柔性钢丝绳的动态摩擦传动及控制基础研究

Friction drive reliability and operation safety of friction hoist are directly related to mine production and the security of personnel life in coalmine. The mine friction hoist will be taken as the research object in the project, and the effect of hoist operating parameters on the dynamic load and vibration states of flexible steel wire rope is studied. The dynamic viscoelastic friction mechanisms of the friction lining, the friction drive mechanisms and friction traction stability mechanisms of friction hoist under the dynamic running conditions are studied. The correlation model between the dynamic friction drive capability of flexible steel wire rope and the operating parameters of hoist is established, and the impact factors and operating conditions to hoist friction traction stability are found. Thus, the optimal operating parameters of hoist to achieve the friction drive reliability and the traction stability are determined, and the optimal parameters and methods to realize friction control of friction hoist are advanced. The results obtained will enrich the friction drive mechanisms of the flexible body, and it will play an important role on basic theories of improving the friction drive reliability and operation safety of friction hoist. Although the work aims to the mine friction hoist, the results obtained will also have an important reference value for the friction drive objects with flexible body, such as the large high-speed elevators in the urban high-rise buildings and large belt conveyor.

摩擦提升机的摩擦传动可靠性和运行安全性直接关系到煤矿的安全生产和煤矿职工的生命安全。本项目将以矿井摩擦提升机为研究对象，研究提升机运行参数对柔性钢丝绳的动张力和振动状态的影响规律，开展摩擦衬垫的动态粘弹性摩擦机理、摩擦提升机在动态运行工况下的摩擦传动机理和摩擦牵引平稳性机理研究，建立钢丝绳的动态摩擦传动能力与提升机运行参数之间的关联模型，寻找影响提升机摩擦牵引平稳性的各种因素条件，从而确定实现提升机摩擦传动可靠性和牵引平稳性的最优提升机运行参数，提出提升机摩擦可控性的最佳摩擦控制参数和方法。所取得的成果对于丰富柔性体的摩擦传动机理、提高摩擦提升机的摩擦传动可靠性和运行安全性将会起到重要的基础理论作用。这些工作虽然基于矿井摩擦提升机而进行，但其结果对于城市高层建筑的大型高速电梯、大型带式输送机等柔性体摩擦传动应用对象也具有重要的参考利用价值。

本项目针对摩擦式提升机在实际运行过程中的动态摩擦传动安全性和运行平稳性问题，构建了摩擦式提升系统固定坐标系钢丝绳动张力模型和基于随动坐标系的横向、纵向振动以及横向-纵向耦合振动模型，获得了不同运动学及动力学参数对钢丝绳动张力及横-纵振动的影响规律，以及摩擦轮围包角内钢丝绳与摩擦衬垫之间的动态接触与蠕动特性；选择三种典型摩擦衬垫材料，研究了衬垫材料在动态滑移工况下的微观粘弹性摩擦机理，建立了衬垫的基本性能和粘弹性能与摩擦特性的关系；研制了衬垫与钢丝绳的动态微滑移摩擦实验平台，基于弧面法获得了钢丝绳在动态运行工况下衬垫与钢丝绳间摩擦传动能力的变化规律及粘弹性摩擦机理，提出了粘滑判定准则，修正了动态工况下钢丝绳摩擦传动牵引力的欧拉公式；首次提出了摩擦式提升机动态摩擦弧的理论模型，提出了以摩擦弧为基础的摩擦提升安全储备方法；研制了模拟摩擦式提升机的动态摩擦传动平台，获得了提升机在动态运行工况下钢丝绳动张力以及横向-纵向及耦合振动状况的变化，验证了钢丝绳动张力、蠕动以及横-纵振动的仿真计算结果，获得了摩擦式提升机运动学和动力学参数对钢丝绳与衬垫动态蠕动的影响规律；基于Cable耦合振动模型构建的摩擦式提升系统钢丝绳动力学-摩擦轮传动耦合动力学，获得了钢丝绳的动态摩擦传动与其振动状态之间的关联关系，揭示了钢丝绳振动烈度对摩擦牵引力大小和稳定性的影响规律，以及摩擦系数对钢丝绳动张力和衬垫之间整体滑移的影响作用。确定了摩擦式提升机的动态摩擦传动安全性和摩擦牵引平稳性与提升机运行参数之间的关联关系，并以此作为评价目标，优化了摩擦式提升机的运动学参数。选择红庆梁煤矿副立井提升机进行了工业性试验，建立了该实际摩擦式提升系统的全尺寸仿真模型，验证了理论模型的正确性。所取得的理论成果将为丰富柔性体的摩擦传动机理、提高摩擦式提升机的摩擦传动可靠性和运行安全性提供重要的基础理论依据。