深井提升系統非線性振動規律及衝擊限制研究

《深井提升系統非線性振動規律及衝擊限制研究》是依託太原理工大學，由吳娟擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：深井提升系統非線性振動規律及衝擊限制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：吳娟
• 依託單位：太原理工大學

項目摘要

由於振動和衝擊導致的提升鋼絲繩斷繩事故頻繁發生，造成生命和財產的慘重損失。我國近兩年礦井斷繩事故就多達 1065 起，死亡人數達到1142 人。申請者在研究和分析深井提升系統振動、衝擊工況的基礎上，套用hamilton原理、Galerkin和實驗模態等方法，建立基於分布參數、時變參數變長度弦線的柔性提升系統的無干擾和有干擾橫向-縱向耦合振動模型；通過邊界條件來描述鋼絲繩提升系統極端運行工況的特定條件，研究鋼絲繩提升系統發生危險振動與其基波振動周期的內在關聯規律及其動態特性；從避免衝擊振動的角度來確定解除或減小鋼絲繩提升系統振動的途徑和方法，為正確設計、使用維護提供理論體系和實施方法和途徑。提出減少或消除鋼絲繩提升系統的振動（特別是極端運行工況下的衝擊）發生的理論和方法，對解決十二五規劃中的千米深井開採瓶頸技術，實現礦井鋼絲繩提升系統的安全高效生產具有十分重要的意義。

結題摘要

國內摩擦提升系統設計時大多數是把提升鋼絲繩看作剛體，採用靜態設計方法。而摩擦提升鋼絲繩是一種典型彈性振動體。在外力和激勵作用下，易產生縱向振動和橫向振動。非線性振動容易激發大變形，喪失穩定性，產生激振運動。激振運動不僅會降低結構的使用壽命，而且還可能造成災難性後果。且提升系統加、 減速或緊急制動時， 鋼絲繩會儲存或釋放能量產生很大動張力。如果設計不合理就會造成提升容器劇烈震盪，導致摩擦傳動失效。因此提出了深井提升系統非線性振動規律及衝擊限制研究。 主要研究內容：（1）建立了平直和彎曲一次和二次捻制鋼絲螺旋線空間矢量表達式，建立不同類型（點接觸和線接觸）、不同結構（單捻繩和多股繩）、不同捻向（同向捻和互動捻）鋼絲繩空間三維模型和有限元模型，分析了平直和彎曲鋼絲繩內在特性和鋼絲繩性能的關係，以及股內鋼絲應力分布規律。（2）研究了井筒深度對鋼絲繩振動特性及其他安全係數的影響。井筒深度越深，扭轉越大；同一井深下，空載時扭轉角比重載時扭轉角大；井筒深度越深，鋼絲繩繩芯的抗扭轉能力比纖維繩芯抗扭轉能力強，應儘量採用互動捻鋼絲繩。（3）為了研究摩擦提升系統在運行過程中變長度提升鋼絲繩振動規律，利用Hamliton方程建立鋼絲繩縱向-橫向耦合偏微分振動方程。套用修正Galerkin方法，將激勵作用下的提升鋼絲繩偏微分振動控制方程離散化為有限維的常微分方程進行了求解，提出縱向-橫向耦合偏微分振動方程和求解方法。（4）提出了礦井提升系統的衝擊限制機理。同等條件下，梯形加減速運行時衝擊振動限制最好。任何變工況過渡過程中，加減速的上升時間等於提升系統基波振動周期時，衝擊振動得到很好限制；變工況過渡過程的調節時間是該系統基波振動周期 15 倍以上時衝擊振動能限制在 4%以內。深井提升設備非線性振動規律及衝擊限制採取主動防止振動衝擊，對提升機鋼絲繩的全生命周期實施科學合理的處理處置，不僅能夠延長鋼絲繩的工作壽命和可靠性，從而增加經濟效益；更重要的是減少了檢修和維護、更換和調節時間，從而增加有效運行時間來增加經濟效益。