千米深井大运载摩擦提升机紧急制动下的振动-摩擦耦合行为研究

In the emergency braking condition of large-scale friction hoist in km deep coalmine, the vibration-friction coupling effect will be produced between the rope and the friction lining under the severe elastic rope oscillation, which will easily lead to the potential rope slippage hazard caused by insufficient friction force. This project will study the vibration-friction coupling behavior between the rope and lining in emergency braking condition of friction hoist. Firstly, a unified numerical model of rope dynamics and friction transmission mechanics is established to obtain the rope vibration and impact behavior during braking process, and to explore the influence of vibration on the friction pair within the wrap angle in the friction pulley. Then, the vibration-friction experimental platform is built to study the friction loss of rope-lining interface and the reaction mechanism of stick-slip flutter. A vibration modified Maxwell viscoelastic model is constructed to reveal the vibration-friction coupling mechanism. Finally, the working condition parameters of hoisting system and the performance parameters of the rope are optimized to obtain the lowest vibration impact. The material characteristic factors affecting the performance of stabilizing friction and resisting vibration of the lining are explored. Threshold of key system parameters for anti-skid of rope under emergency braking condition is proposed. The research results can provide theoretical basis and technical support for improving the anti-skid performance of the large-scale friction hoist in km deep coalmine.

千米深井大运载摩擦提升机紧急制动工况中，钢丝绳在剧烈的弹性振荡下将与衬垫摩擦副产生振动-摩擦耦合效应，极易诱发摩擦力不足而造成危险的钢丝绳打滑隐患。本项目从摩擦提升机紧急制动工况入手，开展绳-衬配副的振动-摩擦耦合行为研究。首先，建立钢丝绳动力学与摩擦传动力学统一数值模型，获得制动过程钢丝绳振动冲击行为，探索振动对围包角绳衬摩擦配副的影响规律；然后，搭建钢丝绳与衬垫的振动-摩擦实验平台，研究振动下的绳-衬界面摩擦损耗原理及粘滑颤振的反作用机制，构建摩擦配副的振动修正Maxwell粘弹模型，揭示绳-衬界面的振动-摩擦耦合机理；最后，优化提升系统工况参数、钢丝绳性能参数以获得最低的振动冲击，探明影响衬垫抗振、稳摩性能的内在材料特性因素，提出紧急制动工况钢丝绳防滑的关键系统参数阈值，最终为提高千米深井大运载摩擦提升机的防滑性能提供理论基础和技术支撑。

随着矿井开采深度的延伸和大型矿井安全高效生产的要求，现代高速摩擦式提升系统在紧急制动等极端工况下将产生剧烈的绳内张力冲击和振动，冲击振动将沿钢丝绳传递至驱动摩擦轮，形成振动-摩擦耦合状态，极大的影响摩擦传统的安全稳定性。本项目以矿井摩擦式提升系统为研究对象，开展了提升机紧急制动工况下的振动-摩擦耦合行为研究。.首先，建立了紧急制动工况摩擦提升机千米钢丝绳动力学与摩擦传动力学统一数值模型，考察了紧急制动工况下的钢丝绳的多向振动冲击力学行为，获得了振动与钢丝绳自身属性参数的关联关系；量化进入摩擦轮围包角的钢丝绳振动，探明了振动冲击下的钢丝绳与衬垫配副的摩擦接触行为，考察了不同提升工况参数下紧急制动对配副摩擦行为的影响。其次，研制了国内首台钢丝绳与衬垫的振动-摩擦滑移实验平台，可实现钢丝绳与摩擦衬垫间的振动状态下摩擦损失行为以及摩擦颤振测试，可改变不同材料、压力、速度、张紧力、激振频率、激振点等参数；通过该实验平台，考察了钢丝绳振动对摩擦衬垫摩擦力损耗行为，揭示了摩擦配副粘滑颤振的产生机理及其对钢丝绳振动的反作用机制；确定了影响绳-衬配副摩擦接触的关键钢丝绳振动参数和衬垫粘弹参数，揭示了钢丝绳与衬垫配副界面的振动-摩擦耦合作用机制。最后，对提升机系统平稳性进行优化设计，通过探讨不同加速度曲线对钢丝绳张力、滑移速度、接触力、摩擦力等因素的影响，提出了改进摩擦轮加速曲线的方法。获取了不同加速度曲线下钢丝绳横向、纵向振动以及滑移速度，探讨了钢丝绳、摩擦轮和导向轮间的滑移速度、接触力和摩擦力之间的关系，在一定程度上提高了摩擦传动系统的防滑性和平稳性。.相关研究成果为现代大型高速摩擦式提升系统的安全可靠性设计提供了理论基础，同时为高性能摩擦衬垫与钢丝绳最佳配副的优化提供了一定的数据支撑。