专利名称：衬垫与钢丝绳的滑动摩擦温度与应变测量方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种温度与应变测量方法及装置，尤其是一种适用于衬垫与钢丝绳滑
动时衬垫温度与应变测量方法及装置。
背景技术：
摩擦提升机依靠提升钢丝绳与衬垫之间的摩擦力来传递动力；因此，衬垫与钢丝 绳之间存在着相对滑动的危险，一旦发生高速打滑，大量摩擦热将引起衬垫(尤其是接触 表面)的温度急剧升高，从而使衬垫力学性能降低，进而导致衬垫摩擦学性能急剧降低，引 发恶性打滑事故；不但破坏矿井设备，而且还危及工作人员的生命安全，给国家和人民带来 巨大的经济损失。因此，准确掌握滑动摩擦时衬垫的温度与应变变化规律将为高性能衬垫 研制和矿井摩擦提升安全可靠设计提供重要基础数据。目前，研究衬垫与钢丝绳之间的摩 擦学行为都在模拟试验台上开展，中国专利申请号为200510134988. 1公开了一种"钢丝 绳与衬垫高速摩擦试验机"，该试验机仅能测量滑动摩擦过程中的摩擦因数、滑动速度和比 压。对于衬垫与钢丝绳滑动时衬垫温度和应变的测量，至今还没有效的检测方法和测量装 置。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种方法简便，结构紧凑，安装方便，测量准确度 高的衬垫与钢丝绳的滑动摩擦温度与应变测量方法及装置。
技术方案本发明的衬垫与钢丝绳的滑动摩擦温度与应变测量方法 a、在钢丝绳部位上下设置与其直径相对应、内部为圆弧形绳槽的上衬垫和下衬
垫； b、在上衬垫的内圆弧形绳槽端面上布设多个丝状热电偶，同时在下衬垫的内圆弧 形绳槽端面上布设多个应变片； c、在多个丝状热电偶上联接与多个丝状热电偶对应的多个温度变送器，同时在多 个应变片联接与多个应变片对应的多个应变信号调理模块；
d、工作运行前，通过应变信号调理模块进行调零； e、工作运行时，上衬垫内圆弧形绳槽与钢丝绳之间摩擦产生的温度通过多个丝状 热电偶和多个温度变送器将温度信号转换成电压信号；下衬垫内圆弧形绳槽与钢丝绳之间 摩擦产生的应变通过多个应变片和多个应变信号调理模块将应变信号转换成电压信号；
f、用数据采集卡采集多个温度变送器和多个应变信号调理模块的输出信号，将采 集到的信号传输给计算机，通过计算机内部的数据处理程序对电压信号进行分析、存储和 显示，得到衬垫温度和应变随滑动时间变化规律。 本发明衬垫与钢丝绳的滑动摩擦温度与应变测量装置，它包括扣合在钢丝绳上的 上衬垫、下衬垫，上衬垫的圆弧形绳槽端面上开有多个小孔，多个小孔内埋设有多个丝状热 电偶，多个丝状热电偶分别对应连接有多个温度变送器；下衬垫的圆弧形绳槽端面上设有多个应变片，多个应变片分别对应连接有多个应变信号调理模块，多个温度变送器与多个 应变信号调理模块分别连接有数据采集卡，数据采集卡连接有计算机。 所述的多个丝状热电偶和多个温度变送器分别为3 10个；所述的多个应变片为 3 5个，多个应变信号调理模块分别为6 10个。 有益效果本发明能实现滑动摩擦过程中衬垫温度与应变的动态实时测量、以及 多点同步测量，为该技术领域提供了一种新的测量方法，并为掌握提升机滑动工况下衬垫 的温度和应力特性提供了有效手段，适用于高低速滑动摩擦工况下衬垫温度与应变的检 测，工作性能稳定可靠。其装置结构简单、紧凑，方法简便，测试结果精确，安装方便，易实 施，具有广泛的实用性。
图1是本发明的温度与应变测试原理示意图。
图2是衬垫与钢丝绳滑动摩擦示意图。
图3是图2的A-A剖面原理示意图。
图4是本发明的接触区域示意图。 图中l-上衬垫，2-钢丝绳，3-下衬垫，4-丝状热电偶，5-温度变送器，6-应变片， 7_应变信号调理模块，8-数据采集卡，9-计算机。 f-摩擦力，N-正压力，a「第一接触区域角度，a2-第二接触区域角度，af第三 接触区域角度。
具体实施例方式
下面结合附图中对本发明的一个实施例作进一步的描述 本发明衬垫与钢丝绳的滑动摩擦温度与应变测量装置，主要由上衬垫1、下衬垫 3、丝状热电偶4、温度变送器5、应变片6、应变信号调理模块7、数据采集卡8和计算机9构 成。其中，上衬垫1、下衬垫3对称扣合在钢丝绳2上，上衬垫1的圆弧形绳槽端面上开有 3 10个小孔，3 10个小孔中对应埋设3 10个丝状热电偶4，图1中所示的丝状热电 偶4分别为6个，即第一丝状热电偶L、第二丝状热电偶L、第三丝状热电偶T^第四丝状热 电偶L、第五丝状热电偶T^第六丝状热电偶T6 ;6个丝状热电偶4与相对应6个温度变送 器5相连；下衬垫3的圆弧形绳槽端面上设有3 5个应变片6，图1中所示的应变片6为 3个，应变片6为双轴互成90°方向的应变片，即第一对应变片S工和S^第二对应变片S3和 S4、、第三对应变片S5和S6，第一对应变片中S工和S2互成90°分布，第二对应变片中S3和S4 互成90°分布，第三对应变片中S5和S6互成90°分布，3个应变片6与其对应的6个应变 信号调理模块7相连；温度变送器5与应变信号调理模块7同时与数据采集卡8相连；数据 采集卡8与计算机9相连。 本发明衬垫与钢丝绳的滑动摩擦温度与应变测量方法 图2图3所示，首先根据钢丝绳螺旋结构和上、下衬垫绳槽角度范围确定衬垫温度
和应变检测点位置，检测点位置确定根据滑动过程中钢丝绳2截面的六个绳股外圈钢丝
角度变化规律可得
<formula>formula see original document page 5</formula> 式中，W .二 ' v为相对滑速，d为钢丝绳直径，S为钢丝绳绳股捻角，i = I，II， III， IV， V， VI。 此外，上衬垫1和下衬垫3绳槽角度范围分别为((f2n Ji ， (j^+(^+2nJi)、(Ji+(f2nJi ， ji+(^+小2+2nJi)，其中小2+2c^ = ji 。当A角度值在上衬垫1和下衬垫3的绳槽角度范围内，钢丝绳2绳股与衬垫处于接触状态，并将上衬垫1和下衬垫3绳槽分为三个周期性接触区域，如图4所示图4a所示钢丝绳绳股与衬垫接触范围处于第一接触区域，第一接触区域角度= 0.22 ;接着，钢丝绳绳股与衬垫接触范围进入第二接触区域，第二接触区域角度a2 = 0.6，如图4b所示；然后，钢丝绳绳股与衬垫接触范围进入第三接触区域，第三接触区域角度a3 = 0. 22，如图4c所示；依此顺序循环周期接触。下衬垫3上应变检测点共6处，分别位于绳槽底部、距离绳槽中心角度为13和Y处，如图4b所示；为了避免滑动时急剧温升引起的绳槽表面大变形对应变片6的破坏，应变片6粘帖位置距离下衬垫3绳槽表面约为3mm ;上衬垫1上温度检测点位置与应变检测点位置对称，如图1所示。 在钢丝绳2部位上下设置与其直径相对应、内部为圆弧形绳槽的上衬垫1和下衬垫3 ;在上衬垫1侧面温度测点位置钻直径为lmm、深度为3mm的3 10个孔，将3 10个丝状热电偶3埋入孔中，然后用上衬垫1的碎屑填满，图1中所示的丝状热电偶3为6个；将3个双轴互成90°方向的应变片6粘帖在下衬垫3的应变检测点，静置2小时后进行试验； 工作运行前，通过应变信号调理模块7进行调零； 工作运行时，上衬垫1内圆弧形绳槽与钢丝绳之间摩擦产生的温度通过6个丝状热电偶4分别经6个温度变送器5将温度信号转换成电压信号；下衬垫3内圆弧形绳槽与钢丝绳之间摩擦产生的应变通过3个应变片6分别经6个应变信号调理模块7将应变信号转换成电压信号； 采用数据采集卡8采集6个温度变送器5和6个应变信号调理模块7的输出信号，数据采集卡8将所采集到的温度和应变电压信号通过USB接口将数据输入计算机9 ;计算机9内的数据处理程序采用VB编程语言进行开发，首先，数据处理程序通过下述计算公式将采集的电压信号转变为温度和应变的实际值<formula>formula see original document page 5</formula> 式中T为衬垫温度，VT为温度电压，e为衬垫应变，VE为应变电压，K。为应变片灵敏度系数，K。 = 2，V。。为激励电压，V。。 = 2. 5V。接着，数据处理程序将不同时刻对应的温度和应变实际值绘制在坐标系统中，并保存衬垫温度和应变数据，从而实现对数据进行实时分析、存储和显示，得到衬垫温度和应变随滑动时间变化规律。
权利要求
一种衬垫与钢丝绳的滑动摩擦温度与应变测量方法，其特征在于a、在钢丝绳(2)部位上下设置与其直径相对应、内部为圆弧形绳槽的上衬垫(1)和下衬垫(3)；b、在上衬垫(1)的内圆弧形绳槽端面上布设多个丝状热电偶(4)，同时在下衬垫(3)的内圆弧形绳槽端面上布设多个应变片(6)；c、在多个丝状热电偶(4)上联接与多个丝状热电偶(4)对应的多个温度变送器(5)，同时在多个应变片(6)联接与多个应变片(6)对应的多个应变信号调理模块(7)；d、工作运行前，通过应变信号调理模块(7)进行调零；e、工作运行时，上衬垫(1)内圆弧形绳槽与钢丝绳之间摩擦产生的温度通过多个丝状热电偶(4)和多个温度变送器(5)将温度信号转换成电压信号；下衬垫(3)内圆弧形绳槽与钢丝绳之间摩擦产生的应变通过多个应变片(6)和多个应变信号调理模块(7)将应变信号转换成电压信号；f、用数据采集卡(8)采集多个温度变送器(5)和多个应变信号调理模块(7)的输出信号，将采集到的信号传输给计算机(9)，通过计算机(9)内部的数据处理程序对电压信号进行分析、存储和显示，得到衬垫温度和应变随滑动时间变化规律。
2. —种如权利要求1所述方法的衬垫与钢丝绳的滑动摩擦温度与应变测量装置，其特 征在于它包括扣合在钢丝绳(2)上的上衬垫(1)、下衬垫(3)，上衬垫(1)的圆弧形绳槽端 面上开有多个小孔，多个小孔内埋设有多个丝状热电偶(4)，多个丝状热电偶(4)分别对应 连接有多个温度变送器(5);下衬垫(3)的圆弧形绳槽端面上设有多个应变片(6)，多个应 变片(6)分别对应连接有多个应变信号调理模块(7)，多个温度变送器(5)与多个应变信号 调理模块(7)分别连接有数据采集卡(8)，数据采集卡(8)连接有计算机(9)。
3. 如权利要求2所述的衬垫与钢丝绳的滑动摩擦温度与应变测量装置，其特征在于 所述的多个丝状热电偶(4)和多个温度变送器(5)分别为3 10个。
4. 如权利要求2所述的衬垫与钢丝绳的滑动摩擦温度与应变测量装置，其特征在于 所述的多个应变片(6)为3 5个，多个应变信号调理模块(7)为6 10个。
全文摘要
一种衬垫与钢丝绳的滑动摩擦温度与应变测量方法及装置，包括衬垫、钢丝绳、丝状热电偶、温度变送器、应变片、应变信号调理模块、数据采集卡和计算机。其特征是该测量方法首先根据钢丝绳绳股外圈钢丝角度变化规律和衬垫绳槽角度范围确定衬垫温度和应变检测点位置，接着在衬垫上布设丝状热电偶和应变片，然后通过丝状热电偶和应变片分别测量温度和应变，最后通过数据采集处理系统完成滑动摩擦过程中衬垫温度和应变的采集、分析处理和保存。该方法能实现滑动摩擦过程中衬垫温度与应变的动态实时测量以及多点同步测量；测试结果精确，适用于高低速滑动摩擦工况下衬垫温度与应变的检测；其工作性能稳定可靠，测量方法简便，结构紧凑，安装方便。
文档编号G01B7/16GK101793567SQ20101012180
公开日2010年8月4日 申请日期2010年2月11日 优先权日2010年2月11日
发明者刘玢玢, 彭玉兴, 徐蕾, 朱真才, 李一磊, 王重秋, 邵杏国, 陈国安 申请人:中国矿业大学