单绳缠绕式提升机钢丝绳动力学仿真研究

　　缠绕式单绳提升系统主要由提升机、天轮、提升容器和提升钢丝绳组成[1]。典型的双筒提升机系统示意图如图1所示。因提升钢丝绳具有较大的弹性,致使提升容器(罐笼或箕斗)在启动和制动阶段会因速度的突变(速度激励)而产生较大振动,对其进行动力学分析对提升机的设计具有重要的实际工程意义。通常认为在以下几种情况下,钢丝绳受力最危险: (1)提升系统启动或制动时; (2)提升容器以最大速度运行时突然被卡住; (3)提升过卷。

　　危险载荷(又称非常载荷)和钢丝绳的动态载荷密切相关,所以得到钢丝绳的动载荷对提升系统的设计具有重要的作用;某些零部件必须按照非常载荷设计,才能确保提升系统的运行安全[2~4]。因此,研究钢丝绳的动态载荷有着特别重要的意义。为此,需要在对提升系统提升钢丝绳进行动态分析的基础上,对钢丝绳中动载荷进行较为精确的计算和充分考虑,再合理地选取安全系数,从而达到对提升钢丝绳进行安全、可靠、经济地选用的目的。目前多体动力学[5~7]是进行系统动力学分析的比较精确的分析方法。

　　1　模型的建立

　　1·1　系统的简化

　　缠绕式单绳提升系统主要由提升卷筒、天轮、提升容器和提升钢丝绳组成。相对其他构件提升钢丝绳的刚度小得多,所以钢丝绳必须进行柔性体建模。提升机卷筒、天轮在工作过程中也会因减速箱齿轮啮合力的变化及可能存在的自身不平衡质量而产生振动,但因其牢固地安装在地面基础之上,且自身又具有较大的结构刚性,可忽视它的微小振动,而将其视为刚体。相对刚度模型的含义是将刚度较小提升机的钢丝绳看成连续的弹性体,将刚性较大的整个传动系统(包括电动机转子、齿轮、转动轴、联轴器和滚筒等)看成刚体,这种简化对于近年新开发的新型直联式驱动方式的提升机是非常精确的模型,对于中间含有减速器的提升系统,在考虑整个系统的动态设计问题时,是可以接受的。因为从刚度的角度来看,绳系的刚度远小于传动系统的刚度。

　　为方便研究,对提升机系统做必要的简化:

　　(1)电机、减速器等所有旋转部分的转动惯量都集中简化到主导轮卷筒上。

　　(2)提升主绳利用相对节点法,利用梁单元建立多体动力学计算模型。

　　(3)提升容器简化为形状规则的实体模型。

　　(4)在提升仿真过程中忽略卷筒直径的变化。

　　(5)在实际结构中提升钢丝绳与天轮的接触是钢丝绳与天轮衬垫的接触,在分析时利用柔性体与刚性体的摩擦形式进行模拟。在实际运行过程中静摩擦与动摩擦系数会随着接触组件的相对滑动速度而异,因为组件之间的摩擦系数较小,在研究中忽略此一现象,而视过程中组件间的静摩擦及动摩擦系数为一定值,组件间的摩擦行为符合库伦摩擦的假设。