千米深井大型提升机主轴装置弯扭耦合振动机理研究

基本信息
批准号:51505476
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:21.00
负责人:花纯利
学科分类:
依托单位:中国矿业大学
批准年份:2015
结题年份:2018
起止时间:2016-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:卢昊,顾苏军,王进杰,王彦栋,王乃格,晏璐
关键词:
主轴装置弯扭耦合振动滚动轴承千米深井非线性动力学
结项摘要

This project takes the main shaft device of the kilometer deep large mine hoist as the study subject, the rotor-ball bearing dynamics model is established. In order to improve the stability and safety of the hoist system, the mechanism of the coupled bending and torsion vibration of the main shaft device of the kilometer deep large mine hoist is investigated in detail, through the theoretical simulation and experimental research. Firstly, the relationship between the supporting characteristics of the ball bearing and the bearing structure, radial load, rotational speed, and surface characteristics is drawn, based on the contact theory and elastohydrodynamic lubrication theory. Secondly, the coupled bending and torsion nonlinear dynamics model of the rotor system is established to investigate the dynamic response characteristics and stability of the rotor system. It is taken into accounts that the coupled effect of bending and torsion of the main shaft of the large hoist, heavy load and time variety. Thirdly, the coupled bending and torsion nonlinear dynamics model of the rotor-ball bearing system is established, considering the dynamics of the ball bearing, the coupled effect of bending and torsion, heavy load, time variety and so on. A systematic study on the influences of system parameters on the nonlinear dynamic response characteristics and stability of the rotor-ball bearing system are carried out. Finally, the dynamic characteristics of the main shaft device of the kilometer deep large mine hoist experiments are carried out to verify the theory analysis results. These analysis results of the research provide the theoretical bases for the main device’s optimization design, status recognition, safe and stable operation of the kilometer deep large mine hoist.

本项目以千米深井大型提升机主轴装置为研究对象,建立转子-滚动轴承系统动力学模型,以提高提升机系统稳定性和安全性为目标,采用理论仿真和试验分析相结合的方法,开展千米深井大型提升机主轴装置弯扭耦合振动机理研究。首先,基于接触理论和弹性流体润滑理论,给出提升机滚动轴承支撑特性与轴承结构参数、载荷、旋转速度和表面特征等参数之间的映射关系;其次,考虑弯扭耦合作用、重载荷和时变性等因素,建立转子系统弯扭耦合非线性动力学模型,揭示系统参数对转子系统动态响应特性影响及其稳定性演化规律。再次,综合考虑滚动轴承动力学特性、弯扭耦合作用、重载荷和时变性等因素,建立转子-滚动轴承系统弯扭耦合非线性动力学模型,揭示系统参数对转子-滚动轴承系统非线性动力学响应特性影响及其稳定性演化规律;最后,通过试验研究验证理论分析结果和规律。研究成果可为千米深井大型提升机主轴装置的结构优化设计、状态识别和安全运转提供理论依据。

项目摘要

本项目以矿井提升机主轴装置为研究对象,开展提升机主轴装置弯扭耦合振动机理研究。基于Hertz接触理论和弹性流体润滑理论,建立了滚动轴承动力学模型,给出了滚动轴承支撑特性和系统参数之间的映射关系。根据Lagrange方程建立了主轴动力学模型,经理论分析得到了系统参数对主轴碰摩振动响应特性随旋转速度演化规律的影响,并给出了主轴响应特性随旋转速度的演化规律;在考虑弯扭耦合作用等因素下建立了主轴弯扭耦合非线性动力学模型,经数值分析得到了主轴弯扭耦合振动响应特性,揭示了系统参数对其动态响应特性的影响规律。综合考虑轴承支撑特性和弯扭耦合作用等因素,建立了转子-轴承系统弯扭耦合非线性动力学模型,经数值计算分析得到了动态响应特性,揭示了主要系统参数对其动态响应特性的影响规律。最后,设计提升机载荷检测系统,搭建试验系统并采集试验数据。本项目研究研究成果可为提升机主轴装置的结构优化设计和状态识别提供理论依据。已发表学术论文4篇,已出版专著1部,申请已公开发明专利2项。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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