[发明专利]煤矿井塔与提升机系统耦合振动计算机仿真分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械机构—建筑结构系统的仿真方法，特别是关于煤矿井塔与提升机系统耦合振动计算机仿真分析方法。

背景技术

煤矿矿井提升系统是联系井下和地面重要的设备。矿井提升系统在启动运行过程中会产生较强烈的振动影响到附近的楼板甚至整个井塔结构；反之，井塔结构的振动又会引起提升设备的振动。因此，结构的振动与动力设备的振动是耦合的。针对这类问题，通常采用动态测试方法测量结构构件或设备的振动，并根据振动强度对安全性作出一定的评估。而数字仿真更多集中在设备机构的运动和井塔等建筑结构的模态特性上，多是单独割裂分析，而不是以设备与井塔为整体进行研究。实际上由于井塔结构提升系统的复杂性，耦合面不好确定等原因，国内外很少见到用动态模拟软件对结构与提升系统的耦合振动进行数字仿真的报道。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种煤矿井塔与提升机系统耦合振动计算机仿真分析方法，是因井塔和提升机机构本身的复杂性和两者结合的耦合面的难以确定性而导致的割裂仿真研究，从设备与井塔为整体研究对象出发，提供一个计算机仿真分析方法，克服割裂分析的缺点，可以进行耦合振动分析，并为系统的安全评估提供结论。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明煤矿井塔与提升机系统耦合振动计算机仿真分析方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1、利用Solidworks三维建模软件分别建立煤矿井塔与提升机的三维模型；

利用Solidworks软件根据煤矿井塔与提升机的实测数据和结构图，以及所定义的井塔提升机系统的三维实体模型中各构件的相关属性，分别建立煤矿井塔数字化模型与提升机数字化模型，利用所述煤矿井塔数字化模型和提升机数字化模型装配井塔提升机系统，获得所述井塔提升机系统数字化模型，将所述井塔提升机系统数字化模型保存为后缀为.x_t的交换文件；所述相关属性包括各构件的材质、质量和转动惯量；

步骤2、将步骤1中所获得的后缀为.x_t的交换文件导入MSC.ADAMS动力学分析软件，在MSC.ADAMS动力学分析软件中对所述井塔提升机系统中的各部件修改材质属性，并对各部件之间的连接关系施加相关约束，获得井塔提升机系统的刚性计算模型；

步骤3、利用ANSYS有限元软件，对井塔结构的刚性构件柔性化，建立井塔提升机系统的刚柔耦合模型；所述井塔结构的刚性构件为楼板、柱及梁构件；

步骤4、利用MSC.ADAMS动力学软件的宏命令建立提升机中提升钢丝绳的计算模型；所述提升机包括：电机、电机端联轴器、减速机、减速机端联轴器、提升滚筒、导向滚筒、提升钢丝绳和箕斗；所述提升机钢丝绳的计算模型选择离散短圆柱模型，各短圆柱之间添加bushing约束，弹性刚度按拉伸刚度、剪切刚度、扭转刚度和弯曲刚度分别计算设定值，阻尼系数按弹性刚度的1％设定；使用宏命令使提升钢丝绳缠绕在提升滚筒上，并且与箕斗连接，形成可仿真的提升机动力学计算模型；

步骤5、设置仿真驱动进行仿真分析；

在ADAMS软件中采用Step函数模拟电动机驱动轴的转速运行曲线，使提升滚筒的转动在一个周期内分别呈现加速、匀速和减速三个阶段；取提升机与楼板接触面的约束联接点作为动力响应分析点；对井塔提升机系统运行仿真，提取所述动力响应分析点的仿真数据进行分析。

本发明煤矿井塔与提升机系统耦合振动计算机仿真分析方法的特点也在于：

所述步骤3中所述建立井塔提升机系统的刚柔耦合模型的方法是：利用ANSYS有限元软件将所述井塔结构的刚性构件进行有限元网格划分，并输出为可适用ADAMS动力学软件的后缀为.mnf的模态中性文件，通过模态中性文件替换相应的刚性构件形成柔性体，将所述井塔提升机系统的刚性计算模型转换为刚柔耦合模型。

所述步骤4中建立提升钢丝绳的计算模型是采用ADAMS动力学软件的宏命令文件建立离散的短圆柱模型代替钢丝绳。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明从系统的角度出发分析振动对结构的安全性的影响，便于把握安全评价的准确性；

2、本发明方法中充分考虑了结构的弹性，对井塔结构进行了柔性化处理，使得结论更加贴近实际情况。

3、本发明方法中考虑了提升机系统的钢丝绳关键部件的柔性化处理，选择了合适的钢丝绳模型，使得提升机的运动更符合实际情况。