专利名称：提升容器柔性导轨导向装置及其动态特性检测方法
技术领域：
本发明涉及提升容器柔性导轨导向装置及其动态特性检测方法，尤其适用于矿井 钢丝绳柔性导轨的提升容器(罐笼、箕斗、矿用电梯轿厢)的导向及导向时的动态特性检测。
背景技术：
目前，柔性导轨主要为基于钢丝绳的罐道导轨系统，而钢丝绳导轨系统在国内主 要运用在矿井提升容器(罐笼、箕斗)的提升系统上。作为基于柔性导轨的矿井提升机罐笼 和箕斗提升系统，主要采用内镶聚乙烯或聚氨酯或聚氨酯滑套的罐耳在柔性导轨(钢丝绳) 上进行导向的方式。在提升容器高速运行过程中，聚乙烯或聚氨酯滑套与柔性导轨之间形 成高速滑动摩擦状态，造成聚乙烯或聚氨酯滑套的材料被柔性导轨快速磨损，同时由于两 者之间的摩擦温度效应，易造成材料被撕裂和脱落，从而需要频繁地更换罐耳；若提升容器 内货物的摆放位置与重心偏离，造成提升容器偏摆，就会使柔性导轨与聚乙烯或聚氨酯滑 套挤压摩擦严重，直接造成聚乙烯或聚氨酯滑套从罐耳的滑套座内脱落，致使柔性导轨与 刚性罐耳直接摩擦，引起柔性导轨截面积的减小，造成柔性导轨导向作用的丧失，甚至造成 柔性导轨断裂，给提升容器的安全运行带来巨大的隐患，给提升容器内的乘人构成生命安 全危险。对于提升机运行状态的监测主要通过在提升容器顶端安装钢丝绳张力检测装置来 实现的，张力检测装置主要通过
1.连接在提升容器与钢丝绳之间的销轴式拉力传感器；
2.粘贴在连接杆上的应变传感器；
3.钢丝绳两点固定并在其之间串联的张力传感器；
4.基于液压平衡装置的油压压力传感器。这种提升机运行状态的监测方法主要有以下缺陷拉力传感器灵敏度和可靠性 低，应变传感器易受外界因素干扰，张力传感器两端与提升钢丝绳连接处会加剧钢丝绳的 疲劳磨损，油压传感器只适用于提升钢丝绳液压平衡装置的场合；蓄电池需要定期更换，传 感器安装、维护不便。根据以上分析可以发现
(1)目前通过内镶聚乙烯或聚氨酯滑套的罐耳进行导向主要存在以下缺陷高速运行 过程聚乙烯或聚氨酯滑套的材料快速磨损，甚至被撕裂和脱落，严重时滑套脱落，致使频繁 更换罐耳，同时柔性导轨易损坏、寿命短。(2)提升容器的动态特性检测主要对钢丝绳张力进行检测，其方法主要存在以下 缺陷拉力传感器灵敏度和可靠性低，张力传感器会造成钢丝绳的疲劳断裂，油压传感器只 适用于提升钢丝绳液压平衡装置的场合；检测系统维护困难；蓄电池供电的方案需要定期 更换电池，维护不便；现有传感器存在成本高、灵敏度低、对钢丝绳有损害等问题。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种结构紧凑、防止提升容器偏摆、避免柔性导轨磨损、噪音低、磨损小、成本低、灵敏度和可靠性高的提升容器柔性导轨导向装置及其动态 特性检测方法。技术方案本发明的提升容器柔性导轨导向装置，包括无线接收装置、无线发射装 置、工控机，还包括固定在提升容器的导向装置，导向装置的主导向轮一侧设有发电装置， 另一侧设有检测装置，无线发射装置设在检测装置内；导向装置包括抱在柔性导轨两侧的 上下主导向轮和上下副导向轮，上主、副导向轮与下主、副导轮之间的位置成夹角α，上下 主、副导向轮的前后两侧分别设有调力螺杆，调力螺杆分别经连接板固定在固定板上，固定 板下设有工字形固定调节块；调力螺杆上设有固定主轴的调力挡块和固定副轴的压紧挡 块，调力螺杆的中部设有侧向偏摆纠正挡块；调力挡块和压紧挡块与调力螺杆相配合的通 孔内分别设有碟形弹簧，使碟形弹簧对中的调心垫片，防止碟形弹簧弹出的缓冲器端盖和 用于调节主、副导向轮压紧力的调力螺母与锁紧螺母，与主、副导向轮轴相配合的通孔内设 有缓冲弹簧，轴的外端设有防止轴窜出的缓冲调节螺母。所述的上下主、副导向轮包括外侧开有圆弧槽的聚氨酯胶轮，聚氨酯胶轮嵌装在 由左侧聚氨酯胶轮套和右侧聚氨酯胶轮套构成的凹槽内，左侧聚氨酯胶轮套端面设有压盖 和固定压盖的压盖锁紧螺钉，右侧聚氨酯胶轮套的端面设有锁紧螺钉，左侧聚氨酯胶轮套 的中心设有两个套装在导向轮轴上的滚动轴承；在压盖的右侧聚氨酯胶轮套外侧均设有进 行密封的挡圈，并通过主轴上的锁紧螺母将挡圈锁紧；所述的侧向偏摆纠正挡块的两侧设 有偏摆锁定螺母。所述的上主、副导向轮与下主、副导轮之间的位置夹角α为30 90° ；所 述的发电装置包括固定在发电装置防护箱底板内的防爆发电机，设置在防爆发电机一侧与 其通过电缆连接的蓄电池，连接防爆发电机的输入轴与主传动轴的盘形联轴器，支撑主传 动轴的主轴承座；所述的检测装置包括设置在检测装置防护箱底板的可调节支撑架，固定 在可调节支撑架上与副传动轴通过弹性联轴器连接的轴编码器，用于支撑副传动轴的副轴 承座。本发明的柔性导轨导向的动态特性检测方法导向装置的主导向轮通过主碟形弹 簧压紧柔性导轨而随提升容器滚动，主导向轮一侧被由弹簧垫片施加预紧力的摩擦轮压紧 而随主导向轮高速转动；由于摩擦轮一侧的主传动轴与防爆发电机的输入轴通过盘形联轴 器相连接，从而摩擦轮驱动防爆发电机进行发电，并将电能存储在蓄电池内，蓄电池提供轴 编码器与无线发射装置的电源供给；同时摩擦轮另一侧的副传动轴通过弹性联轴器与轴编 码器相连接，当轴编码器采集到信号，基于单片机开发的无线发射装置根据设定的采样频 率将信号发送，井口无线接收装置将收集的信息发送给工控机，工控机通过上位机编制的 程序将接收的信息进行分析处理，确定柔性导轨导向装置导向时的动态特性。有益效果本发明具有纵向导向、横向振动缓冲，噪音、磨损小，安装灵活和维护简 单，尤其适用于矿井提升机柔性导轨(钢丝绳罐道)系统，能够使提升容器沿着柔性导轨运 行过程中进行导向，防止提升容器的偏摆振动，并能够实时检测柔性导轨导向过程中的动 态特性，保证设备平稳、可靠、安全运行，具有如下优点
1)采用滚动导向轮替代滑套罐耳，解决了罐耳滑动摩擦磨损大、频繁更换的现象，提高 了钢丝绳柔性导轨导向装置的使用寿命；
2)采用上下两对主副导向轮以夹角的形式组合，并采用主副导向轮横纵向不同刚度组 合，克服了导向轮在横向载荷下易偏摆、损坏失效的现象，提高了主副导向轮聚氨酯胶轮的使用寿命以及导向装置在提升容器上的安装灵活性；
3)采用两侧咬合的聚氨酯胶轮套并配合压盖压紧聚氨酯胶轮的方法，解决了灰尘、水 等杂质进入滚动轴承内部的问题，提高了主副导向轮轴与轴承的稳定性与使用寿命；
4)采用副导向轮压紧导轨传递动能的方式发电与动态特性检测，能够实现检测装置的 持续供电、动态特性的实时监测，且安装和维护方便、传感器成本低、灵敏度高、对钢丝绳无 损害，提高了采用钢丝绳柔性导轨导向的提升容器运行的可靠性。
图1是本发明的提升容器柔性导轨导向装置结构示意图； 图2是本发明的导向装置结构主视图3是本发明的导向装置实施例一结构俯视图； 图4是本发明的导向装置实施例二结构俯视图； 图5是本发明的导向轮局部剖视结构图； 图6是本发明的发电装置和检测装置结构主视示意图； 图7是本发明的发电装置和检测装置结构俯视示意图。图中提升容器-1，发电装置_2，导向装置-3，检测装置_4，无线发射装置-5，无 线接收装置_6，工控机_7 ；支撑架-2-1，发电机装置防护箱-2-2，蓄电池-2-3，防爆发电 机-2-4，输入轴-2-5，盘形联轴器-2-6，主轴承座-2-7，主压紧力调节弹簧_2_8，主传动 轴-2-9，摩擦轮-2-10 ；副导向轮-3-1，锁紧螺母-3-2，压紧挡块_3_3，副轴_3_4，副缓冲器 端盖-3-5，副碟形弹簧-3-6，副调心垫片-3-7，调力螺杆-3-8，偏摆锁定螺母_3_9，侧向偏 摆纠正挡块-3-10，柔性导轨-3-11，调力螺母-3-12，主调心垫片-3-13，调力挡块-3-14， 主碟形弹簧-3-15，主缓冲器端盖-3-16，主导向轮-3-17，主轴_3_18，连接板_3_19，固定 板-3-20，固定调节块-3-21，缓冲调节螺母-3-22，缓冲弹簧_3_23，固定螺母_3_24，左挡 圈-3-25，压盖-3-26，轴承-3-27，压盖锁紧螺钉_3_28，左侧聚氨酯胶轮套_3_29，聚氨酯胶 轮-3-30，右侧聚氨酯胶轮套-3-31，锁紧螺钉-3-32，右挡圈_3_33 ；副传动轴_4_1，副轴承 座-4-2，副压紧力调节弹簧-4-3，弹性联轴器-4-4，轴编码器-4-5，检测装置防护箱_4_6， 可调节支撑架-4-7。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述
图1所示，本发明的柔性导轨导向装置，主要由固定在提升容器1上的导向装置3、无线 接收装置6和工控机7构成，导向装置3的一侧设有发电装置2，另一侧设有检测装置4，检 测装置4内设有无线发射装置5。图2所示，导向装置3主要由上下主导向轮3-17、上下副导向轮3_1构成，上下主 导向轮3-17和上下副导向轮3-1分上下成夹角α抱在柔性导轨3-11的两侧，上主、副导向 轮与下主、副导轮之间的位置夹角根据提升容器1与井架之间的距离以及提升容器1与提 升容器1之间的距离进行调整，调整时可选择不同的固定板3-20，并通过固定调节块3-21 连接在提升容器1上，夹角“值一般为30 90°，图3所示的夹角σ成90°，即直角；图4 所示的夹角〃成30°。上下主、副导向轮的前后两侧分别设有调力螺杆3-8，调力螺杆3-8分别经连接板3-19固定在固定板3-20上，固定板3-20下设有工字形固定调节块3_21 ；调 力螺杆3-8上设有固定主轴3-18的调力挡块3-14和固定副轴3_4的压紧挡块3_3，调力螺 杆3-8的中部设有侧向偏摆纠正挡块3-10，两侧设有偏摆锁定螺母3-9 ；调力挡块3-14和 压紧挡块3-3与调力螺杆3-8相配合的通孔内分别设有主、副碟形弹簧3-15、3-6，使主、副 碟形弹簧3-15、3-6对中的主、副调心垫片3-13、3-7，防止主、副碟形弹簧3_15、3_6弹出的 主、副缓冲器端盖3-16、3-5和用于调节主、副导向轮3-17、3-1压紧力的调力螺母3_12与 锁紧螺母3-2，与主、副轴3-18、3-4相配合的通孔内设有缓冲弹簧3-23，轴的外端设有防止 轴窜出的缓冲调节螺母3-22。导向装置3设置在提升容器1上下位置，每个导向装置的上 下主、副导向轮中间垂直穿过钢丝绳柔性导轨3-11。主、副导向轮3-17、3-1压紧柔性导轨 3-11的压紧力调节方式不同，前者是通过释放调力螺母3-12来释放碟形弹簧3-15的预紧 力而使主导向轮3-17压紧柔性导轨3-11，而后者是拧紧锁紧螺母3-2来施加预紧力的；当 释放调力挡块3-14的调力螺母3-12时，则依靠主碟形弹簧3-15的预紧力将主导向轮3_17 压紧柔性导轨3-11 ；当拧紧压紧挡块3-3的锁紧螺母3-2时，则依靠副碟形弹簧3-6使副 导向轮3-1与柔性导轨3-11有一个预紧力。导向装置的主、副碟形弹簧3-15、3-6的刚度 大于缓冲弹簧3-23的刚度。图5所示的上下主、副导向轮包括外侧开有圆弧槽的聚氨酯胶轮3-30，聚氨酯胶 轮3-30嵌装在由左侧聚氨酯胶轮套3-29和右侧聚氨酯胶轮套3-31构成的凹槽内，左侧聚 氨酯胶轮套3-29端面设有压盖3-26和固定压盖3-26的压盖锁紧螺钉3_28，右侧聚氨酯胶 轮套3-31的端面设有锁紧螺钉3-32，左侧聚氨酯胶轮套3-29的中心设有两个套装在导向 轮主、副轴上的滚动轴承3-27 ；在压盖3-26与右侧聚氨酯胶轮套3-31外侧分别设有进行 密封的左挡圈3-25和右挡圈3-33，并通过主轴3-18上两端的固定螺母3_24将挡圈锁紧。图6所示的发电装置2包括固定在发电装置防护箱2-2底板支撑架2-1上的防爆 发电机2-4，设置在防爆发电机2-4 —侧与其通过电缆连接的蓄电池2-3，连接防爆发电机 2-4的输入轴2-5与主传动轴2-9的盘形联轴器2-6，支撑主传动轴的主轴承座2_7 ；防爆 发电机2-4、蓄电池2-3、盘形联轴器2-6、主轴承座2-7与主传动轴2_9的一部分装在防护 箱2-2内，只留另一小段主传动轴2-9连接摩擦轮2-10 ；主传动轴2-9的转动通过压紧在 主导向轮上3-17的摩擦轮2-10由平键来驱动；摩擦轮2-10与主导向轮3-17的接触，可根 据主轴承座2-7下的主压紧力调节弹簧2-8预压紧来小幅度自动调节。图7所示的检测装置4包括设置在检测装置防护箱4-6底板的可调节支撑架4-7， 固定在可调节支撑架4-7上与副传动轴4-1通过弹性联轴器4-4连接的轴编码器4-5，用于 支撑副传动轴4-1的副轴承座4-2 ；轴编码器4-5、弹性联轴器4-4、副轴承座4_2与一小段 副传动轴4-1由检测装置防护箱4-6进行保护，只留另一小段副传动轴4-1与摩擦轮2-10 进行连接；当摩擦轮2-10与主导向轮3-17具有一定的磨损即两者接触面的状态发生变化 时，调节支撑架4-7和副轴承座4-2可由副压紧力调节弹簧4-3来小幅度自动调节。本发明柔性导轨导向的动态特性检测方法
(1)导向装置3的主导向轮3-17通过主碟形弹簧3-15压紧柔性导轨3-11，当提升容器 1上下运行时，两者之间由于具有一定的初始预紧力而使主导向轮3-17在柔性导轨3-11上 滚动，而主导向轮3-17 —侧被由主、副压紧力调节弹簧2-8、4-3施加预紧力的摩擦轮2-10 压紧，因此主导向轮3-17的转动带动摩擦轮2-10高速转动；由于摩擦轮2-10 —侧的主传动轴2-9与防爆发电机2-4的输入轴2-5通过盘形联轴器2-6相连接，从而摩擦轮2_10驱 动防爆发电机2-4进行发电，并将电存储在蓄电池2-3内，供检测装置4的轴编码器4-5和 无线发射装置5使用；摩擦轮2-10另一侧的副传动轴4-1通过弹性联轴器4-4与轴编码器 4-5相连接，从而通过轴编码器4-5检测摩擦轮2-10的转动情况；
(2)当轴编码器4-5采集到信号，无线发射装置5根据设定的采样频率将信号发送，井 口无线接收装置6将收集的信息发送给工控机7 ；由于轴编码器4-5检测的是摩擦轮2-10 的转动情况，而非提升容器1的运动特性，工控机7通过上位机编制的程序将接收的信息进 行分析处理，即将摩擦轮2-10转动的情况转化为沿柔性导轨3-11导向过程的运动情况；
(3 )当提升容器1停止在井口或在井下时，或者由于故障而卡在井筒中时，则可通过轴 编码器4-5检测的摩擦轮2-10转动角度，并由无线发射装置5传送过来的数据，由工控机 7的上位机软件来判别是否提升容器1已静止或出现故障；若提升容器1高速运行，则检测 的角度数据逐渐增加，该数据同样通过工控机7的上位机软件来判别，从而可监测到提升 容器1在柔性导轨3-11上的运行情况，掌握沿柔性导轨3-11导向过程的动态特性。
权利要求
1.一种提升容器柔性导轨导向装置，包括无线接收装置(6)、无线发射装置(5)、工控 机(7)，其特征在于还包括固定在提升容器(1)的导向装置(3)，导向装置(3)的主导向轮 (3-17)—侧设有发电装置(2)，另一侧设有检测装置(4)，无线发射装置(5)设在检测装置 (4)内；导向装置(3)包括抱在柔性导轨(3-11)两侧的上下主导向轮(3-17)和上下副导向 轮(3-1)，上主、副导向轮与下主、副导轮之间的位置成夹角 上下主、副导向轮的前后两 侧分别设有调力螺杆(3-8)，调力螺杆(3-8)分别经连接板(3-19)固定在固定板(3-20)上， 固定板(3-20)下设有工字形固定调节块(3-21)；调力螺杆(3-8)上设有固定主轴(3_18) 的调力挡块(3-14)和固定副轴(3-4)的压紧挡块(3-3)，调力螺杆(3-8)的中部设有侧向 偏摆纠正挡块(3-10);调力挡块(3-14)和压紧挡块(3-3)与调力螺杆(3-8)相配合的通孔 内分别设有主、副碟形弹簧(3-15、3-6)，使主、副碟形弹簧(3-15、3-6)对中的主、副调心垫 片(3-13、3-7)，防止主、副碟形弹簧(3-15、3-6)弹出的主、副缓冲器端盖(3-16、3-5)和用 于调节主、副导向轮(3-17)、(3-1)压紧力的调力螺母(3-12)与锁紧螺母(3-2)，与主、副 导向轮轴相配合的通孔内设有缓冲弹簧(3-23)，轴的外端设有防止轴窜出的缓冲调节螺母 (3-22)。
2.根据权利要求1所述的提升容器柔性导轨导向装置，其特征在于所述的上下主、副 导向轮包括设在主轴(3-18)外侧开有圆弧槽的聚氨酯胶轮(3-30)，聚氨酯胶轮(3-30)嵌 装在由左侧聚氨酯胶轮套(3-29)和右侧聚氨酯胶轮套(3-31)构成的凹槽内，左侧聚氨酯 胶轮套(3-29 )端面设有压盖(3-26 )和固定压盖(3-26 )的压盖锁紧螺钉(3-28 )，右侧聚氨 酯胶轮套(3-31)的端面设有锁紧螺钉(3-32)，左侧聚氨酯胶轮套(3-29)的中心设有两个 套装在导向轮轴上的滚动轴承(3-27)；在压盖(3-26)与右侧聚氨酯胶轮套(3-31)外侧均 设有进行密封的挡圈，主轴(3-18)上设有将挡圈锁紧的固定螺母(3-24)。
3.根据权利要求1所述的提升容器柔性导轨导向装置，其特征在于所述的侧向偏摆 纠正挡块(3-10)的两侧设有偏摆锁定螺母(3-9)。
4.根据权利要求1所述的提升容器柔性导轨导向装置，其特征在于所述的上主、副导 向轮与下主、副导轮之间的位置夹角ο为30 90°。
5.根据权利要求1所述的提升容器柔性导轨导向装置，其特征在于所述的发电装置 (2)包括固定在发电装置防护箱(2-2)底板支撑架(2-1)上的防爆发电机(2-4)，设置在防 爆发电机(2-4) —侧与其通过电缆连接的蓄电池(2-3)，连接防爆发电机(2-4)的输入轴 (2-5)与主传动轴(2-9)的盘形联轴器(2-6)，支撑主传动轴的主轴承座(2-7)。
6.根据权利要求1所述的提升容器柔性导轨导向装置，其特征在于所述的检测装置 (4)包括设置在检测装置防护箱(4-6)底板的可调节支撑架(4-7)，固定在可调节支撑架 (4-7)上与副传动轴(4-1)通过弹性联轴器(4-4)连接的轴编码器(4-5)，用于支撑副传动 轴(4-1)的副轴承座(4-2)。
7.一种提升容器柔性导轨导向装置的动态特性检测方法，其特征在于导向装置的主 导向轮(3-17)通过主碟形弹簧(3-15)压紧柔性导轨(3-11)而随提升容器(1)滚动，主导 向轮(3-17)—侧被由弹簧垫片施加预紧力的摩擦轮(2-10)压紧而随主导向轮(3-17)高速 转动；由于摩擦轮(2-10 ) —侧的主传动轴(2-9 )与防爆发电机(2-4 )的输入轴(2-5 )通过 盘形联轴器(2-6 )相连接，从而摩擦轮(2-10 )驱动防爆发电机(2-4 )进行发电，并将电能存 储在蓄电池(2-3 )内，蓄电池(2-3 )提供轴编码器(4-5 )与无线发射装置(5 )的电源供给；同时摩擦轮(2-10)另一侧的副传动轴(4-1)通过弹性联轴器(4-4)与轴编码器(4-5)相连 接，当轴编码器(4-5)采集到信号，无线发射装置(5)根据设定的采样频率将信号发送，井 口无线接收装置(6)将收集的信息发送给工控机(7)，工控机(7)通过上位机编制的程序将 接收的信息进行分析处理，确定柔性导轨(3-11)导向时提升容器(1)的动态特性。
全文摘要
一种提升容器柔性导轨导向装置及其动态特性检测方法，包括无线接收装置和工控机、固定在提升容器的导向装置，导向装置上设有发电装置和检测装置，检测装置内设有无线发射装置。导向装置设置在提升容器的上下侧，导向装置的上下主、副导向轮压紧柔性导轨上下运行，导向装置的上下主、副导向轮夹角根据实际安装条件进行调节；发电装置的摩擦轮压紧主导向轮，提升容器的运动带动导向轮转动从而驱动摩擦轮带动发电机发电并存储在蓄电池内，与摩擦轮的另一侧相连接的检测装置的轴编码器实时检测导向轮的动态特性，无线发射装置将信号实时发射到井口，并由井口的无线接收装置接收，然后通过工控机进行信号的实时分析确定导向过程的动态特性。
文档编号B66B7/02GK102001564SQ201010572050
公开日2011年4月6日 申请日期2010年12月3日 优先权日2010年12月3日
发明者吴仁愿, 宋静, 彭维红, 曹国华, 曹永光, 朱真才, 李一磊, 王重秋, 邵杏国, 陈国安 申请人:中国矿业大学