近年来随着我国浅表资源的日益开采殆尽,促使地下矿产资源的开采不断向深层扩展,导致深部资源开采所需装备研发越来越迫切,而深部资源开采设备研发其中最主要趋势为大型化,主要目标之一是通过提高提升容量以及提升深度来提高开采效率。我国矿产资源的开采主要靠井工提升,而作为井工提升最为关键设备的大型矿井提升机其运行时承载大、整体结构复杂、设计缺乏成熟的经验,特别是作为核心部件的提升机卷筒装置,在实际工作中常出现因应力集中而导致卷筒筒壳,人孔周边等部位开裂以及在交变载荷作用下易引起自激、强迫振动等问题,影响设备正常使用,因此,运用现代设计与分析方法对其进行结构性能分析研究以及优化设计,提高大型矿井提升机卷筒装置性能与可靠性具有重要意义。本文以某公司研发的2JK/A-5型大型矿井提升机为研究对象,研究分析其典型多工况下实际运行状况,确认其薄弱环节;针对人孔周边因应力集中发生疲劳失效导致裂纹产生的问题进行综合优化设计;对卷筒装置固有频率以及紧急制动特殊工况等动态特性进行分析研究,确保提升机安全运行。主要研究内容及方法包括:(1)根据提升机相关几何参数,在Solid Works中建立其三维模型,利用Workbench数值模拟分析提升机主轴装置在一个工作周期内多个典型工况下的应力应变情况,根据分析结果确认薄弱环节,校核其关键部件卷筒以及主轴的刚度和强度,并通过测试实验验证仿真分析的可靠性。(2)综合应用控制变量法、拓扑优化以及多目标驱动优化设计理论,以降低卷筒装置幅板人孔周边应力集中,避免发生疲劳失效导致裂纹产生为目标,对比分析优化得出幅板最优人孔形状、开孔大小以及开孔位置。(3)运用Hyper Works软件中的Opti Struct模块,对卷筒装置进行模态分析,分析研究其前六阶振型,采用拓扑优化技术提高卷筒装置基频,预防共振等不良工况的发生。(4)利用ANSYSWork Bench瞬态动力学模块对紧急制动工况下的提升机卷筒装置动态特性进行分析研究,获得其制动响应时间段里任意时间节点的提升机整体以及卷筒等关键部件的应力云图,并根据第四强度理论校核其强度属性,确保整个提升机卷筒装置在紧急制动的特殊工况下也能安全运行。通过对2JK/A-5型大型矿井提升机整体以及卷筒装置静动力学结合的结构分析以及优化,取得了一些具有指导意义的研究成果,为企业设计部门校核提升机整体结构设计可靠性以及解决人孔开裂问题提供了可行参考,同时也为同类工程机械设计提供了方法,具有推广应用意义。