落地摩擦提升悬绳多源耦合振动特性及故障诊断研究

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1、博士学位论文落地摩擦提升悬绳多源耦合振动特性及故障诊断研究InvestigationofMulti-sourceCoupledVibrationCharacteristicsandFaultDiagnosisforHoistingCatenariesinFloorTypeMulti-ropeFrictionMineHoists作者：姚建南导师：肖兴明教授中国矿业大学二○一六年六月中图分类号TD53学校代码10290UDC621密级公开中国矿业大学博士学位论文落地摩擦提升悬绳多源耦合振动特性及故障诊断研究InvestigationofMulti-sourceCouple

2、dVibrationCharacteristicsandFaultDiagnosisforHoistingCatenariesinFloorTypeMulti-ropeFrictionMineHoists作者姚建南导师肖兴明教授申请学位工学博士培养单位机电工程学院学科专业机械电子工程研究方向机械故障诊断答辩委员会主席龚烈航评阅人盲审二○一六年六月论文审阅认定书研究生姚建南在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论

3、文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢九年矿大，五年硕博，求道问术，立德为人我由衷地感谢我的博士生导师肖兴明教授，感恩于导师博大的胸怀，受诲于导师精湛的知识。导师以睿智的思维，敏锐的学术洞察力常常为学生排疑解惑，使学生受益匪浅。导师务实严谨的工作作风，认真细致的治学态度，使学生受用一生。学习中，您是良师；生活中，您是益友。学生不会忘记在痛苦挫折中您鼓励我不要放弃，学生更不会忘记在急难险重面前您劝我勇往直前。值此论文完成之际，我也要特别感谢我的硕士生导师苗运江副教授，您深厚的专业知识与务实求进的工作态度给了学生不断前进的动力。硕士两年，感谢您提供的科研平台，

4、让我得以历练，更感谢您的耐心指点，将我这个懵懂少年带向远方。论文能够得以顺利完成，我还要感谢在期刊论文投稿阶段的国际同行评审专家们，感谢您们犀利而具有建设性的评审意见，完善了我的科研思路，使得我能从更规范与更高的角度去思考，去探索，并完成了本课题的研究。此外，感谢蒋玉强副教授、曹国华教授与上海大学丁虎研究员在本文绳弦动力学理论建模中给出的指导与建议；感谢王大刚副教授、马驰副教授、刘玉飞博士、山显雷博士与王进杰博士在论文的写作中提供的指点与帮助；感谢马衍颂博士、常浩硕士、刘尧硕士、王龙硕士、包从望硕士、王存强硕士、张飞龙硕士、杜晓月硕士、杨光硕士等实验室的兄弟姐妹们在生

5、活中给予的关心和支持。感谢大屯煤电(集团)有限责任公司姚桥煤矿与大同煤矿集团有限责任公司麻家梁煤矿在本课题现场测试中提供的支持与帮助。一路上，栉风沐雨，砥志前行！是亲人们的关怀让我充满温暖，是亲人们的鼓励让我充满动力。在此，我要特别感谢我的舅舅邱训琪先生与舅母王新女士，感谢您们在我成长中给予的关心、鼓励与支持。感谢父母二十九年的养育，你们辛苦了！最后，感谢各位专家学者百忙之中对本论文的评阅与指点，在此表示由衷感谢与深深敬意！摘要国家“十三五”规划中指出：需要建立风险识别和预警机制，以可控方式和节奏主动释放风险，重点提高矿产资源等方面的风险防控能力。随着落地式多绳摩擦提

6、升机被广泛应用于矿井提升，其悬绳因横向振幅过大而引起的绳间碰撞时有发生，其危害是易损伤钢丝绳表面、加速钢丝绳破断与天轮磨损，已成为严重影响矿井提升安全的危险因素之一。为解决此工程故障，本文从以下四方面开展了深入研究：(1)建立了悬绳多源耦合横向振动模型。首先，基于移动原点坐标系统推导出了变长度垂直提升主绳在受到天轮端周期性横向位移激励时的横-纵向耦合振动方程，通过数值仿真分析了主绳在天轮端的动态张力变化规律，为悬绳横向振动的建模提供了动态张力的理论基础；其次，以天轮与摩擦轮的轴向摆动为边界激励，综合提升速度、绳槽直径、悬绳长度、张力等多源耦合因素，建立了提升悬绳多源耦

7、合横向振动模型，推导出了悬绳横向振动位移的数学表达式，并基于实测数据验证了悬绳多源耦合横向振动模型的有效性。(2)进行了多源耦合振动特性及大振幅横向振动抑制研究。首先，基于悬绳的横向振动常微分方程组，以天轮与摩擦轮的轴向摆动位移为激励，考虑天轮与摩擦轮轴向摆动的高阶影响，探讨了悬绳的多源耦合振动特性，得出提升加速度与绳槽直径为悬绳大振幅横向振动的弱耦合参数，天轮的轴向摆动阶次、等速提升速度、提升载荷及悬绳长度为悬绳大振幅横向振动的强耦合参数。其次，研究了悬绳横向振幅的安全范围与抑制准则，进行了基于悬绳横向振动特性的强耦合提升参数(等速提升速度、提升载