矿井提升机的刚柔耦合仿真

创新科学家和技术人员 中国河南省部队建设项目 

研究产品: 矿井提升机

仿真目的: 矿井提升机的张力和应力评估（考虑摩擦）

用于矿井的多绳提升机由卷筒、钢丝绳、驱动轮、摩擦轮和提升容器组成，卷筒由摩擦材料制成，以防止钢丝绳打滑。传递给钢丝绳的动力是通过钢丝绳与摩擦轮之间的摩擦提供的。缠绕在卷筒上的钢丝绳两端分别与一个提升容器相连，并配有一定重量的尾绳，尾绳两端分别与两个容器的底部连接，形成提升绳-容器-尾绳-容器-提升绳的封闭环路。为了产品的稳定运行和安全，研究钢丝绳的张力和主要部件产生的应力非常重要。本案例中，使用RecurDyn评估矿井提升机的钢丝绳产生的张力与系统的应力。

◆ 仿真过程

① 创建包含传递动力的卷筒、驱动轮、摩擦轮、钢丝绳和提升容器 的动力学模型 

  （MFBD模型）

② 设置各部分的密度为7800kg/m3（即铁的密度），静/动摩擦系数 分别设置为

  0.1和0.05

③ 提升容器以刚体建模

④ 使用0吨、15吨和34吨载荷进行仿真

⑤ 结果与实验对比分析

◆ 关键仿真技术

• 多体动力学软件专用于多种部件组成的机构建模：卷筒、钢丝 绳、支架、驱动轮、摩擦轮等。

• MFBD技术能够模拟刚体和柔性体组成的系统

• 接触算法可考虑钢丝绳与卷筒、摩擦轮之间接触产生的摩擦

◆ 工具包

• RecurDyn/Professional

• RecurDyn/FFlex

◆ 工程问题

• 作业要求：重载、高运行速度、高提升高度

• 运行要求：提升容器的稳定性（振动特性）

• 安全性及经济性要求：提升机的耐用性

• 绳的放线/收线速度会影响绳的应力和张力，进而影响绳的动态行为和稳定性

◆ 解决方案

• 基于MFBD求解器的提升容器可靠性评估

• 基于GUI对各种设计条件进行高效建模和仿真

• 通过对不同负载条件的仿真获取更多结果

◆ 结论

• 复现实际运行中经常出现钢丝绳的振动和不规则行为

• 仿真结果与实验结果吻合

• 预测驱动电机所需的功率

• 从动态分析结果获取卷筒耐久性评估所需的数据