钻机钢丝绳提升系统力学模型及分析
提升系统最大静张力及最大静张力差
主井绞车性能验算主井提升系统参数Q物———次提煤载荷重量2000kgQZ物——提升容器自重1500kgp ——钢丝绳每米重量2.165kg/mL ——主井井深107mQd——钢丝绳破断拉力总和320500N1、提升绞车强度验算（1）最大静张力验算根据矿井实际提升情况计算最大静张力Fjm物Fjm物=Q物+QZ物+pL=41470.219N验算Fjm物≤[Fjm],查所用提升绞车规格表可得提升绞车设计许用最大静张力[Fjm]=42000N，验算41470.219N≤42000N即Fjm物＜[Fjm]符合要求（2）最大静张力差验算根据矿井实际提升情况计算最大静张力差Fjc物Fjc物= Q物+ pL=26770.219N查所用提升机规格表可得提升机设计许用最大静张力差[Fjc]=30000N，验算26770.219N≤30000N，即Fjc物＜[Fjc]，符合要求。
2、钢丝绳安全系数M 物= QdFjm 物 =7.728＞6.5 ，符合要求 主井提升系统：1、安全制动力矩验算：所需3倍最大静荷重力矩3 Mj =3* Fjc 物*r=64248.525NMMz=∑Fz*R=（F1+F2）*R=(33000+37000)*1.4=98000NM ＞3 Mj ，符合安全规程要求。
其中：∑Fz ——实测各组闸的制动力之和；R ——试验时，Fz 的作用半径，R=1.4mr ——滚筒半径，0.8m 。
2、主井提升系统安全制动减速验算：保险闸发生作用机械减速度（1）安全规程要求：上提重载≤5m/s 2az=Mz+Mj ∑m*R=4.81 m/s 2＜5m/s 2符合要求 （2）安全规程要求：下放重载≥1.5 m/s 2az=Mz-Mj ∑m*R=3.087 m/s 2＞1.5 m/s 2其中：Mz ——实测提升绞车保险闸作用时的制动力矩，98000NM ， Mj ——实际测量最大静荷重力矩，21426.175NM ，R ——滚筒半径0.8m∑m ——提升系统总变为质量，∑m =1g[ Q 物+ 2QZ 物+nPLp+2Gt+Gj+Gd]=31003.83kg, 其中：Gj ——提升绞车（包括减速器）的变位重量，36879N （查提升绞车的规格表）；Lp ——每根提升主绳实际全长200m ；n ——主绳根数，单绳缠绕式提升系统；Gt ——天轮的变位重量，2200N （查天轮的规格表）；Gd ——电机转子变位质量，212558.6N 。
提升钢丝绳的动力计算与分析
第 28 卷第 2007 年
2 2
期 月
煤 Coal
F = gn Q0 (sin θ- f 1 cos θ)
(6)
式中 f1 ———容器的运动阻力系数 ,取 f1 = 0. 010～
0. 015 。
Δj
———钢丝绳的静荷伸长
,Δj
=
Fl Es S
,mm 。
2 立井提升容器下降途中被卡住造成松绳 ,安全制
动后容器又自行脱落坠下时容器的允许坠落距离
Fd = gn Q0 (sin θ+ f1 cos θ) + gn ql (sin θ+
(8) 式中 l1 ———绞车滚筒到容器的距离 (以安全制动
f 2 cos θ) + a ( Q0 + ql) = F + a ( Q0 + ql) (11) (5) 斜井减速下放
时的位置计算) ,m ; f2 ———钢丝绳的运动阻力系数 ,取 f2 = 0. 15
上述容器脱落为自由落体沿井筒坠下对钢丝绳
的冲击称为自由落体冲击 。容器下落的速度由 0 →
vmax →0 的运动过程 ,钢丝绳所受的冲击称为第一次
冲击 ,所受的冲击力是最大的 。如果第一次冲击后
钢丝绳未断裂且储存了应变能 ,则钢丝绳将带着容
器一起作纵向衰减振动 ,直至能量损耗完而静止 。
113 钢丝绳所受最大冲击力计算公式推导
摘 要 : 主要介绍了一种适合煤层厚度 3. 5～8 m ,煤层倾角 8°的支撑掩护式液压支架的总体 设计方法 ,包括架型选择 、基本参数确定 、四连杆机构设计 、整体受力分析和立柱参数确定等设计步 骤。
变质量提升系统钢丝绳轴向-扭转耦合振动特性
ｍ 为 提 升 容 器 自身 的质 量 ， ； ｆ为 提 升 钢 丝 绳 的 长 图 １ 变质量提升系统
度， ｍ。 钢丝绳振动力学模型
型函数 固定的方法计算装载提升系统 的频率和响应 ， 冲击较大 的载荷 建议考虑提 升容器的波动载荷 ， 从而有助 于提高计 算效率和增强提升系统的安全可靠性 。
关 键 词 ：变 质 量 系 统 ； 丝 绳 ； 向 一 转 耦 合 ； 斗 装 载 钢 轴 扭 箕
中 图分 类 号 ：Ｔ ５ ２ Ｄ３ 文 献标 识 码 ：Ａ
摘 要 ：为了掌握变质量提升系统的振动特性 ， 考虑提升钢丝绳的扭转运动并根据变 质量 非完整系统 的 Ｈａ ｉｏ ｍｌ ｎ ｔ
原 理 建 立 了钢 丝 绳 轴 向 和扭 转耦 合 振 动 数 学 模 型 ， 推 导 了变 质 量 提 升 系 统 振 型 函 数及 确 定 轴 向与 扭 转 耦 合 振 动频 率 的 并 超 越 方 程 ， 出 了基 于 振 型 函数 随 系 统 质 量 变 化及 固定 不 变 两 种 情 况 下 变 质 量 提 升 系 统 钢 丝 绳 振 动 位 移 、 力 和 扭 矩 响 给 张 应 的求 解 方 法 。以 矿 井 提 升箕 斗 装 载 为 工 况 进 行 应 用 分 析 ， 果 表 明 ： 种 求 解 方 法 得 到 的 响 应 基本 接 近 ； 升容 器 装 载 结 两 提 过 程 是 一 个 质 量 增 大 振 动 频 率 减 小 的过 程 ， 丝 绳 的 动 位移 、 力 和扭 矩 以 波 动 形 式 逐 渐 增 加 。装 载 量 较 大 时 可 采 用 振 钢 张
矿井提升钢丝绳动力学仿真与实验研究
矿井提升钢丝绳动力学仿真与实验研究王琦【摘要】在建立提升钢丝绳力学模型的基础上,引入S形速度曲线和算法,用Simulink建立仿真模型并对两种速度曲线的提升过程进行动力学仿真.仿真和实验研究结果表明:S形速度曲线大大减小了提升冲中击,改善了钢丝绳的受力状况,提高了系统的稳定性;对提升钢丝绳的选择和提升机运行控制方式的设计与改善具有一定的参考价值.【期刊名称】《煤矿机电》【年(卷),期】2013(000)006【总页数】4页(P28-31)【关键词】提升钢丝绳;动力学仿真;S形速度曲线【作者】王琦【作者单位】太原理工大学,山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】TD5320 引言提升机运行过程中的冲击和震荡主要发生在启动、加速、减速和停车阶段，它与整个提升机系统的加速度及加速度变化率直接相关。
分析提升容器的振动和钢丝绳的张力得出提升机系统的运行状况，对提升机运行的安全、高效和乘坐舒适是十分必要的［1］。
1 力学模型的建立矿井提升机运行可采用3阶段、5阶段、6阶段和7阶段速度曲线。
同煤浙能麻家梁煤业有限责任公司主井的提升质量近120 t，惯量很大，为了使运行更加平稳，该矿的提升机运行曲线采用由启动加速段、匀速爬行段、二次加速段、匀速段、一次减速段、匀速爬行段和二次减速制动段组成的7阶段速度曲线(见图 1)［2］。
图1 提升机速度曲线用瑞利法处理首绳质量，容器质量和尾绳质量［3］。
提升机工作时，各阶段的振动加速度u″i和钢丝绳张力pi的微分方程式分别为:式中:m——终端质量，kg;Li(t)——提升绳长，m;i——提升速度曲线的对应点;a1——提升加速度，m/s2;a2——提升减速度，m/s2;E——钢丝绳弹性模量，N/mm2;F——钢丝绳横截面积，mm2;ρ——钢丝绳每米质量，kg/m;vm——最大提升速度，m/s;u0——初始伸长量，m;u——绳端变形量，m;p——天轮处的纲丝绳张力，N。
煤矿提升用钢丝绳标准分析研究
164 /矿业装备MINING EQUIPMENT0 引言煤矿提升用钢丝绳作为煤矿提升系统的“咽喉”，是连接提升容器与提升机、传递动力的重要部件，其可靠性是升降人员与物料的安全保证，在煤矿安全生产中起到了至关重要的作用。
目前，煤矿提升用钢丝绳执行标准有GB/T33955—2017《矿井提升用钢丝绳》、GB/T8918—2006《重要用途钢丝绳》、MT/T716—2019《煤矿重要用途钢丝绳验收技术条件》三项。
本文从适用范围、分类、材料、技术要求、检查与试验五个方面对三项标准进行全方位分析比对，以期找出标准要求的异同点，并提出相关建议。
有利于生产、检测、使用等单位更深入理解相关标准并指导工作，提升产品安全性，从而服务煤矿安全生产。
1 标准适用范围对比1.1 GB/T8918-2006适用范围GB/T8918—2006适用范围为：矿井提升、高炉卷扬、大型浇铸、石油钻井、大型吊装、繁忙起重、索道、地面缆车、船舶和海上设施等用途的圆股及异形股钢丝绳。
1.2 GB/T33955-2017适用范围GB/T33955—2017适用范围为：煤炭、金属、非金属等矿井提升及配套用圆股、异形股、压实股钢丝绳。
1.3 MT/T716-2019适用范围MT/T716-2019适用范围为：立井提升钢丝绳、斜井提升钢丝绳、悬挂吊盘用钢丝绳、用于运送人员的倾斜钢丝绳牵引胶带输送机的钢丝绳，以及倾斜架空乘人装置用的钢丝绳；圆股钢丝绳、异型股钢丝绳、面接触钢丝绳及扁钢丝绳。
1.4 对比分析通过对比可知：第一，钢丝绳用途方面，GB/T 8918用途最广。
第二，钢丝绳种类方面，MT/T716最广；GB/T8918不包含压实股钢丝绳，GB/T33955不适用于平衡用扁钢丝绳。
第三，GB/T8918—2006的适用范围最广，GB/T33955—017居中，MT/T716—2019较窄。
2 钢丝绳分类对比GB/T33955与GB/T8918的区别在于增加了压实股钢丝绳类别，同时三角股的结构分类也有所不同，具体结构对应见表1所示[1-3]（圆股钢丝绳无差别，此处仅对三角股类别、典型结构进行说明）。
提升系统的变位质量
一提升系统变位质量的概念提升系统是一个复杂的运动系统，为了简化提升系统惯性力的计算，可以用卷筒上的集中质量来代替提升系统所有运动部分的质量，这种集中代替质量称为提升系统的变位质量。
提升设备工作时，提升容器、货载和未缠绕的钢丝绳作直线运动，其速度和加速度等于卷筒圆周上的线速度和线加速度，这部分的变位质量等于其实际质量。
因此，仅需要将旋转运动部分的质量进行变位。
二单绳缠绕式提升系统运动部分的变位质量单绳缠绕式提升系统运动部分变位到卷筒圆周上的质量为：Σm=Q+2Q r+2pL p+qL q+m iz+m ic+ m il＋2m it+m id式中，L p－一根钢丝绳全长L q－尾绳全长m iz－主轴装置的变位质量m ic－减速齿轮的变位质量m il－联轴器的变位质量m it－一个天轮的变位质量m id－电动机转子的变位质量其它符号同前。
1电动机转子的变位质量m id的计算已知电动机转子的转动惯量J d及角速度ωd，则：m id=4J d i2/D2i－减速器传动比2主轴装置的变位质量m iz的计算已知主轴装置的转动惯量J z,则：m iz＝4J z/D23减速齿轮的变位质量m ic的计算已知减速齿轮的转动惯量J c,则：m ic=4J c/D24联轴器的变位质量m il的计算已知联轴器的转动惯量J l,则：m il=4J l i2/D2,或m il=4J l/D25天轮变位质量m id的计算已知天轮的转动惯量J l,则：m it＝4J t/D t2D t－天轮的直径。
三电动机功率的计算因电动机转子的转动惯量与电动机功率和转速有关，所以，必须先求出电动机近似功率和转速，然后，据此查阅电动机产品目录预选出电动机，并查出电动机转子的转动惯量。
1电动机近似功率的计算：★对于竖井单绳提升：P‘＝KQgV mρ/1000η★对于竖井单容器平衡锤及多绳提升：P‘＝KΔF j V mρ/1000η式中，P‘－电动机近似功率K－矿井阻力系数Q－一次有效提升量；V m－最大提升速度；ΔF j－提升钢丝绳的最大静张力差；η－减速器传动效率，查产品目录表；ρ－动力系数，查有关资料。
提升钢丝绳最大动张力的研究
1 提升钢绳动张力的理论计算公式
由于上提或下放重物, 动张力的计算公式一 样, 故本文中以下放制动为例导出的公式具有普遍 的意义1其数学模型如图1所示, 在钢绳上取一微元 段 d x , 由牛顿第二定律可以得到 5T ( x , t) a ( t) T (x , t) + dx + p dx T (x , t) 5x g p 52 u ( x , t) ( 1) = dx , g 5t2 式中, T ( x , t) 为绳所受的动张力, N ; p 为钢绳每米 重, N m ; a ( t) 为制动减速度, m s2; g 为重力加速 度, 9. 81 m s2; u ( x , t) 为由动张力引起的微元段的 位移, m 1
2
1+
1 + 0. 8Α 1+ Α
2Π . Σ1
sin
Ξ1 t1 2
sin
Β1C
l Β1C l t1
t1
2 2
.
( 11)
由文献 [ 3 ] 可知
4sin Β1 1+
(1 + Α ) ( 2Β1 +
Α 2 Β1 1 + 0. 74Α = . sin2Β1 ) 1+ Α
表3列出由式 ( 17) 计算动张力周期与振幅的结 果和由式 ( 8) 用计算机解出量的对比1 由表3 可见, 采用式 ( 17 ) 计算出的结果与计算 机图解法得到的结果完全吻合, 故式 ( 17) 完全可用 于工程实际计算1 因为我们计算的是最大张力点的动张力, 故式 ( 17 ) 为计算钢绳中最大动张力的工程实用计算公 式1
0. 733 0. 81
实测
0. 73 0. 82
图解 ( 图2c)
重型钻机提升用钢丝绳的品种与结构评析_曹家麟
专题综述 重型钻机提升用钢丝绳的品种与结构评析曹家麟(咸阳石油钢管钢绳有限责任公司) 摘要 针对我国重型钻机把西鲁式6×19S+I W R C作为钻井钢丝绳主要使用结构,但这种结构钢丝绳存在早期断丝、断股使其寿命缩短等问题,分析了国内外重型钻机钢丝绳使用结构的现状。
根据近代钢丝绳发展趋势和我国钢丝绳的制造水平,提出我国重型钻机在近期应适当选用多丝结构的钢丝绳并积极试用新型压实股衬垫芯钢丝绳,逐渐用结构为6×19(a)类压实股衬垫芯钢丝绳全面替代现用的西鲁式6×19S+I W R C结构的钢丝绳。
关键词 重型钻机 钻井钢丝绳 压实股衬垫芯钢丝绳 结构引 言近几年来,随着大型钻机的不断增加,其提升用钢丝绳的需求量也大大增加。
据统计,1996年,需要直径32～38m m(114～112英寸)钻井钢丝绳2700t左右,约占石油矿场作业用钢丝绳总消耗量的16%。
到2005年已消耗9506t,约占总消耗量的47%。
针对这种情况,人们除了改进钢丝绳的制造质量和使用方法之外,更应考虑的本质问题是所选用的钢丝绳品种结构是否恰当。
钢丝绳的品种、结构、规格繁多,技术条件复杂,正确合理地选用钢丝绳对石油钻井作业的安全运行,延长钢丝绳使用寿命,以及提高经济效益有着十分重要的意义。
钻井钢丝绳在卷筒上多层缠绕,弯曲比值很小。
工作时要承受很大的挤压应力和动载荷。
且在钻机设计时,考虑石油钻机使用的特殊性,选用钢丝绳安全系数很小(一般取3),而钢丝绳在大部分时间都处在重载状况下工作,单绳运动速度高,钻井时受振动载荷较大,且在卷筒上多层缠绕。
这都要求钢丝绳具有可靠性高、承载能力强、可挠性好、抗挤压和耐磨性能好等性能,尤其是深井钻探,只有选择合适的钢丝绳结构,才能提高钻井效率,确保安全。
现用钻井钢丝绳的结构缺陷钢丝绳的耐磨性和疲劳强度除受钢丝自身材料质量的影响外,主要取决于股的结构。
总的来说,用数量较少的粗钢丝组成的多钢丝绳的耐磨性优于用数量较多的细钢丝组成的同直径钢丝绳,但耐疲劳性能恰好相反。
矿井提升钢丝绳的动力学研究_李占芳
用广义坐标方法求解非奇次方程时 , 设 u 1 (x 1, t) = m = 1X 1, m ( x 1 ) qm ( t ) u 1 (x 1, t) = m = 1X 1, m ( x 1 ) qm ( t ) 式中 : X i, m ( x i ) 为基本函数方程, qm ( t) 为广义坐 标对时间的函数。 则系统的拉格朗日方程为: d T T U R + + = Qm dt qm qm qm qm 式中 : ( 9)
; 另外, 提
升容器在轨道上运行时不可避免地会与刚性罐道发 生碰撞 , 如果刚性罐道出现钢轨接头不良或接头错
12
煤矿安全
( T ota l 395)
试验研究
时应该予以考虑。如图 1 所示 , 提升主绳与天轮或 摩擦轮接触处以加速度 a( t)运行, 将提升主
尾绳 :
2
u2 (x 2, t) 2 ) + C2 2 t ( t) ( 0 x 2
试验研究
煤矿安全
( 2007- 10)
11
矿井提升钢丝绳的动力学研究
李占芳, 肖兴明 , 刘正全, 季 华
( 中国矿业大学 机电工程 学院 , 江苏 徐州 221008)
摘 要 : 对矿井多绳摩擦提升过程的钢丝绳张力及动张力的变化进行了研究。 在建立带尾绳的 多绳摩擦提升系统提升过程中钢丝绳的粘弹性振动数学模型基础上 , 进行了动张力的求解。 利 用 MATLAB6 . 5 工具进行了计算机仿真, 得到了上提加速 、 匀速 、 减速一个周期的多绳提升张力 及动张力的变化规律 。与实测钢丝绳张力信号的对比分析表明 , 本文所建立的钢丝绳粘弹性振 动模型是正确的 。最后模拟了在刚性罐道存在故障时钢丝绳动张力的变化 。该建模仿真对于提 升钢丝绳的合理选用 、 提升机运行控制方式的设计与改进以及刚性罐道的故障诊断都有着重要 的参考价值 。 关键词 : 提升钢丝绳 ; 动张力; 仿真 中图分类号 : TD532 文献标识码: A 文章编号: 1003- 496X ( 2007) 10- 0011- 04
钻机起升系统
为了减少机动起升时间，国产新系列钻机加大 了绞车功率(见表5-2)，使最小起升工作速度V1从原 来的0.2米/秒提高到0.4～O.6米／秒。为了人员和 设备的安全，最高起升速度Vk不能过高，它受立根 长度，快绳速度和操作水平的限制。一般钻机Vk为 1.4～1.8米／秒，对于轻、中型钻机，Vk较低，重 型钻机Vk较高。
从V1到Vk间设置的档数多，对充分利用绞车功率， 降低机动起升时间有利，但档数过多时使变速结构 复杂，操作维修带来不变，时间节省也不多。故国 产钻机一般设3-4个起升工作档数。 绞车除上述起升的工作档外，一般还设1～2个事 故档，用于起升Qmax(如解卡或下套管遇阻时)和发 动机功率不足时从最大井深起钻。所以起升一档一 般为绞车结构档上的第三档， 依次类推。
Z Z（ －） 1 1 Z（ －） 令： ’＝ 1 ’ （ －） Q P＝Q游 ＝ 游 Z Z 1－ Z 1－ Z 1－
Z
P＝
Q
’ 游
Z
’ 游
(1 ) Z（1－） 将 游 ＝ Z Z(1 ) 1－
Z Z ’ 游
＝
’ 游 ’ 游
Z+1 ’ 游
由：
P (1 Z ) Q游 1
P Q游 (1 )
∴
Q游 · (1 ) Z P Z (1 Z ) ∴
(1 )
Z
(1 Z ) 游 Z(1 ) 令
得：
P
Q游 Z游
（8－5）
在下钻时有： 下钻快绳拉力：
P ＜P ＜P ＜＜P ＜P
如图3.1所示，
设Q游 、η游为起升时游动系统的静载荷和效 率， Q游 ’、 η游’为下钻时游动系统的静载荷 和效率，P、P’为快绳和死绳拉力，P1··PZ，为游 ·· 绳的拉力，Z为有效绳数。
堆垛机提升系统钢丝绳弹性系数及动应力分析
本 栏 目 编 辑 张 代 瑶
堆垛机提升系统钢丝绳弹性 系数及动应力分析
孙永吉1，邹雪娟2
1
兰州工业高等专科学校 甘肃兰州 730050 2 中国石油兰州石化公司
提 · 绞
50
摘要：为了了解自动化立体仓库堆垛机提升系统在额定载重情况下钢丝绳的时变特性和动应力情况， 利用达朗贝尔原理对堆垛机提升系统钢丝绳进行了分析，获得了钢丝绳弹性系数随时间的变化曲线， 以及钢丝绳在系统为刚性与弹性 2 种条件下的动应力曲线，为立体仓库堆垛机提升系统的可靠性设 计、快速和稳定运行提供了理论基础。 关键词：堆垛机； 提升系统；钢丝绳；弹性系数；动应力 中图分类号：TD526 文献标识码：A 文章编号：1001-3954(2011)04-0050-04
2
Lanzhou Company of CNPC
Abstract：In order to understand the time-varying characteristics and dynamic stress situation of the wire rope of the hoisting system in the stacker for the automated multi-layered storehouse while the hoisting system carries rated loads, D‘Alembert principle is used to analyze the wire rope of the hoisting system. The variation curve of elastic coefficient of the wire rope with time is obtained, and dynamic stress curves of the wire rope in rigid system mode and elastic system mode are achieved also. The study offers theoretical basis for the reliability design as well as rapid and stable operation of the hoisting system in the stacker for the automated multi-layered storehouse. Keywords：stacker; hoisting system; wire rope; elastic coefficient; dynamic stress 丝绳是堆垛机提升系统[1]中的一个重要部件， 它直接关系到提升系统的正常运行、堆垛机的 安全以及设备的经济运转。因此，提升系统钢丝绳的 选择计算是堆垛机设计计算的重要部分之一，对钢丝 绳的刚度系数进行分析具有非常重要的意义。笔者 以 2 t/ 25 m 型双立柱式堆垛机提升系统的钢丝绳为研 究对象，研究其在额定载荷下的时变特性和动应力情 况。
矿井提升钢丝绳在提升过程中的动力学仿真
ｔ）ｌ（ｆ）＝÷Ａｌｔ２，０≤￡≤ｆｌ
（７）
以ｔ）＝鬻＋‰（川１）’悸㈣： （８）
移，（ｔ）砜一尹１：（暑＋ｔ：一ｔ）２也≤㈣，（９）
口４（ｔ）＝ｔＪ。，ｔ３≤ｆ≤￡４
（１０）
％（ｔ）：‰一知３（ｆ—ｔ４）２，ｔ４≤ｆ≤屯 （１１）
秽６（ｔ）＝ｔＪ５一ａｍ２（ｔ—ｔ５），ｔ５≤￡≤￡６
（１２）
ｔ，７（ｔ）＝％一ⅡＩ，１２（ｔ—ｔ６）＋｛■１（ｔ一 厶
关键词：提升钢丝绳；动力学；仿真；Ｓ形曲线
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｏｆｆｅｒｓ ａ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｔａｉｎｅｒ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｌｉｆｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｒｏｐｅ ｔｅｎｓｉｏｎ ｔｈｒｏｕｇｈ ａ－ ｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗｉｒｅ ｒｏｐｅ，ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｓ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｅｓ ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ—ｂａｓｅｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅＬ Ｆｕｒｔｈｅｒ－
２ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ建模与仿真分析ｐＪ 结合兖矿集团南屯煤矿混合井副井提升机进
行分析，其参数是：终端质量８ ０００ ｋｇ；提升机在 下井口时的绳长４５０ Ｉｌｌ；提升行程４２０ ｍ；加速度 与减速度均为０．７５ ｍ／ｓ２；最大提升速度８ ｍ／ｓ； 钢丝绳弹性模量１．０ｅ＋５ Ｎ／ｒａｍ２、钢丝绳横截面积 ６９８ ｍｍ２、钢丝绳质量６．５ ｋｇ／ｍ。采用Ｍａｔｌａｂ的仿 真工具ｓｉｍｕｌｉｎｋ建立的仿真模型见图３、图４。仿 真结果见图５一图７。
比较可得，采用ｓ形速度曲线运行，可以减 小加速段到等速段、等速段到减速段拐点处绳端 变形量、变形速度和钢丝绳张力的突变，也就是 减小系统冲击，这可以大大改善钢丝绳的受力情 况，减小其摆动，从而延长钢丝绳的寿命，提高增
钻井大绳的安全使用技术研究调研报告
13～19 19,22 22～29
6×25FW 或 6×26WS 或 6×31WS 或 18×7,PF,LL,IPS 或 EIPS,IWRC
抽油杆悬挂器用绳
6.5
6×19,PF,RL,FC
捞砂绳
浅井 中深井 深井
6.5～13 13,14.5 14.5,16
6×7 光面或镀锌，PF,RL,PS 或 IPS,FC
6×7
35
ZJ45
ZJ50D，ZJ50L
6×7
35
ZJ70/4500DJ，ZJ70/4500D
6×7
38
ZJ70LC，ZJ70LD，ZJ70D
6×7
38
ZJ90/5850DZ
7×8
42
目前钻机使用的钢丝绳是咸阳石油钢管钢丝绳有限责任公司生产的，主要有
如下规格：
3.2.1 φ29（1 1/8″） 6×19S + IWRC EIPS PF LL，绳式钢芯、EIPS
2 钻井用钢丝绳工作特点
石油钻机是一组十分复杂的大型成套设备，除用于一般陆地石油天然气钻井 作业外，还要在沙漠、高寒、高原、沼泽、浅滩、海洋等地带使用。在不同环境 下工作的钻井用钢丝绳随同钻机要能承受相应恶劣的自然条件。钻井钢丝绳在具
体作业过程中还显示出有别于其它工程机械的工作特点。 2.1 规定的安全系数低
钻机钻井钢丝绳通常在装有排绳装置和钢丝绳稳定器的钻机上工作，如 XW32-28 型全自动排绳等。钻机在海湾石油国家、也门、厄瓜多尔、阿尔及利亚 等国家钻采作业反馈的信息显示：钻机必须备滚筒排绳器，而且在《钻井施工 HSE 工作做法》中明确规定：为防止钢丝绳排乱，安装在钢丝绳上的排绳器一定 要安装牢靠、确定专人检查保养，以防止发生危险。
矿井运输提升之提升系统常见故障分析
提升设备的运转与维护矿井提升机的现场使用维护一、提升机起动运行中司机应注意的事项1、司机在整个操作过程中应精神集中，随时注意操纵台上的主要仪表的读数。
2、提升机在运转中，司机应注意深度指示器的指示位置。
3、随时注意各转动部位在运动中的声响。
4、注意信号盘信号的变化。
5、要注意钢丝绳在卷筒上（指单绳缠绕式提升机）的排列是否正常。
6、提升机在运转中发现下列情况之一时，应立即断电，工作闸制动停机：（1）电流过大，加速太慢，起动不起来。
（2）压力表（气压和油压）所指示的压力不足。
（3）提升机声响不正常。
（4）钢丝绳在卷筒上缠绕（指单绳缠绕式提升机）排列发现异状。
（5）出现不明信号。
（6）速度超过规定值，而限速、过速保护又未起作用。
7、提升机在运转中发现下列情况之一时，应立即断电，保险闸制动停机：（1）出现紧急停机信号或在加减速过程中出现意外信号。
（2）主要部件失灵。
（3）接近井口尚未减速。
（4）其他严重的意外故障。
二、正常终点停机时，司机应注意的事项1、当接近终点时，司机应注意深度指示器终端位置或绳记（指用提升机卷筒上绳记指示停机位置），随时准备施闸。
2、使用工作闸制动时，不得过猛和过早，直流提升机应尽量使用电闸，机械闸一般在提升容器接近井口位置时才使用（紧急事故除外）。
3、提升机减速时不准给反电顶车，必须将主令控制器手把放在断电位置，适当用闸。
4、提升机断电的时机应根据负荷来决定，如过早要给二次电，过晚要过度使用机械闸，这两种情况都应尽量避免。
5、停机后必须将主令控制器手柄放在断电位置，将制动闸闸紧。
三、提升机运转中的检查及注意事项1、提升机在运转中，不担任操作的司机，每小时按巡回检查路线检查一次。
2、电气方面检查电动机、发电机等运转设备的声音与温度是否正常。
换向器、接触器、继电器等的动作是否灵活，线圈温度是否超过规定，起动电阻有无过热、发红、刺火等现象。
3、机械方面检查轴瓦的温升及润滑情况是否正常，各处螺栓及销轴有无松动现象，制动系统的工作是否正常、可靠。
多绳摩擦提升系统启动加速的滑动机理分析
技术创新45厂多绳摩擦提升系统启动加速的滑动机理分析◊安徽理工大学机械工程学院钱壮壮多绳摩擦提升系统是煤矿生产过程中的重要组成部分，其 安全平稳运行直接关系到煤矿生产效率和安全。
由于多绳摩擦 提升系统是借助于摩擦轮与钢丝绳之间的摩擦力来传动钢丝 绳，在启动加速过程中受到启动力矩的冲击时，钢丝绳可能存在着滑动情况，对提升系统的安全性造成影响™。
因此，对矿井 提升系统启动加速阶段的滑动机理进行分析具有重要意义。
1多绳摩擦提升系统的传动原理多绳摩擦提升原理示意图如图1所示。
提升钢丝绳2搭放在 摩擦轮1的摩擦衬垫上，其两端悬挂有提升容器4,提升容器4底 部悬挂有平衡尾绳3。
提升钢丝绳以一定的正压力压紧在摩擦衬 垫上，当摩擦轮在电动机的作用下向某一个方向转动时，提升 钢丝绳与摩擦衬垫间便产生一定的摩擦力，在这一摩擦力的作用下，提升钢丝绳随着摩擦轮的转动一起运动，实现提升容器 的提升与下放【2]。
困1多绳摩擦提升原理示意图1.摩擦轮2.提升钢丝绳3.平衡尾绳4.提升容器2不同工况下多绳摩擦提升系统启动加速的钢丝绳滑动分析2.1提升重载根据矿井提升机的现场实际工作情况，假设提升机启动力 矩为M，当摩擦轮转过了角度为<1时，钢丝绳与摩擦衬垫相对滑 动速度为0,此时摩擦轮的圆周速度为V。
，钢丝绳与摩擦衬塾的滑动距离为h…，建立其滑动示意图如图2所示'由动能定理可知摩擦轮和钢丝绳在滑动区间内两部分的运 动为：M a = F fR ja+^i^m- (r^ + m2)] V a2.1 ⑴~(m1+m2)F a2= Ff ha +(ml-m2)gha式中：M-提升系统的启动力矩，N.m;巧-钢丝绳与摩擦衬垫间的 摩擦阻力，N;摩擦轮半径，多绳摩擦提升系统的变位质量，k g;呷-提升系统重栽侧总质量,k g;m2-提升系统空载侧总质量，k g;g-重力加速度，取10m/s2;or-启动加速滑动过程中摩擦轮转过的角度，rad;摩擦轮转过角度为0时摩擦轮的圆周速度，m/s;-启动加速滑动过 程中钢丝绳与摩擦衬垫的滑动距离，m。
提升机钢丝绳弹性振动理论与动力学特性分析
分析・研究提升机钢丝绳弹性振动理论与动力学特性分析中煤国际工程设计研究总院 李玉瑾 摘 要:给出了矿井提升机粘弹性振动方程的位移解及动张力的计算方法,研究了采用矩形、梯形、正弦形、抛物线形加速度时钢丝绳的动张力特性,给出了限制和消除提升钢丝绳粘弹性振动的方法。
将国外提升机制动实验结果与梯形制动减速度作用下钢丝绳的动张力计算结果进行了对比,2者非常接近。
关键词:矿井提升机;提升钢丝绳;动张力计算;振动限制特性 Abstract:This paper presents the displacement s olution to mine elevator viscoelastic vibrating equations and the kinetic ten2 sion calculation method,discusses kinetic tension characteristics under rectangular,ladder shaped,sinus oidal and parabolic ac2 celeration curves,provides ways to limit or even av oid lifting rope viscoelastic vibration.C omparis on of the rope kinetic tension from foreign elevator braking tests and calculated one under ladder shaped braking deceleration curve shows that they are very ap2 proximate. K ey w ords:mine elevator;lifting rope;kinetic tension calculation;vibration limiting characteristics 目前,国内矿井提升机设计一般都把提升钢丝绳看作刚体,而实际上提升钢丝绳是一个弹性体,在提升机加、减速或紧急制动时,钢丝绳会储存或释放能量,引起提升容器剧烈震荡,对于摩擦轮提升机会造成摩擦式提升机钢丝绳的滑动;对于斜井提升机会造成钢丝绳松弛。
竖井提升系统首绳断丝分析
竖井提升系统首绳断丝分析李东黄明杰刘建东卢坤俊曹亚楠（安徽马钢张庄矿业有限责任公司）摘要钢丝绳在使用中的状态直接关系到矿山正常生产、作业人员的人身安全及经济运行。
针对钢丝绳断丝提出了简单实用的断丝类型分析方法，针对经过摩擦轮和导向轮部分的钢丝绳进行了数学建模定位，然后结合钢丝绳检查结果作出每根钢丝绳的断丝分布图及趋势图，最后对钢丝绳的使用寿命进行推断分析。
通过此方法，提前预估了首绳的使用期限，既为系统检修提供了强有力的依据，也对实际生产计划提供了指导性意见，对矿山系统安全运行具有重要意义。
关键词钢丝绳断丝趋势钢丝绳寿命断丝类型DOI ：10.3969/j.issn.1674-6082.2021.02.043总第622期2021年2月第2期现代矿业MODERN MININGSerial No.622Feburary .2021李东（1966—），男，高级工程师，237400安徽省六安市霍邱县。
矿井提升钢丝绳在使用到一定寿命期限时会出现断丝现象，钢丝绳的断丝动态趋势和准确定位是判断钢丝绳能否继续使用的关键性信息［1］。
张庄矿业公司采用搭配导向轮的井塔式竖井提升系统，并配备直径4.5m 的提升机，设备型号为JKM4.5×6-P Ⅲ，搭配ABB 恒减速闸控制系统，提升首绳为6V×37S+FC-ϕ44-1770，左右捻各3根。
整个提升系统提升高度达到673m，加速度0.75m/s 2，钢丝绳总悬挂长度约750m，导向轮平台到提升机房大厅高度约为10m。
张庄矿业公司主井在运行一段时间后经检查发现首绳出现断丝情况。
1钢丝绳断丝种类钢丝绳的使用寿命是所有矿山企业所主要的关注问题，寿命的长短直接影响着成本支出，而钢丝绳寿命的确定是根据钢丝绳内部断丝数量进行确定的。
通常钢丝绳断丝有疲劳断丝、磨损断丝、锈蚀断丝、拉断断丝和扭断断丝5大类型［2］。
（1）疲劳断丝指钢丝绳在长期使用中承受弯曲疲劳、拉伸疲劳、扭转疲劳、振动疲劳等，钢丝绳中的局部最高应力处的最弱及应力最大钢丝内部晶粒上形成微裂纹，然后随着裂纹逐步发展，最终导致疲劳断丝。
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EA Lt
( x2
-
x14 )
+ QJ Z
式中 , F1 为快绳拉力 ; Fi 为相应段游绳的拉力 ; F14 为死绳拉力 ; FDZ为大钩动载荷 ; QJ Z为大钩静载荷 。
图 1 钻机起升系统简化模型
1. 2. 2 系统各部分的动能
a) 滑轮及大钩的动能为
T1
=
1 2
·JR02
x
2 1
Ti =
上述 15 个方程的函数表达式为 ¨x1 = f 1 ( x1 , x1 , ¨x2 , x2 , Qt ) ; ¨x2 = f 2 ( x2 , x2 , x1 , ¨x1 , ¨x3 , x3 ) ; ¨x i = f 3 ( x i , x i - 1 , ¨x i - 1 , ¨x i + 1 , x i + 1 ) ; ¨x14 = f 4 ( x14 , ¨x13 , x13 ) ; ¨x15 = f 5 ( x2 , …, x14 , x2 , …, x14 ) ; 其中 , i = 3 , …,13 。 将这 5 个函数模块组成一个大的函数模块 ,可 以组成函数模型 ,如图 2 。
1 钢丝绳提升过程动力学方程的建立
1. 1 基本假设 a) 忽略整个系统的阻尼 。
b) 不考虑钢丝绳因为弹性伸长与滑轮的相对 滑动 。
c) 除钢丝绳的弹性之外 ,其他部件的刚度不 计 ,只研究钢丝绳及驱动力对动载的影响 。 1. 2 动力学方程的建立
钻机起升系统 (6 ×7) 简化模型如图 1 ,可将钢 丝绳离散为 14 段 ,整个系统成为 15 个自由度的离 散系统动力学问题 。
Abstract : In view of pet roleum rig drum steel wire p ro motio n system , mechanics mo del of t he drum steel wire p ro motio n system wit h t he separate system dynamics model has been established , and t he simplificatio n t hro ugh t he act ual operating mode to mechanics model has been carried o n , neglecting t he steel distortio n t hat t he wire and t he p ulley co ntact point , and t he steel wire divid2 ed into 14 sectio ns of separate systems ; and t hro ugh t he st rict mechanics co mp utatio n , perform2 ance relatio ns bet ween t he drum end torque inp ut characteristic and t he big hoo k dynamic has been fo und , by co nsideratio n of rotary line and fixed steel wire relatio n. So t he fo undatio n has p rovided t he t heoretical analysis for drilling machine p ro motio n system. Key words : mechanical model ; steel wire ; dynamic equatio n ; st ress analysis ; model simplificatio n
1. 2. 3 系统各部分的势能
U1 =
1 2
K1 ( x1 -
x2 ) 2
Ui =
1 2
Ki ( xi -
xi + 1 ) 2 , ( i = 2 , 3 , …, 13)
(4)
U14 =
1 2
K14 ·x214
U15 = ( mDG + mZZ) g x15
式中 , K1
=
EA ; L1Kt=来自b) 各段钢丝绳的动能为
∫ T1
=
1 2
·ρ L1 ( x2 0
+ x1 - x2ξ) d x =
L1
ρL 1 6
(
x
2 1
+
x1
x2
+
x
2 2
)
∫ T i
=
1 2
·ρ L1 ( x i+1 0
+ x i - x i+1ξ) dξ=
L1
ρL t 6
(
x
2 i
+
xix i+1
+
x
2 i
+
1
)
(3)
∫ T14
第 37 卷 第 1 期 叶哲伟 ,等 :钻机钢丝绳提升系统力学模型及分析
·33 ·
F1
=
EA L1
(
x1
-
x2 )
+
QJ Z 12
Fi =
EA Lt
(
xi
-
xi + 1 )
+
QJ Z 12
,(i
=
2
,3
,
…,13)
(1)
F14
=
EA L 14
x14
+
QJ Z 12
13
FDZ = F15 = 6 Fi = i=2
=
1 2
·ρ L t
0
( x14ξ) 2
L3
dξ=ρL6 3
x
2 14
T15
=
1 2
·ρx1
·x
2 1
式中 ,L t = L 2 - x15 ; i = 2 ,3 , …,13 ; T1 ～ T14 为 1～
14 段钢丝绳的动能 ; T15 为已经缠绕到滚筒上的钢
丝绳的动能 ;ρ为单位长度钢丝绳的质量 。
2
13
6
i=2
(
xi
-
x i + 1 ) 2 + ( mDG + mZZ) g
, i = 3 , …,13
2 方程简化及分析
间比正常匀速运行时间少得多[4] ,在这个时间段内 大钩的位移和速度都相对较小 ,在短时间内由于 x15
2. 1 方程简化
相对 L2 很小 ,因此 ,在研究启动过程动力特性时 ,可
1. 2. 1 钢丝绳的拉力
各广义坐标如图 1 ,由此得到任意时刻各段钢 丝绳的拉力为
收稿日期 :2007207224 基金项目 :省部共建“石油天然气装备”教育部重点实验室资助项目 (省重实 007) 作者简介 :叶哲伟 (19812) ,男 ,湖北孝感人 ,硕士研究生 ,主要从事机械设计及理论研究 , E2mail :yzw0135 @126. com 。
-
ρ 6 (2 x2
+
x3 )
-
K1 ( x1 -
x2 ) + K2 ( x1 -
x2 )
¨x i =
3J
+
3 r2 2ρr2 L t
ρL t 6
( ¨x i - 1
+ ¨x i + 1 )
-
ρ 6 x15 ( x i - 1
+ 4xi
+
xi+1)
-
Kt ( x i - 1 - 2 x i + x i + 1 )
¨x2 +
EA L1
( x1
-
x2 )
-
Q1
¨x2 =
3J
+ρr2
3 r2 (L1
+
L2)
ρL 1 6
¨x 1
+ρL6
2
¨x 3
-
ρ 6 (2 x2
+
x3 )
+
(
EA L2
-
EA ) L1
x1
-
( EA L2
EA ) L1
x2
¨x i =
3J
+
3 r2 2ρr2 L 2
ρL 2 6
( ¨x i - 1
5L 5 x1
)
=
d dt
(
5 5
T1 x1
+
5 5
T1 x1
+
5 T15 5 x1
)
=
(ρx 1
+ρL3 1
+
J0 R2
)
¨x 1
+ρx
2 1
+ρL6 1 ¨x2
5L 5 x1
=
5 T15 5 x1
-
5U1 5 x1
=
12ρx
2 1
-
K1 ( x -
x2 )
由此得到第 1 个广义坐标的 Lagrange 方程为
(7)
¨x 14
=
3J
+ρr2
3 r2 (Lt
+
L3)
ρL t 6
¨x 13
-
ρ 6 x15 ( x13
+ 2 x14 )
-
Kt ( x13 -
x14 ) + K14 x14 )
¨x 15
=
-1 mDG + mZZ
ρ 13
6
6
i=2
(
x
2 1
+
xix i+1