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矿井提升机是矿产开采中的关键机械设备,承担着下放物料、设备、人员和提升矿产、人员的重任,素有“咽喉”之称,在竖井开采方式中,更是联系地面和井下的唯一通道。提升系统包含了机械、电子和液压设备,系统的异常振动对设备的正常工作造成了严重影响,缩短了提升钢丝绳的使用寿命,也威胁着人员的安全。目前,对于提升系统的纵向振动研究较多,而横向振动和纵向-横向耦合振动以及振动的控制策略研究较少。基于以上原因,有必要对矿井提升系统展开深入研究。本文以矿井提升系统钢丝绳为研究对象,综合运用理论分析和数值模拟方法,对钢丝绳的动力学和静力学进行了研究,主要工作如下: 首先,简单介绍了矿井提升机的作用、类型、结构及发展,提升系统,以及提升钢丝绳的结构、分类和选择。 接着,对提升系统进行简化,应用能量法,基于 Hamilton原理依次建立了提升系统变长度柔性钢丝绳的纵向振动、横向振动以及纵向-横向耦合振动的运动微分方程。对于纵向振动,构造提升系统的控制模型,并且推导出满足两个基本条件的变结构控制算法:①满足系统运动要求,即在预定时间内达到预定状态②显著减小振动幅度,最后基于Matlab软件对钢丝绳的动态特性进行模拟仿真。对于横向振动和纵向-横向耦合振动的运动方程,应用伽辽金法对其求解,并且基于矿井提升系统的典型参数对简化模型进行了检验。 最后,查阅所选钢丝绳的相关参数,推导出钢丝曲线方程,在 Pro/e中绘制出实体钢丝绳,将三维模型模型导入 ANSYS中,依次对钢丝绳芯股整体、芯股芯丝和侧丝、芯股侧丝及侧股芯丝和侧丝的应力应变进行分析,通过分析应力云图得出应力集中部位和最大应力值,为钢丝绳的制造、选用和保养提供借鉴。