3、行折線繩槽上的多層纏繞鋼絲繩進(jìn)行繩間接觸分析，發(fā)現(xiàn)每層最后一圈鋼絲繩的層間過渡區(qū)為受力危險(xiǎn)區(qū)域。③對多層纏繞鋼絲繩的圈間過渡加速度進(jìn)行分析計(jì)算，建立計(jì)算鋼絲繩動載荷的 Simulink模型，對不同繩槽下圈間過渡加速度對提升鋼絲繩動載荷的影響進(jìn)行研究；推導(dǎo)拉伸工況下鋼絲繩內(nèi)部鋼絲拉力、絲間位移錯動和絲間接觸載荷與拉伸載荷之間的關(guān)系；依據(jù)鋼絲繩動載荷微分方程和鋼絲拉力公式等理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行數(shù)值仿真，得到鋼絲繩動載荷變化曲線以及鋼絲拉力、絲間

4、錯動和絲間接觸載荷的變化范圍。④運(yùn)用ANSYS對鋼絲繩進(jìn)行有限元仿真，得到拉伸工況下各項(xiàng)應(yīng)力和軸向變形分布情況，對各鋼絲間的應(yīng)力和變形差異進(jìn)行了分析；計(jì)算鋼絲間的接觸應(yīng)力，并將不同摩擦系數(shù)下的應(yīng)力結(jié)果進(jìn)行對比；計(jì)算圈間過渡區(qū)內(nèi)鋼絲繩纏繞時(shí)的橫向和徑向位移，對纏繞過程中的直股芯絲進(jìn)行仿真，發(fā)現(xiàn)鋼絲繩的自扭轉(zhuǎn)對應(yīng)力影響較大，鋼絲繩在圈間過渡區(qū)內(nèi)受力不平衡；對圈間過渡區(qū)內(nèi)的鋼絲繩擠壓接觸特性進(jìn)行研究，分析鋼絲繩接觸點(diǎn)處法向上的應(yīng)力和變形變化趨