一种缠绕式提升机钢丝绳层间摩擦检测装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种缠绕式提升机钢丝绳层间摩擦检测装置及方法，尤其适用于模拟矿井提升过程中缠绕式提升机滚筒上钢丝绳的使用环境和工作状况的实验，用于检测缠绕式提升机滚筒上钢丝绳层间摩擦状况。
【背景技术】
[0002]随着国家经济的快速发展，我国对矿产资源的需求量大幅度增长，促使我国地下矿产资源的开采不断向深层扩展。随着矿山开采深度的增加，深井开采及运输问题也备受关注。我国矿山的平均开采深度在500m左右，随着浅层矿产资源的消耗，未来开采深度必然会达到1000?2000m。目前，我国深井提升多采用单绳缠绕式提升机(单筒和双筒)和多绳摩擦式提升机，国内多绳摩擦式提升机一般不推荐在深度超过1200m的情况下使用，否则会因钢丝绳张力变化过大而影响钢丝绳的使用寿命。提升钢丝绳作为缠绕式提升系统的关键传动部件，连接着提升机和提升容器，其可靠性严重影响煤矿的安全生产和职工生命安全，一旦提升钢丝绳发生失效断裂将导致机毁人亡重大恶性安全事故的发生。
[0003]在立井提升循环中(提起终端载荷、提升过程和卸载)，提升钢丝绳循环地绕入和绕出滚筒，尤其在滚筒上多层缠绕钢丝绳时，提升钢丝绳循环绕入、绕出滚筒导致绕入、绕出钢丝绳与下层缠绕钢丝绳间循环发生摩擦磨损，随着提升高度的增加，提升载荷的增大，提升速度的加快，此种摩擦磨损作用对提升钢丝绳寿命的影响变得越来越大。因此，揭示钢丝绳在大张力多层高速缠绕过程中绳间耦合运动的特征，探索绳间结合和分离运动中的摩擦接触行为对提高千米深井提升钢丝绳使用寿命、保证深部矿井安全生产、避免人员伤亡和设备损坏、保障我国能源供应具有重要意义。
[0004]所以，提出一种缠绕式提升机钢丝绳层间摩擦检测装置及方法，实时动态监测钢丝绳摩擦磨损过程中钢丝绳间的摩擦力、温度场、摩擦系数以及钢丝绳内部裂纹拓展，用以揭示钢丝绳摩擦磨损断裂机理、评价钢丝绳的摩擦损伤演化和钢丝绳疲劳寿命。
【发明内容】
[0005]本发明为解决现有装置不能检测缠绕式提升机钢丝绳滚筒多层高速缠绕过程中绳间摩擦磨损，进而提出一种能够模拟缠绕式提升机滚筒上钢丝绳层间摩擦状况的装置及方法，并能够实时动态监测钢丝绳摩擦磨损状况。
[0006]本发明采用以下技术方案:
[0007]本发明首先提供一种缠绕式提升机钢丝绳层间摩擦检测装置，包括支架、设在支架上的加载钢丝绳定位系统、无接头钢丝绳定位系统、制动系统、动力加载系统、状态监测系统；
[0008]所述支架包括底座(17)和固定在底座(17)上的四个立柱(14)，四个立柱(14)围成一矩形，垂直于传动轴(28)轴线方向的两个纵向立柱之间顶部设有横梁(25)，平行于传动轴(28)轴线方向的两个横向立柱之间中部设有定滑轮支撑梁(11);
[0009]所述加载钢丝绳定位系统包括设在定滑轮支撑梁(11)上的定滑轮支座、关于传动轴(28)轴线所在的竖直平面对称设置的两个定滑轮(13)，两个定滑轮(13)通过销轴
(10)与定滑轮支座连接，通过两定滑轮(13)圆周上的凹槽将加载钢丝绳定位于张紧在轮毂(01)上的两根无接头钢丝绳(27)之间的间隙位置；
[0010]所述无接头钢丝绳定位系统包括轮毂(01)、设置在轮毂(01)圆周上的两条平行的圆弧形凹槽、法兰式顶盖一(33)、法兰式顶盖二(30)、T型螺栓(29)、无接头钢丝绳(27);轮毂(01)两侧的圆周外缘均设置为斜面，法兰式顶盖一(33)、法兰式顶盖二(30)内侧均设置有与该斜面配合的斜面结构；
[0011]所述制动系统包括设置在联轴器三(06)中间位置的制动圆盘(09)、设置在制动圆盘(09)上的气压驱动制动器(07)，通过气压驱动制动器(07)作用于制动圆盘(09)上的制动力来制动轮毂(01)；
[0012]所述动力加载系统包括旋转驱动系统和加载系统；所述旋转驱动系统包括设在底座(17)上的电机(08)、与电机(08)输出轴连接的联轴器三(06)、与联轴器三(06)连接的减速器(05)、与减速器(05)输出轴连接的联轴器二(04)、与联轴器二(04)连接的动态扭矩转速传感器(03)、与动态扭矩转速传感器(03)连接的联轴器一(02)、与联轴器一(02)连接的传动轴(28)、与传动轴(28)通过键连接的轮毂(01)，通过电机(08)的旋转驱动轮毂(01)旋转；所述加载系统包括与底座(17)连接的拉环(16)、与拉环(16)连接的拉紧器
(15)、与拉紧器(15)连接的加载钢丝绳(12)、与加载钢丝绳(12)另一端连接的绳钩(21)、与绳钩(21)连接的拉力传感器(20)、与拉力传感器(20)连接的电动拉杆(19)、与电动拉杆(19)连接的地脚螺栓(18)，地脚螺栓(18)与底座(17)连接，电动拉杆(19)施加的拉力作用于加载钢丝绳(12)上，进而加载钢丝绳(12)对轮毂(01)上的两无接头钢丝绳(27)产生压力载荷；
[0013]所述状态监测系统包括设置在旋转驱动系统上的动态扭矩转速传感器(03)，用于动态监测轮毂(01)的动态交变负载扭矩和转速；设置在加载系统上的拉力传感器(20)，用于动态监测电动拉杆(19)施加于加载钢丝绳(12)的载荷；设置在加载钢丝绳(12)右上方的红外热像仪(24)，用于动态检测加载钢丝绳(12)与无接头钢丝绳(27)摩擦磨损过程中摩擦接触侧面的温度变化规律；设置在加载钢丝绳(12)上方的声发射传感器(26)，用于监测钢丝绳间摩擦过程中加载钢丝绳(12)内部裂纹的拓展规律。
[0014]所述的缠绕式提升机钢丝绳层间摩擦检测装置，圆弧形凹槽内设置有圆弧形橡胶垫圈(31)，以增加两个无接头钢丝绳(27)和轮毂(01)之间的附着力并避免无接头钢丝绳
(27)被轮毂的作用力损伤，法兰式顶盖一(33)、法兰式顶盖二(30)内侧与两个无接头钢丝绳(27)接触的部位设置有L型橡胶垫圈(32)，防止在张紧过程中无接头钢丝绳(27)被法兰式顶盖一(33)、法兰式顶盖二(30)损伤。
[0015]所述的缠绕式提升机钢丝绳层间摩擦检测装置，其通过加载钢丝绳(12)与旋转的轮毂(01)上对称设置的无接头钢丝绳(27)的接触摩擦，来模拟缠绕式提升机滚筒上钢丝绳层间的摩擦状况。
[0016]所述的缠绕式提升机钢丝绳层间摩擦检测装置，所述的法兰式顶盖二(30)的法兰上周向间隔相同角度设置沉孔，法兰式顶盖一(33)的法兰上周向间隔相同角度设置通孔，便于T型螺栓(29)紧固。
[0017]所述的缠绕式提升机钢丝绳层间摩擦检测装置，加载钢丝绳(12)的加载载荷通过电动拉杆(19)施加，改变加载载荷即可测试钢丝绳在不同载荷下的摩擦磨损性能。
[0018]所述的缠绕式提升机钢丝绳层间摩擦检测装置，加载钢丝绳(12)与无接头钢丝绳(27)接触包角的变化通过更换不同直径的定滑轮(13)来实现，改变钢丝绳接触包角即可测试不同接触包角状态下钢丝绳的摩擦磨损性能。
[0019]所述的缠绕式提升机钢丝绳层间摩擦检测装置，通过采用不同结构的加载钢丝绳
(12)和无接头钢丝绳(27)来测试不同钢丝绳结构对钢丝绳间摩擦的影响规律。
[0020]本发明还提供一种应用上述装置进行钢丝绳层间摩擦检测的检测方法，法兰式顶盖一(33)、法兰式顶盖二(30)通过斜面与轮毂(01)配合在一起，T型螺栓(29)穿过法兰式顶盖一(33)、法兰式顶盖二(30)上的螺栓孔，旋紧螺母在T型螺栓(29)的紧固力作用下，法兰式顶盖一(33)、法兰式顶盖二(30)不断挤压两个无接头钢丝绳(27)，使得两个无接头钢丝绳(27)沿着轮毂(01)上的斜面进入轮毂(01)中两条平行的圆弧形凹槽内，两个无接头钢丝绳(27)在本身径向弹性力的作用下张紧并固定于轮毂(01)中的圆弧形凹槽中，两个无接头钢丝绳(27)之间留有缝隙；无接头钢丝绳(27)张紧在轮毂(01)上的圆弧形凹槽后，将法兰式顶盖一(33)、法兰式顶盖二(30)拆卸下来；
[0021]电机(08)驱动轮毂(01)旋转带动无接头钢丝绳(27)旋转，加载钢丝绳(12)在电动拉杆(19)施加的载荷下与两个无接头钢丝绳(27)产生摩擦磨损；
[0022]通过动态扭矩转速传感器(03)测得的扭矩变化量计算得出加载钢丝绳(12)与旋转的轮毂(01)上对称设置的无接头钢丝绳(27)的接触摩擦力；
[0023]通过红外热像仪(24)对准加载钢丝绳(12)与旋转轮毂(01)上对称设置的无接头钢丝绳(27)的接触位置，监测实验过程中钢丝绳摩擦接触侧面的温度变化规律；
[0024]通过加载钢丝绳(12)上方的声发射传感器(26)，监测钢丝绳间摩擦过程中加载钢丝绳(12)内部裂纹的拓展规律；
[0025]通过气压驱动制动器(07)作用于制动圆盘(09)上的制动力来制动轮毂(01)，来测试制动过程中加载钢丝绳(12)与两个无接头钢丝绳(27)间的摩擦磨损性能；
[0026]通过更换不同直径的定滑轮(13)改变加载钢丝绳(12)与无接头钢丝绳(27)的接触包角，测试不同接触包角对钢丝绳间摩擦磨损性能的影响；
[0027]通过更换不同结构的加载钢丝绳(12)和两个无接头钢丝绳(27)，测试不同钢丝绳结构对钢丝绳间摩擦磨损性能的影响。