深井摩擦提升系统尾绳导向动态特性与自适应装置研究

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近些年来,随着矿井开采深度的不断增加,摩擦式立井提升系统中尾绳对于整个系统运行平稳性产生的影响越来越大。本文以深立井摩擦提升系统的尾绳自适应导向装置为研究对象,以适用于矿井实际工况的尾绳自适应平稳导向为研究目标,开展对提升系统加入自适应尾绳导向装置后的动态特性分析、尾绳导向装置的结构设计及其拓扑优化、不同刚度导轨下提升系统的导向特征研究,并通过理论求解、AMESIM仿真结果以及实验数据进行对比验证,论证了尾绳自适应导向装置关键部件结构设计的合理性。首先,针对尾绳自由悬挂状态下横向摆动较大的问题,分析其横向摆动的机理,并通过简化模型进行描述,接着根据提升系统中尾绳的间距研究了尾绳自适应抑制摆动的方式。对于尾绳长度不一样的情况,进行了尾绳长度均衡方式的分析。考虑到钢丝绳具有一定的弹性,导向装置会产生纵向移动,进一步确定了尾绳和导向装置整体的导向形式,同时为下文导向装置导向特性的研究作铺垫。其次,根据导轨的受力情况,分析了导向滑块长度对其受力产生的影响,并分析了不同刚度时导轨的导向特征,通过分析刚度较大和刚度较小时导轨的导向特征,为不同使用工况下对导轨的选取提供理论支撑,进一步研究了柔索导轨的等效刚度以及影响刚度的因素。考虑到尾绳导向装置的安全运行,建立尾绳导向装置使用导轨刚度较大时的多自由度动力学模型,并基于AMESIM建立摩擦提升系统仿真模型,结合理论和仿真结果分析尾绳导向装置质量、提升高度以及加速度对导向装置动态特性产生的影响。再次,对尾绳导向装置安全运行问题进行分析,得到对其质量的要求。根据要求结合前文中导向装置质量对其纵向振动的影响,对导向装置结构进行拓扑优化;并根据不同尾绳类型,进行绳槽结构设计。接着在提升系统正常运行以及过卷过放时分别对导向距离进行优化,随后对尾绳导向装置中顶部保护棚和底部防尾绳跳出绳槽装置进行设计,为整个装置在矿井底部的应用打下基础。最后,在前文对于尾绳自适应导向装置设计以及理论分析的基础之上,搭建了加装尾绳自适应导向装置的提升系统实验平台。通过对比理论结果和实验结果,验证了理论模型的正确性以及尾绳导向装置对于尾绳横向摆动有明显的抑制效果。结合大强煤矿提升系统的参数,设计安装了尾绳自适应导向装置及尾绳摆动监测系统,为之后尾绳自适应导向装置在超深井中的应用奠定基础。本论文有图123幅,表5个,参考文献91篇。
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