超深矿井提升钢丝绳特性及接触行为研究

发布时间：2017-11-11 03:31

  本文关键词：超深矿井提升钢丝绳特性及接触行为研究

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【摘要】：伴随着经济社会的快速发展,全球对于矿产资源的需求日益增加,向更深层次的地下进行矿产开发已成为包括我国在内的许多国家的重要战略。但是,当前我国还未开展超深井(井深大于1500m)提升装备的研究,产品设计及制造仍处于空白,严重制约了国家深部资源开发利用战略的实施。本文以国家973项目课题“超深矿井提升系统的变形失谐规律与并行驱动同步控制研究”为依托,运用微分几何、接触力学等学科知识以及MATLAB、ANSYS和Pro/E等软件对矿井提升系统的钢丝绳建模和特性分析、卷筒绳槽对动张力的影响以及钢丝绳接触行为等方面进行研究。本文的主要研究内容包括以下几个方面:(1)对钢丝绳分类进行简要介绍,以6×7+IWS钢丝绳为例,运用微分几何原理和坐标变换理论推导出直线及弯曲状态下的钢丝绳内各特征钢丝的中心线方程;分别对交互捻和同向捻钢丝绳的曲率和挠率进行计算并对比分析,探究钢丝绳弯曲对钢丝的曲率和挠率产生的影响。(2)分析比较几种卷筒绳槽的优缺点,确定平行折线绳槽更适用于超深井提升系统,此外通过对平行折线绳槽上的多层缠绕钢丝绳进行绳间接触分析,发现每层最后一圈钢丝绳的层间过渡区为受力危险区域。(3)对多层缠绕钢丝绳的圈间过渡加速度进行分析计算,建立计算钢丝绳动载荷的Simulink模型,对不同绳槽下圈间过渡加速度对提升钢丝绳动载荷的影响进行研究;推导拉伸工况下钢丝绳内部钢丝拉力、丝间位移错动和丝间接触载荷与拉伸载荷之间的关系;依据钢丝绳动载荷微分方程和钢丝拉力公式等理论计算结果进行数值仿真,得到钢丝绳动载荷变化曲线以及钢丝拉力、丝间错动和丝间接触载荷的变化范围。(4)运用ANSYS对钢丝绳进行有限元仿真,得到拉伸工况下各项应力和轴向变形分布情况,对各钢丝间的应力和变形差异进行了分析;计算钢丝间的接触应力,并将不同摩擦系数下的应力结果进行对比;计算圈间过渡区内钢丝绳缠绕时的横向和径向位移,对缠绕过程中的直股芯丝进行仿真,发现钢丝绳的自扭转对应力影响较大,钢丝绳在圈间过渡区内受力不平衡;对圈间过渡区内的钢丝绳挤压接触特性进行研究,分析钢丝绳接触点处法向上的应力和变形变化趋势,结果表明交互捻钢丝绳在挤压工况下的性能好于同向捻钢丝绳。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD532

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