基于参数优化下矿井提升机减振问题的研究

    作为连接井上、井下作业的重要设备,矿井提升机的可靠运行关系着整个矿山生产的继续。而矿井提升机由于提升(或下放)罐笼时引发的振动导致运行出现偏差,诸如倒罐、过卷等,不仅对整个矿山生产效率的提高造成了极大影响,同时也带来了不小的安全隐患。为此,我们有必要对矿井提升机的相关参数进行有关提升系统振动方面的研究[1-2]。

    1 钢丝绳形变通式的推导

    以单罐笼矿井提升机为例(如图1所示),依据钢丝绳的形变公式,考虑钢丝绳绳重、货载质量等的影响,结合提升机运动的五段速度图(如图2所示,依次为加速-匀速-减速-爬行-停车),分析各阶段运动的特征,整理得出矿井提升机钢丝绳在一个完整提升过程下的形变通式[3]。

    式中,E、S、Q分别为钢丝绳弹性模量、横截面积和每米质量;mg、mh、mt分别为罐笼、货载、天轮的质量;u1为悬垂钢丝绳形变量,u1d为其对时间的二次求导;u2为天轮与卷筒间绳弦形变量,u2d为其对时间的二次求导;g为重力加速度;r为卷筒半径;A为卷筒角加速度;L2为天轮与卷筒间绳弦的长度;L(t)为悬垂钢丝绳长度,是关于时间的函数。

    2 罐笼振动模型的构建

    考虑到矿井提升机的可靠停车主要与罐笼的上下振动有关,而罐笼的振动主要是由钢丝绳的振动引起的。为此,我们依据钢丝绳形变通式,采用MATLAB-SIMULINK仿真软件建立罐笼的振动模型,如图3所示[4]。

    3 具体参数下仿真

    具体工况:罐笼质量为200 kg;钢丝绳的弹性模量为1@105N/s2;钢丝绳每米的质量为6163 kg/m;钢丝绳的横截面积为70116 mm2。在井口时钢丝绳悬垂长度为50 m,在井底时钢丝绳悬垂长度为500 m,卷筒直径为1 m。

    运行要求:加速段(或减速段):加速度或减速度均为0175 m/s2;匀速段:速度为9 m/s,匀速时间为38 s;爬行段:爬行一段的速度为019 m/s;爬行二段的速度为012 m/s,时间为5 s;停车段:减速度为1m/s2,耗时012 s。

    在MATLAB工作区改变输入参数值。

    1)改变提升货载质量

    从图4中可以看出,罐笼位移偏差值随着提升货载质量的增加而逐渐增加,而其幅值变化从整体而言大致经历了一个变小再变大的过程。只是在提升货载质量为9 000 kg时,幅值波动逐渐收敛。

    2)改变上绳弦长度(货载质量取9 000 kg)

    从图5中可以看出,罐笼位移偏差值随着上绳弦长度的增加变化并不明显,但其幅值变化从整体而言大致经历了一个变大变小再变大的过程。在上绳弦长为20 m时,波动的幅度最小。