施工立井提升钢丝绳耦合振动及内部钢丝运动特性研究

发布时间：2017-08-22 00:26

  本文关键词：施工立井提升钢丝绳耦合振动及内部钢丝运动特性研究

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【摘要】：钢丝绳由于良好的力学性能及易收纳的特点被广泛应用在各类提升系统中,然而由于提升系统复杂的动态特性以及钢丝绳的特殊结构使其成为提升系统的薄弱环节,因此不得不对钢丝绳的刚度等力学特性及其在动态工况下的内部钢丝运动行为进行研究。钢丝绳是由钢丝捻制成股,再由绳股捻制而成,其结构复杂。当提升系统中的钢丝绳发生振动时,钢丝绳内部的钢丝之间会产生相对运动,从而造成摩擦磨损影响其使用寿命。施工立井提升采用钢丝绳罐道,提升绳与容器之间有活结和固结两种连接方式,固结连接时提升绳扭矩太大对连接装置及钢丝绳本身造成损害,活接连接时提升绳旋转角度较大,目前生产中对这两种连接方式尚没有合理的评估。本文采用理论计算、计算机仿真和现场实验相结合的方法,研究了施工立井提升系统的耦合振动,钢丝绳的刚度力学特性,以及提升振动工况下钢丝绳内部钢丝的相对运动情况,最后给出了满足不同使用工况的钢丝绳设计方法,为矿井提升及钢丝绳设计制造提供了理论基础。首先,本文研究了施工立井提升系统的耦合振动。根据拉格朗日第一类方程建立了钢丝绳导向的提升系统耦合振动模型,基于有限元离散思想将振动控制方程离散化,应用拉格朗日乘子处理约束和边界条件并通过数值方法求解,计算了活结和固结两种工况下系统的动态响应。其次,本文通过数值模拟的方法研究了提升钢丝绳18×7+IWS的力学特性。使用有限元分析软件ANSYS建立了钢丝绳有限元模型,给出了钢丝绳的轴向、扭转和耦合刚度系数,并分析了自由和约束扭转两种工况下轴向载荷对钢丝绳内部应力及变形分布的影响。然后,本文研究了钢丝绳内部钢丝的相对运动。根据Costello钢丝绳理论推导了钢丝之间相对运动的线性表达式,主要是绳芯股和内层股以及内层股和外层股之间的相对转动,并与整绳的振动参数建立关联模型。通过实例计算将固结和活结两种工况下的相对运动进行了分析对比。最后,本文研究了钢丝绳设计方法。主要从钢丝绳的抗旋转性、抗拉性、弯曲柔韧性以及接触良好性出发,分析了影响钢丝绳性能的主要参数,并给出结合不同使用条件下对钢丝绳参数进行设计的理论参考。
【关键词】：提升钢丝绳 耦合振动 钢丝相对运动 钢丝绳设计
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD532;TG356.45
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-16
• 变量注释表16-18
• 1 绪论18-27
• 1.1 课题来源18
• 1.2 研究背景及意义18-21
• 1.3 研究现状21-24
• 1.4 现有研究存在的问题24-25
• 1.5 本文主要研究内容及技术路线25-27
• 2 提升系统耦合振动研究27-47
• 2.1 提升系统运动方程推导27-29
• 2.2 离散化29-32
• 2.3 约束和边界条件处理及求解32-35
• 2.4 ADAMS仿真模型35-36
• 2.5 实例分析36-43
• 2.6 实验验证43-46
• 2.7 本章小结46-47
• 3 钢丝绳力学特性的数值模拟47-63
• 3.1 数值计算模型的建立47-56
• 3.2 数值模拟方案56
• 3.3 数值模拟结果分析56-62
• 3.4 本章小结62-63
• 4 内部钢丝运动特性研究63-73
• 4.1 二次螺旋结构钢丝绳的几何特性63-66
• 4.2 钢丝绳振动工况下内部钢丝的相对运动模型66-68
• 4.3 实例分析68-71
• 4.4 本章小结71-73
• 5 钢丝绳设计方法研究73-84
• 5.1 钢丝绳刚度表达式73-75
• 5.2 钢丝绳抗旋转性75-77
• 5.3 钢丝绳抗拉性与弯曲柔韧性77-78
• 5.4 不同层股的接触条件78-82
• 5.5 本章小结82-84
• 6 总结与展望84-86
• 6.1 本文主要工作总结84-85
• 6.2 研究展望及待解决问题85-86
• 参考文献86-93
• 附录 193-96
• 附录 296-98
• 附录 398-101
• 附录 4101-104
• 作者简历104-108
• 学位论文数据集108

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