纏繞式提升系統(tǒng)重載段動力學建模

沙永東

摘? ?要：為了研究深井纏繞式提升系統(tǒng)重載段鋼絲繩長度動態(tài)變化規(guī)律、鋼絲繩提升過程分段及整體動張力的變化規(guī)律以及提升機動張力的變化規(guī)律，對提升系統(tǒng)做了合理的簡化和假設，對其系統(tǒng)進行了動力學建模，模型為鋼絲繩提升長度和動張力的變化規(guī)律提供了依據。

關鍵詞：鋼絲繩? 動張力? 建模

中圖分類號：TD444? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）05（b）-0046-02

近年來對提升機提升系統(tǒng)動力學研究為行業(yè)裝備水平的提高起到了積極有效的作用，但對于深井纏繞式提升系統(tǒng)重載段的動力學研究較少，尤其是隨著提升深度的增加，鋼絲繩的自身重量迅速增加，提升的載荷也在增大，重載段鋼絲繩的動張力變化也很明顯，因此由于比較淺的纏繞提升系統(tǒng)動力學相關研究不適合于深井，在這種情況下深井纏繞式提升系統(tǒng)重載段動力學特性研究具有重要的意義[1]。

1? 提升系統(tǒng)重載段動力學建模

為了對深井纏繞式提升系統(tǒng)重載段動力學進行研究，首先要建立合理的動力學模型，由于鋼絲繩的運行過程極為復雜，在不影響系統(tǒng)本質的前提下對系統(tǒng)進行合理有效的假設與簡化：

（1）忽略提升容器與罐道之間的摩擦;

（2）天輪與鋼絲繩之間不存在滑動;

（3）忽略提升系統(tǒng)本身的阻尼影響;

（4）天輪和提升容器之間鋼絲繩質量的1/3分配到提升容器上;

（5）提升機和天輪之間鋼絲繩質量的1/3分配到天輪上;

（6）深井纏繞式提升系統(tǒng)為兩根鋼絲繩，因為是同步運行，為此只要對一根鋼絲繩進行研究即可。

提升系統(tǒng)力學模型簡化如圖1所示，提升系統(tǒng)運動過程如圖2所示。

因為正常工作的井深達1000m以上，所以不能忽略自身質量很大的鋼絲繩重力，必須把鋼絲繩在提升系統(tǒng)中質量隨深度變化而變化的因素考慮進去。在提升系統(tǒng)運行過程中重載段鋼絲繩長度L（t）函數變化為：

式中：l0—重載段鋼絲繩原始長度，m;

t1—加速結束時間，s;

t2—勻速結束時間，s;

t3—減速結束時間，s;

v—勻速運行速度，m/s。

以提升系統(tǒng)運動過程圖2所示，分別建立重載段鋼絲繩動張力T1變化過程的微分方程如下[2-3]：

（1）加速過程。

（2）勻速過程。

（3）減速過程。

式中：E—鋼絲繩的彈性模量，Pa;

A—鋼絲繩橫截面積，m2;

a1—加速度值，m/s2;

a2—減速度值，m/s2;

q—每米鋼絲繩質量，kg;

M—提升質量的1/2，kg;

l1、l2、l3—不同提升階段鋼絲繩長度，m。

將提升過程鋼絲繩長度和速度隨時間的動態(tài)變化因素考慮，重載段鋼絲繩動張力T1變化的微分方程可綜合表達如下：

進一步分析由轉動慣量可得：

化簡得：

2? 結語

（1）得到的鋼絲繩長度L（t）變化函數為鋼絲繩的動態(tài)變化研究提供了依據;

（2）重載段鋼絲繩動張力T1變化分段函數為分段研究張力動態(tài)變化提供了基礎;

（3）式（7）為研究提升段張力T的動態(tài)變化提供了思路。

參考文獻

[1] 王建偉，馬偉，李濟順.多繩纏繞式超深井提升機提升段鋼絲繩動態(tài)張力檢測方案研究[J].煤炭技術，2018，37（6）：258-260.

[2] 吳水源，龔憲生，羅宇馳，等.纏繞式多點提升系統(tǒng)鋼絲繩變形失諧動力學分析[J].振動與沖擊，2018，37（2）：228-235.

[3] 劉秋軍.礦井提升鋼絲繩動力學仿真分析[J].煤礦機械，2014，35（10）：73-76.