本發(fā)明專利涉及一種深井雙折線式多層纏繞提升機鋼絲繩的徑向變形及張力的動態(tài)監(jiān)測裝置及方法，能夠模擬纏繞式提升系統(tǒng)中鋼絲繩在加速、減速、勻速、急停等多種工作情況下所受拉力特性，可用于探究卷筒上每層鋼絲繩的實時徑向變形、卷筒外壁不同區(qū)域所受壓力及鋼絲繩張力的動態(tài)變化。

背景技術：

礦山生產的全過程離不開礦山運輸和提升工作，因此，運輸和提升工作的好壞直接關系到礦上生產能否正常高效進行。礦井提升設備是礦山生產的咽喉，是集機、電、液于一體的大型復雜系統(tǒng)。它是礦山生產的一條生命線，主要用于提運礦石、煤炭、物料、人員和設備，是礦山井下生產系統(tǒng)與地面工業(yè)廣場相連接的樞紐。隨著礦井開采走向深部和現(xiàn)代化大型礦井安全高效生產的要求，多層纏繞式提升機的應用日趨大型化，隨著卷筒的增長,重量和轉動慣量增加,需要更大的電機,而且需要更大的布置空間，采用多層纏繞卷筒可以節(jié)省成本。雙折線繩槽是適合多層纏繞的一種繩槽形式,它能有效地克服傳統(tǒng)卷筒在多層纏繞方面的缺點,避免亂繩,有效地延長鋼絲繩的使用壽命。并以其提升能力大，提升高度大，安全系數(shù)高，造價便宜等顯著優(yōu)點，被越來越多地用于深井及超深礦井的礦井提升中。隨著礦井開采深度的增加，為了提高深井及超深礦井提升機的運輸效率，提升裝備必然向大提升載荷和高提升速度發(fā)展，這也為提升設備的安全性和可靠性提出了更高要求，因鋼絲繩在長時間工作中會發(fā)生形變，特別是工況突然變化時鋼絲繩所受拉力及張力易使鋼絲繩發(fā)生斷裂從而引起作業(yè)吊籃墜落事故，造成人員傷亡。

在摩擦提升機的提升過程中，由于可變的提升鋼絲繩懸垂長度和慣性載荷的共同作用，提升鋼絲繩在上提加速、勻速、減速一個周期的提升過程中，提升系統(tǒng)會發(fā)生振動，鋼絲繩也承受動張力變化，特別是在提升的加速、減速階段，鋼絲繩的動張力振動較大，振動頻率隨著鋼絲繩長度的減小而增大。振動使鋼絲繩所受拉力及張力改變，鋼絲繩產生徑向形變，在長時間周期工作后影響鋼絲繩壽命，引發(fā)提升機的惡性事故。因為每一層鋼絲繩受到的力是不同且多樣的，如果能檢測出每一層鋼絲繩的變形及張力就能有效預防礦井事故的發(fā)生。所以，提出一種深井提升鋼絲繩徑向變形及張力的動態(tài)監(jiān)測裝置及方法，探究卷筒上每層鋼絲繩的實時徑向變形、卷筒外壁不同區(qū)域所受壓力及鋼絲繩張力的動態(tài)變化是至關重要的。

現(xiàn)有提升機鋼絲繩檢測裝置包括：專利號為ZL201220715786.1的實用新型專利公開了一種多繩摩擦提升機鋼絲繩張力在線監(jiān)控裝置，可以通過無線發(fā)射模塊和壓力傳感器采集鋼絲繩張力并通過無線方式發(fā)送至無線接收模塊，不受提升機結構和運行狀態(tài)的影響，實現(xiàn)對提升機鋼絲繩動態(tài)張力的實時監(jiān)測，然而不能檢測每一層鋼絲繩的徑向形變量；專利號為ZL201420703971.8的實用新型專利公開了一種礦井提升機張力監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了礦井鋼絲繩張力遠程實時監(jiān)測，提高礦井提升機的安全性，然而，該系統(tǒng)檢測鋼絲繩形變使用的三點彎曲法精確度不高，不能精確地算出鋼絲繩所受的張力；申請?zhí)枮?01510634389.X的發(fā)明申請公開了一種提升系統(tǒng)中鋼絲繩張力測量方法，是一種間接測量方法，沒有對鋼絲繩進行直接接觸，不破壞鋼絲繩結構，該方法不能測量每層鋼絲繩的張力值。

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明提供一種深井雙折線式多層纏繞提升機鋼絲繩的徑向變形及張力的動態(tài)監(jiān)測裝置及方法，能夠模擬纏繞式提升系統(tǒng)中鋼絲繩在加速、減速、勻速、急停等多種工作情況下所受拉力特性，可用于探究卷筒上每層鋼絲繩的實時徑向變形、卷筒外壁不同區(qū)域所受壓力及鋼絲繩張力的動態(tài)變化。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術方案：一種深井雙折線式多層纏繞提升機鋼絲繩的動態(tài)徑向變形與動張力監(jiān)測裝置，包括基架、驅動系統(tǒng)、拉壓檢測系統(tǒng)、動態(tài)變形監(jiān)測系統(tǒng)；

所述基架包括電動機及減速器支架、伺服電動缸支架、二維激光傳感器夾具及二維激光傳感器支架，通過地腳螺栓將電動機及減速器支架和伺服電動缸支架固定在地面上，二維激光傳感器夾具通過螺栓A固定在二維激光傳感器支架上；

所述驅動系統(tǒng)包括電動機、聯(lián)軸器A、減速器、聯(lián)軸器B，電動機及減速器通過螺栓固定在電動機及減速器支架上，電動機輸出軸通過聯(lián)軸器A與減速器輸入軸相連，減速器輸出軸通過聯(lián)軸器B與卷筒的主軸相連，卷筒端部的卷筒擋板外側與盤形制動器的制動盤相貼合；

所述拉壓檢測系統(tǒng)包括伺服電動缸、S型拉力傳感器、鋼絲繩夾具、鋼絲繩、稱重式壓力傳感器，電動缸通過螺栓固定在電動缸支架上，S型拉力傳感器一端與伺服電動缸相連，S型拉力傳感器另一端與鋼絲繩夾具連接，在卷筒表面設有摩擦襯墊，摩擦襯墊表面設有雙折線繩槽，鋼絲繩纏繞在雙折線繩槽上，鋼絲繩夾具一端通過鋼絲繩夾具上的鋼絲繩U型鎖具鎖緊，摩擦襯墊背面沿卷筒軸向設置多個與稱重式壓力傳感器外形相匹配的傳感器安裝槽，稱重式壓力傳感器設置在傳感器安裝槽內；

所述動態(tài)變形監(jiān)測系統(tǒng)包括二維激光傳感器，二維激光傳感器對準設置在卷筒擋板、制動盤上的監(jiān)測孔。

進一步的，所述稱重式壓力傳感器包括稱靠近卷筒兩端的重式壓力傳感器A、稱重式壓力傳感器C以及位于卷筒中部的稱重式壓力傳感器B。

進一步的，所述卷筒表面與傳感器安裝槽對應的位置設有平面槽，稱重式壓力傳感器通過螺栓B與平面槽固定。

根據(jù)上述監(jiān)測裝置的深井雙折線式多層纏繞提升機鋼絲繩的動態(tài)徑向變形與動張力監(jiān)測方法，該方法包括以下內容：

a)通過電動機帶動卷筒轉動將鋼絲繩纏繞三層到卷筒上，然后關閉電動機，鋼絲繩一端通過鋼絲繩夾具后用鋼絲繩U型鎖具夾緊，鋼絲繩夾具與S型拉力傳感器的一端相連，S型拉力傳感器的另一端與伺服電動缸相連；

b)開啟二維激光傳感器，確保二維激光傳感器能通過監(jiān)測孔監(jiān)測到鋼絲繩的第一層繩體、第二層繩體、第三層繩體，通過盤形制動器制動卷筒，通過計算機控制伺服電動缸水平移動使得鋼絲繩的受力達到設定疲勞載荷，此時用二維激光傳感器實時記錄下鋼絲繩三層繩體外輪廓，通過與未加力時鋼絲繩三層繩體外輪廓比較計算得出每一層鋼絲繩的變形量；

c)松開盤形制動器，關閉伺服電動缸并重新啟動電動機，通過電動機帶動卷筒7反向旋轉至鋼絲繩只纏繞一層在卷筒上，通過盤形制動器制動卷筒，并通過鋼絲繩夾具的鋼絲繩U型鎖具重新夾緊鋼絲繩，通過計算機控制伺服電動缸水平移動對鋼絲繩加載，使二維激光傳感器監(jiān)測到的鋼絲繩變形量分別達到b)步驟所得到的每一層鋼絲繩的變形量，并通過稱重式壓力傳感器分別測出不同區(qū)域單根鋼絲繩的壓力值；

d)根據(jù)c)步驟所得的每一層鋼絲繩所受到的壓力值，通過計算得到每一層鋼絲繩相應的張力值；

e)關閉伺服電動缸、二維激光傳感器和不同位置的稱重式壓力傳感器，停止試驗；

f)通過計算機控制伺服電動缸給鋼絲繩以不同的加載，實現(xiàn)提升機的加速、勻速、減速和急停等工況，通過二維激光傳感器、S型拉力傳感器和不同位置的稱重式壓力傳感器所測得的數(shù)據(jù)來研究鋼絲繩在多種工況下的拉力特性、張力變化及鋼絲繩的徑向變形。

有益效果：本發(fā)明專利能夠模擬纏繞式提升系統(tǒng)中鋼絲繩在加速、減速、勻速、急停等多種工作情況下所受拉力特性，可以精確檢測每一層鋼絲繩形變量及張力，從而更精確的判斷是否需要更換鋼絲繩，來減少因提升機鋼絲繩斷裂而引起的礦難事故。

附圖說明

圖1為本發(fā)明專利的主視圖；

圖2為本發(fā)明專利的B向視圖；

圖3為圖2中I處的局部放大圖；

圖4為檢測單層鋼絲繩的張力時的I處局部放大圖；

圖5為圖2的A-A局部剖視圖；

圖6為圖5中II處的局部放大圖；

圖7為圖5中III處的局部放大圖；

圖8為圖5中IV處的局部放大圖；

圖中：1、電動機及減速器支架；2、電動機；3、聯(lián)軸器A；4、減速器；5、聯(lián)軸器B；6、卷筒擋板；7、卷筒；8、螺栓A；9、二維激光傳感器；10、二維傳感器夾具；11、二維激光傳感器支架；12、盤形制動器；13、制動盤；14、監(jiān)測孔；15、鋼絲繩U型鎖具；16、鋼絲繩夾具；17、S型拉力傳感器；18、伺服電動缸；19、伺服電動缸支架；20、第一層繩體；21、第二層繩體；22、第三層繩體；23、稱重式壓力傳感器A；24、鋼絲繩；25、摩擦襯墊；26、稱重式壓力傳感器B；27、稱重式壓力傳感器C；28、平面槽；29、螺栓B。

具體實施方式：

下面結合附圖對本發(fā)明做更進一步的解釋。

如圖1和2所示，本發(fā)明的一種深井雙折線式多層纏繞提升機鋼絲繩的動態(tài)徑向變形與動張力監(jiān)測裝置，包括基架、驅動系統(tǒng)、拉壓檢測系統(tǒng)、動態(tài)變形監(jiān)測系統(tǒng)。

所述基架包括電動機及減速器支架1、伺服電動缸支架19、二維激光傳感器夾具10及二維激光傳感器支架11。通過地腳螺栓將電動機及減速器支架1和伺服電動缸支架19固定在地面上，二維激光傳感器夾具10通過螺栓A8固定在二維激光傳感器支架11上。

所述驅動系統(tǒng)包括電動機2、聯(lián)軸器A3、減速器4、聯(lián)軸器B5。電動機2及減速器4通過螺栓固定在電動機及減速器支架1上，電動機2輸出軸通過聯(lián)軸器A3與減速器4輸入軸相連，減速器4輸出軸通過聯(lián)軸器B5與卷筒7的主軸相連，卷筒7端部的卷筒擋板6外側與盤形制動器12的制動盤13相貼合。

所述拉壓檢測系統(tǒng)包括伺服電動缸18、S型拉力傳感器17、鋼絲繩夾具16、鋼絲繩24、稱重式壓力傳感器。電動缸18通過螺栓固定在電動缸支架19上，S型拉力傳感器17一端與伺服電動缸18相連，S型拉力傳感器17另一端與鋼絲繩夾具16連接，在卷筒7表面設有摩擦襯墊25，摩擦襯墊25表面設有雙折線繩槽，鋼絲繩24纏繞在雙折線繩槽上，鋼絲繩夾具16一端通過鋼絲繩夾具16上的鋼絲繩U型鎖具15鎖緊。

如圖5至8所示，摩擦襯墊25背面沿卷筒7軸向設置多個與稱重式壓力傳感器外形相匹配的傳感器安裝槽，稱重式壓力傳感器設置在傳感器安裝槽內，所述卷筒7表面與傳感器安裝槽對應的位置設有平面槽28，稱重式壓力傳感器通過螺栓B29與平面槽28固定。本實施例中，所述稱重式壓力傳感器包括稱靠近卷筒7兩端的重式壓力傳感器A23、稱重式壓力傳感器C27以及位于卷筒7中部的稱重式壓力傳感器B26。

所述動態(tài)變形監(jiān)測系統(tǒng)包括二維激光傳感器9，二維激光傳感器9對準設置在卷筒擋板6、制動盤13上的監(jiān)測孔14。

根據(jù)上述監(jiān)測裝置的深井雙折線式多層纏繞提升機鋼絲繩的動態(tài)徑向變形與動張力監(jiān)測方法，該方法包括以下內容：

a)通過電動機2帶動卷筒7轉動將鋼絲繩24纏繞三層到卷筒7上，然后關閉電動機2，鋼絲繩24一端通過鋼絲繩夾具16后用鋼絲繩U型鎖具15夾緊，鋼絲繩夾具16與S型拉力傳感器17的一端相連，S型拉力傳感器17的另一端與伺服電動缸18相連；

b)如圖3所示，開啟二維激光傳感器9，確保二維激光傳感器9能通過監(jiān)測孔14監(jiān)測到鋼絲繩24的第一層繩體20、第二層繩體21、第三層繩體22，通過盤形制動器12制動卷筒7，通過計算機控制伺服電動缸18水平移動使得鋼絲繩24的受力達到設定疲勞載荷，此時用二維激光傳感器9實時記錄下鋼絲繩24三層繩體外輪廓，通過與未加力時鋼絲繩24三層繩體外輪廓比較計算得出每一層鋼絲繩24的變形量；

c)如圖4所示，松開盤形制動器12，關閉伺服電動缸18并重新啟動電動機2，通過電動機2帶動卷筒7反向旋轉至鋼絲繩24只纏繞一層在卷筒7上，通過盤形制動器12制動卷筒7，并通過鋼絲繩夾具16的鋼絲繩U型鎖具15重新夾緊鋼絲繩24，通過計算機控制伺服電動缸18水平移動對鋼絲繩24加載，使二維激光傳感器9監(jiān)測到的鋼絲繩變形量分別達到b)步驟所得到的每一層鋼絲繩24的變形量，并通過稱重式壓力傳感器分別測出不同區(qū)域單根24鋼絲繩的壓力值；

d)根據(jù)c)步驟所得的每一層鋼絲繩24所受到的壓力值，通過計算得到每一層鋼絲繩24相應的張力值；該步驟中，通過鋼絲繩張力計算經驗公式將壓力值轉化為張力值；

e)關閉伺服電動缸18、二維激光傳感器9和不同位置的稱重式壓力傳感器，停止試驗；

f)通過計算機控制伺服電動缸18給鋼絲繩24以不同的加載，實現(xiàn)提升機的加速、勻速、減速和急停等工況，通過二維激光傳感器9、S型拉力傳感器17和不同位置的稱重式壓力傳感器所測得的數(shù)據(jù)來研究鋼絲繩在多種工況下的拉力特性、張力變化及鋼絲繩的徑向變形。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。