矿井提升机垂向钢丝绳振动抑制装置及矿井提升机

技术领域

本发明涉及矿山机械技术领域，具体为矿井提升机垂向钢丝绳振动抑制装置及矿井提升机。

背景技术

煤炭是我国的主体能源，其总产量的近80％来自井下开采。矿井提升机作为连接地面与井下的“咽喉”设备，其运行状态的稳定性和安全性直接影响着矿山的生产能力和工作人员的生命安全。目前，矿井提升机安全稳定运行的主要挑战来源于垂向钢丝绳的振动损伤，尤其在深部矿井环境下，随着垂向钢丝绳的大幅增长，轻微的外部扰动就能引发提升机垂向钢丝绳的剧烈振动，导致钢丝绳动载荷的幅值与频率急剧增大，从而加剧钢丝绳的疲劳损伤，其结果不仅会造成提升机检修和更换成本增高，而且也难以保证运行过程的安全稳定。

目前对提升机钢丝绳振动的研究多集中在振动监测方面，如现有专利(公告号：CN212174204U)，对钢丝绳振动抑制的研究还处于探索阶段，由于矿井环境复杂且恶劣，易出现信号传输时滞或中断现象，常规的振动信号采集-反馈-控制方法难以满足提升机钢丝绳的振动抑制需求，我们提出矿井提升机垂向钢丝绳振动抑制装置及矿井提升机。

发明内容

本发明的目的在于提供矿井提升机垂向钢丝绳振动抑制装置及矿井提升机，通过合理设计单摆长度与质量，可将钢丝绳的振动幅值有效转换至单摆的摆动幅值，进而达到抑制钢丝绳振动的目的。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：矿井提升机垂向钢丝绳振动抑制装置，包括提升机容器，所述提升机容器的顶部固定连接有多根垂向钢丝绳，每根垂向钢丝绳沿竖直方向均安装有至少两个振动抑制模块，且相邻两个振动抑制模块安装方向相互垂直；

其中，振动抑制模块包括夹持件，夹持件的两侧分别安装有第一单摆与第二单摆，且第一单摆整体长度大于第二单摆。

进一步的，所述夹持件包括第一卡环和第二卡环，第一卡环和第二卡环的截面形状均为半圆状，且第一卡环和第二卡环之间通过螺栓进行固定。

进一步的，所述第一卡环和第二卡环的侧壁上均固定连接有支撑杆，支撑杆的中部位置固定连接有限位板，限位板与支撑杆端部形成有安装槽。

进一步的，所述第一卡环与第二卡环之间设置有防护套。

进一步的，所述第一单摆与第二单摆均包括吊环，所述吊环套设在安装槽内，所述吊环的底部固定连接有钢绞线，所述钢绞线的底端固定连接有重锤。

进一步的，所述第一单摆的钢绞线长度大于第二单摆。

进一步的，所述重锤的整体形状设置为圆柱状。

进一步的，所述第一单摆与第二单摆摆动时范围为30°至60°。

进一步的，所述防护套的材质采用橡胶或硅胶。

根据本发明的一个方面，本发明提供矿井提升机，其包括所述的矿井提升机垂向钢丝绳振动抑制装置。

本发明至少具备以下有益效果：

1、本发明以参数振动理论为依据，采用调节振动频率思路设计单摆长度与重锤质量，有效的将钢丝绳振动转移至单摆摆动，从而达到抑制钢丝绳振动的目的，抑制振动过程中无需信号传输与控制，避免了因矿井环境恶劣而造成信号传输时滞或中断问题，使得装置更加安全可靠。

2、本发明装置结构简单，制作方便，通过双单摆结构，不仅可以平衡钢丝绳的外部受力，还可以增加振动频率覆盖范围，此外，振动抑制模块采用沿钢丝绳上下布置并呈90°夹角的安装方式，可以有效抑制垂向钢丝绳在多方向上的振动幅值。

3、本发明具有自适应性，当提升机垂向钢丝绳出现振动状态时，装置单摆便会摆动，进而消除钢丝绳振动，当提升机垂向钢丝绳未出现振动，装置单摆也会静止，如此使得本装置更加持久耐用。

4、本发明整体体型小巧，不需要改变提升机钢丝绳的结构布局便可实施，方便实用，具有非常重要的工程实用价值，为矿井提升机的安全运行提供重要保障。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明整体结构的立体示意图；

图2为本发明图1中A处结构的放大图；

图3为本发明整体结构的正视示意图；

图4为本发明夹持件结构的立体示意图；

图5为本发明第一单摆或第二单摆结构的立体示意图；

图6为本发明振动抑制的原理示意图。

附图标记：

1、提升机容器；2、垂向钢丝绳；3、振动抑制模块；4、夹持件；41、第一卡环；42、第二卡环；43、防护套；5、第一单摆；6、第二单摆；7、支撑杆；8、限位板；9、吊环；10、钢绞线；11、重锤。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。

请参阅图1-6，本发明提供技术方案：矿井提升机垂向钢丝绳2振动抑制装置，包括提升机容器1，提升机容器1的顶部固定连接有多根垂向钢丝绳2，每根垂向钢丝绳2沿竖直方向均安装有至少两个振动抑制模块3，且相邻两个振动抑制模块3安装方向相互垂直；

其中，振动抑制模块3包括夹持件4，夹持件4的两侧分别安装有第一单摆5与第二单摆6，且第一单摆5整体长度大于第二单摆6。

夹持件4主要用于将第一单摆5与第二单摆6整体安装在垂向钢丝绳2上，夹持件4包括第一卡环41和第二卡环42，针对于本实施例的技术方案，第一卡环41和第二卡环42的截面形状均为半圆状，且第一卡环41和第二卡环42之间通过螺栓进行固定。

需要说明的是，第一卡环41与第二卡环42的两侧均固定连接有安装板，安装板上开设有螺孔，且螺孔与螺栓之间相互适配，通过将第一卡环41及第二卡环42上的安装板贴合在一起，并用螺栓穿过螺孔进行固定，即可将第一卡环41与第二卡环42固定在一起，形成完整的夹持件4。

进一步地，第一卡环41与第二卡环42之间设置有防护套43，在一些实施例中，防护套43可采用橡胶或硅胶材质制成，针对于本实施例的技术方案，防护套43采用橡胶材质制成，利用设置的橡胶材质的防护套43不仅能够保护钢丝绳不被第一卡环41及第二卡环42磨损，又能保证有效将垂向钢丝绳2的振动传递至第一卡环41和第二卡环42处。

针对于本实施例的技术方案，第一卡环41和第二卡环42的侧壁上均固定连接有支撑杆7，支撑杆7的中部位置固定连接有限位板8，限位板8与支撑杆7端部形成有安装槽，利用设置的安装槽，便于对第一单摆5与第二单摆6进行安装，在其摆动过程中为其提供支撑及限位。

针对于本实施例的技术方案，第一单摆5与第二单摆6均包括吊环9，吊环9套设在安装槽内，吊环9的底部固定连接有钢绞线10，钢绞线10的底端固定连接有重锤11。

需要说明的是，第一单摆5与第二单摆6的重锤11质量相等，第一单摆5的钢绞线10长度大于第二单摆6，且钢绞线10长度与重锤11质量均通过计算得出。

在一些实施例中，重锤11的整体形状可设置为球体状、圆柱体状或长方体状，针对于本实施例的技术方案，重锤11的整体形状设置为圆柱状，利用圆柱状的重锤11不仅节省空间，还能确保其在摆动过程中不会碰到垂向钢丝绳2。

本发明装置通过采用重锤11式单摆结构，将提升机垂向钢丝绳2振动转移至单摆摆动，进而达到抑制钢丝绳振动的目的。其基本原理如下：

下面结合附图6和实施方式，对本发明所提供的矿井提升机垂向钢丝绳2振动抑制装置做更进一步的说明：

本发明通过采用重锤11式单摆结构，将提升机垂向钢丝绳2振动转移至单摆摆动，进而达到抑制钢丝绳振动的目的，以安装本发明装置的目标段钢丝绳为研究对象，结合工程实际，根据矿井提升机垂向钢丝绳2振动波传递特性，建立等效力学模型，如图6所示，其基本原理如下：

在等效力学模型中，记目标段钢丝绳的振动位移为x，重锤式单摆的摆动位移为θ，目标段钢丝绳的质量为m

通过动能、势能分析，可建立该模型的动力学方程：

令x＝X

求解可得：

式(3)求得的X

此外，本发明装置是双单摆结构，另一个单摆的长度可按钢丝绳2振动的次主频制作，如此便可覆盖更广的钢丝绳2振动频率，使抑制钢丝绳2振动的效果更好。

式(4)求得的Θ

综上所述，本发明以参数振动理论为依据，采用调节振动频率思路设计单摆长度与重锤11质量，有效的将钢丝绳振动转移至单摆摆动，从而达到抑制钢丝绳振动的目的，抑制振动过程中无需信号传输与控制，避免了因矿井环境恶劣而造成信号传输时滞或中断问题，使得装置更加安全可靠，且通过双单摆结构，不仅可以平衡钢丝绳的外部受力，还可以增加振动频率覆盖范围，此外，振动抑制模块3采用沿钢丝绳上下布置并呈90°夹角的安装方式，可以有效抑制垂向钢丝绳2在多方向上的振动幅值。

根据本发明的一个方面，本发明提供矿井提升机，其包括所述的矿井提升机垂向钢丝绳2振动抑制装置。

需要说明的是，可以将根据本申请所提供的矿井提升机垂向钢丝绳2振动抑制装置及矿井提升机中的其他部分分别进行设计、制造和销售，也可以将它们组装在一起后再进行整体销售。无论在进行组合之前所形成的单体、还是在组合之后所形成的整体，它们都落入本申请的保护范围。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。当元件被称为“装配于”、“安装于”、“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。