前言

矿井提升机作为当前我国大型矿山工程急需的重大装备，在矿业生产中担负着升降人员，提升重物，运送材料、设备和工具的任务，是沟通矿井地面与井下的重要运输设备，有“矿井咽喉”之称。在矿井提升机设计中采用的传统的类比、经验方法存在的不足成为提高我国矿井提升机设计水平、培养自主研发能力的一个障碍。实现矿井提升机的设计从静态到动态的转变是提升我国矿井提升机设计水平的必经之路。

基于数值仿真技术发展的计算机辅助工程（Computer Aided Engineering,CAE），依托有限元、多体动力学、有限差分、有限体积、计算机技术等，在有效降低产品成本、提高产品性能等方面发挥着越来越重要的作用。其中有限元法（Finite Element Method,FEM）及虚拟样机技术（Virtual Prototyping, VP）是工程上应用最多的两种计算手段。

有限元法是一种求解偏微分方程边值问题近似解的数值技术。随着计算机技术和计算方法的发展，有限元法在工程设计和科研领域得到了越来越广泛的重视和应用，已经成为解决复杂工程分析计算问题的有效手段，在现代制造业中大量的设计制造都已离不开有限元分析，其在各个领域的广泛使用已使设计水平发生了质的飞跃。虚拟样机技术是当今产品设计制造领域的一项新技术，又称为机械系统动态仿真（Mechanical System Simulation）技术，是在20世纪80年代随着计算机技术的发展而迅速发展起来的一项计算机辅助工程新技术。利用虚拟样机技术可以在计算机上建立样机模型，对模型进行各种动态性能分析，并根据分析结果改进样机设计方案，用数字化形式代替传统的物理样机，从而大大提高了设计效率，降低了生产制造的成本。

本书系统介绍了多种数值计算方法在矿井提升机设计中的应用情况，并给出了多个设计实例。利用有限元方法研究了矿井提升机制动过程的摩擦生热现象及主轴结构的强度设计等问题；在矿井提升机动力学特性的研究过程中，结合柔性多体动力学、结构动力学等领域的最新研究成果，解决了构建刚柔耦合系统模型的矿井提升机动力学问题的多个难点，使建立矿井提升机的刚柔耦合多体动力学计算模型成为可能，从而可以动态模拟矿井提升机系统在各种参数与条件下的动力学行为，预估矿井提升机系统运动的平稳性、获得矿井提升机关键零部件的动应力随时间变化的数据，从而实现在设计阶段预测控制机械的动态特性，进而最终达到取代样机的中间试验的目的。

全书共9章，其中第1~4章、第6章由刘义（常州机电职业技术学院）撰写，第5、7章由李济顺（河南科技大学）撰写，第8章由杨芳（河南科技大学）撰写，第9章由邹声勇（中信重工机械股份有限公司）与杨芳撰写。第1章介绍了矿井提升机的应用背景、现代设计方法和数值计算方法在矿井提升机设计中的应用等；第2章介绍了矿井提升机钢丝绳的动力学建模方法；第3章介绍了钢丝绳动力学建模方法在矿井提升机设计中的应用；第4章介绍了矿井提升机振动特性的建模及仿真实例；第5章介绍了有限元法和虚拟样机技术；第6章介绍了有限元法在矿井提升机设计中的应用；第7章介绍了虚拟样机技术在矿井提升机设计中的应用；第8章介绍了数值仿真技术在矿井提升机分析中的应用；第9章介绍了矿井提升机的试验与动力学模型验证。

本书的相关研究工作得到了国家重点基础研究发展计划（973计划）项目（2014CB049400）和江苏省“333工程”科研项目（BRA 2020311）的资助。本书在写作的过程中得到了中国矿业大学曹国华教授，重庆大学龚宪生教授，中南大学谭建平教授，973计划项目组重庆大学、中信重工机械股份有限公司和中南大学的大力支持，特此一并表示衷心的感谢！

由于水平有限，书中难免有不妥和疏漏之处，欢迎广大读者批评指正。

作者