多绳缠绕式超深井提升系统虚拟样机研究

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本文以多绳缠绕式超深井提升机为研究对象,将虚拟样机技术应用到提升系统的开发中,研究提升机在提升过程中的动力学和运动学问题,为提升机的设计开发提供了可视化的手段。虚拟样机的研究不仅能对设计进行优化,而且还能为为性能改进提供良好的方案。同时可以缩短开发周期,提高产品质量和市场竞争力。  本文首先分析了多绳摩擦式超深井提升系统和多绳缠绕式超深井提升系统在不同影响因素下的极限提升能力,并针对1500m的提升高度,对两种提升机进行提升能力比较。其次,综述了虚拟样机技术的基础理论和RecurDyn的相关理论基础。基于虚拟样机技术,利用RecurDyn平台,以多绳缠绕式提升机为研究对象,通过CATIA软件构建了缠绕系统的部分模型并导入RecurDyn中,在RecurDyn中利用宏程序法和有限元法建立了钢丝绳动力学仿真模型,并对各个独立部件之间施加约束、载荷等边界条件,完成了建立多绳缠绕式提升系统的虚拟样机模型。最后,利用所建立的虚拟样机,对提升系统的运动学和动力学进行了可视化仿真,实现了双绳提升的动态缠绕,对钢丝绳在绳槽间过渡,全速下降紧急制动,钢丝绳张力不平衡等工况进行了分析。  提升能力计算结果表明:对于超深井摩擦式提升机,钢丝绳滑动和应力波动对极限提升能力影响最大;最大提升高度随着尾绳质量的增加而减小,随着摩擦轮直径和钢丝绳直径的比值(D/d)以及钢丝绳抗拉强度的增加而增大;最大提升载荷随着尾绳重量、摩擦系数、D/d比值和钢丝绳抗拉强度及数量的增加而增大;在1500m左右的提升高度下,提高提升能力的有效途径是增大钢丝绳的数量和抗拉强度;在1000m左右的提升高度时,可以通过增加钢丝绳数量,适当增加尾绳质量以及钢丝绳抗拉强度的方法提高提升能力;多绳缠绕式提升机的极限提升能力随着钢丝绳抗拉强度的增加而小幅增加,提升载荷随着钢丝绳数量的增加成相同倍数增加。对于超深井提升,采用2根钢丝绳,钢丝绳抗拉强度为1770MPa的多绳缠绕提升机更加符合要求。  仿真分析结果表明:本文所建立的模型和所设置的参数基本正确,仿真数据和事实基本吻合。提升钢丝绳在加速阶段和加速度过渡阶段张力波动幅度较大,随着钢丝绳长度变短张力波动频率增加;匀速阶段趋于平稳,提升容器的纵振幅度最大,并且随着提升高度的减小逐渐趋于平稳,横振幅度随着钢丝绳变短愈加激烈;钢丝绳在绳槽折线段缠绕时,罐笼会发生和折线绳槽旋向一致的倾斜趋势。钢丝绳最大动张力随着紧急制动减速度的减小逐渐减小,在制动后的0.5s钢丝绳动张力达到最大。当卷筒直径存在偏差时,随着提升,两根钢丝绳张力差逐渐增大,直径较大缠绕区钢丝绳张力在提升结束后静止时张力最大,加速阶段最小,直径较小缠绕区钢丝绳在减速阶段张力最小,加速阶段最大。当钢丝绳长度存在偏差时,较短钢丝绳受力较大,并且长度偏差越大,钢丝绳张力差异越明显,相对于卷筒直径偏差的影响,钢丝绳长度偏差的影响很小。
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