缠绕式提升系统重载段动力学建模

沙永东

摘   要：为了研究深井缠绕式提升系统重载段钢丝绳长度动态变化规律、钢丝绳提升过程分段及整体动张力的变化规律以及提升机动张力的变化规律，对提升系统做了合理的简化和假设，对其系统进行了动力学建模，模型为钢丝绳提升长度和动张力的变化规律提供了依据。

关键词：钢丝绳  动张力  建模

中图分类号：TD444                                文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）05（b）-0046-02

近年来对提升机提升系统动力学研究为行业装备水平的提高起到了积极有效的作用，但对于深井缠绕式提升系统重载段的动力学研究较少，尤其是随着提升深度的增加，钢丝绳的自身重量迅速增加，提升的载荷也在增大，重载段钢丝绳的动张力变化也很明显，因此由于比较浅的缠绕提升系统动力学相关研究不适合于深井，在这种情况下深井缠绕式提升系统重载段动力学特性研究具有重要的意义[1]。

1  提升系统重载段动力学建模

为了对深井纏绕式提升系统重载段动力学进行研究，首先要建立合理的动力学模型，由于钢丝绳的运行过程极为复杂，在不影响系统本质的前提下对系统进行合理有效的假设与简化：

（1）忽略提升容器与罐道之间的摩擦;

（2）天轮与钢丝绳之间不存在滑动;

（3）忽略提升系统本身的阻尼影响;

（4）天轮和提升容器之间钢丝绳质量的1/3分配到提升容器上;

（5）提升机和天轮之间钢丝绳质量的1/3分配到天轮上;

（6）深井缠绕式提升系统为两根钢丝绳，因为是同步运行，为此只要对一根钢丝绳进行研究即可。

提升系统力学模型简化如图1所示，提升系统运动过程如图2所示。

因为正常工作的井深达1000m以上，所以不能忽略自身质量很大的钢丝绳重力，必须把钢丝绳在提升系统中质量随深度变化而变化的因素考虑进去。在提升系统运行过程中重载段钢丝绳长度L（t）函数变化为：

式中：l0—重载段钢丝绳原始长度，m;

t1—加速结束时间，s;

t2—匀速结束时间，s;

t3—减速结束时间，s;

v—匀速运行速度，m/s。

以提升系统运动过程图2所示，分别建立重载段钢丝绳动张力T1变化过程的微分方程如下[2-3]：

（1）加速过程。

（2）匀速过程。

（3）减速过程。

式中：E—钢丝绳的弹性模量，Pa;

A—钢丝绳横截面积，m2;

a1—加速度值，m/s2;

a2—减速度值，m/s2;

q—每米钢丝绳质量，kg;

M—提升质量的1/2，kg;

l1、l2、l3—不同提升阶段钢丝绳长度，m。

将提升过程钢丝绳长度和速度随时间的动态变化因素考虑，重载段钢丝绳动张力T1变化的微分方程可综合表达如下：

进一步分析由转动惯量可得：

化简得：

2  结语

（1）得到的钢丝绳长度L（t）变化函数为钢丝绳的动态变化研究提供了依据;

（2）重载段钢丝绳动张力T1变化分段函数为分段研究张力动态变化提供了基础;

（3）式（7）为研究提升段张力T的动态变化提供了思路。

参考文献

[1] 王建伟，马伟，李济顺.多绳缠绕式超深井提升机提升段钢丝绳动态张力检测方案研究[J].煤炭技术，2018，37（6）：258-260.

[2] 吴水源，龚宪生，罗宇驰，等.缠绕式多点提升系统钢丝绳变形失谐动力学分析[J].振动与冲击，2018，37（2）：228-235.

[3] 刘秋军.矿井提升钢丝绳动力学仿真分析[J].煤矿机械，2014，35（10）：73-76.