检索结果-内蒙古大学图书馆

煤炭学报 2020年第12期45卷 4228-4239页

作者：李翔朱真才沈刚汤裕中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学江苏省矿山机电装备重点实验室江苏徐州221116

针对柔性罐道工况下双绳缠绕式煤矿深井提升系统运行过程中容器倾斜问题,提出了容器位姿调平控制方法。首先,分析了双绳缠绕式深井提升系统的组成及各组成部分的几何关系,考虑提升系统和浮动天轮液压系统非线性问题,建立双绳缠绕式深井... 详细信息

针对柔性罐道工况下双绳缠绕式煤矿深井提升系统运行过程中容器倾斜问题,提出了容器位姿调平控制方法。首先,分析了双绳缠绕式深井提升系统的组成及各组成部分的几何关系,考虑提升系统和浮动天轮液压系统非线性问题,建立双绳缠绕式深井提升系统容器位姿调平非线性控制模型;其次,由于煤矿深井提升环境恶劣,因此提升系统容器位姿反馈信号通过无线装置进行采集,考虑提升系统运行过程中控制量在钢丝绳中传递存在的不确定延时问题,构建了容器位姿调平主动控制矩阵模型,设计了控制信号传输延时补偿观测器,证明了包含延时补偿观测器的容器位姿调平主动控制模型的稳定性;然后,设计滑模控制器实现提升系统容器位姿调平控制,考虑到控制器设计过程中需要容器角度的微分信号,利用高增益观测器为滑模控制器提供光滑的角度微分信号,进而提高控制性能;最后,利用双绳缠绕式煤矿深井提升试验台对提出控制信号延时补偿观测器及容器位姿调平控制方法开展了实验验证,实验结果表明,反步和本文提出的控制器相对于PI控制器具有更优越的响应速度,而提出的控制算法由于添加了延时补偿观测器和高增益观测器,具有更好的控制效果,可以减小容器倾角的峰值与均值,保证双绳缠绕式煤矿深井提升系统的安全运行。

关键词：双绳缠绕煤矿深井提升系统容器位姿调平控制延时补偿观测器高增益观测器

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双绳缠绕式煤矿深井提升系统钢丝绳张力主动控制方法

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煤炭学报 2020年第1期45卷 464-473页

作者：朱真才李翔沈刚汤裕中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学江苏省矿山机电装备重点实验室江苏徐州221116

针对双绳缠绕式煤矿深井提升系统运行过程中钢丝绳张力不平衡问题,提出了钢丝绳张力主动控制方法。首先,分析双绳缠绕式煤矿深井提升系统钢丝绳张力与浮动天轮液压缸负载力之间的关系,考虑系统存在的非线性问题,建立了提升系统钢丝绳张... 详细信息

针对双绳缠绕式煤矿深井提升系统运行过程中钢丝绳张力不平衡问题,提出了钢丝绳张力主动控制方法。首先,分析双绳缠绕式煤矿深井提升系统钢丝绳张力与浮动天轮液压缸负载力之间的关系,考虑系统存在的非线性问题,建立了提升系统钢丝绳张力主动控制模型;其次,由于煤矿深井提升环境恶劣,因此钢丝绳张力反馈信号通过无线装置进行采集,考虑提升系统运行过程中钢丝绳张力反馈信号通过无线传输存在不确定延时问题,基于系统控制模型构建了钢丝绳张力主动控制矩阵,设计了钢丝绳张力无线反馈信号传输延时补偿观测器,证明了包含延时补偿观测器的钢丝绳张力主动控制模型的稳定性;然后,考虑钢丝绳张力主动控制模型是一种严格反馈模型,存在输出约束问题,提出了反步控制和障碍李雅普诺夫函数相结合的钢丝绳张力主动控制方法,并证明了钢丝绳张力控制下的提升系统稳定性;最后,利用双绳缠绕式煤矿深井提升试验台对提出的传输延时补偿观测器及钢丝绳张力主动控制方法开展了实验验证,实验结果表明,延时补偿观测器可有效减小由于无线传输造成的钢丝绳张力反馈信号滞后量,与传统的被动式钢丝绳张力调节装置相比,在高速和低速工况下,提出的钢丝绳张力主动控制方法均可以更有效地减小2根钢丝绳张力差,进一步保证提升系统的安全运行。

关键词：双绳缠绕煤矿深井提升系统钢丝绳张力主动控制延时补偿观测器

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煤矿深井双绳缠绕式提升系统钢丝绳张力平衡控制研究

煤矿深井双绳缠绕式提升系统钢丝绳张力平衡控制研究

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作者：丁兴亚中国矿业大学

学位级别：博士

提升机作为煤矿开采企业的关键设备之一,主要负责大型设备、煤炭及人员的运输,其系统运行的安全性和可靠性关系着企业的生产效率和人员安全。双绳缠绕式提升机可以有效的避免传统多绳摩擦式提升机存在的提升能力随高度增加而急剧下降以... 详细信息

提升机作为煤矿开采企业的关键设备之一,主要负责大型设备、煤炭及人员的运输,其系统运行的安全性和可靠性关系着企业的生产效率和人员安全。双绳缠绕式提升机可以有效的避免传统多绳摩擦式提升机存在的提升能力随高度增加而急剧下降以及单绳缠绕式提升机存在的钢丝绳直径多大生产困难的问题,在深井提升中有着明显优势。但是,双绳缠绕式提升机采用两根钢丝绳同时提升一个容器,受到卷筒制造安装误差、钢丝绳弹性伸长量不一等因素的影响,加之刚性罐道的存在下,对容器的横向约束较大,会使得两根钢丝绳产生较大的张力差,并造成钢丝绳及容器的纵向振动,进而加剧钢丝绳的疲劳损伤,降低其使用寿命。因此,本文在国家自然科学基金山西煤基低碳联合基金项目“煤矿深井大吨位提升容器高速安全运行电液智能调控方法”的资助下,以双绳缠绕式提升系统为研究对象,综合运用动力学建模、延时补偿状态观测、非线性控制理论、仿真及试验验证等方法,研究双绳缠绕式提升系统钢丝绳张力平衡控制策略,以期给双绳缠绕式提升机的应用及平稳运行提供理论和试验基础。本文的主要工作如下:首先,由于双绳缠绕式提升系统本体及阀控液压缸系统属于两组不同的非线性系统,同时考虑到两根钢丝绳具有相似的动力学特性,且各自的浮动天轮控制系统也相对独立,因此以单绳缠绕式提升系统为研究对象,分别基于Hamilton原理和拉格朗日方程建立了单绳缠绕式提升系统本体动力学模型和阀控液压缸系统动力系模型。为了验证建立的系统模型的正确性并验证后续控制算法的有效性,搭建了双绳缠绕式提升系统试验台。在Simulink环境下,分别建立了提升系统本体模型的仿真程序以及双绳缠绕式提升系统试验台的控制程序。通过仿真和试验对比分析可以知道,在提升机运行过程中,钢丝绳及提升容器会存在较大的纵向振动。当给两个液压绞车不同的参考提升速率曲线后,由于刚性罐道的影响,两根钢丝绳会出现较大的张力差。其次,基于第二章的仿真分析及试验验证,对于采用刚性罐道的提升系统而言,钢丝绳及容器的振动主要为纵向振动,因此,为了方便后续状态观测器及控制器的设计,对提升系统的动力学模型进行合理简化。同时考虑到实际提升系统中,采用无线传输的方式实时采集的提升容器处钢丝绳张力及振动信号存在的传输延时,建立了单绳缠绕式提升系统边界延时振动模型。为了补偿反馈信号的延时,提高系统控制精度,设计了延时补偿状态观测器,包括延时观测器和状态观测器,分别用于对系统延时量及延时状态量的观测。基于Lyapunov-Razumikhin理论,分别证明了延时观测误差与状态观测误差的渐近稳定性。基于搭建的双绳缠绕式提升试验台,对设计的延时补偿状态观测器进行试验验证。结果表明,采用本文设计的延时补偿状态观测器,其输出信号相对于存在延时的反馈信号而言,在相位和误差上都有了明显的改善。再次,针对提升系统钢丝绳存在的弹性特性以及外界的干扰会引起钢丝绳及提升容器的纵向振动的问题,基于第三章建立的提升系统本体动力学模型,以单根钢丝绳为研究对象,设计了基于精确模型的鲁棒边界控制器。然后,结合系统不确定参数的自适应律,提出了缠绕式提升系统纵向振动抑制自适应鲁棒边界控制器。接着,设计了阀控液压缸系统自适应反步力控制器以提高阀控液压缸系统的力复现控制精度。运用Lyapunov理论证明了系统的稳定性。对设计的控制器进行试验验证,结果表明,采用本文提出的边界力控制器及力复现控制器,可以有效的抑制提升容器的振动加速度和振动位移。最后,针对卷筒制造和安装误差以及钢丝绳弹性变形不一等情况引起的两根钢丝绳张力不平衡和提升容器振动的问题,综合考虑两根钢丝绳及提升容器间的耦合振动,建立了双绳缠绕式提升系统本体动力学模型。以钢丝绳张力平衡控制和提升容器纵向振动抑制为控制目标,同时考虑系统中存在的不确定参数及未知干扰,最终形成了基于参数自适应的钢丝绳张力平衡自适应鲁棒边界控制器。对设计的控制器进行试验验证,结果表明,本文提出的控制器可以有效的调节两根钢丝绳的张力差,并且抑制提升容器的纵向振动。

关键词：双绳缠绕延时补偿纵向振动抑制张力平衡控制

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超深矿井双绳缠绕式提升机卷筒对钢丝绳张力差的影响

超深矿井双绳缠绕式提升机卷筒对钢丝绳张力差的影响

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作者：邓勇重庆大学

学位级别：硕士

面临我国浅层矿产资源开采殆尽的严峻形势,向地球更深部开采矿产资源已成为我国的重要发展战略。矿井提升机作为联系井上和井下的“咽喉设备”,研究和开发井深大于1500m的超深矿井提升装备已成为了深部资源开采的关键。现有的单绳缠绕... 详细信息

面临我国浅层矿产资源开采殆尽的严峻形势,向地球更深部开采矿产资源已成为我国的重要发展战略。矿井提升机作为联系井上和井下的“咽喉设备”,研究和开发井深大于1500m的超深矿井提升装备已成为了深部资源开采的关键。现有的单绳缠绕式和多绳摩擦式提升机已不能满足超深井重载荷、高效率和高安全提升的需求,双绳多层缠绕式提升是实现超深矿井提升的创新思路。超深矿井缠绕式多绳提升机钢丝绳之间的缠绕同步性对于提升系统的安全可靠运行至关重要。针对卷筒两缠绳区在钢丝绳缠绕过程中的缠绕变形不同步所导致的两钢丝绳间张力差异问题,本文考虑两钢丝绳长度差异与张力差异之间的相互影响、钢丝绳在缠绕过程中的层间及圈间张力降低因素,利用弹性基础梁理论对厚壳弹支结构卷筒在不同受力情况下的径向变形方程进行了推导,建立了钢丝绳动态张力、钢丝绳长度差异与卷筒径向变形三者相耦合的理论计算模型。通过逐圈求解不同卷筒结构在钢丝绳缠绕过程中的两钢丝绳间张力差异最大值,总结得出了卷筒的不同出绳方式和不同支轮布置位置对两钢丝绳间张力差异的影响规律,并通过有限元分析软件侧面验证了数值计算结果的正确性,确定了双绳缠绕式提升机的最佳出绳方式及支轮位置。结果表明:卷筒结构对超深矿井双绳多层缠绕式提升机钢丝绳间的提升同步性具有重要影响,卷筒出绳方式与支轮布置位置的不合理组合会导致两钢丝绳间张力差异超过10%,危及提升系统的运行安全;左、右支轮位置对称布置时,卷筒左-右与右-左出绳方式之间、同左与同右出绳之间的两钢丝绳缠绕同步性是相同的;在最优支轮布置位置时,左-右、右-左出绳方式下的钢丝绳张力差明显小于同左、同右出绳方式下的钢丝绳张力差;双绳缠绕式提升机卷筒左-右或右-左出绳方式下,左、右支轮于卷筒对称布置时为提升钢丝绳张力差最小的结构。本文的研究方法及成果可对超深矿井双绳多层缠绕式提升机的卷筒结构设计和两钢丝绳之间的缠绕同步性保证提供理论参考。

关键词：双绳缠绕卷筒变形张力差出绳方式支轮

来源：评论

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双绳多层缠绕式提升机卷筒结构对钢丝绳张力差的影响

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煤炭学报 2020年第11期45卷 3952-3960页

作者：邓勇龚宪生唐涛王海隆重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044 重庆大学机械工程学院重庆400044

超深矿井缠绕式提升机钢丝绳之间的缠绕同步性保证对于提升系统的安全可靠运行具有重要作用。针对卷筒两缠绳区在钢丝绳缠绕过程中所引起的缠绕变形不同步导致的两钢丝绳间张力差异问题,考虑两钢丝绳长度差异与张力差异之间的相互影响,... 详细信息

超深矿井缠绕式提升机钢丝绳之间的缠绕同步性保证对于提升系统的安全可靠运行具有重要作用。针对卷筒两缠绳区在钢丝绳缠绕过程中所引起的缠绕变形不同步导致的两钢丝绳间张力差异问题,考虑两钢丝绳长度差异与张力差异之间的相互影响,利用弹性基础梁理论对厚壳弹支结构卷筒在不同受力情况下的径向变形方程进行了推导,建立了钢丝绳动态张力、钢丝绳长度差异与卷筒径向变形三者相耦合的理论计算模型。通过求解不同卷筒结构在钢丝绳缠绕过程中的两钢丝绳间张力差异最大值,总结得出了卷筒的不同出绳方式和不同支轮布置位置对两钢丝绳间张力差异的影响规律,并通过有限元分析软件验证了理论计算模型的正确性。结果表明:超深矿井双绳多层缠绕式提升机卷筒结构对钢丝绳间的提升同步性具有重要影响,卷筒出绳方式与支轮布置位置的不合理组合会导致两钢丝绳间张力差异超过10%,危及提升系统的运行安全;卷筒左右与右左出绳方式下的两缠绳区变形同步性在左、右轮孔距离分别相等时是相同的;卷筒同左与同右出绳方式下的两缠绳区变形同步性在左、右支轮布置位置互为对称时是相同的;卷筒在左右或右左出绳方式下,左、右支轮对称布置时的卷筒结构所引起的两钢丝绳间张力差异最小。

关键词：双绳缠绕提升机卷筒变形张力差出绳方式支轮

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