立井缠绕提升系统钢丝绳卷放运动特性研究

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1、硕士学位论文立井缠绕提升系统钢丝绳卷放运动特性研究MotionCharacteristicStudyofRope’sWindingandUnwindinginVerticalShaftWindingHoistSystem作者：牛岩军导师：曹国华教授中国矿业大学二〇一六年五月中图分类号TD53学校代码10290UDC621密级公开中国矿业大学硕士学位论文立井缠绕提升系统钢丝绳卷放运动特性研究MotionCharacteristicStudyofRope’sWindingandUnwindinginVerticalShaftWindingHoistSystem作者牛岩军导师曹国华申

2、请学位工学硕士培养单位机电工程学院学科专业机械设计及理论研究方向矿井提升答辩委员会主席陈国安评阅人二○一六年五月论文审阅认定书研究生牛岩军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，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢首先感谢我的导师曹国华教授，本论文能够完成完全仰赖曹老师的悉心指导。在攻读硕士学位的三年时间里，曹老师在思想、生活和科研等方面都使我受益匪浅。曹老师优秀的思想品格，扎实的专业功底，乐观的生活态度以

3、及精益求精的工作作风都深深地影响了我，这将成为令我受益终生的财富。在此，谨向我的导师表示深深的敬意。在论文的完成过程中，多次深入矿井生产一线考察，通过现场实验积累了大量数据，为完成论文奠定了坚实的基础。在此对给予大力配合的郑煤集团、淮南矿业集团、山东唐口煤业、沛县沛城煤矿、安徽龙桥铁矿等单位表示诚挚的感谢。三年的学习、科研时光，多数是和实验室同学共同度过。王进杰博士渊博的学识使我折服，王淼硕士、吴荣华硕士、王建通硕士、杨柳柳硕士在工作中给予我极大的帮助，毛广峰硕士、刘志硕士在专业上引领我前进。我向师兄师姐表示诚挚的感谢，祝愿你们前程似锦。在实验室中，我和王乃格博士、夏吉山硕士、

4、高原硕士、薄晓光硕士、黄宇宏硕士、盘继松硕士、张治强硕士等并肩战斗，在科研工作中我们协同配合，齐心协力攻克难关。感谢你们一路的陪伴。感谢实验室的蔡翔硕士等实验工作中的帮助。感谢和我同处一个寝室的刘金革硕士、刘力硕士、杨滨海硕士等室友，是你们给我创设了一个良好的学习环境。感谢我的家人和朋友，谢谢你们的关心和支持。最后感谢评审专家和答辩专家对论文的评阅。摘要立井缠绕提升系统天轮与卷筒之间空中弦绳的振动以及提升容器的水平和纵向振动会影响提升系统运行的安全稳定。钢丝绳卷放过程绕出卷筒出绳点的水平和纵向运动是引起空中弦绳和提升容器振动的重要原因之一。本文针对立井缠绕提升系统钢丝绳卷放过程

5、的运动问题，开展了卷筒上钢丝绳缠绕运动轨迹和卷筒钢丝绳运动状态识别等方面的研究，旨在探索卷筒钢丝绳缠绕运动规律，建立卷筒钢丝绳出绳运动识别方法，为立井缠绕提升系统安全稳定运行提供保障。针对多层缠绕钢丝绳在层间过渡时存在冲击、挤压、磨损的问题，分析了钢丝绳在卷筒第一层缠绕的运动规律，设计了一种基于高阶贝塞尔曲线的层间过渡装置，通过实例分析了该层间过渡装置确保钢丝绳平稳层间过渡的有效性。针对钢丝绳在第二层缠绕时所存在圈间过渡现象，阐述了该现象产生的原因，基于微分几何原理研究了圈间过渡曲线的形态，提出一种计算圈间过渡点进动值的方法。基于对层间过渡和圈间过渡的研究，得到了钢丝绳出绳点运

6、动的位移、速度和加速度曲线。针对钢丝绳卷放运动特征难以识别的问题，设计了一种基于机器视觉技术的卷筒钢丝绳运动特征识别算法。根据钢丝绳出绳直线为同一平面上共点直线的特性，分析了卷筒出绳平面与像平面的投影与反投影关系，研究了平面内共点直线的投影特性，提出一种摄像机直接标定方法。针对钢丝绳运动图像识别问题，基于LSD设计了一种钢丝绳出绳特征识别算法。根据卷筒端面图像特点设计了一种卷筒旋转运动特征识别算法。设计了卷筒钢丝绳运动特征识别软件，实现了卷筒钢丝绳运动特征的有效识别。基于立井缠绕提升系统原理搭建了卷筒钢丝绳运动试验台，建立了卷筒钢丝绳运动特征视觉识别系统，分析了卷筒钢丝绳异常缠

7、绕特征识别问题。实验分析表明上述卷筒钢丝绳运动特征识别算法具有较强的实用性，以及上述卷筒钢丝绳缠绕运动轨迹理论基本正确。该论文有图45幅，表4个，参考文献81篇。关键词：缠绕提升系统；钢丝绳；层间过渡；圈间过渡；机器视觉IAbstractThesecurityandstabilityofhoistsystemwasinfluencedbyvibrationofairropebetweenheadsheaveanddrum,aswellashorizontalorverticalvibrati