总第２１１期 ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５—２７９８．２０１７．０３．０２２ 多绳摩擦提升系统钢丝绳横向振动研究 温 鹏 （山西焦煤集团西山煤电集团公司屯兰矿，山西太原０３０２０６） 摘要：针对矿用提升系统提升过程中钢丝绳横向振动特性，建立了多体动力学ＡＤＡＭＳ的钢丝绳的仿真 模型，研究了８种不同工况下钢丝绳横向振动振幅和振频信息，并通过现场实测进行了对比分析。结果表 明：相同载荷情况下，钢丝绳的提升速度越大，天轮的偏摆量越大，钢丝绳的振动幅度就会相应的增大；不 同载荷情况下，重载上提时钢丝绳的横向振动幅值小于轻载下放的情况；在轻载下放时，钢丝绳会出现有 规律的拍振现象。研究结果可对摩擦提升系统动态设计、故障诊断和安全运行提供依据。 关键词：矿井提升系统；钢丝绳；横向振动 中图分类号：ＴＤ５３２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００５．２７９８【２０１７）０３—００４７—０３ 矿井提升机在煤矿提升系统中占据着重要的作 用，是井上下连接的枢纽，是矿山运输的咽喉…。 其长度为２００ ｍｍ，半径为２１．５ ｍｉｌｌ，数目为２１９个。 １．３ Ｂｕｓｈｉｎｇ轴套力的添加 在矿井生产中，如果提升设备出现了故障，不仅影响 矿井生产，甚至危及矿井人员安全，因此对矿井提升 机的研究十分重要 ｊ。 目前，多绳摩擦式提升机作为深井最主要的提 升设备，国内外学者对其进行了深入的研究。龚国 芳 等对钢丝绳的弦振动问题进行了研究，分析了 提升钢丝绳产生持续剧烈振动的原因；张长友 等 则建立了不同激励形式下，电梯提升钢丝绳的横向 振动动力学模型并进行了分析；周炜 等利用ＡＤ， 钢丝绳属于柔性体和刚性体之间，在进行仿真 模拟时，钢丝绳的柔性和振动特性可通过在两个圆 柱微元之间添加Ｂｕｓｈｉｎｇ轴套力来实现。通常两个 微元构件之间的相对位移、速度、角速度都和轴套力 有关，在进行设置刚性系数时，可采用下列式子进行 计算： ＝ （１） （２） ＡＭＳ软件对绳索类柔性体不同建模方法进行了对 比分析，得出采用Ｂｕｓｈｉｎｇ分段圆柱建模法较其他 建模方法效果更好，但建立模型比较困难。但是，关 于矿井提升钢丝绳的横向振动因素方面鲜有研究。 本文则利用动力学仿真软件，对矿井提升钢丝绳横 向振动进行模拟研究，对比分析８种不同工况下钢 丝绳的横向振动振幅和频率，对今后的提升系统安 全稳定性研究具有指导意义。 ＝： ，： ＝ （３） （４） Ｋ６ ＝ 式中： 。。为拉伸刚度系数，； ：，Ｋ３ 为剪切刚 度系数； 为扭转刚度系数； ，Ｋ６ 为弯曲刚度系 数；Ｅ为钢丝绳弹性模量；Ｇ为钢丝绳剪切模量；Ａ 为钢丝绳断面横截面积；Ｄ为钢丝绳直径；ｚ为钢丝 １ 钢丝绳横向振动模型建立 １．１ 定义材料 绳仿真圆柱体长度。 将数值代入计算可得，Ｋ ＝７．２５×１０ Ｎ／ｍｍ， Ｋ２２＝Ｋ３３＝２．９０×１０ Ｎ／ｒａｍ，Ｋ４４＝６．７２×１０ Ｎ／ｒ， Ｋ５５：Ｋ６６：８．４０×１０ Ｎ／ｒ。 已知型号为６ Ｘ ３２ＷＳ—ＦＣ（Ｒ）一１７７０的钢丝 绳，其弹性模量近似为０．９×１０ ＭＰａ，剪切模量近似 为４．０×１０ ＭＰａ，线密度为７．８６ ｋｇ／ｍ，直径为 ４３ ｍｍ。 １．４模型建立 采用ＡＤＡＭＳ进行建模时，可考虑使用Ｍａｃｒｏ 宏命令，节省建模时间。同时通过对钢丝绳的静力 １．２绘制钢丝绳 钢丝绳长度为４３．７ ｍ，通过绘制圆柱体进行模 拟。圆柱体的复制和移动通过ＣＭＤ语言编程实现， 悬垂度计算，钢丝绳每段长度越小，误差越小，时间 越长，综合考虑选取建模每段长度为２００ ｍｍ。在对 收稿日期：２０１６．１２—１９ 作者简介：温鹏（１９８６一），男，山西沁县人，技术员，从事煤矿机电技术工作。 ４７ ２０１７年３月 温 鹦：多蝇肇擦提叶糸统钢丝坦撵自振功研究 ————————————一…———————————————第２６卷第３期 钢丝绳横向振动进行模拟，需要使钢丝绳具 一定 的轴向运动速度，可通过在钢丝绳的一端施ＪＪＩＪ一定 的牵￣１．／Ｊ实现，添加端部约束后，其动力学模 ，Ｊ 崽 见图１： １ 钢丝绳使７ 承也 ２提升钢丝绳横向振动仿真分析 为Ｊ 研究提升铡 绳横 振动特一 ，分圳埘８ 种不同工况杀什进行仿真分折， 仍 【ｆ１ｆ ｎ１Ｊ 没置为４０ ｓ，仿真步数没置为２ ０００步，得刮８种／ｆ 同工况情况下的钢丝绳横…振动仍，Ｉ结 ， ２给 出＿ｒ ａ １＝＿况下横 振动时域和频域 钢丝绳横 振动振幅干¨振频的详细信息见表２ 表Ｉ ８种不同工况情况 裁衍 久轮偏摆 情况 取 ４ 载 Ｊ 提 １６ 丁卜 ｌ６ 轻 载 ＿Ｆ 敬 山＝丧２的分析ｎ 知，十¨同钱衙情况下，钢丝绳的 提升速度越大，人轮的偏摆世越人，钢丝绳的振动幅 度就会相心的增大；不同载简情况下， 载Ｌ提时铡 丝绳的横向振动幅恤小丁轻栽卜放的情况；¨【｛ｌｆ分 析ｕ 知，在轻载下放时，钢丝绳会ｆ『Ｉ现仃规律的拍振 现象，这是由于钢丝绳弦张力较小的 人轮偏 摆量为１６ Ｉｎｌｌ 时．钢丝绳横向振动幅瞍过大，严重 影响提丌机的安伞运行 表２ 不同工况下钢丝绳横向振动仿真结果 载衙情况 ２６．６ Ｉ．４１６ 载 ３９．４ １．５９３ 提 ６８．３ ｌ ６８３ 升 ８９．６ 】．６２４ 轻 ｌ ２Ｉ１ 载 １．３８２ ７３５ 卜 Ｉ．３１ ２ ８ｌ４ 放 １．２８４ ７２４ ４８ ． ｉ 喜”ｊ ｉ 。 。 ０ … ９ ………～ ９ ９ ９一～ 一 一 “ ９ ９ 舨 ９ 洮№ ９ ’ ‘ ［况下横向振动｝｝ｌ『域卡¨频域 现场测试试验 以 ２ Ｉ ｊ 』ｌ 擦捉 系统 例，采川 爱 触 化移测 仪逊ｆ 数 测 ， 提，ｒｔ一饥运｛Ｊ：迷度 ９．４２ Ｉ１１／．￣ＩＩ、，， 俐 小川测试 ｔ 、 进ｆ 测 ，’ｊ 仿 结 对比， ３ 表３模型分析与实测数据对比 …ｆ 张 的变化影响。刖 绳横 振动『阶 存 戟【Ｊ、『『｛』Ｊ 小 ： 载［ｆＩ『，【ｉ ｜哉ｌＩｌＪ 振 变化小ｆＩＪＪ ＭＨ¨ｆ１灰３町 Ｊ，尤沦址 拽｝：．ｒｔ， 足 载卜 放，现场实测数据 仿 结２－ｆ‘分接近，ｆＩＩ址１ｌ，， ． 定的误 ，这足…于仿 使拟将钢 绳分成２００ ｌｌｌＩｌｌ 段造成的 实洲纳 ・定干ｌ 瞍ｆ 验ｉｉｆ！Ｊ 卡Ｉ！， 的 ｆｌＪ７】性 、住现场土耋甜过 『ｆ１必须采取针×ｌＪ・ 措施， 以保 没箭的安 运行 １） 结合捉．ｒｔ 钢丝绳特性， ｊ｛Ｊ多体功／Ｊ ＡＩ）ＡＭＳ，通过添』ＪＩ１ Ｆｌｕｓｈｉｎｇ轴 ×ｌｆ 进＂ｒ仿 模 建、 ２） 通过埘捉Ｙｔ 钢丝 横阳振动仿 摸拟研 究，得ｔｔ｛卡Ｈ同投简情况下，钢 绳的提升述瞍越人， 人轮的偏撄 越火，荆丝 的振动 度就会川Ｊ 的 增大 ３） 场实测结 验 ｒ ＪＩＪ』的Ｉｆ 确一 ，仿 中Ｉｌ拟结 对矿Ｊ卜提丌系统的动态 ２ 、．故障诊断 （上接第３６页）（支架单个重量８ ｔ，每组支架及溜槽 拆卸时间为５—６ ｈ）。回采作业详细流程如下： １） 回采作业前的准备工作：严格控制支架及 溜槽平直度，防止发生上窜下滑现象；工作面采高符 合作业规程要求；保证支架支护质量，确保支架初撑 力不低于２４ ＭＰａ；工作面采空区垮落达到要求，以 减少支架前方煤体支撑应力；对撤架区域进行加强 支护，保证安全出口畅通。 ２） 在输送机机尾外５０ ｍ处设置绞车平台， 并准备支架运输车辆。在该处安装一台回柱绞车用 于拖拽支架，并准备圆木、单体液压支柱、耵型梁、金 属网等材料。 ３） 为防止漏顶现象发生，始终在后两架支架 上方平铺金属网，形成假顶，便于进行支护。每推进 一刀，输送机机尾最后一组支架上方上一根直径为 ２０ ｅｍ、长２．５ ｍ的圆木，圆木沿工作面方向布置，间 距０．６ Ｉｌｌ，圆木与支架搭接不少于０．４ ｎ３，支架右侧 采用ＤＷ４．０单体柱支设圆木。 ４） 当工作面推进至回风巷拐点处时，采煤机 割满刀，停在输送机机头处，输送机机尾处支架超前 移架，开始回撤支架。 回撤支架前，首先将前部输送机机尾拆开，拆除 一节中部槽，确保支架回撤通道畅通。（待支架回撤 后，恢复前部输送机），并将撤架区域附近清理干净， 有利于绞车拖拽。 ５） 回撤支架时，先将支架前后柱降下，再收 回前插板和后尾梁；关闭供液阀，卸掉供液管路，将 供液管路改接到前一架支架上。 ６） 利用回柱绞车将支架拖到支架运输平台 上，用支架运输车辆运出。支架拖出后要及时对原 支架上方进行支护，支护完成后，将后部输送机机尾 拆开，拆除一节中部槽后，将输送机机尾连接好。 ７） 将前部输送机机尾连接好后，并经认真检 查确认后，方可开车进行试运行。试运行成功后，撤 架工作结束，再次开始下一个正规循环的回采作业。 ４ 回采作业期间安全注意事项 １） 在回采作业过程中，由于工作面逐渐变短， 需逐步回撤支架（每推进８．１ ｍ回撤一组支架）。为 保证回采作业期间设备安全回撤，需加强工作面现 场管理，保证工作面平整度，严格制定回撤设备安全 施工措施，确保安全作业。 ２）在逐步回撤支架期间，待撤位置及时利用 上方木料配合单体柱进行支护，便于回撤支架后，及 时支撑顶板，保证端头支护质量及出口畅通。 ３） 加强对端头处支架、单体柱初撑力检测和 矿压观测，观测数据如有变化时，及时制定针对性安 全技术措施，避免发生安全事故。 ４） 绞车拖拽支架时，应设立警戒线，防止绞车 钢丝绳由于阻力过大，断绳伤人。 ５结语 １） 经坊煤矿布置的不规则工作面，回采作业 采用“边推进、边回撤”支架技术，加大了综采轻放 技术的适应范围，对经坊矿井布置采煤工作面开辟 了新的技术方法。 ２）根据矿井实际情况，在特殊地质条件下，设 计布置不规则回采工作面，可以减少工作面搬家次 数，提高回采率，为三角煤柱的回收提供了新途径， 提高了资源回收率，从而达到了提高经济效益的目 的。 ３） 由于综采轻放支架单个重量为８ ｔ，相比大 型支架较轻，回撤速度快，设备拆卸方便，节省回采 时间，解决了生产过程中频繁拆装综采设备的技术 难题，该综放设备适用于非正规布面和边角煤柱回 收。 ［责任编辑：王伟瑾］ ４９