落地式立井提升联调测试装置及方法与流程

本发明涉及一种适用于立井提升机的联调测试装置及方法

背景技术：

立井提升机作为主要的矿井提升装备，担负着提升煤炭矸石、下放材料、升降人员和设备的重要任务，是煤矿井下与地面的连接枢纽。提升机联调测试是指主轴装置(包括卷筒、主轴、轴承座)、衬垫、制动系统等配套安装成功后，联合检测主轴装置和制动系统能否适应正常和极端工况，是提升机现场安装前的关键步骤。同时，立井提升机作为一次性安装的大型基础设备，特别是井塔式立井提升机，其现场安装需要较大的安装成本，因而出厂前的联调测试需要能够全面反映矿井提升机的驱动、制动性能，避免二次安装带来重大的安装调试成本。

目前，立井提升机的联调测试主要是空载运行，即仅利用电动机驱动主轴装置空转运行，并没有进行加载测试，因而对于立井提升系统中关键的主轴装置承载性能、衬垫防滑性能、制动闸制动性能不能够准确评估。由于煤矿的地质条件多样，对提升载荷、提升速度也产生了不同需求，由此产生了不同卷筒直径、卷筒围包角、钢丝绳根数、钢丝绳间距的多型号立井提升机，导致对提升机性能测试难以采用统一装置，而针对不同规格的立井提升机分别搭建评估装置，将产生重大的建造和运营成本，不满足经济性需求。这导致了企业在出厂前难以对各种型号的立井提升机搭建相应的加载和制动检测平台，缺乏专用的联调测试装置，主要停留在理论计算和三维机械仿真上。

目前，针对矿井提升系统的检测研究，主要集中对现役矿井进行检测，如申请号为cn201710531454.5公开的深井提升装备状态监测方法基于信号融合能够从混合监测信号中剥离出故障信号，监测系统运行状态。同时，部分学者通过搭建各种试验台测试提升系统性能，如专利号为zl201410528414.1公开的超深矿井提升系统试验台采用电动机水平拖拽的方式替代实际工况下的垂直提升的工况，模拟多种矿井提升功能；专利号为zl201610118998.4公开的超深矿井提升系统多功能模拟试验平台可以模拟实际工况下超深矿井提升装备运动状态，获取故障工况下提升装备主要性能参数；专利号为zl201410728399.5公开的千米深井缠绕提升钢丝绳冲击摩擦系统可以模拟不同转速、加速度、冲击速度、接触比压下的钢丝绳冲击摩擦工况。上述研究主要存在以下问题：第一，主要对现役设备进行状态监测，而缺乏对立井提升系统在安装前的性能测试，而后者可以对各厂商生产的不同型号立井提升系统在现场安装前统一校核，避免大型生产企业的重复测试投入，提升小型生产企业的制造质量，从源头上确保提升系统安全；第二，主要针对单一型号的提升系统进行检测，不能够有效适应不同卷筒直径、卷筒围包角、钢丝绳根数、钢丝绳间距的提升系统；第三，在安装前缺乏加载检测，对主轴装置承载性能、衬垫防滑性能、制动闸制动性能不能够准确评估；第四，对在役矿井进行检测，不能够有效利用主轴装置在无负载和重载下的特征参数变化，而这是诊断主轴装置异常变形、裂纹等缺陷的重要特征，同时也不能模拟卡罐、二次装载等恶性工况，而后者是评判主轴装置、摩擦衬垫、制动系统能否承受极端工况的重要参考。因而，有必要研究一种立井提升联调测试装置，可以对不同型号的提升系统的主轴装置、衬垫和制动系统进行联调测试，模拟空载、重载等正常工况，以及卡罐、二次装置等极端工况，从而准确评估主轴装置承载性能、衬垫防滑性能、制动闸制动性能，对于确保立井提升安全性具有重要意义。立井提升机主要分为井塔式和落地式两种。在结构上，落地式与井塔式相比，钢丝绳拉力与主轴装置重力方向不一致。这里针对落地式立井提升联调测试进行研究。

技术实现要素：

技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种结构简单，兼具可靠性和便捷性的落地式立井提升联调测试装置及方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种落地式立井提升联调测试装置，包括被测主轴装置、缠绕在被测主轴装置上的钢丝绳，被测主轴装置由电动机、轴承座、主轴、卷筒、制动盘、摩擦衬垫、制动闸支撑板和制动闸构成，还包括支撑基础、液压加载装置和出绳角定位板，所述的支撑基础由两个相同的子基础构成，两子基础沿水平横向对称布置并构成ⅰ平台和ⅱ平台；所述支撑基础的ⅰ平台侧壁沿竖直方向设置有出绳角定位板，所述出绳角定位板上沿竖直方向上设置有一列出绳角定位孔，所述液压加载装置分上下两个，分别通过出绳角定位孔沿竖直方向固定在出绳角定位板上；所述支撑基础的ⅱ平台位于ⅰ平台下部的两侧，被测主轴装置沿水平横向骑跨安装在ⅱ平台位上，被测主轴装置上缠绕的钢丝绳两头分别与上下两个液压加载装置相连接。

所述的液压加载装置包括加载缸缸套、加载缸销轴、加载缸支座、加载缸活塞杆、绳距定位板、绳距定位孔、定位销、定位夹具、平衡缸缸套、平衡缸活塞杆、钢丝绳卡，所述加载缸销轴垂直布置于加载缸缸套靠近加载缸活塞杆的一侧，所述加载缸销轴同轴设置加载缸支座，在所述加载缸活塞杆顶端垂直安装绳距定位板，所述定位夹具一端通过定位销经绳距定位孔固定在绳距定位板上，定位夹具另一端固定有平衡缸缸套，所述平衡缸活塞杆顶端设置钢丝绳卡，所有平衡缸缸套的承压腔通过管路相互连通。

所述的出绳角定位孔沿竖直方向的孔密度取决于两液压加载装置的位置高度的出绳角度，并能满足不同直径和围包角的被测主轴装置的检测要求。

所述的加载缸活塞杆的长度大于被测的最大直径立井提升机的卷筒圆周长。

所述的绳距定位板沿竖直方向分200mm、250mm、300mm和350mm四种间距，设置有四列绳距定位孔，并沿水平方向设置同样间距的另一组绳距定位孔，用于设置定位夹具。

所述的定位夹具的数量为四个或六个，取决于被测主轴装置的规格。

使用上述的落地式立井提升联调测试装置的测试方法包括如下步骤：

(a)将加载缸销轴垂直安装于加载缸缸套靠近加载缸活塞杆一侧，加载缸销轴与加载缸支座同轴安装，在加载缸活塞杆顶端垂直安装有绳距定位板，依据被测主轴装置的钢丝绳根数和间距，通过定位销将与钢丝绳根数相同数量的定位夹具的一端经绳距定位孔固定在绳距定位板上，定位夹具另一端固定有平衡缸缸套，平衡缸活塞杆顶端安装有钢丝绳卡，通过管路将平衡缸缸套(1-i)的承压腔连通，组装成两个液压加载装置；

(b)依据被测主轴装置的卷筒直径d、围包角α、卷筒轴心与支撑基础ⅱ平台的垂直距离h、卷筒轴心与支撑基础ⅰ平台侧壁的水平距离l，得出上下两个液压加载装置距离支撑基础ⅱ平台的垂直的距离h1、h2分别为：

选择相应位置的出绳角定位孔，通过加载缸支座沿竖直方向将液压加载装置固定在出绳角定位板上，从而模拟落地式立井提升卷筒的上下出绳角；

(c)在支撑基础ⅱ平台上沿水平横向骑跨安装立井提升机的被测主轴装置，轴承座沿水平横向骑跨安装在支撑基础ⅱ平台上，电动机、主轴、卷筒同轴安装，制动盘安装在卷筒外缘，将摩擦衬垫沿周向压在卷筒外壳上，制动闸支撑板沿水平横向骑跨安装在支撑基础ⅱ平台上，且分布在被测主轴装置的两侧，在制动闸支撑板上沿制动盘轮缘周向安装制动闸，使制动闸支撑板在动作时能够夹持制动盘，从而制动被测主轴装置；

(d)将钢丝绳搭接到摩擦衬垫的绳槽内，钢丝绳的两端头分别连接到液压加载装置的钢丝绳卡上；

(e)对被测主轴装置承载性能进行测试时，主要包括裂纹检测和强度校核两方面，此时制动闸夹紧制动盘、关停电动机：

第一，当检测主轴装置是否有裂纹时，将声发射传感器安装在卷筒的筒壳、支环、加强筋、辐板以及主轴的铆接处等易于产生裂纹的位置，模拟主轴装置在空载和重载下卷筒的受力状态，调整两液压加载装置的油压，启动液压加载装置，钢丝绳张紧，平衡缸缸套承压腔相互连通使多根钢丝绳的张力相同，利用液压加载装置对卷筒在围包角范围内进行加载，对比分析加载前后检测点的弹性应力波是否剧变，判断被测主轴装置相应位置是否存在裂纹；

第二，当检测主轴装置强度是否满足要求时，将声发射传感器安装在卷筒的筒壳、辐板以及主轴两端等易于产生弹性变形的位置，模拟主轴装置在卡罐、二次装载等极端工况下卷筒的受力状态，调整两液压加载装置的油压，启动液压加载装置，钢丝绳张紧，平衡缸缸套承压腔相互连通使多根钢丝绳的张力相同，对比分析加载前后检测点的弹性应力波变化是否超出允许阈值，判断被测主轴装置相应位置弹性变形是否超标，从而判断被测主轴装置的强度是否合格；

(f)对摩擦衬垫防滑性能进行测试时，主要包括静摩擦测试和动摩擦测试两方面：

第一，当进行静摩擦测试时，制动闸夹紧制动盘，关停电动机，模拟卷筒在超载、二次装载等极端工况下的两侧钢丝绳张力差，调整两液压加载装置的油压，启动液压加载装置，利用微位移传感器检测此时钢丝绳与摩擦衬垫之间是否发生相对滑动，从而判断摩擦衬垫在静态下能否满足防滑要求；

第二，当进行动摩擦测试时，制动闸夹紧制动盘，关停电动机，模拟卷筒在重载工况下的两侧钢丝绳张力差，调整两液压加载装置的油压，启动液压加载装置，启动电动机，打开制动闸，电动机控制卷筒以角加速度a1启动和角减速度a2停止，利用微位移传感器检测此时钢丝绳与摩擦衬垫之间的蠕动滑移量在相应角加速度下是否在允许范围内，从而判断摩擦衬垫在动态下能否满足防滑要求；

(g)对制动闸制动性能进行测试时，主要包括静态制动测试和动态制动测试两方面：

第一，当进行静态制动测试时，制动闸夹紧制动盘，关停电动机，模拟卷筒在极端工况下的两侧钢丝绳张力差，调整两液压加载装置的油压，启动液压加载装置，检测此时制动闸与制动盘之间是否发生相对滑动，从而判断制动闸在静态下能否有效制动主轴装置；

第二，当进行动态制动测试时，制动闸夹紧制动盘，关停电动机，模拟卷筒在重载工况下的两侧钢丝绳张力差，调整两液压加载装置的油压，启动液压加载装置，启动电动机，打开制动闸，电动机控制卷筒以角加速度a1启动并达到速度v，关闭电动机，启动制动闸，检测此时制动闸的空行程时间、制动减速度能否在允许范围内，从而判断制动系统在动态下能否有效制动主轴装置；

(h)最终完成被测落地式立井提升机的联调测试，对主轴装置承载性能、摩擦衬垫防滑性能、制动闸制动性能进行可靠的评估。

有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明针对落地式立井提升缺乏联调测试装置的迫切需求，基于双液压缸驱动钢丝绳的方式模拟实际提升过程的卷筒两侧负载，采用平衡缸缸套承压腔相互导通使被测的多根钢丝绳张力一致，采用出绳角定位板形成不同的上下出绳角，从而适用不同卷筒直径、围包角的主轴装置，采用绳距定位板适用不同钢丝绳根数、钢丝绳间距的主轴装置；液压加载既可以模拟空载、轻载、重载等正常工况，又可以模拟超载、二次重载等恶性极端工况，结合声发射传感器和微位移传感器可以对主轴装置承载性能、摩擦衬垫防滑性能、制动闸制动性能进行可靠的评估，结构简单，通用性强，能对不同型号落地式立井提升机在现场安装前进行联调测试，对主轴装置进行全状态加载测试，对于确保落地式立井提升系统安全性具有重要意义。

附图说明

图1是本发明的装置结构示意图；

图2是本发明的液压加载装置结构示意图；

图3是本发明的钢丝绳绳距定位原理示意图；

图4是本发明装置的原理示意图。

图中：1—液压加载装置，1-a—加载缸缸套，1-b—加载缸销轴，1-c—加载缸支座，1-d—加载缸活塞杆，1-e—绳距定位板，1-f—绳距定位孔，1-g—定位销，1-h—定位夹具，1-i—平衡缸缸套，1-j—平衡缸活塞杆，1-k—钢丝绳卡，2—出绳角定位板，2-a—出绳角定位孔，3—支撑基础，4—钢丝绳，5—电动机，6—摩擦衬垫，7—卷筒，8—主轴，9—制动盘，10—轴承座，11—制动闸，12—制动闸支撑板。

具体实施方式

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：

如图1所示，本发明的一种落地式立井提升联调测试装置，主要由支撑基础3、液压加载装置1和出绳角定位板2构成，所述支撑基础3由两个相同的子基础构成，两子基础沿水平横向对称布置并构成ⅰ平台和ⅱ平台；在所述ⅰ平台侧壁沿竖直方向设置有两出绳角定位板2，出绳角定位板2上沿竖直方向上设置有一列出绳角定位孔2-a，所述液压加载装置1通过出绳角定位孔2-a沿竖直方向固定在出绳角定位板2上；在支撑基础3ⅱ平台上能沿水平横向骑跨安装被测立井提升机的主轴装置，主轴装置包括电动机5、轴承座10、主轴8、卷筒7、制动盘9、摩擦衬垫6、制动闸支撑板12、制动闸11。

如图2所示，所述的液压加载装置1主要由加载缸缸套1-a、加载缸销轴1-b、加载缸支座1-c、加载缸活塞杆1-d、绳距定位板1-e、绳距定位孔1-f、定位销1-g、定位夹具1-h、平衡缸缸套1-i、平衡缸活塞杆1-j和钢丝绳卡1-k构成，所述加载缸销轴1-b垂直布置于加载缸缸套1-a靠近加载缸活塞杆1-d一侧，加载缸销轴1-b同轴设置有加载缸支座1-c，在所述加载缸活塞杆1-d顶端垂直安装有绳距定位板1-e，所述定位夹具1-h的一端通过定位销1-g经绳距定位孔1-f固定在绳距定位板1-e上，定位夹具1-h另一端固定有平衡缸缸套1-i，所述平衡缸活塞杆1-j顶端设置有钢丝绳卡1-k，所有平衡缸缸套1-i的承压腔通过管路相互连通。

所述的加载缸活塞杆1-d的长度大于被测的最大直径立井提升机的卷筒圆周长；所述的出绳角定位孔2-a沿竖直方向的孔密度使两液压加载装置1的高度形成的出绳角满足不同直径和围包角主轴装置的检测要求。

如图3所示，所述的绳距定位板1-e沿竖直方向分200mm、250mm、300mm和350mm四种间距设置有四列绳距定位孔1-f，并沿水平方向设置同样间距的另一组绳距定位孔1-f，用于设置定位夹具1-h；所述的定位夹具1-h的数量为四个或六个，取决于被测主轴装置的规格。

本发明的落地式立井提升联调测试方法，如图4所示，具体步骤如下：

(a)将加载缸销轴1-b垂直安装于加载缸缸套1-a靠近加载缸活塞杆1-d一侧，加载缸销轴1-b与加载缸支座1-c同轴安装，在加载缸活塞杆1-d顶端垂直安装有绳距定位板1-e，依据被测主轴装置的钢丝绳根数和间距，通过定位销1-g将与钢丝绳根数相同数量的定位夹具1-h的一端经绳距定位孔1-f固定在绳距定位板1-e上，定位夹具1-h另一端固定有平衡缸缸套1-i，平衡缸活塞杆1-j顶端安装有钢丝绳卡1-k，通过管路将平衡缸缸套1-i的承压腔连通，组装成两个液压加载装置2；

(b)依据被测主轴装置的卷筒直径d、围包角α、卷筒轴心与支撑基础3的ⅱ平台的垂直距离h、卷筒轴心与支撑基础3的ⅰ平台侧壁的水平距离l，得出两液压加载装置(1)距离支撑基础3的ⅱ平台的垂直距离分别为：

据此选择相应位置的出绳角定位孔2-a，通过加载缸支座1-c沿竖直方向将液压加载装置1固定在出绳角定位板2上，从而模拟落地式立井提升卷筒7的上下出绳角；

(c)在支撑基础3ⅱ的平台上沿水平横向骑跨安装被测立井提升机的主轴装置，轴承座10沿水平横向骑跨安装在支撑基础3的ⅱ平台上，电动机5、主轴8、卷筒7同轴安装，制动盘9安装在卷筒7外缘，将摩擦衬垫6沿周向压在卷筒7外壳上，制动闸支撑板12沿水平横向骑跨安装在支撑基础3的ⅱ平台上且分布在主轴装置两侧，在制动闸支撑板12上沿制动盘9轮缘周向安装制动闸11，使其在动作时能够夹持制动盘9，从而制动被测主轴装置；

(d)将钢丝绳4搭接到摩擦衬垫13的绳槽内，钢丝绳4的两端头分别连接到液压加载装置1的钢丝绳卡1-k上；

(e)分别对被测主轴装置承载性能、摩擦衬垫防滑性能和制动闸制动性能进行测试，最终完成被测落地式立井提升机的联调测试，对主轴装置承载性能、摩擦衬垫防滑性能、制动闸制动性能进行可靠的评估。

所述对主轴装置承载性能进行测试时，主要包括裂纹检测和强度校核两方面，此时制动闸11夹紧制动盘9、关停电动机5：

第一，当检测主轴装置是否有裂纹时，将声发射传感器安装在卷筒7的筒壳、支环、加强筋、辐板以及主轴8的铆接处等易于产生裂纹的位置，模拟主轴装置在空载和重载下卷筒7的受力状态，调整两液压加载装置1的油压，启动液压加载装置1，钢丝绳4张紧，平衡缸缸套1-i承压腔相互连通使多根钢丝绳4的张力相同，利用液压加载装置1对卷筒7在围包角范围内进行加载，对比分析加载前后检测点的弹性应力波是否剧变，判断主轴装置相应位置是否存在裂纹；

第二，当检测主轴装置强度是否满足要求时，将声发射传感器安装在卷筒7的筒壳、辐板以及主轴8两端等易于产生弹性变形的位置，模拟主轴装置在卡罐、二次装载等极端工况下卷筒7的受力状态，调整两液压加载装置1的油压，启动液压加载装置1，钢丝绳4张紧，平衡缸缸套1-i承压腔相互连通使多根钢丝绳4的张力相同，对比分析加载前后检测点的弹性应力波变化是否超出允许阈值，判断主轴装置相应位置弹性变形是否超标，从而判断主轴装置的强度是否合格；

所述对摩擦衬垫防滑性能进行测试时，主要包括静摩擦测试和动摩擦测试两方面：

第一，当进行静摩擦测试时，制动闸11夹紧制动盘9，关停电动机5，模拟卷筒7在超载、二次装载等极端工况下的两侧钢丝绳张力差，调整两液压加载装置1的油压，启动液压加载装置1，利用微位移传感器检测此时钢丝绳4与摩擦衬垫6之间是否发生相对滑动，从而判断摩擦衬垫在静态下能否满足防滑要求；

第二，当进行动摩擦测试时，制动闸11夹紧制动盘9，关停电动机5，模拟卷筒7在重载工况下的两侧钢丝绳张力差，调整两液压加载装置1的油压，启动液压加载装置1，启动电动机5，打开制动闸11，电动机5控制卷筒7以角加速度a1启动和角减速度a2停止，利用微位移传感器检测此时钢丝绳4与摩擦衬垫6之间的蠕动滑移量在相应角加速度下是否在允许范围内，从而判断摩擦衬垫6在动态下能否满足防滑要求；

所述对制动闸制动性能进行测试时，主要包括静态制动测试和动态制动测试两方面：

第一，当进行静态制动测试时，制动闸11夹紧制动盘9，关停电动机5，模拟卷筒7在极端工况下的两侧钢丝绳张力差，调整两液压加载装置1的油压，启动液压加载装置1，检测此时制动闸11与制动盘9之间是否发生相对滑动，从而判断制动闸11在静态下能否有效制动主轴装置；

第二，当进行动态制动测试时，制动闸11夹紧制动盘9，关停电动机5，模拟卷筒7在重载工况下的两侧钢丝绳张力差，调整两液压加载装置1的油压，启动液压加载装置1，启动电动机5，打开制动闸11，电动机5控制卷筒7以角加速度a1启动并达到速度v，关闭电动机5，启动制动闸11，检测此时制动闸的空行程时间、制动减速度能否在允许范围内，从而判断制动系统在动态下能否有效制动主轴装置。