欢迎访问中实洛阳机械工程科技有限公司官网!

服务热线:400-0379-326

关注抖音 |

天轮摆动对矿井提升机悬绳横向振动影响(上)


    摩擦提升机钢丝绳离开摩擦轮轮缘至天轮轮缘的一段钢丝绳通常称为悬绳。悬绳的横向振动比纵向振动剧烈。天轮在运行过程中,由于同轴度误差会造成天轮的轴向跳动,给提升钢丝绳施加周期性的横向振动激励,容易引起悬绳的横向振动。天轮摆动引起的悬绳横向振动如图1所示。

    悬绳持续剧烈的横向振动往往会造成相邻轴向运动悬绳之间的剧烈碰擦,严重损伤钢丝绳表面,造成断丝断股,加速钢丝绳的破断,严重影响钢丝绳的使用寿命,此外悬绳剧烈的横向振动容易加速绳槽磨损,缩短天轮使用寿命。天轮轴向摆幅过大,会缩短钢丝绳的使用寿命并加速钢丝绳的破断,危及矿井提升安全。

    多绳摩擦提升机由于单次提升容量大、提升深度高、安装和维护方便等优点在煤矿中使用的越来越多。根据《煤矿机电设备完好标准》,在多绳摩擦提升系统中,当天轮直径为中4.5mm时,允许天轮最大端面圆跳动为8mm。而在实际工况中,天轮轴向摆动位移峰值已超过标准规定,最大已经达到20mm,易造成相邻悬绳发生碰撞危险。因此需要分析天轮轴向摆动对多绳摩擦式提升机悬绳横向振动的影响,保障多绳摩擦式提升机安全稳定运行。

1 矿井提升机动力学模型

    矿井多绳摩擦提升机的结构如图2所示。多绳摩擦式提升机多根平行的悬绳具有相同的动力学特性,可以对单根悬绳进行研究。因此采用固定坐标系统描述提升悬绳的横向振动。多绳摩擦提升机动力学模型如图3所示。

    将摩擦轮与悬绳接触点作为固定参考坐标OXY的原点0。将箕斗简化为一个刚性重物直接连接于主绳的下端,忽略尾绳对系统的影响。多绳摩擦式提升机向上运动。

    建模和求解基于以下假设:钢丝绳具有均匀性、各项同性以及连续性,且弹性模量、线密度、横截面积始终保持不变;提升绳为匀质钢丝绳,线密度为常数;不考虑提升过程中可能出现的滑绳情况;不考虑绳的扭转振动、纵向振动;悬绳由于横向振动引起的弹性变形远小于整根悬绳的长度,且应力不超过弹性极限并服从胡克定律;忽略空气阻力的影响;摩擦轮是理想轮,对悬绳横向振动无影响。

    多绳摩擦提升机悬绳动能

     式(1)中下标t表示对t的偏微分,下标x表示对x的偏微分,下面各式中含义相同。

 

     多绳摩擦提升机悬绳势能

     根据广义Hamilton原理,对系统利用变分法,在 t=tt=t 两个运动时刻之间的运动满足能量守恒

     对式(3)进行求解,得到悬绳横向振动控制方程

2 离散化求解

     式(4)为多自由度的偏微分方程,直接进行求解比较困难。利用Galerkin方法,将多绳摩擦提升机悬绳横向振动方程离散成常微分方程。当天轮轴向摆动产生横向振动激励时,悬绳中点的横向振动最大。假设悬绳中点横向振动位移

     把式(5)带入到式(4),得到悬绳横向振动常微分方程

    对式(6)进行求解,得到q(t),并将其带入式(5),即可得到悬绳中点在运行过程中的横向振动位移w(l/2,t)

3  MATLAB 仿真

    对于天轮摆动对多绳摩擦式提升机悬绳的横向振动影响,可以使用MATLAB软件对多绳摩擦提升机悬绳进行仿真分析。多绳摩擦提升机的主要参数:

    对多绳摩擦提升系统上升过程中的悬绳横向振动进行分析。提升系统上升运动规律如图4所示。按照图4提升系统运动规律,选择不同的天轮摆动幅值,对悬绳中点进行数值仿真。根据《煤矿机电设备完好标准》,当天轮半径为2.25m,允许的天轮最大端面圆跳动为8mm。但是矿井实际运行中,天轮的圆跳动有时能够达到20mm。选圆跳动分别为8mm、20mm和22mm三个数值进行仿真分析。悬绳中点处钢丝绳横向振动位移曲线如图5所示。

    选择多绳摩擦提升机悬绳间距为400mm。当圆跳动为8mm,悬绳横向振动小于100mm,运行平稳,不会发生悬绳碰撞;当圆跳动为20mm,悬绳横向振动接近200mm悬绳横向振动接近发生碰撞;当圆跳动为22 mm,悬绳横向振动超过200mm,悬绳会发生碰撞危险。因此,需要定期对天轮圆跳动进行监测和测量,使天轮圆跳动最大值小于22mm

产品推荐