多绳缠绕式超深矿井提升机张力平衡装置性能分析

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提升机是煤矿生产过程中的重要提升装备。随着我国的煤炭资源不断向深层开采,提升机也正在向多绳缠绕、超深、超重的方向发展。张力平衡装置作为多绳式超深矿井提升机的重要张力调节装备,其动态性能的好坏直接影响着提升机的安全性和稳定性。因此深入研究张力平衡装置的性能对多绳缠绕式超深矿井提升机的应用具有十分重要的意义。  本文基于张力平衡装置的结构和液压工作原理,采用理论分析、数值仿真、和 AMESim仿真验证相结合的方法,研究了不同工况时,在张力平衡装置作用下多绳缠绕式超深矿井提升钢丝绳张力、张力差、活塞杆与液压缸相对位移及罐笼偏转角度随提升高度的变化规律,并研究了液压缸泄漏和管道直径等参数对张力平衡装置性能的影响规律,最后完成了张力平衡装置性能分析试验系统的设计。  研究结果表明:在理想工况下,随着提升高度的增加,钢丝绳张力逐渐减小。同时在提升状态发生变化的时刻,钢丝绳张力会发生突变。  在钢丝绳振动工况下,钢丝绳的张力不仅随着提升高度的增加而减小,还产生了正弦的张力波动并伴随着张力不平衡。张力差的峰值随着振动幅值和频率的增大而增大。随着提升高度的增大,张力差会振荡衰减。但是和振动的幅值相比,振动的频率对张力平衡装置性能的影响程度更大。活塞杆与液压缸的相对位移呈正弦规律变化,且两个活塞杆的运动方向相反,其幅值约为振动幅值的一半,频率与振动的频率一致。罐笼的偏转角度也呈现出正弦变化的规律,具体表现为罐笼的上下摆动,摆动频率与振动的频率相一致。增大液压缸泄漏系数时,钢丝绳的张力变化很小,基本无差别,即泄漏对张力平衡装置性能的影响不大。随着管道直径的增加,张力平衡装置的调绳效果越来越理想,但是当直径增大到50mm以后时,张力平衡装置的性能增加很有限,因此50mm是本文研究的多绳缠绕式超深矿井提升钢丝绳张力平衡装置比较合适的管道直径。  换层缠绕工况下,钢丝绳张力的变化规律与理想工况基本相同,只是在50s施加阶跃信号时,被施加阶跃信号的钢丝绳张力会突然增大。随后在张力平衡装置的作用下,没有施加信号的钢丝绳张力也相应增大,同时被施加阶跃信号的钢丝绳张力则相应减小。钢丝绳张力差首先突然增大,然后振荡衰减,最终减小到零。提升系统运行的平稳性随着阶跃信号幅值的增大而减小。  仿真结果表明:仿真模型得到的结果相对于理论模型的结果数值偏小,但是规律的趋势是一致的,证明了张力平衡装置理论模型和仿真模型的正确性。而数值差异产生的主要原因是理论模型采用的是集中质量法,等效载荷相对较大,造成系统频率低且振幅较大;AMESim中钢丝绳的仿真模型采用的是连续质量法,等效载荷较小,故系统频率高,振幅较小。但理论模型与仿真模型的误差很小,在规定的误差允许范围内。
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