【多繩摩擦式提升機結(jié)構(gòu)設(shè)計10000字（論文）】

多繩摩擦式提升機結(jié)構(gòu)設(shè)計摘要多繩摩擦式提升機是礦山生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于煤炭、金屬等礦山開采行業(yè)中，承擔著溝通井上、井下，運送人員、物資的任務(wù)，有礦山的“咽喉設(shè)備”之稱，提升機性能的好壞直接影響到礦山的正常生產(chǎn)和工人的生命安全，因此提升機的安全性與可靠性備受關(guān)注。處于安全性質(zhì)考慮本文基于多繩摩擦式提升機結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，研究的內(nèi)容如下：（1）介紹了多繩摩擦式提升機的結(jié)構(gòu)特點、工作原理和受力狀態(tài)；研究了摩擦輪的外載荷分布規(guī)律；論證了提升機主軸裝置摩擦輪強度計算的幾種方法。（2）建立了提升系統(tǒng)的連續(xù)彈性體數(shù)學(xué)模型，研究摩擦式提升系統(tǒng)尤其是鋼絲繩的動力學(xué)特性。（3）依據(jù)沖擊限制設(shè)計理論，在選用合適的加速度控制曲線的基礎(chǔ)之上，推導(dǎo)了適合梯形加速度控制曲線的鋼絲繩張力計算公式，為對主軸裝置進行動力學(xué)分析奠定了基礎(chǔ)。（4）建立了提升機主軸裝置的有限元模型，對多繩摩擦式提升機的主軸裝置進行瞬態(tài)動力學(xué)分析，研究主軸裝置的動力學(xué)響應(yīng)特點；在上述計算的基礎(chǔ)上，對摩擦輪進行了疲勞分析，估算了摩擦輪的使用壽命。關(guān)鍵詞：多繩摩擦式；提升機；疲勞計算目錄TOC\o"1-3"\h\u275201緒論 1226241.1多繩摩擦式礦井提升機的特點 1303421.2多繩摩擦式提升機的優(yōu)點 148461.3多繩摩擦式提升機的缺點是 1106502多繩摩擦式提升機主軸裝置 3288263多繩摩擦式提升機結(jié)構(gòu)設(shè)計 6200943.1提升系統(tǒng)載荷特性分析和沖擊限制設(shè)計 6246653.1.1連續(xù)彈性體數(shù)學(xué)模型的建立 670773.1.2連續(xù)彈性體模型下提升鋼絲繩的動力學(xué)方程 7319613.2鋼絲繩動力學(xué)微分方程的求解 9120073.2.1鋼絲繩齊次動力學(xué)微分方程的求解 9109893.2.2鋼絲繩非齊次動力學(xué)微分方程的求解 1117263.2.3恒定加速度下提升鋼絲繩的動張力響應(yīng) 13123673.3摩擦式提升機的沖擊限制設(shè)計 15139483.3.1摩擦式提升機沖擊限制的理論研究 15116573.3.2沖擊限制設(shè)計中的動力學(xué)計算基本公式 17135903.3.3沖擊限制值的計算 17317443.3.4采用梯形加速度控制曲線時提升機的運動學(xué)計算 18254733.3.5采用梯形加速度控制曲線時提升鋼絲繩張力計算 20147074建模與仿真 2137584.1幾何模型 21216224.1.1單元類型和網(wǎng)格劃分 2247744.1.2仿真結(jié)果與動態(tài)測試結(jié)果比較 22188564.2疲勞分析 24121264.2.1疲勞參數(shù)的確定 24326954.2.2應(yīng)力、事件循環(huán)次數(shù)和比例因子 25259034.2.3疲勞分析結(jié)果 2524689總結(jié) 257708參考文獻 261緒論1.1多繩摩擦式礦井提升機的特點多繩摩擦式提升機是在單繩摩擦式提升機的基礎(chǔ)上發(fā)展來的，即采用幾根直徑比較細的提升鋼絲繩代替原來只用一根直徑比較粗的提升鋼絲繩來工作。多繩摩擦式提升機的工作原理是，提升鋼絲繩搭掛在摩擦輪上，摩擦輪兩側(cè)的提升鋼絲繩上各懸掛一個提升容器，或者一端懸掛提升容器，另一端懸掛平衡重錘，摩擦式提升機借助于摩擦輪上安裝的摩擦襯墊與提升鋼絲繩之間的摩擦力，從而將電動機的動力經(jīng)過摩擦輪傳遞到提升鋼絲繩，使提升容器上下移動，完成提升或下放重物的工作。1.2多繩摩擦式提升機的優(yōu)點（1）提升鋼絲繩不是纏繞在卷筒上的，所以其提升高度不受卷筒容繩量的限制，更加適用于深井提升，這也是多繩摩擦式提升機相對單繩纏繞式提升機比較突出的特點；（2）由于提升容器由數(shù)根提升鋼絲繩共同承擔，提升鋼絲繩的直徑相比于提升同樣載荷時單繩纏繞式提升機的小，因此導(dǎo)致摩擦輪的直徑較小，因而與同樣提升載荷的單繩纏繞式提升機相比，多繩摩擦式提升機具有體積小、重量輕、容易制造、安裝和運輸方便等特點；（3）多繩摩擦式提升機運動慣量較小，拖動電機的容量和耗電量相對較小；（4）在卡罐或者過卷的情況下，摩擦輪和提升鋼絲繩之間有可能打滑，可有效避免鋼絲繩斷裂事故的發(fā)生；（5）由于多根提升鋼絲繩共同承擔提升載荷，幾根鋼絲繩被同時拉斷的可能性較小，因而提高了提升機運行的安全性和可靠性，可以不設(shè)防墜器，簡化了罐道的結(jié)構(gòu)；（6）一般采用相同數(shù)量的左捻和右捻提升鋼絲繩對稱布置，這樣可以消除提升鋼絲繩在運行過程中由于捻向造成的扭力，減輕提升容器由于提升鋼絲繩扭力而作用于罐道的壓力，既降低了運行中的摩擦阻力，又減輕了提升容器與罐道之間的單向摩擦，延長了罐道和提升容器的使用壽命。1.3多繩摩擦式提升機的缺點是（1）更換提升鋼絲繩時的工作量較大，維修、調(diào)整鋼絲繩的工作也比較復(fù)雜；（2）當有一根提升鋼絲繩損壞需要更換時，為了保持所有鋼絲繩具有同樣的工作條件，則需要更換所有的鋼絲繩；（3）提升鋼絲繩的繩長不能調(diào)節(jié)，因此，雙鉤提升不能同時用于幾個中段提升，同時，也不適用于鑿井提升作業(yè)；（4）當?shù)V井很深時，提升鋼絲繩的故障比較多，因而不適用于特別深的礦井提升；（5）由于提升鋼絲繩數(shù)量較多，直徑較細，因而增加了鋼絲繩的暴露面積，鋼絲繩受礦井中腐蝕氣體侵蝕的面積也增加了，加之鋼絲繩和其中鋼絲的直徑都比較小，使鋼絲繩耐磨性降低，多種因素的綜合作用降低的了鋼絲繩的使用壽命。按照布置方式的不同，可以把常用的多繩摩擦式提升機分為塔式多繩摩擦式提升機和落地式多繩摩擦式提升機兩大類，其中，塔式多繩摩擦式提升機又分為有導(dǎo)向輪的塔式多繩摩擦式提升機和無導(dǎo)向輪的塔式多繩摩擦式提升機兩種類型。這兩大類多繩摩擦式提升機的布置示意圖如圖1-2所示，圖中1-2a）為無導(dǎo)輪塔式多繩摩擦式提升機布置圖，1-2b）為有導(dǎo)輪塔式多繩摩擦式提升機布置圖，圖1-2b）為落地式多繩摩擦式提升機布置圖。a）無導(dǎo)輪塔式多繩摩擦式提升機b）有導(dǎo)輪塔式多繩摩擦式提升機c）落地式多繩摩擦式提升機圖1-2多繩摩擦式提升機布置示意圖塔式多繩摩擦式提升機的優(yōu)點是：提升機設(shè)備的布置不受礦井地形限制，結(jié)構(gòu)緊湊，占地少；不需要設(shè)置天輪；全部載荷垂直向下，井塔穩(wěn)定性較好；鋼絲繩不會裸露在雨雪之中，摩擦系數(shù)和使用壽命較高。其缺點是：設(shè)備的安裝費用比落地式的高，同時提升塔比普通井架更加龐大、復(fù)雜，前期工程需要高額的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)費用；抗震性能不如落地式提升機好。落地式多繩摩擦式提升機的優(yōu)點是：提升機安裝在地面的機房內(nèi)，不需要建設(shè)提升塔，在井筒上設(shè)置井架，安裝兩組天輪，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)費用較低，前期投入較少；抗震性能好。其缺點是：需要更長的提升鋼絲繩；有部分提升鋼絲繩暴露在雨雪之中，提升鋼絲繩的摩擦系數(shù)和使用壽命較低。目前，多繩摩擦式提升機的發(fā)展方向是：重點發(fā)展落地式多繩摩擦式提升機，研究其用于斜井、特淺井和盲井的可能性，擴大其應(yīng)用范圍；采用新結(jié)構(gòu)，應(yīng)用新技術(shù)、新材料，以減小設(shè)備的體積和重量；采用自動化控制技術(shù)，提高提升機工作的自動化、智能化水平；注重提升系統(tǒng)的可靠性設(shè)計，提高提升過程的安全性和可靠性。2多繩摩擦式提升機主軸裝置多繩摩擦式礦井提升機主軸裝置是由主軸、摩擦輪、制動盤、軸承、軸承座、軸承蓋、軸承梁、高強度螺栓組件、摩擦襯墊、固定塊、壓塊、夾板等零部件組成的，多繩摩擦式提升機主軸裝置圖如圖2-1所示。主軸裝置是摩擦式提升機的工作機構(gòu)，也是多繩摩擦式提升機最重要的承載部件，不但承載了電動機的全部轉(zhuǎn)矩，而且還承受了設(shè)備運行時摩擦輪兩側(cè)提升鋼絲繩的各種動載荷和沖擊載荷。圖2-1多繩摩擦式礦井提升機主軸裝置圖提升機主軸承受了整個主軸裝置的自重、外載荷，同時傳遞全部轉(zhuǎn)矩，為了增大提升機的提升能力，提高其提升速度、安全性和可靠性，提升機主軸采用整體式鍛造結(jié)構(gòu)，在軸上直接鍛造出一個或兩個法蘭盤后經(jīng)機加工而成。摩擦輪多采用整體式全焊接結(jié)構(gòu)，少數(shù)大型摩擦輪做成兩半剖分式的結(jié)構(gòu)，在結(jié)合面處采用定位銷和高強度的螺栓進行聯(lián)接；對于許多小型的多繩摩擦式提升機，制動盤是焊接在摩擦輪輪殼上的，大型多繩摩擦式提升機多采用雙制動盤形式，為便于運輸和更換，制動盤做成兩半，用高強度螺栓與摩擦輪聯(lián)接，成對安裝在摩擦輪上，采用大平面摩擦副傳遞制動力矩。軸承采用調(diào)心滾子軸承，與滑動軸承相比調(diào)心滾子軸承效率高、體積小、維護方便、壽命長，且允許繞軸承中心有微量轉(zhuǎn)動，可以補償由于主軸受力彎曲和熱脹冷縮而帶來的軸向位移。摩擦襯墊采用聚氨醋或高性能摩擦材料制成，摩擦系數(shù)分別為0.2、0.23和0.25或更高，井塔式提升機的摩擦襯墊為單繩槽，而落地式提升機的摩擦襯墊為雙繩槽。圖2-2（Ⅰ）型多繩摩擦式提升機圖2-3（Ⅱ）型多繩摩擦式提升機圖2-4（Ⅲ）型多繩摩擦式提升機圖2-5（Ⅳ）型多繩摩擦式提升機多繩摩擦式提升機主軸裝置由于傳動方式、拖動方式等因素的不同而產(chǎn)生了多種不同的結(jié)構(gòu)形式。如圖2-2所示，提升機主軸和拖動電機之間采用星型減速器傳遞動力，提升機主軸端部配有兩對切向鍵，與減速器之間采用齒輪聯(lián)軸器聯(lián)接，該型提升機為（Ⅰ）型提升機；如圖2-3所示，當將（Ⅰ）型提升機的減速器改為平行軸減速器時，該型提升機為（Ⅱ）型提升機；如圖2-4所示，提升機主軸為單伸軸，不帶減速器，采用低速直連電機拖動，電動機軸與提升機主軸共軸，電動機與提升機主軸采用錐面過盈聯(lián)接或者雙夾板聯(lián)接，該型提升機為（Ⅲ）型提升機；如圖2-5所示，提升機為雙伸軸，動力為兩臺低速直聯(lián)電機，兩臺電動機的轉(zhuǎn)子分別分布于提升機摩擦輪的兩側(cè)，并且與提升機主軸共軸，該型提升機為（Ⅳ）型提升機。3多繩摩擦式提升機結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1提升系統(tǒng)載荷特性分析和沖擊限制設(shè)計3.1.1連續(xù)彈性體數(shù)學(xué)模型的建立圖3-1所示為摩擦式提性、慣性和阻尼，實際上摩擦式提升機的這些性質(zhì)是非常復(fù)雜的，為了能夠運用數(shù)學(xué)工具對提升機的振動特性進行準確地描述和分析，需要對實際的摩擦式提升機作一定程度的簡化：忽略次要因素，簡化提升機的剛度、質(zhì)量、阻尼等參數(shù)的性質(zhì)和分布規(guī)律，建立既能反映摩擦式提升機實際動力學(xué)特性，又能進行計算分析的動力學(xué)模型。圖3-1摩擦式提升機的連續(xù)彈性體數(shù)學(xué)模型圖摩擦式提升機的動力學(xué)模型有以下幾點基本假設(shè)：（l）提升機驅(qū)動裝置的阻尼較小，對驅(qū)動裝置的振動頻率影響不大，可以忽略。（2）摩擦襯墊和提升鋼絲繩之間為摩擦結(jié)合，提升鋼絲繩在摩擦輪上沒有滑動。（3）將摩擦輪兩側(cè)的提升容器簡化為兩個集中質(zhì)量，摩擦輪兩側(cè)的鋼絲繩簡化為具有分布載荷的彈性線。（4）摩擦輪兩側(cè)的尾繩只考慮質(zhì)量，并把創(chuàng)門集中到兩側(cè)的提升容器上。（5）把多根鋼絲繩簡化為具有等效截面積的一根鋼絲繩。（6）提升鋼絲繩的變形符合虎克定律，全部長度范圍內(nèi)彈性模量不變。（7）提升鋼絲繩和提升容器的橫向振動影響很小，可以忽略。模型的坐標系原點建立在原始位置。此坐標系下提升機的各個元件處于不受力狀態(tài)，所求得的動力學(xué)響應(yīng)為提升鋼絲繩的總位移和總張力，不僅包括提升鋼絲繩的動位移和動張力，還包括提升鋼絲繩的靜位移和靜張力，可以真正反映出提升鋼絲繩的受力情況。3.1.2連續(xù)彈性體模型下提升鋼絲繩的動力學(xué)方程為了更加準確地描述和研究摩擦式提升機的動態(tài)特性，將提升鋼絲繩作為一個連續(xù)彈性體進行研究，把鋼絲繩的彈性、慣性和阻尼全都作為連續(xù)分布的力學(xué)模型。連續(xù)系統(tǒng)采用偏微分方程進行數(shù)學(xué)描述，連續(xù)彈性體由無數(shù)個質(zhì)點組成，因此就具有了無限多個自由度，可以更加有效地模擬提升鋼絲繩。當摩擦式提升機加速運行時，提升鋼絲繩與摩擦輪卷筒的相遇點處的加速度為，奔離點處的加速度為。對于重載側(cè)的提升鋼絲繩，取距離相遇點為x的微元體dx，在x處鋼絲繩的彈性位移為w（x，t），則在x處鋼絲繩截面內(nèi)的張力可表示為式中S（x，t）一一提升鋼絲繩截面內(nèi)的張力（N）；N1一一提升鋼絲繩的數(shù)量（根）；E一一鋼絲繩的彈性模數(shù)（N/mm2）；A一一提升鋼絲繩的截面積（mmZ）；一一提升鋼絲繩的韌性參數(shù)；一一提升鋼絲繩的變形。在相距無窮小距離的處鋼絲繩截面內(nèi)的張力可表示為式中Pk一一鋼絲繩單位長度質(zhì)量（kg/m）。被截出單元dx的運動微分方程式為簡化后得到系統(tǒng)的運動微分方程式為（3-1）式中一一重載側(cè)鋼絲繩彈性波傳播速度，。在截面中彈性位移為由靜位移和動位移兩部分組成。靜位移W01是由繩端載荷和鋼絲繩的自重引起的變形，其計算式為（3-2）重載側(cè)提升鋼絲繩的靜張力，的計算式為（3-3）將式（3-2）代入式（3-1），經(jīng)過簡化后可以得到重載側(cè)提升鋼絲繩距相遇點x的微元體dx的運動微分方程式為（3-4）同理，空載側(cè)提升鋼絲繩，取距奔離點為y的微元體dy的運動微分方程式為（3-5）空載側(cè)提升鋼絲繩的靜張力的計算式為（3-6）綜上所述，圖3-5中提升鋼絲繩的運動學(xué)方程式可表示為（3-7）在任意時刻t提升鋼絲繩與摩擦輪相遇點和奔離點的邊界條件為當時，；當時，。當時，（3-8）當時（3-9）一般情況下，初始條件為（3-10）為便于研究，本文主要以重載側(cè)鋼絲繩的運動微分方程為例進行分析，其齊次微分方程為（3-11）其對應(yīng)的邊界條件為：當時，。當時，（3-12）3.2鋼絲繩動力學(xué)微分方程的求解3.2.1鋼絲繩齊次動力學(xué)微分方程的求解設(shè)方程式（3-11）的解為。。其中，為坐標；的函數(shù)，為時間的函數(shù)。將代入式（3-11）可以得到即設(shè)由此可得函數(shù)和的二階線性微分方程式為（3-13）式（3-13）中X的解為（3-14）積分常數(shù)C和D的值由邊界條件確定。當；時，，經(jīng)過計算可解得系數(shù)C=O。因此（3-15）當時，解得（3-15）式中—重載側(cè)提升鋼絲繩質(zhì)量與繩端載荷之比，將式（3-15）代入式（3-16）可得式中——超越方程的根，。式（3-17）是一個超越方程式，擁有無窮的根，可用圖解法求出。與的關(guān)系見表3-1。表3-1與的關(guān)系表因此，X的基本函數(shù)為（3-18）式（3-11）的解為（3-19）式中，——積分常數(shù)，由初始條件確定：——鋼絲繩的振動頻率，；——阻擬系數(shù)，；——考慮阻尼時鋼絲繩的振動頻率，。3.2.2鋼絲繩非齊次動力學(xué)微分方程的求解由于帶繩端荷重的提升鋼絲繩系統(tǒng)，基本函數(shù)X不是正交的，即基本函數(shù)X對x的導(dǎo)數(shù)卻是正交的，即（）基本函數(shù)X對x的導(dǎo)數(shù)卻是正交的，即因此，采用廣義坐標法來進一步研究式（3-4）的非齊次動力學(xué)微分方程。設(shè)提升鋼絲繩任意截面的位移為（3-20）式中——問題的基本函數(shù)；——權(quán)與時間有關(guān)的廣義坐標用拉格朗口方程可以求得提升鋼絲繩的動力學(xué)微分方程為：（3-21）式中——對應(yīng)于廣義坐標用的廣義激勵力。在任意激勵力的作用下，系統(tǒng)的響應(yīng)為（3-22）提升系統(tǒng)的廣義力（3-23）由于則將式（3-23）代入式（3-20）可以解得（3-24）式中那么，重載側(cè)提升鋼絲繩的動張力為（3-25）同理可得，空載側(cè)提升鋼絲繩的動張力為（3-26）3.2.3恒定加速度下提升鋼絲繩的動張力響應(yīng)在傳統(tǒng)提升系統(tǒng)中，提升機的啟動、制動加速度值為矩形特征。加速階段的運行時間為T，提升機勻速運行速度為 V，那么，a（t）=a。將a（t）代入式（3-24）中的A（t）可得（3-27）式中：當，經(jīng)計算可得加速度響應(yīng)值的最大值為（3-28）設(shè)，則隨變化數(shù)值的大小如表3-2所示表3-2隨變化數(shù)值表由表3一2可知，隨睿的增加，提升鋼絲繩的加速度響應(yīng)峰值逐漸減小，鋼絲繩的振動幅度也逐漸減弱。將式（3-27）代入式（3-25）、式（3-26），同時考慮鋼絲繩的波動特性，可以得到提升機在采用恒定加速度時提升鋼絲繩動張力的計算式為（3-29）由于那么式（3-29）可簡化為（3-30）當時；當，因此，式（3-30）在時，在點處的提升鋼絲繩動張力的計算公式為（3-31）按照摩擦式提升機的二自由度數(shù)學(xué)模型計算時的鋼絲繩動張力的計算公式為（3-32）按照摩擦式提升機的連續(xù)彈性體數(shù)學(xué)模型計算時，如果忽略掉級數(shù)負項的影響，鋼絲繩動張力的計算公式為（3-33）由式（3-31）、式（3-32）、式（3-33）可以看出，按照二自由度數(shù)學(xué)模型計算的鋼絲繩動張力的值較??；按照連續(xù)彈性體數(shù)學(xué)模型計算時，如果忽略掉級數(shù)負項的影響，鋼絲繩動張力的值較大；按照連續(xù)彈性體數(shù)學(xué)模型計算而且不忽略掉級數(shù)負項的影響時，鋼絲繩動張力的值介于兩者之間，結(jié)果是比較準確的。實際應(yīng)用中的鋼絲繩的質(zhì)量與繩端載荷的比值刀通常是小于1的，因此，計算提升鋼絲繩的動張力時可以按式（3-31）計算。按照剛體動力學(xué)對摩擦式提升機建模并計算得到提升鋼絲繩的動張力為由式（3-31）和式（3-34）可以看出，當提升機采用恒定加速度時，提升鋼絲繩的彈性動張力值約為按剛體動張力學(xué)計算結(jié)果的2倍，這么大的動張力不但可能導(dǎo)致局部摩擦傳動失效，降低了摩擦提升的可靠性，還會對主軸裝置、電動機等部件帶來較大的沖擊載荷，影響設(shè)備的使用壽命。3.3摩擦式提升機的沖擊限制設(shè)計3.3.1摩擦式提升機沖擊限制的理論研究傳統(tǒng)的提升機加速度控制曲線多為階躍特性，當設(shè)備啟動時加速度從零迅速上升到最大，加速度的變化率處于不可控狀態(tài)，啟動沖擊很大，使得提升鋼絲繩的動張力很大，提升機、電動機等在設(shè)備啟動過程中也承受了較大的沖擊負載。動力學(xué)試驗和研究發(fā)現(xiàn)，當提升機的啟動加速度從零開始，沿著某一條給定的曲線逐漸上升到最大時，可以減小甚至消除提升機啟動過程中的沖擊振動，減小提升鋼絲繩的動張力，這樣的加速度值是不斷變化的，采用PLC等控制系統(tǒng)，可以使提升機按照任何給定的曲線運行。為了限制提升機啟動時的沖擊振動，有效地限制或者消除提升鋼絲繩的彈性振動，減小鋼絲繩的動張力，研究發(fā)現(xiàn)采用梯形、正弦形、拋物線形和三角形加速度控制曲線值最小，都能取得很好的沖擊限制效果。其中，梯形加速度控制曲線的加速度峰三角形加速度控制曲線的加速度峰值最大。0t1t/st2圖3-2梯形加速度和速度控制曲線梯形加速度和速度控制曲線如圖3-2所示，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于提升機的加速和減速控制中。設(shè)梯形加速度和速度控制曲線中的為大于零的正數(shù)，為提升鋼絲繩基波振動周期，N為正整數(shù)）。則梯形加速度和速度控制曲線的計算公式為（3-35）（3-36）梯形加速度控制曲線的加速度的最大值為。則隨N和KN、變化的數(shù)值如表3-3所示。由表3-2可以看出，隨著N的增大，加速度最大值逐漸變小，隨著K的增大，梯形加速度控制曲線的加速度最大值逐漸變小。表3-3隨N和KN變化的數(shù)值表由式（3-24）中的項，可得到梯形加速度曲線的加速度響應(yīng)計算公式為（3-35）設(shè)為提升鋼絲繩基波振動周期，當N=20時，隨KN、變化的數(shù)值見表3-4。由表3-4可以看出，當為最大，此時提升鋼絲繩的動張力與恒定加速度相同。隨著KN的增大，和的值在急劇的減小，這種情況表明提升鋼絲繩的動張力響應(yīng)有了明顯的減小。當KN為1和2時，=0，表明提升鋼絲繩的彈性振動消除，鋼絲繩的彈性動張力等于剛體動張力，鋼絲繩的彈性加速度等于提升機的加速度。表3-4隨KN變化的數(shù)值由此可知，采用合理的梯形加速度控制曲線，不僅可以減小提升鋼絲繩動張力的幅值，還可以限制甚至消除提升鋼絲繩的彈性振動。3.3.2沖擊限制設(shè)計中的動力學(xué)計算基本公式根據(jù)沖擊限制理論，當提升機的啟動采用合適的梯形加速度控制曲線時，提升機的啟動加速度將從零開始沿著梯形曲線逐漸加速，可以有效的減小甚至消除提升機啟動過程中的沖擊振動，大大減小提升鋼絲繩的動張力，提高設(shè)備工作的平穩(wěn)性和停車的準確度。下面按照梯形加速度控制曲線的沖擊限制理論，推導(dǎo)出了一套適合應(yīng)用于工程實際問題中的動力學(xué)計算公式。對于變加速階段：（3-36）式中一一沖擊限制值（加、減速度變化率）（m/s3）。（3-37）（3-38）對于恒定加速度階段：（3-39）（3-40）3.3.3沖擊限制值的計算彈性波傳播速度的計算公式為（3-41）式中E一一提升鋼絲繩的彈性模量（N/mm2）；A一一提升鋼絲繩的面積（mm2）；PK一一提升鋼絲繩單位長度質(zhì)量（kg/m）?；ㄕ駝宇l率的計算公式為（3-42）式中1——超越方程的根，1與1的關(guān)系見表3-1；L——懸垂提升鋼絲繩長度（m）。彈性波振動周期計算公式為（3-43）沖擊限制值計算公式為（3-44）式中——提升機加速、減速階段的沖擊限制值（m/s3）——提升機加、減速度（m/s2）3.3.4采用梯形加速度控制曲線時提升機的運動學(xué)計算本論文研究的提升機是箕斗提升外動力卸載方式，其提升過程分為三個階段，變加、減速度曲線和提升速度曲線如圖3-3所示。（1）梯形加速階段時間及行程計算梯形加速開始階段梯形加速中間階段梯形加速終了階段梯形加速階段總運行時間梯形加速階段總運行距離（2）梯形減速階段梯形減速開始階段梯形減速中間階段梯形減速終了階段梯形減速階段總運行時間梯形減速階段總運行距離（3）等速階段等速階段運行距離等速階段運行時間a）加、減速度圖b）提升速度圖圖3-3變加、減速度曲線和提升速度曲線3.3.5采用梯形加速度控制曲線時提升鋼絲繩張力計算當采用合理的梯形加速度控制曲線時，提升鋼絲繩的彈性振動消除，鋼絲繩的彈性動張力等于剛體動張力，鋼絲繩的彈性加速度等于提升機的加速度。因此，為了使鋼絲繩張力的計算更加簡便，在合理選擇梯形加速度控制曲線的基礎(chǔ)上，本文對原有的幾個鋼絲繩張力計算公式進行了簡化。簡化后摩擦輪兩側(cè)提升鋼絲繩張力計算公式為（3-45）式中L1，L2一一摩擦輪兩側(cè)提升鋼絲繩懸垂長度（m）；L1，L2一一摩擦輪兩側(cè)平衡繩的長度（m）；Q一一提升容器的載荷（kg）；QZ一一提升容器的質(zhì)量（kg）；N1一一提升鋼絲繩數(shù)量（根）；PK一一提升鋼絲繩單位長度質(zhì)量（kg/m）；n1一一平衡繩的數(shù)量（根）；qk一一平衡繩的單位長度質(zhì)量（kg/m）。在提升機的提升過程中，提升加速度、速度和提升載荷等都是在不斷變化的，因此，鋼絲繩的張力也是在不斷變化的。4建模與仿真4.1幾何模型多繩摩擦式提升機主軸裝置主要由主軸、摩擦輪、滾動軸承、軸承座、軸承蓋、軸承梁、摩擦襯墊、固定塊、壓塊、高強度螺栓等部件組成一個復(fù)雜的裝配系統(tǒng)。典型的主軸裝置三維實體如圖4-1所示。圖4-1提升機主軸裝置的三維實體圖圖4-2提升機主軸裝置的兒何模型圖在實際工況下，提升機主軸裝置各個零部件之間沒有相對運動，可以將主軸裝置作為一個整體進行研究，這樣可以把主軸和摩擦輪之間的相互作用考慮在內(nèi)，從而使計算結(jié)果更加符合實際情況。在建立有限元計算模型時，需要對主軸裝置的實體模型進行必要的簡化，只考慮摩擦輪和主軸這兩部分，并對其強度進行計算分析。提升機主軸裝置的幾何模型如圖4-2所示。在對所建立的模型進行整體分析時，不考慮模型各部件之間的接觸關(guān)系。雖然這將會影響到主軸裝置的局部模擬計算結(jié)果，特別是在接觸部位，但是，這樣做并不影響主軸裝置的整體分析結(jié)果，同時，也大大降低了計算的難度。本文利用有限元軟件ANSYS直接建立主軸裝置的幾何模型。為了方便施加載荷和約束，對主軸裝置的模型進行了分區(qū)處理。4.1.1單元類型和網(wǎng)格劃分提升機主軸和摩擦輪所用材料的為：提升機主軸材料為45Mn，摩擦輪材料為16Mn，材料的具體屬性見表4-1所示。表4-1主軸裝置材料屬性表提升機主軸裝置主要由主軸和摩擦輪兩部分組成，均采用采用三維實體單元，建立了由實體單元Solidl87和Solid95組合的主軸裝置的有限元計算模型。單元總數(shù)71415個，節(jié)點總數(shù)為131368個。有限元計算模型如圖4-3所示。圖4-3有限元計算模型4.1.2仿真結(jié)果與動態(tài)測試結(jié)果比較提升機動態(tài)性能測試的主要目的是為了研究提升機的動載荷特性，驗證提升機主軸裝置的應(yīng)力狀態(tài)，在這里列出3號、5號、7號三個測試點和它們對應(yīng)的仿真分析中的三個節(jié)點111357、12315、4505的結(jié)果，并將兩者進行比較。動態(tài)測試中摩擦輪上的典型測試點在提升機勻速提升時的應(yīng)力變化如圖4-26—圖4-28所示。由圖中可以看出，盡管各點的應(yīng)力動態(tài)特性有所區(qū)別，但摩擦輪上的應(yīng)力變化呈現(xiàn)明顯的動態(tài)過程，且應(yīng)力值在小范圍內(nèi)波動，這點與本文有限元應(yīng)力分析結(jié)果一致，進一步證實了提升機摩擦輪的載荷特性。圖4-26提升時3#測點應(yīng)力曲線圖圖4-27提升時5#測點應(yīng)力曲線圖圖4一28提升時7#測點應(yīng)力曲線圖圖4-29一圖4-31為摩擦輪典型位置的應(yīng)力仿真結(jié)果，由圖中可以看出，其應(yīng)力變化規(guī)律與實驗結(jié)果一致，說明了仿真結(jié)果的正確性，具有一定參考價值。時間/s圖4-29節(jié)點111357處52方向應(yīng)力曲線圖時間/s圖4-30節(jié)點12318處SXZ方向剪應(yīng)力曲線圖時間/s圖4-31節(jié)點4808處SY方向應(yīng)力曲線圖4.2疲勞分析4.2.1疲勞參數(shù)的確