一種立井鑿井井架模型試驗系統(tǒng)及試驗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋼結(jié)構(gòu)井架的試驗系統(tǒng)和試驗方法，具體是一種立井鑿井井架模型試驗系統(tǒng)及試驗方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著目前礦井開采深度和井筒直徑的不斷加大，超千米立井的數(shù)量不斷增多，原有的定型立井鑿井井架已經(jīng)不能滿足使用要求，必須進行大型立井鑿井井架的選型和設(shè)計。為了適應(yīng)鑿井裝備的發(fā)展，提高鑿井時的鑿井速度以及生產(chǎn)時的生產(chǎn)效率，大型立井鑿井井架的懸吊能力和提升能力必須得到提高，這就對井架的承載能力和安全性能提出了更高的要求。由于我國目前尚沒有關(guān)于立井鑿井井架的設(shè)計規(guī)范，實驗室中的模擬試驗是大型立井鑿井井架設(shè)計定型的必須環(huán)節(jié)。而大型立井鑿井井架屬于礦山特種結(jié)構(gòu)，特種結(jié)構(gòu)由于工作荷載的不確定性、工作條件的特殊性等方面因素，必須開展相關(guān)的試驗研宄，確保產(chǎn)品研發(fā)的成功。建立實驗室的大型立井鑿井井架模擬試驗系統(tǒng)，充分考慮立井鑿井井架結(jié)構(gòu)受力特點，最不利的工況組合、復(fù)雜的應(yīng)用條件等因素、對井架的設(shè)計計算成果進行驗證，是大型立井鑿井井架研宄的必要內(nèi)容。構(gòu)建大型立井鑿井井架模型試驗系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對井架結(jié)構(gòu)試驗的加載穩(wěn)定控制、斷繩荷載控制等試驗控制工作，同時實現(xiàn)試驗中的變形、荷載、應(yīng)變等參數(shù)的自動測試，有利于特種結(jié)構(gòu)理論和試驗研宄工作的不斷深入和發(fā)展?，F(xiàn)有技術(shù)缺少能夠準(zhǔn)確分析立井井架模型的試驗系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種立井鑿井井架模型試驗系統(tǒng)及試驗方法，能便捷地實現(xiàn)對立井井架模型進行各種工況下受力的加載，并能實時監(jiān)測試驗中的變形、荷載、應(yīng)變等參數(shù)，可實現(xiàn)對立井井架模型結(jié)構(gòu)加載試驗、斷繩荷載試驗的穩(wěn)定控制，有利于特種結(jié)構(gòu)理論和試驗研宄工作的不斷深入和發(fā)展。
[0004]本發(fā)明提供一種立井鑿井井架模型試驗系統(tǒng)，包括立井井架模型，鋼結(jié)構(gòu)臺架系統(tǒng)、加載系統(tǒng)和采集系統(tǒng)，所述立井井架模型為平頂四棱錐體，其頂端設(shè)有至少一個天輪平臺，所述天輪平臺上設(shè)有至少兩個相互對稱的天輪I和天輪II ;
所述鋼結(jié)構(gòu)臺架系統(tǒng)主要由立柱、邊角底座和中心基座組成，所述邊角底座包括第一底座、第二底座、第三底座和第四底座，上述四個底座呈方形地分布在立井井架模型的四個底腳處，所述中心基座設(shè)置在四個底座的中心區(qū)域并分別與四個底座固定連接，所述四個底座所形成方形的四個邊與立井井架模型的四個底邊相互平行，所述立柱包括立柱1、立柱I1、立柱III和立柱IV，所述立柱I和立柱III相互對稱的設(shè)置在第一底座和第三底座上，所述立柱II和立柱IV相互對稱的設(shè)置在第二底座和第四底座上，所述立柱I的上部和立柱II的上部之間、立柱III的上部和立柱IV的上部之間各至少設(shè)有一根第一水平支撐，所述立柱I的上部和立柱III的上部之間、立柱II的上部和立柱IV的上部之間各設(shè)有至少一根第一上橫梁，所述立柱I的下部和立柱III的下部之間、立柱II的下部和立柱IV的下部之間各設(shè)有至少一個下橫梁；
所述加載系統(tǒng)主要包括至少一根鋼絲繩1、至少一根鋼絲繩I1、至少一根拉力傳感器1、至少一根拉力傳感器I1、至少一個轉(zhuǎn)向器I和至少一個轉(zhuǎn)向器II，所述轉(zhuǎn)向器I設(shè)置在立柱I和立柱III之間的第一上橫梁上，所述轉(zhuǎn)向器II設(shè)置在立柱II和立柱IV之間的第一上橫梁上，所述鋼絲繩I的一端固定在中心基座上，其另一端從立井井架模型中穿過后依次繞過天輪1、轉(zhuǎn)向器I并與位于立柱I和立柱III之間的下橫梁上的緊繩器I連接；所述鋼絲繩II的一端固定在中心基座上，其另一端從立井井架模型中穿過后依次繞過天輪I1、轉(zhuǎn)向器II并與位于立柱II和立柱IV之間的下橫梁上的緊繩器II連接，所述拉力傳感器1、拉力傳感器II分別設(shè)置在鋼絲繩1、鋼絲繩II上，所述拉力傳感器I位于天輪I和中心基座之間，所述拉力傳感器位于天輪II和中心基座之間；
所述采集系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集儀，應(yīng)變傳感器和位移傳感器，所述應(yīng)變傳感器和位移傳感器均設(shè)置在立井井架模型上，所述數(shù)據(jù)采集儀用于接收來自于應(yīng)變傳感器和位移傳感器的信號。
[0005]作為本發(fā)明的改進，還包括立柱V、立柱V1、立柱VE和立柱麗，所述立柱V和立柱VI相互對稱的設(shè)置在第一底座和第二底座上，所述立柱Vn和立柱VID相互對稱的設(shè)置在第三底座和第四底座上，所述立柱V的上部和立柱VE的上部之間、立柱VI的上部和立柱VID的上部之間各至少設(shè)有一根第二水平支撐，所述立柱V的上部和立柱VI的上部之間、立柱VE的上部和立柱VID的上部之間各設(shè)有至少一根第二上橫梁，所述立柱V的下部和立柱VI的下部之間、立柱VE的下部和立柱VID的下部之間各設(shè)有至少一根下橫梁。
[0006]作為本發(fā)明的進一步改進，所述立柱I和第一底座之間、立柱V和第一底座之間、立柱II和第二底座之間、立柱VI和第二底座之間、立柱III和第三底座之間、立柱VE和第三底座之間、立柱IV和第四底座之間、立柱VID和第四底座之間均設(shè)有斜支撐。
[0007]本發(fā)明通過加載系統(tǒng)的緊繩器對鋼絲繩施加預(yù)定拉力即可實現(xiàn)對立井架模型受力的加載，試驗過程中鋼絲繩所承受的拉力大小由加載系統(tǒng)中的拉力傳感器實時測量并通過與其相連的顯示器讀取，在試驗過程中產(chǎn)生的對立柱的水平方向的推力由水平支撐來承擔(dān)，這樣能保證試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性；通過多根上橫梁的設(shè)置，能便捷地實現(xiàn)力的多點加載，從而可實現(xiàn)各工況下的受力施加、監(jiān)測與分析，能更好的完成立井井架模型的設(shè)計定型，這樣就能保證立井井架產(chǎn)品有著更好的承載能力和安全性，另外，該系統(tǒng)可提供自反力，不需要將底座與地面進行錨固就可以進行試驗，同時，該系統(tǒng)通過轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向角度的調(diào)整即可完成各種角度受力的加載，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、可重復(fù)拆裝使用，加載點多，并且其整體的占地面積小，節(jié)省了試驗所需空間。
[0008]一種立井鑿井井架模型試驗系統(tǒng)的試驗方法，包括收下步驟:
(1)將第一底座、第二底座、第三底座和第四底座設(shè)置在對應(yīng)立井井架模型的四個底腳處，在上述四個底座的中心區(qū)域設(shè)置中心基座；
(2)將立井井架模型的四個底腳分別與上述四個底座固定連接；
(3)利用立柱、邊角底座、第一水平支撐、第一上橫梁和下橫梁進行鋼結(jié)構(gòu)臺架系統(tǒng)的組裝；
(4)先將拉力傳感器1、拉力傳感器II分別設(shè)置在鋼絲繩1、鋼絲繩II的中部，將轉(zhuǎn)向器I設(shè)置在立柱I和立柱III之間的第一上橫梁上，將轉(zhuǎn)向器II設(shè)置在立柱II和立柱IV之間的第一上橫梁上，將緊繩器I設(shè)置于立柱I和立柱III之間的下橫梁上，將緊繩器II設(shè)置于立柱II和立柱IV之間的下橫梁上，再將鋼絲繩1、鋼絲繩II的一端分別與中心基座進行固定連接，使鋼絲繩I的另一端從立井井架模型中穿過后依次繞過天輪1、轉(zhuǎn)向器I并與緊繩器I進行連接，使鋼絲繩II的另一端從立井井架模型中穿過后依次繞過天輪I1、轉(zhuǎn)向器II并與緊繩器II進行連接；
(5)將多個應(yīng)變傳感器、多個位移傳感器設(shè)置在立井井架模型的關(guān)鍵桿件上，并使其與數(shù)據(jù)采集儀進行電連接；
(6)調(diào)整好轉(zhuǎn)向器1、轉(zhuǎn)向器II的轉(zhuǎn)向角度，通過緊繩器I和緊繩器II分別對鋼絲繩I和鋼絲繩II施加預(yù)定拉力，這樣就可實現(xiàn)對井架模型進行加載力的施加，通過拉力傳感器1、拉力傳感器II實時測量出鋼繩I和鋼絲繩II的在試驗過程中所承受的拉力大?。?br> (7)通過數(shù)據(jù)分析儀讀取并記錄立井井架模型在各個工況下的受力及變形情況。
[0009]該方法能實時、準(zhǔn)確地采集到立井井架模型的各受力工況下的應(yīng)變、荷載、位移等試驗所需參數(shù)。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明中鋼結(jié)構(gòu)臺架系統(tǒng)的俯視圖；
圖2是圖1的左視圖；
圖3是本發(fā)明中的立井井架模型進行試驗的裝配圖。
[0011]圖中:1、第一底座，2、第二底座，3、第三底座，4、第四底座，5、立柱I，6、立柱11，7、立柱III，8、立柱IV，9-1、第一水平支撐，9-2、第二水平支撐，10-1、第一上橫梁，1