三家子煤礦主井提升設備選型設計【單繩纏繞式提升機的設計】

三家子煤礦主井提升設備選型設計【單繩纏繞式提升機的設計】,單繩纏繞式提升機的設計,三家子,煤礦,提升,晉升,設備,裝備,選型,設計,纏繞 對礦井提升機鋼絲繩的內部阻尼特性進行 非平面橫向震動分析 概要 本文介紹的工作是為了增加現(xiàn)在礦井提升機鋼絲繩的疲勞知識，特別是進行周期性非平面橫向震動的鋼絲繩線間的國際電線/鋼絞線在摩擦時從中損失的內部能量。這種摩擦能量損失現(xiàn)在是限制有益的工作生活中使用懸掛鋼絲繩的主要因素之一。 實驗采用的方法指出了鋼絲繩的兩種機械特性,主要是由于鋼絲繩結構的類型，它們獨立了振幅和頻率。興趣是集中在曲率的變化率這一主要參數(shù)，它影響了內部的阻尼機理。經(jīng)驗結果顯示,振幅和模態(tài)數(shù)在內部的量化損失中起重要的作用,還透露出，由于上升振動疲勞指數(shù)潛在的較高水平，一個關鍵的曲率半徑在傷害下存在。 介紹 在現(xiàn)代南非黃金深礦井中，傷害的問題由于振動疲勞仍在繼續(xù)，它限制了纏繞速度，纏繞深度和有效載荷。直到鋼絲繩的橫向振動產(chǎn)生內在的內能損失這一原理得到充分理解,這樣的傷害將繼續(xù)顯著地影響著南非采礦工作的運行成本和效率。 在這一地區(qū)阻礙工程上的突破性進展的兩個主要原因是內部阻尼機制的復雜性和按時間邊界情況的鋼絲繩動態(tài)響應的非線性。到目前為止,這個問題僅僅的一個數(shù)學解決方案顯得很棘手，而且必須要越來越認真考慮實驗結果。因此,這里描述的調查的主要目標是由實驗的方法(由實驗室模擬)確定礦井提升機鋼絲繩在進行大幅度非平面橫向震動產(chǎn)生的內部損失，這個振幅是在它的基本的和更高的諧振頻率附近的光譜中。 調查的范圍被限制在礦井的幾何尺寸中，在南非的深礦采礦工作中這些幾何尺寸很可能在實踐中遇到,即單繩和布萊爾多繩纏繞系統(tǒng)。鋼絲繩繩從提升滾筒延伸到首輪的這一段長度,通常被稱為懸鏈線,在實踐中遭受到最劇烈的橫向振動,因此這一部分成為這次鋼絲繩調查的模范。所使用的符號定義在文章最后。 歷史記錄 在19世紀50年代初于傳導著結構型鋼絲繩內部阻尼特性的基本方面和分析方面的基礎還有這兩個方面對橫向震動影響的基礎。使用的鋼絲繩是一個由6根螺旋線圍繞一根單芯線絞成一股而成型的7-電線樣品(0,4 kg.m-I)。所有的組成電線是鍍鋅線或類似化學成分的電線，公稱直徑大約9.5毫米,總長度2000毫米,捻據(jù)1270毫米。于的調查集中在標本滯回阻尼特性的測定，這些標本在不受力狀態(tài)下進行平面振動。 盡管采用的技術規(guī)范和試驗法明顯地遠離了現(xiàn)代礦井提升鋼絲繩的幾何條件和動態(tài)條件,如下從早期的調查研究得到的觀察值具有重大的作用,并描述在絞線進行自由平面振動時內部阻尼的基本性質。 （1） 金屬絲材料的剛性內摩擦很小。 （2） 實際上,可以假設只有干摩擦（內摩擦)存在。 （3） 與內部干摩擦有關的衰減能量(每個周期的能量耗散）是一個振幅線性函數(shù)。 （4） 一個臨界的振幅似乎存在,它的上面具體的阻尼特性曲線開始極快地上升。 過去的三十年中,看來小獨立研究更深層次地運用了于的首創(chuàng)理論并試圖擴大礦井提升鋼絲繩的阻尼特性的現(xiàn)有知識。然而，許多調查已經(jīng)處理了大量拉纜的靜態(tài)和動態(tài)響應。Davenporf 給出了一張這個領域發(fā)展趨勢的明細表。在這張表中他指出于的結論清楚地確立了等效粘滯阻尼大約是臨界阻尼的20%到70%。雖然對于簡單幾何形狀的干性鋼絲繩這一理論可能是正確的,但當它應用到大量拉纜和礦井提升鋼絲繩中就出現(xiàn)了問題，因為這些鋼絲繩的結構復雜地多：同軸左旋和右旋螺旋線包含內芯線，它會在塑形區(qū)變形（聚丙烯、劍麻和大麻等含有瀝青基的潤滑油)。 利用粘滯阻尼機制與速率之比的絞纜的簡化模型明顯在文獻中更加受歡迎主要因為它相對上解除了構想和解答。然而,當分析說明了沿著鋼絲繩長度方向的張力梯度，除了內部結構阻尼與振幅和頻率之比,一個非線性響應以拖延和跳躍現(xiàn)象的形式顯現(xiàn)出來。這些現(xiàn)象主要描述了介質的響應，這一介質產(chǎn)生了改變共震頻率的強制震動。 Vanderveldr還引用于的文章,并補充說考慮橫向阻尼行為的簡單的模型不可以被假定。此外,他認為至少兩種常見的結構和粘性類型的阻尼必須包含在任何試圖預測在絞纜中傳播的橫向波衰減分析中。Vanderveldr通過假設一個粘滯阻尼的頻變系數(shù)來克服這一數(shù)學難題。通過這種方式,并提供激勵周期,其他類型的內部的阻尼機理現(xiàn)在被假設包含在阻尼系數(shù)中。他的理論和實驗結果顯示地特別一致,該處相關的是被看作補充于的實驗結果如下。 （a） 對于一個金屬芯,內部阻尼被拉伸載荷所影響。(徑向力和鏈間力隨著軸向拉力的增高而增強以至于干摩擦阻尼也表現(xiàn)出了增長)。 （b） 對于非金屬芯,阻尼能力隨著軸向載荷減少而增加。 里值得提到的是,雖然于對振幅阻尼的依賴性進行了評論,Davenporf和Vanderveldr都沒有明確地認為曲率參數(shù)和曲率變化率參數(shù)會影響能量耗散這一效應。Kolsky給出了這個參數(shù)的數(shù)學形式:考慮到一水平畸變(大部分)波以x軸方向傳播而y軸方向幾乎不移動,控制運動方程可以表現(xiàn)為 一般的解決方案 b和C都是頻變,m是質量密度，u是剪切模量，是剪切粘度。注意力集中在末項方程(1),可以清楚地把曲率變化率與剪切粘性聯(lián)系起來。 初步討論 在圖1中，一段鋼絲繩的封皮以基本形式進行自由非平面震動，它展現(xiàn)了四分之以參數(shù)的一個完整的循環(huán)?？缍鹊拈L度是2.L，中跨幅度是S。在一階條件中,根據(jù)任意時刻震動的鋼絲繩描繪出數(shù)學曲線可以近似為一個拋物線，這個拋物線的軸垂直于連接邊界支撐結構的弦。正如迪安所指出的,當弦是水平的而且下降距離與跨距之比小于0.02，該曲線的數(shù)學近似值采用了小的誤差。當弦不是水平的時候，對稱性會喪失,而且鋼絲繩在平衡位置會堅持被切去頂端的懸鏈線數(shù)學微量。然而,對于相對較小的下降距離與跨距之比，淺拋物線弧的近似值是足夠地精確和而且在分析中不采用很大的誤差。拋物線和懸鏈線的近似法經(jīng)常出現(xiàn)在文獻中,尤其對有傾斜跨度的巨大拉索的動態(tài)分析。 邊界條件 當鋼絲繩直徑相對于跨度足夠大,而且鋼絲繩振動的曲率半徑很小,彎曲應力的局部斜度將建立在鋼絲繩中。根據(jù)邊界條件的類型,彎曲應力的兩種漸變是可能的。(i)恒定的漸變和(ii)隨不同振動模式而變化的時間相關的漸變。在接下來的分析中,這兩種類型的漸變都會被考慮而且是連接震動鋼絲繩和支撐物的球鉸式安排的結果，被僅有控制邊界強加的回轉約束條件的類型影響著漸變。 圖1-鋼絲繩封皮進行以基本形式進行自由非平面橫向震動 在這個例子中滾珠球窩接點以一種方式被約束住，這種方式允許鋼絲繩繞它的幾何中心旋轉而且在跨距附近循環(huán)（圖2）。因此,這邊采用的邊界條件允許球形接頭以3個自由度在套借口內自由旋轉。這就等于繞跨距旋轉的鋼絲繩剛性長度由支撐結構規(guī)定。圖二顯示了這一鋼絲繩的一個平面截面的圓軌道發(fā)生在平面y-z的中跨；這邊的跨度采取了正常的頁面。字母A假定代表鋼絲繩的橫斷面,這兒值得注意的是,字母A繞跨度旋轉而且被看作繞相對于固定在支架上的慣性參考的幾何中心。發(fā)生在字母A頂尖的彎曲應力的傾斜度也是同樣顯示在圖二上而且被公認為是永遠恒定不變的t。在圖2中指標(c -)和(T +)分別代表相對壓縮和拉伸的狀態(tài)，這些狀態(tài)發(fā)生在持續(xù)循環(huán)截面的表面上。 從基本的橫梁理論來看這兒的彎曲應力是拉伸應力,因為振動時頂尖繼續(xù)留在圓截面的最外面的纖維上。約束的性質也可以避免中性軸(NA)相對于固定指標A移動。在這個例子中，彎曲應力的定值歸因于旋轉鋼絲繩的離心效應連同彎曲效應。 圖2-法生在鋼絲繩不動點的彎曲應力,旋轉運動 時變彎曲應力 在這個例子中的邊界條件與上面的那些相似，除了繞橫坐標的旋轉被限制了。因此,如圖3所示,字母A的引用目前已成為不可以旋轉的。這個事實通過超過一個完整周期不改變字母A的垂直方向來被證實。此外,當字母A頂點在跨距周圍完成一個旋轉周期時，它的引用經(jīng)歷了一次彎曲應力的循環(huán)。這里值得注意的是的在被看作相對于纖維旋轉的地方中性軸時間方向包含了鋼絲繩。在圖3中，發(fā)生在A的頂尖的彎曲應力的變化在超過兩個循環(huán)周期內以最快的速度被標繪。再次,張應力恒定的成分歸因于當鋼絲繩氣球到動態(tài)的穩(wěn)定的結構時離心效應隨著弧長的增長而上升。 圖3-發(fā)生在鋼絲繩不動點的彎曲應力,旋轉運動 實驗器具 在這次調查中使用礦井鋼絲繩的規(guī)格是43.5毫米(公稱通徑)與 6 x 32(14/12/6 tri)F和線性質量密度800 kg' m-I的結構。圖4中,顯示一段鋼絲繩從不同高度的支撐結構上懸吊下來。邊界條件在支撐結構繞鋼絲繩的中心縱軸純轉動時限制鋼絲繩的運動。最大的止推軸承就是用于這種用途的。 通過一個放置在下端的液壓千斤頂和固定在電源和上面支撐結構末端的軸承箱體上的鎖緊裝置得到一個先已決定的張力和鋼絲繩幾何。由懸索規(guī)定的垂直面里的水平轉換約束了千斤頂?shù)囊苿雍洼^低的支持結構。上面的止推軸承被裝上鉸鏈,以適應任何預期的斜坡,而且一旦上面的軸承的斜坡加以調整以適應鋼絲繩的傾斜，軸承箱體就被鎖定在固定位置上。通過這種方式,兩個推力軸承受通過他們的軸向中心的純軸向推力(張力)支配。 懸索興奮地旋轉下端,通過一臺電動機，齒輪減速器,一系列的鏈傳動裝置,以及一個雷諾聯(lián)軸器。雷諾聯(lián)軸器位于鋼絲繩的軸伸端和驅動裝置之間,而且有利于隔離激勵產(chǎn)生的鋼絲繩的動態(tài)響應。這是令人滿意的因為以反射的縱向和橫向波的形式的機械成果能夠（給足夠的積累時間)調制激勵頻率和激勵振幅,特別是在共振條件附近。 電機的速度由一個3.7千瓦的三相變頻傳動裝置控制,而且由一個光電的轉數(shù)器檢測。張力的水平分量由一個內聯(lián)的液壓傳感器測量，它坐落在較低的推力軸承后面而且與鋼絲繩一起旋轉。給雷諾聯(lián)軸器應用的扭矩由一個流動場測功機的功當量決定。發(fā)動機、變速箱、和鏈傳動裝置被封裝在在一個單一機組內,這一機組被安裝在耳軸上并且在扭轉力矩的下面,這個機組可以繞耳軸軸承旋轉而且通過移動的大量東西達到平衡。因此,平衡的大量東西的相對運動充當了應用扭矩的一種指示。 為了去除本生鐘擺式擺動的主要的測力計底座,一個安裝在底座的伸出臂被浸在車用機油中，浸沒的部分存在的一個平漿被放置在正常的震動方向。 圖4-測試裝置布局的等距略圖 結論 在這次調查中實證研究方法的使用引起了為量化復雜的阻尼機制而產(chǎn)生的高度全面、有效的技術，這個阻尼機制發(fā)生在所有的諧波模式中進行橫向非平面振動的礦井吊裝鋼絲繩上。到目前為止按照作者的經(jīng)驗,沒有以（無旋的-旋轉的)機械等價為基礎的理論或實驗證據(jù)已經(jīng)出現(xiàn)在文獻上。因為方法的基本原理在于對尋找內部的摩擦特性的實際鋼絲繩的測試,這邊所描述的任何有適合實驗尺寸的鋼絲繩可以受動態(tài)測試。 兩種彎曲型阻尼特性由一種實驗法鑒定。阻尼被口述出來這一精確形式主要以方便計算。但是,它與在模擬系統(tǒng)中遇到的阻尼相一致,而且定性地符合剪切粘度阻尼這種類型,或者與曲率變化率成正比的這種類型。在這種情況下缺乏大量具體的阻尼的確切性質的信息,被鑒定的阻尼特性的類型是合乎情理的:他們有把復雜簡單化這個優(yōu)點,并且確保獲得內部能量損失的量化地正確的評價。 應該強調,下面的結論是基于動力學響應的測試，這個動力學響應是固定建筑的一個單一礦井提升鋼絲繩上的。結果,把下面的觀察結果應用于其它具有不同的幾何結構的礦山提升鋼絲繩中可能會有一些困難。然而,盡管這些潛在的不同,有些定性趨勢可以概括和總結如下。 （1） 一個礦井提升鋼絲繩的內能損失可以定性和定量地被描述，通過兩個實驗確定參數(shù):阻尼性能系數(shù)C1和曲率特性C2。一種發(fā)展的數(shù)學關系使它變成可能,這個數(shù)學關系被給予了這兩個系數(shù)和鋼絲繩的動態(tài)環(huán)境(振幅、跨度和頻率),來評估內部能量損失的總數(shù)。 （2） 一個關鍵的曲率半徑存在內能損失隨著增加的振幅與跨距的比率成直線上升的上方區(qū)域。實驗也有證據(jù)顯示在這一線性地區(qū)的內能損失隨著振動模態(tài)數(shù)的平方增加。 （3） 對于曲率半徑小于臨界值的情況,內能損失以指數(shù)形式上升,而且不試圖調查在那個區(qū)域發(fā)生的內能損失。 （4） 對于典型的礦井裝置,更高的非平面橫向振動模式在與不良后果相關的振動疲勞造成的損失上有重大影響。這個觀察是基于這兒獲得的現(xiàn)有金礦的動態(tài)條件的實驗結果的應用。 8