柔性导向矿用电梯横向偏摆关键技术研究

发布时间：2020-01-31 23:37

【摘要】：柔性导向矿用电梯是针对矿井提升过程的多水平工作面以及井道内刚性导向布置不方便等问题,结合普通电梯与绳罐道的优点而设计并用于执行人员、设备等在地面和井下往复运行的一种新型矿井提升设备,旨在改善矿井运输过程的舒适性、安全性和高效性。柔性导向矿用电梯采用导向钢丝绳,相比与刚性导向,在抑制轿厢运行过程中横向偏摆能力较小,轿厢产生的横向偏摆行为极大的威胁煤矿的运输安全。本文采用理论计算与计算机仿真相结合的方法,研究了横向气流扰动作用下和纵向偏心载荷作用下的轿厢横向偏摆特性及轿厢横向偏摆的控制、防护等关键技术。首先,本文研究了柔性导向矿用电梯的导向钢丝绳的基本特性。主要从导向钢丝绳的布置方式、张紧方式及横向刚度三个方面研究,通过比较不同布置方式对轿厢扭转的抵抗作用选择最优的导向钢丝绳布置方式;介绍两种不同的张紧方式,分别求解得到了不同张紧方式下对应的导向钢丝绳的横向刚度表达式,为下文研究轿厢的横向偏摆奠定了基础。其次,本文研究了横向的气流扰动作用下的轿厢横向偏摆特性。基于流体力学分析软件Fluent建立了轿厢-对重交错过程三维模型,采用动网格技术模拟了轿厢-对重的交错过程;通过仿真,得到了柔性导向矿用电梯在运行过程中的气流扰动特性,并获得在运行过程中的轿厢所受的等效横向压力值;运用对比研究方式,分析不同提升速度、轿厢-对重之间不同间距和井道不同初始风速下的横向压力分布情况,通过对等效横向压力曲线拟合,获得近似气流横向扰动力,并将其作为提升系统的外载荷代入轿厢运动方程,计算得到了轿厢和对重的横向位移。然后,本文研究了纵向的偏载作用下的轿厢横向偏摆特性。为了研究在偏载作用下不同状态的轿厢横向偏摆特性,分别建立了偏载作用下的轿厢静态模型和动态模型,将轿厢的横向偏摆情况等效为平动过程和转动过程,分别通过静力学平衡方程和动力学平衡方程求解得到轿厢静态作用和动态作用下的横向位移;为了验证理论计算的正确性,运用动力学仿真软件ADAMS建立电梯系统的仿真模型,求解轿厢的偏移量,并与理论计算结果相比较,掌握了轿厢在偏载作用下的偏摆特性,为研究轿厢横向偏摆控制提出了依据。最后,本文研究了轿厢的总体横向偏摆位移及其控制。求解了在科氏力作用下的轿厢横向偏摆位移,并综合气动作用和偏载作用下的轿厢横向位移,得到了运行过程中轿厢的横向总体位移;研究了不同张紧力下的轿厢横向偏摆位移对比曲线,得到了张紧力与轿厢横向位移的关系,并据此设计了钢丝绳张紧装置,通过液压张紧装置控制张紧力实现对轿厢横向位移的控制;研究了不同导流装置作用下的轿厢横向压力情况,通过对比,设计了椭圆形导流装置,以减小轿厢在运行过程中的横向压力。运用ANSYS Workbench对主要结构进行校核及优化设计,得到了满足工况条件下的各部件最优尺寸。
【图文】：

电梯,提升系统,结构示意图,限速器

电梯是标志现代物质文明的备，它涉及电子技术、机械工程、电工程等多个科学领域[5]。目前电梯的生度的标志之一，为节约用地和适应经个突出问题，与人们的生活和工作紧密来，在短短的 100 年里，电梯制造业以其先进技术在机械制造行业中处于厢、对重、导轨、限速器、安全钳和非常相似，但是安全性上，限速器和，使得其发生故障后，能够大大减小行八千万次左右才出现一次事故[6]。）电梯在频繁的启动过程中，安全可靠，能够准确停靠在预设的停靠位置；（达到更灵活的控制方式，实现智能化图 1-3 所示。

轿厢,压力分布图,流线图,流场

在实际应用的电梯各项几何尺寸基础上（包括轿厢、井道、对重下端预留的空间等），建立了二维的计算模型。并且利用流体力学软件 Fluen解模拟交错过程中的非稳态流场情况，由具体的流场情况求解了电梯在不同所受到的气流扰动力。二维的模拟结果表明，在相对运动过程中，轿厢所受气流扰动力在轿厢与对重交错的瞬间经历一个剧烈的变化过程，其最大扰动距离较远时刻的几倍甚至十几倍。哈尔滨工业大学王凯等[14, 15]用 CFD 数值计算模拟方法，对不同工况下电梯道内的运行过程进行了完整的动态仿真，找出了电梯运行过程中气动特性的缺陷，如电梯运行时阻力大及伴随产生的振动和噪声问题。经过分析，提出化方案，并且验证了优化效果，为高速电梯的的设计提供了必要的理论依据北京航空航天大学杨小峰等[16]利用计算流体力学的方法建立数学模型来计场，求解 N-S 方程组的数值解，模拟研究超高速电梯复杂外形结构条件下的问。改变不同的系统参数，模拟分析了三种不同轿厢形状对超高速电梯气动影响。研究结果表示，，椭圆形边缘结构设计对电梯避免涡激振动是有益的，，椭圆形的边缘结构设计可以减少和抑制噪声。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD532

【参考文献】