腐蝕-交變載荷耦合作用下鋼絲繩彎曲疲勞損傷監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及監(jiān)測系統(tǒng)，具體是一種腐蝕-交變載荷耦合作用下鋼絲繩彎曲疲勞損傷監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼絲繩是由多層鋼絲捻成股、再由股捻繞成繩的空間螺旋結(jié)構(gòu)，因承載能力好、彎曲柔韌性好、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)無噪音、安全系數(shù)大、自重輕等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于各種提升與起重系統(tǒng)。在礦井提升系統(tǒng)中，提升鋼絲繩連接礦井提升機(jī)和提升容器共同組成了礦井提升系統(tǒng)，擔(dān)負(fù)著提升煤炭、矸石、下放材料、升降人員和設(shè)備的任務(wù)，一旦鋼絲繩失效斷裂將導(dǎo)致井毀人亡的重大事故，并且嚴(yán)重影響礦井正常生產(chǎn)和人員的生命安全。由于礦井提升鋼絲繩長期處于摩擦、潮濕和腐蝕等工作環(huán)境(PH約為6-12)中，并承受著反復(fù)的拉伸載荷和彎曲載荷；在礦井提升的過程中，因提升機(jī)的加速或減速過程以及時(shí)變的懸垂繩長使得提升鋼絲繩承受交變載荷的作用。這都會(huì)導(dǎo)致鋼絲繩內(nèi)相鄰鋼絲間微小振幅的微動(dòng)磨損；如果在微動(dòng)磨損過程中接觸區(qū)域存在腐蝕介質(zhì)，將產(chǎn)生微動(dòng)腐蝕現(xiàn)象；微動(dòng)磨損和循環(huán)的拉伸載荷或彎曲載荷的共同作用使接觸鋼絲間發(fā)生微動(dòng)疲勞，引起鋼絲表面的裂紋萌生、擴(kuò)展，最終達(dá)到斷裂失效，加劇鋼絲繩的疲勞斷絲失效，縮短了鋼絲繩的使用壽命。因此，探宄腐蝕-交變載荷耦合作用下鋼絲繩彎曲疲勞損傷機(jī)理和演化特性對(duì)提升鋼絲繩失效分析有重要意義。然而，現(xiàn)有的傳統(tǒng)鋼絲繩彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)已經(jīng)不能滿足要求，亟需一種能夠模擬礦井提升實(shí)際工況的腐蝕-交變載荷耦合作用下鋼絲繩彎曲疲勞損傷監(jiān)測系統(tǒng)，以探宄復(fù)雜運(yùn)行工況下(交變載荷和腐蝕工況)滑輪兩側(cè)鋼絲繩動(dòng)張力演化、裂紋萌生和擴(kuò)展演化、鋼絲繩腐蝕動(dòng)力學(xué)特性和鋼絲繩服役壽命特性等。
[0003]目前，現(xiàn)有鋼絲繩彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)裝置包括:專利號(hào)為201010602411.X公布了一種鋼絲繩變載彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)，可對(duì)鋼絲繩標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行變載彎曲疲勞試驗(yàn)；專利號(hào)為201320504867.1公布了一種鋼絲繩彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)，采用三套作豎直運(yùn)動(dòng)的滑臺(tái)、滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置及四個(gè)滑輪結(jié)構(gòu)，可在貼近實(shí)際工況的條件下監(jiān)測鋼絲繩的受力情況和鋼絲繩的斷絲情況。然而上述兩個(gè)試驗(yàn)機(jī)中鋼絲繩與滑輪間圍包角不可調(diào)，而且不能對(duì)不同腐蝕環(huán)境中鋼絲繩內(nèi)部損傷進(jìn)行定量監(jiān)測；專利號(hào)為201120180376.7公布了一種機(jī)械臥式鋼絲繩彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)，采用與繩徑匹配的聚醋摩擦襯墊結(jié)構(gòu)，可以研宄不同直徑鋼絲繩的彎曲疲勞試驗(yàn)，然而該實(shí)驗(yàn)機(jī)只能做預(yù)定載荷下的鋼絲繩彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)，不能模擬交變載荷下的鋼絲繩彎曲疲勞行為研宄且不能兼顧一些礦井等惡劣條件下的腐蝕等工況；專利號(hào)為201320428225.8公布了一種鋼絲繩彎曲疲勞試驗(yàn)裝置，采用兩個(gè)外徑不同的主動(dòng)輪裝置，可同時(shí)進(jìn)行兩種鋼絲繩的彎曲疲勞試驗(yàn)，節(jié)約不必要的時(shí)間，同時(shí)也不需要占用過多的空間，然而該實(shí)驗(yàn)機(jī)的負(fù)載是靜態(tài)的且圍包角不可改變也沒能考慮到腐蝕等工況，不能夠真實(shí)的反映出鋼絲繩在實(shí)際工況中的特性。
[0004]綜上，需要一種同時(shí)兼具以上各項(xiàng)監(jiān)測功能的鋼絲繩彎曲疲勞試驗(yàn)裝置系統(tǒng)，以滿足現(xiàn)實(shí)所需。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種能夠模擬礦井提升工況的腐蝕-交變載荷耦合作用下鋼絲繩彎曲疲勞損傷監(jiān)測系統(tǒng)，對(duì)探測腐蝕-交變載荷耦合作用下鋼絲繩彎曲疲勞過程中鋼絲繩內(nèi)部損傷演化和動(dòng)張力演化特性和預(yù)測鋼絲繩使用壽命有重要意義。
[0006]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0007]一種腐蝕-交變載荷耦合作用下鋼絲繩彎曲疲勞損傷監(jiān)測系統(tǒng)，包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、交變力加載系統(tǒng)、換向控制系統(tǒng)、圍包角調(diào)整系統(tǒng)、腐蝕液添加系統(tǒng)、鋼絲繩及鋼絲繩狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)；
[0008]所述鋼絲繩依次繞過所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主動(dòng)輪，所述圍包角調(diào)整系統(tǒng)的A調(diào)整輪、A實(shí)驗(yàn)輪和所述交變力加載系統(tǒng)的加載輪，及所述圍包角調(diào)整系統(tǒng)的B實(shí)驗(yàn)輪、B調(diào)整輪，繩頭連接在一起形成封閉環(huán)，通過調(diào)整A實(shí)驗(yàn)輪和B實(shí)驗(yàn)輪調(diào)節(jié)鋼絲繩與加載輪的圍包角，通過調(diào)整A調(diào)整輪和B調(diào)整輪分別調(diào)節(jié)鋼絲繩與A實(shí)驗(yàn)輪和B實(shí)驗(yàn)輪的圍包角，三個(gè)圍包角一致；
[0009]所述換向控制系統(tǒng)包括A接近開關(guān)、B接近開關(guān)、A感應(yīng)片、B感應(yīng)片，所述A接近開關(guān)和B接近開關(guān)分別設(shè)置在A機(jī)架上，設(shè)于所述加載輪的兩側(cè)，所述A感應(yīng)片和B感應(yīng)片分別固定在同側(cè)鋼絲繩上，當(dāng)與所述換向控制系統(tǒng)的變頻器的外控端子連接的A接近開關(guān)和B接近開關(guān)分別感應(yīng)到所述A感應(yīng)片和B感應(yīng)片，所述變頻器控制所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)改變輸出軸的運(yùn)行方向；
[0010]所述鋼絲繩狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)包括鋼絲繩張力監(jiān)測裝置、鋼絲繩損傷探測裝置、微滑移監(jiān)測裝置、鋼絲繩徑向變形測量裝置；
[0011]所述腐蝕液添加系統(tǒng)與所述鋼絲繩連接，為所述鋼絲繩添加腐蝕液體；
[0012]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)，所述電動(dòng)機(jī)的輸出軸依次連接聯(lián)軸器和主動(dòng)輪；所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向受到變頻器的控制。
[0013]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所述A接近開關(guān)每動(dòng)作一次，與所述A接近開關(guān)連接的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)一次，即為一個(gè)彎曲疲勞周期；所述換向控制系統(tǒng)還包括A限位開關(guān)和B限位開關(guān);
[0014]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所述交變力加載系統(tǒng)的伺服電動(dòng)缸的電動(dòng)推桿通過壓力傳感器與受力支架連接，所述受力支架上端套在所述B實(shí)驗(yàn)輪的軸上，下端固定在楔形滑臺(tái)上；所述加載輪設(shè)置在所述楔形滑臺(tái)上；所述伺服電動(dòng)缸通過推桿對(duì)加載輪施加交變的作用力，所述作用力的大小變化通過所述壓力傳感器傳遞給計(jì)算機(jī)。
[0015]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所述圍包角調(diào)整系統(tǒng)包括A實(shí)驗(yàn)輪、B實(shí)驗(yàn)輪、A調(diào)整輪、B調(diào)整輪；所述A實(shí)驗(yàn)輪、B實(shí)驗(yàn)輪、A調(diào)整輪、B調(diào)整輪的軸線位于同一水平面上；所述A實(shí)驗(yàn)輪、B實(shí)驗(yàn)輪分別對(duì)稱安裝在A實(shí)驗(yàn)輪滑臺(tái)和B實(shí)驗(yàn)輪滑臺(tái)上，所述實(shí)驗(yàn)輪相對(duì)于實(shí)驗(yàn)輪滑臺(tái)滑動(dòng)；所述調(diào)整輪、B調(diào)整輪分別對(duì)稱安裝在A調(diào)整輪滑臺(tái)和B調(diào)整輪滑臺(tái)上，所述調(diào)整輪相對(duì)于調(diào)整輪滑臺(tái)滑動(dòng)。
[0016]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所述腐蝕液添加系統(tǒng)包括存儲(chǔ)腐蝕液的耐腐蝕水槽、耐腐蝕電動(dòng)泵、耐腐蝕導(dǎo)管和內(nèi)部帶有海綿的橡膠管；所述耐腐蝕水槽與所述耐腐蝕電動(dòng)泵連接，所述耐腐蝕導(dǎo)管的下端與所述耐腐蝕電動(dòng)泵連接，所述耐腐蝕導(dǎo)管的上端出口處對(duì)準(zhǔn)所述鋼絲繩，耐腐蝕導(dǎo)管用于抽取所述耐腐蝕水槽中的pH?的腐蝕液體；所述內(nèi)部帶有海綿的橡膠管通過橡膠管固定支架固定貫穿在鋼絲繩上。
[0017]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所述A接近開關(guān)和B接近開關(guān)安裝在A接近開關(guān)支架和B接近開關(guān)支架上，所述A限位開關(guān)和B限位開關(guān)分別安裝在A限位開關(guān)支架和B限位開關(guān)支架上，所述A接近開關(guān)支架、B接近開關(guān)支架、A限位開關(guān)支架和B限位開關(guān)支架的側(cè)面開有若干個(gè)螺紋孔，與所述A機(jī)架上不同的螺紋孔固連，調(diào)節(jié)所述A接近開關(guān)、B接近開關(guān)和A限位開關(guān)、B限位開關(guān)與對(duì)應(yīng)側(cè)的A感應(yīng)片、B感應(yīng)片間的間距。
[0018]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所述A三點(diǎn)式張力傳感器和B三點(diǎn)式張力傳感器設(shè)置在A張力傳感器滑臺(tái)上，C三點(diǎn)式張力傳感器和D三點(diǎn)式張力傳感器設(shè)置在B張力傳感器滑臺(tái)上，所述張力傳感器可在滑臺(tái)上滑動(dòng)。
[0019]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所述鋼絲繩分別穿過所述鋼絲繩張力監(jiān)測裝置的沿縱向直線布置的A三點(diǎn)式張力傳感器、B三點(diǎn)式張力傳感器、C三點(diǎn)式張力傳感器和D三點(diǎn)式張力傳感器，根據(jù)鋼絲繩對(duì)所述張力傳感器上的三個(gè)滑輪的作用力的不同推算出鋼絲繩張力進(jìn)行鋼絲繩張力監(jiān)測；所述鋼絲繩損傷探測裝置的TCK鋼絲繩無損探傷儀固定貫穿在所述鋼絲繩上；所述微滑移監(jiān)測裝置包括設(shè)置在A實(shí)驗(yàn)輪或B實(shí)驗(yàn)輪外側(cè)的高速攝像儀和激光位移傳感器，與鋼絲繩處于同一水平位置；所述鋼絲繩徑向變形測量裝置通過所述激光位移傳感器監(jiān)測鋼絲繩頂部鋼絲表面的初始位移值，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測鋼絲繩徑向變形量。
[0020]有益效果:本發(fā)明提供的一種腐蝕-交變載荷耦合作用下鋼絲繩彎曲疲勞損傷監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)腐蝕與交變載荷耦合作用下鋼絲繩彎曲疲勞試驗(yàn)，并且定量監(jiān)測鋼絲繩內(nèi)部損傷和揭示鋼絲繩彎曲疲勞損傷失效機(jī)理。該試驗(yàn)機(jī)可用于探宄模擬礦井提升工況下鋼絲繩與摩擦輪摩擦襯墊之間的動(dòng)態(tài)接觸、局部微滑移幅值和鋼絲繩的動(dòng)張力演化。這為定量分析復(fù)雜運(yùn)行工況下鋼絲繩彎曲疲勞失效特性提供了有效的實(shí)驗(yàn)設(shè)備；其操作簡便、功能齊全、效果好，在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)具有廣泛的實(shí)用性。