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本书着眼于 外关于矿井提升机设计理论和方法的*新研究成 果，系统地阐述了数值计算方法，尤其是有限元分析技术和虚拟样机 技术在矿井提升机设计过程中的应用情况。内容包括 外矿井提升 机的发展与现状，矿井提升机钢丝绳的动力学建模方法，钢丝绳动力 学建模方法在矿井提升机设计中的应用，矿井提升机的振动特性、建 模及仿真实例，有限元法和虚拟样机技术，有限元法在矿井提升机设 计中的应用，虚拟样机技术在矿井提升机设计中的应用，数值仿真技 术在矿井提升机分析中的应用。书中针对每个专题均给出了实例。本 书丰富和完善了矿井提升机的设计理论和方法，并使数值计算方法在 矿井提升机的设计应用方面有了进一步发展。 本书可供矿井提升机工程设计人员、生产应用人员、维修检测人 员参考，还可供相关领域的教师和研究生参考。

前言

第１章绪论

１

１１矿井提升机１

１１１背景１

１１２摩擦式提升机２

１１３缠绕式提升机３

１２我国矿井提升机的现状４

１３现代设计方法在矿井提升机设计中的应用５

１４数值计算方法在矿井提升机设计中的应用６

第２章矿井提升机钢丝绳的动力学建模方法９

２１基于集中参数离散模型的钢丝绳纵向振动力学方程１０

２２基于分布参数连续模型的钢丝绳横向振动力学方程１１

２３基于 节点坐标法的钢丝绳动力学模型１３

２３１ 节点坐标方程１４

２３２ 节点坐标方程约束的添加２０

２３３基于 节点坐标法的钢丝绳多体动力学方程２２

２４基于相对节点方程的钢丝绳建模方法２５

２４１单元的划分２５

２４２相对节点方程２６

２４３节点弹性力的计算３１

２４４钢丝绳接触模型３４

２４５系统运动方程求解３６

第３章钢丝绳动力学建模方法在矿井提升机设计中的应用４１

３１矿井提升机设计与钢丝绳相关的动力学问题４１

３２钢丝绳的提升能力４１

３２１单绳缠绕式提升机提升方式的极限提升能力４１

３２２钢丝绳公称抗拉强度对提升能力的影响４２

３２３钢丝绳结构对提升能力的影响４３

３３与钢丝绳承载性能有关的结构设计实例４４

３３１结构设计方案选择的应用实例４４

３３２钢丝绳缠绕过程的运动耦合特征的应用实例４７

３３３摩擦提升机的动力学特性及影响因素５０

３３４超深井多绳摩擦式提升机的极限提升能力５４

３３５大尺度强时变柔性提升系统的纵振、横振和扭振特性５９

第４章矿井提升机振动特性的建模及仿真实例７５

４１摩擦式提升机的纵向振动７５

４１１摩擦式提升机的结构７５

４１２摩擦式提升机的纵向振动模型７６

４１３摩擦式提升机的纵向振动模型参数分析７７

４１４摩擦式提升机的纵向振动方程７９

４１５摩擦式提升机纵向振动方程的求解８２

４２摩擦式提升机的横向振动８３

４２１摩擦式提升机的横向振动模型８４

４２２摩擦式提升机的横向振动方程８４

４２３摩擦式提升机的横向振动能量分析８６

４２４摩擦式提升机横向振动方程的求解８７

４３ＪＫＭ４５×６（Ⅳ）摩擦式提升机的振动特性仿真分析９０

４３１ＪＫＭ４５×６（Ⅳ）摩擦式提

升机的纵向振动分析

９１

４３２ＪＫＭ４５×６（Ⅳ）摩擦式提

升机的横向振动分析１００

４４摩擦式提升机的摩擦传动

动力学模型

１０９

４４１平面梁单元的 节点

坐标方程

１０９

４４２平面梁单元的 节点坐标方

程的修正

１１４

４４３钢丝绳与摩擦轮的摩擦接触

模型

１１７

４４４摩擦式提升机的摩擦传动动

力学方程

１２０

４４５摩擦式提升机的摩擦传动动

力学方程求解

１２２

４４６ＪＫＭ４５×６（Ⅳ）摩擦式提升

机的摩擦传动仿真分析

１２４

第５章有限元法和虚拟样机

技术

１３３

５１有限元法

１３３

５１１概述

１３３

５１２有限元法的思想

１３４

５１３有限元建模

１３５

５１４有限元常用软件

１３７

５１５ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ的

介绍

１３７

５１６ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ的

分析步骤

１３８

５２虚拟样机技术

１３９

５２１虚拟样机

１３９

５２２虚拟样机技术的理论

基础

１４０

５３ＲｅｃｕｒＤｙｎ软件

１４５

５３１概述

１４５

５３２ＲｅｃｕｒＤｙｎＶ８Ｒ１的基本

模块

１４５

５３３建模和仿真的步骤

１４７

第６章有限元法在矿井提升机

设计中的应用

１４８

６１引言

１４８

６２有限元法在矿井提升机主轴装置

设计中的应用

１４８

６２１矿井提升机的主轴装置

１４８

６２２主轴装置建模

１４９

６２３计算结果及分析

１５１

６３有限元法在钢丝绳张力耦合变化

特性分析中的应用

１５７

６３１钢丝绳缠绕模型的建模

１５７

６３２不同包角下钢丝绳股内各

丝张力分布的仿真分析

１６２

６４矿井提升机制动过程的热－结构

耦合分析

１６８

６４１分析内容

１６８

６４２制动过程中的载荷及边界

条件施加

１６８

６４３紧急制动工况下制动器的热－

结构仿真计算与分析

１６９

６５有限元法在钢丝绳－提升容器作业

过程力学分析中的应用

１７４

６５１钢丝绳－提升容器有限元

建模

１７４

·Ⅵ·

矿井提升系统数值仿真技术６５２钢丝绳－提升容器作业过程的

动力学分析１７６

６６有限元法在缠绕式提升机主轴装置

分析中的应用

１８０

６６１卷筒结构的受力分析

１８０

６６２主轴结构的受力分析

１８３

６６３承载结构作业过程中的动

态应力分析

１８５

６７有限元法在卷筒部分的结构优

化中的应用

１８７

６７１卷筒的优化设计

１８９

６７２卷筒支轮的优化设计

１９０

６８有限元法在承载结构疲劳寿命分析

中的应用

１９２

６８１矿井提升机卷筒的疲劳

寿命

１９２

６８２矿井提升机主轴的疲劳

寿命

１９４

６８３矿井提升机天轮的疲劳

寿命

１９４

第７章虚拟样机技术在矿井

提升机设计中的应用

１９７

７１柔性体建模技术

１９７

７１１基于模态坐标的柔性体

建模方法

１９７

７１２有限元多柔性体建模

原理

２００

７１３多柔性体技术中柔性体的

描述

２００

７２摩擦式提升机的虚拟样机

仿真

２０５

７２１主轴装置的建模

２０５

７２２钢丝绳的建模

２０９

７２３提升容器及配重的建模

２０９

７２４外部载荷的输入

２０９

７２５虚拟样机模型

２０９

７２６数值仿真及结果分析

２０９

７２７钢丝绳受力不平衡的

分析

２１４

７３缠绕式提升机的虚拟样机

仿真

２１６

７３１虚拟样机模型

２１６

７３２双提升电动机作用下钢丝绳

高速缠绕过程的运动耦合

特征

２２４

７４矿井提升机虚拟样机建模与紧急

制动动力学仿真

２２７

７４１分析对象

２２７

７４２矿井提升机模型的简化与

建立

２２７

７４３双卷筒矿井提升机的边界条件

施加和虚拟样机建模

２２８

７４４双卷筒矿井提升机的紧急制

动特性仿真

２２９

７４５满载提升容器的紧急

制动

２２９

７４６满载提升容器在井底附近时的

紧急制动２３２

第８章数值仿真技术在矿井提升机

分析中的应用

２３７

８１分析目的

２３７

８２疲劳设计及分析方法

２３７

８２１疲劳设计方法

２３７

８２２疲劳寿命分析方法

２３８

８２３矿井提升机随机载荷的疲劳

寿命分析方法

２３９

８２４雨流计数法

２４２

８２５矿井提升机主轴的疲劳分析

方法及选用

２４３

８３摩擦式提升机的动应力响应

计算模型

２４４

８３１摩擦式提升机主轴装置的多体

动力学建模

２４６

８３２摩擦式提升机钢丝绳的多体

动力学建模

２４８

８３３摩擦式提升机提升容器及

·Ⅶ·

目录罐道的多体动力学建模

２４８

８３４摩擦式提升机多体动力学

模型的外部载荷输入

２４８

８３５摩擦式提升机的动应力响

应计算模型

２４９

８３６摩擦式提升机的动应力

历程计算结果

２４９

８４摩擦式提升机部件的疲劳

寿命估算

２５５

８４１摩擦式提升机部件基于Ｐ－Ｓ－

Ｎ曲线的疲劳分析

２５５

８４２摩擦式提升机部件的剩余

疲劳寿命估算

２５９

８５利用虚拟样机在超深井提升机

设计中的应用

２６４

８５１多绳缠绕式提升机的动载荷

预测分析

２６４

８５２张力均衡的方法

２６６

８５３浮动天轮张力平衡装置调绳

能力的仿真分析

２７３

第９章矿井提升机的试验与动力学

模型的验证

２７８

９１摩擦式提升机试验的内容及

测试方法

２７８

９１１试验的内容

２７９

９１２测试设备及测试方法

２８０

９１３试验测试点的布置２８１

９２摩擦式提升机的试验结果及与理论

结果的比较２８３

９２１提升容器速度和加速度试验的

结果与分析

２８４

９２２钢丝绳张力试验的结果与

分析

２９０

９２３主轴及卷筒动应力试验的

结果与分析

２９３

９２４试验结果与理论结果的

误差分析

２９７

９３缠绕式提升机的试验结果及与

理论结果的比较

２９８

９３１测试试验台的虚拟样机

模型

２９８

９３２仿真模型的调试与试算

３０１

９３３测试值与计算值的比较

３０１

９４双绳缠绕式提升系统的纵振、

横振试验

３０６

９４１提升系统的纵振试验

３０６

９４２基于数字样机的提升系统的

横振试验

３１０

９４３基于数字样机的提升系统的

张力验证

３１５

参考文献

３１８

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书籍介绍

本书着眼于国内外关于矿井提升机设计理论和方法的*新研究成 果，系统地阐述了数值计算方法，尤其是有限元分析技术和虚拟样机 技术在矿井提升机设计过程中的应用情况。内容包括国内外矿井提升 机的发展与现状，矿井提升机钢丝绳的动力学建模方法，钢丝绳动力 学建模方法在矿井提升机设计中的应用，矿井提升机的振动特性、建 模及仿真实例，有限元法和虚拟样机技术，有限元法在矿井提升机设 计中的应用，虚拟样机技术在矿井提升机设计中的应用，数值仿真技 术在矿井提升机分析中的应用。书中针对每个专题均给出了实例。本 书丰富和完善了矿井提升机的设计理论和方法，并使数值计算方法在 矿井提升机的设计应用方面有了进一步发展。 本书可供矿井提升机工程设计人员、生产应用人员、维修检测人 员参考，还可供相关领域的教师和研究生参考。