一種纏繞式提升機鋼絲繩層間摩擦檢測裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種纏繞式提升機鋼絲繩層間摩擦檢測裝置及方法,尤其適用于模擬礦井提升過程中纏繞式提升機滾筒上鋼絲繩的使用環(huán)境和工作狀況的實驗,用于檢測纏繞式提升機滾筒上鋼絲繩層間摩擦狀況。
【背景技術】
[0002]隨著國家經濟的快速發(fā)展,我國對礦產資源的需求量大幅度增長,促使我國地下礦產資源的開采不斷向深層擴展。隨著礦山開采深度的增加,深井開采及運輸問題也備受關注。我國礦山的平均開采深度在500m左右,隨著淺層礦產資源的消耗,未來開采深度必然會達到1000?2000m。目前,我國深井提升多采用單繩纏繞式提升機(單筒和雙筒)和多繩摩擦式提升機,國內多繩摩擦式提升機一般不推薦在深度超過1200m的情況下使用,否則會因鋼絲繩張力變化過大而影響鋼絲繩的使用壽命。提升鋼絲繩作為纏繞式提升系統(tǒng)的關鍵傳動部件,連接著提升機和提升容器,其可靠性嚴重影響煤礦的安全生產和職工生命安全,一旦提升鋼絲繩發(fā)生失效斷裂將導致機毀人亡重大惡性安全事故的發(fā)生。
[0003]在立井提升循環(huán)中(提起終端載荷、提升過程和卸載),提升鋼絲繩循環(huán)地繞入和繞出滾筒,尤其在滾筒上多層纏繞鋼絲繩時,提升鋼絲繩循環(huán)繞入、繞出滾筒導致繞入、繞出鋼絲繩與下層纏繞鋼絲繩間循環(huán)發(fā)生摩擦磨損,隨著提升高度的增加,提升載荷的增大,提升速度的加快,此種摩擦磨損作用對提升鋼絲繩壽命的影響變得越來越大。因此,揭示鋼絲繩在大張力多層高速纏繞過程中繩間耦合運動的特征,探索繩間結合和分離運動中的摩擦接觸行為對提高千米深井提升鋼絲繩使用壽命、保證深部礦井安全生產、避免人員傷亡和設備損壞、保障我國能源供應具有重要意義。
[0004]所以,提出一種纏繞式提升機鋼絲繩層間摩擦檢測裝置及方法,實時動態(tài)監(jiān)測鋼絲繩摩擦磨損過程中鋼絲繩間的摩擦力、溫度場、摩擦系數以及鋼絲繩內部裂紋拓展,用以揭示鋼絲繩摩擦磨損斷裂機理、評價鋼絲繩的摩擦損傷演化和鋼絲繩疲勞壽命。
【發(fā)明內容】
[0005]本發(fā)明為解決現有裝置不能檢測纏繞式提升機鋼絲繩滾筒多層高速纏繞過程中繩間摩擦磨損,進而提出一種能夠模擬纏繞式提升機滾筒上鋼絲繩層間摩擦狀況的裝置及方法,并能夠實時動態(tài)監(jiān)測鋼絲繩摩擦磨損狀況。
[0006]本發(fā)明采用以下技術方案:
[0007]本發(fā)明首先提供一種纏繞式提升機鋼絲繩層間摩擦檢測裝置,包括支架、設在支架上的加載鋼絲繩定位系統(tǒng)、無接頭鋼絲繩定位系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、動力加載系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng);
[0008]所述支架包括底座(17)和固定在底座(17)上的四個立柱(14),四個立柱(14)圍成一矩形,垂直于傳動軸(28)軸線方向的兩個縱向立柱之間頂部設有橫梁(25),平行于傳動軸(28)軸線方向的兩個橫向立柱之間中部設有定滑輪支撐梁(11);
[0009]所述加載鋼絲繩定位系統(tǒng)包括設在定滑輪支撐梁(11)上的定滑輪支座、關于傳動軸(28)軸線所在的豎直平面對稱設置的兩個定滑輪(13),兩個定滑輪(13)通過銷軸
(10)與定滑輪支座連接,通過兩定滑輪(13)圓周上的凹槽將加載鋼絲繩定位于張緊在輪轂(01)上的兩根無接頭鋼絲繩(27)之間的間隙位置;
[0010]所述無接頭鋼絲繩定位系統(tǒng)包括輪轂(01)、設置在輪轂(01)圓周上的兩條平行的圓弧形凹槽、法蘭式頂蓋一(33)、法蘭式頂蓋二(30)、T型螺栓(29)、無接頭鋼絲繩(27);輪轂(01)兩側的圓周外緣均設置為斜面,法蘭式頂蓋一(33)、法蘭式頂蓋二(30)內側均設置有與該斜面配合的斜面結構;
[0011]所述制動系統(tǒng)包括設置在聯軸器三(06)中間位置的制動圓盤(09)、設置在制動圓盤(09)上的氣壓驅動制動器(07),通過氣壓驅動制動器(07)作用于制動圓盤(09)上的制動力來制動輪轂(01);
[0012]所述動力加載系統(tǒng)包括旋轉驅動系統(tǒng)和加載系統(tǒng);所述旋轉驅動系統(tǒng)包括設在底座(17)上的電機(08)、與電機(08)輸出軸連接的聯軸器三(06)、與聯軸器三(06)連接的減速器(05)、與減速器(05)輸出軸連接的聯軸器二(04)、與聯軸器二(04)連接的動態(tài)扭矩轉速傳感器(03)、與動態(tài)扭矩轉速傳感器(03)連接的聯軸器一(02)、與聯軸器一(02)連接的傳動軸(28)、與傳動軸(28)通過鍵連接的輪轂(01),通過電機(08)的旋轉驅動輪轂(01)旋轉;所述加載系統(tǒng)包括與底座(17)連接的拉環(huán)(16)、與拉環(huán)(16)連接的拉緊器
(15)、與拉緊器(15)連接的加載鋼絲繩(12)、與加載鋼絲繩(12)另一端連接的繩鉤(21)、與繩鉤(21)連接的拉力傳感器(20)、與拉力傳感器(20)連接的電動拉桿(19)、與電動拉桿(19)連接的地腳螺栓(18),地腳螺栓(18)與底座(17)連接,電動拉桿(19)施加的拉力作用于加載鋼絲繩(12)上,進而加載鋼絲繩(12)對輪轂(01)上的兩無接頭鋼絲繩(27)產生壓力載荷;
[0013]所述狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)包括設置在旋轉驅動系統(tǒng)上的動態(tài)扭矩轉速傳感器(03),用于動態(tài)監(jiān)測輪轂(01)的動態(tài)交變負載扭矩和轉速;設置在加載系統(tǒng)上的拉力傳感器(20),用于動態(tài)監(jiān)測電動拉桿(19)施加于加載鋼絲繩(12)的載荷;設置在加載鋼絲繩(12)右上方的紅外熱像儀(24),用于動態(tài)檢測加載鋼絲繩(12)與無接頭鋼絲繩(27)摩擦磨損過程中摩擦接觸側面的溫度變化規(guī)律;設置在加載鋼絲繩(12)上方的聲發(fā)射傳感器(26),用于監(jiān)測鋼絲繩間摩擦過程中加載鋼絲繩(12)內部裂紋的拓展規(guī)律。
[0014]所述的纏繞式提升機鋼絲繩層間摩擦檢測裝置,圓弧形凹槽內設置有圓弧形橡膠墊圈(31),以增加兩個無接頭鋼絲繩(27)和輪轂(01)之間的附著力并避免無接頭鋼絲繩
(27)被輪轂的作用力損傷,法蘭式頂蓋一(33)、法蘭式頂蓋二(30)內側與兩個無接頭鋼絲繩(27)接觸的部位設置有L型橡膠墊圈(32),防止在張緊過程中無接頭鋼絲繩(27)被法蘭式頂蓋一(33)、法蘭式頂蓋二(30)損傷。
[0015]所述的纏繞式提升機鋼絲繩層間摩擦檢測裝置,其通過加載鋼絲繩(12)與旋轉的輪轂(01)上對稱設置的無接頭鋼絲繩(27)的接觸摩擦,來模擬纏繞式提升機滾筒上鋼絲繩層間的摩擦狀況。
[0016]所述的纏繞式提升機鋼絲繩層間摩擦檢測裝置,所述的法蘭式頂蓋二(30)的法蘭上周向間隔相同角度設置沉孔,法蘭式頂蓋一(33)的法蘭上周向間隔相同角度設置通孔,便于T型螺栓(29)緊固。
[0017]所述的纏繞式提升機鋼絲繩層間摩擦檢測裝置,加載鋼絲繩(12)的加載載荷通過電動拉桿(19)施加,改變加載載荷即可測試鋼絲繩在不同載荷下的摩擦磨損性能。
[0018]所述的纏繞式提升機鋼絲繩層間摩擦檢測裝置,加載鋼絲繩(12)與無接頭鋼絲繩(27)接觸包角的變化通過更換不同直徑的定滑輪(13)來實現,改變鋼絲繩接觸包角即可測試不同接觸包角狀態(tài)下鋼絲繩的摩擦磨損性能。
[0019]所述的纏繞式提升機鋼絲繩層間摩擦檢測裝置,通過采用不同結構的加載鋼絲繩
(12)和無接頭鋼絲繩(27)來測試不同鋼絲繩結構對鋼絲繩間摩擦的影響規(guī)律。
[0020]本發(fā)明還提供一種應用上述裝置進行鋼絲繩層間摩擦檢測的檢測方法,法蘭式頂蓋一(33)、法蘭式頂蓋二(30)通過斜面與輪轂(01)配合在一起,T型螺栓(29)穿過法蘭式頂蓋一(33)、法蘭式頂蓋二(30)上的螺栓孔,旋緊螺母在T型螺栓(29)的緊固力作用下,法蘭式頂蓋一(33)、法蘭式頂蓋二(30)不斷擠壓兩個無接頭鋼絲繩(27),使得兩個無接頭鋼絲繩(27)沿著輪轂(01)上的斜面進入輪轂(01)中兩條平行的圓弧形凹槽內,兩個無接頭鋼絲繩(27)在本身徑向彈性力的作用下張緊并固定于輪轂(01)中的圓弧形凹槽中,兩個無接頭鋼絲繩(27)之間留有縫隙;無接頭鋼絲繩(27)張緊在輪轂(01)上的圓弧形凹槽后,將法蘭式頂蓋一(33)、法蘭式頂蓋二(30)拆卸下來;
[0021]電機(08)驅動輪轂(01)旋轉帶動無接頭鋼絲繩(27)旋轉,加載鋼絲繩(12)在電動拉桿(19)施加的載荷下與兩個無接頭鋼絲繩(27)產生摩擦磨損;
[0022]通過動態(tài)扭矩轉速傳感器(03)測得的扭矩變化量計算得出加載鋼絲繩(12)與旋轉的輪轂(01)上對稱設置的無接頭鋼絲繩(27)的接觸摩擦力;
[0023]通過紅外熱像儀(24)對準加載鋼絲繩(12)與旋轉輪轂(01)上對稱設置的無接頭鋼絲繩(27)的接觸位置,監(jiān)測實驗過程中鋼絲繩摩擦接觸側面的溫度變化規(guī)律;
[0024]通過加載鋼絲繩(12)上方的聲發(fā)射傳感器(26),監(jiān)測鋼絲繩間摩擦過程中加載鋼絲繩(12)內部裂紋的拓展規(guī)律;
[0025]通過氣壓驅動制動器(07)作用于制動圓盤(09)上的制動力來制動輪轂(01),來測試制動過程中加載鋼絲繩(12)與兩個無接頭鋼絲繩(27)間的摩擦磨損性能;
[0026]通過更換不同直徑的定滑輪(13)改變加載鋼絲繩(12)與無接頭鋼絲繩(27)的接觸包角,測試不同接觸包角對鋼絲繩間摩擦磨損性能的影響;
[0027]通過更換不同結構的加載鋼絲繩(12)和兩個無接頭鋼絲繩(27),測試不同鋼絲繩結構對鋼絲繩間摩擦磨損性能的影響。