深井双折线式多层缠绕提升机钢丝绳的动态径向变形与动张力监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种深井双折线式多层缠绕提升机钢丝绳的动态径向变形与动张力监测装置，包括基架、驱动系统、拉压检测系统、动态变形监测系统；驱动系统包括电动机，电动机通过联轴器A、减速器、联轴器B与卷筒相连，卷筒挡板外侧与制动盘贴合；拉压检测系统包括伺服电动缸，S型拉力传感器分别连接伺服电动缸与钢丝绳夹具连接，卷筒表面设有摩擦衬垫，钢丝绳缠绕在摩擦衬垫表面双折线绳槽上，钢丝绳夹具一端通过钢丝绳夹具锁紧，摩擦衬垫背面沿卷筒轴向设置多个传感器安装槽，称重式压力传感器设置在传感器安装槽内；动态变形监测系统包括二维激光传感器。本发明专利技术可模拟钢丝绳在多种工作情况下所受拉力特性，可精确检测每一层钢丝绳形变量及张力。

Device and method for monitoring dynamic radial deformation and dynamic tension of steel wire rope of deep well double broken line type multilayer winding hoist

The invention discloses a deep double fold type multi-layer winding hoist wire rope dynamic radial deformation and dynamic tension monitoring device, which comprises a base frame, driving system, tension detection system, dynamic deformation monitoring system; drive system including the motor, motor through the coupling of A, reducer, coupling B and drum drum connected with lateral baffle and fit the brake disc; pull pressure detection system includes servo electric cylinder, S type tension sensors are respectively connected with the servo electric cylinder and wire rope clamp connection, the drum surface is provided with a friction pad, the wire rope is wound on the friction pad surface double broken line groove, wire rope clamp one end of the wire rope clamp lock, a friction pad is arranged on the back surface of the multi a sensor mounting groove along the drum axis, weighing type pressure sensor is arranged on the sensor mounting groove; dynamic deformation monitoring system consists of two D laser sensor. The invention can simulate the pulling force characteristic of the steel wire rope under various working conditions, and can accurately detect the shape variable and tension of each layer of steel wire rope.

【技术实现步骤摘要】
深井双折线式多层缠绕提升机钢丝绳的动态径向变形与动张力监测装置及方法
本专利技术专利涉及一种深井双折线式多层缠绕提升机钢丝绳的径向变形及张力的动态监测装置及方法，能够模拟缠绕式提升系统中钢丝绳在加速、减速、匀速、急停等多种工作情况下所受拉力特性，可用于探究卷筒上每层钢丝绳的实时径向变形、卷筒外壁不同区域所受压力及钢丝绳张力的动态变化。
技术介绍
矿山生产的全过程离不开矿山运输和提升工作，因此，运输和提升工作的好坏直接关系到矿上生产能否正常高效进行。矿井提升设备是矿山生产的咽喉，是集机、电、液于一体的大型复杂系统。它是矿山生产的一条生命线，主要用于提运矿石、煤炭、物料、人员和设备，是矿山井下生产系统与地面工业广场相连接的枢纽。随着矿井开采走向深部和现代化大型矿井安全高效生产的要求，多层缠绕式提升机的应用日趋大型化，随着卷筒的增长,重量和转动惯量增加,需要更大的电机,而且需要更大的布置空间，采用多层缠绕卷筒可以节省成本。双折线绳槽是适合多层缠绕的一种绳槽形式,它能有效地克服传统卷筒在多层缠绕方面的缺点,避免乱绳,有效地延长钢丝绳的使用寿命。并以其提升能力大，提升高度大，安全系数高，造价便宜等显著优点，被越来越多地用于深井及超深矿井的矿井提升中。随着矿井开采深度的增加，为了提高深井及超深矿井提升机的运输效率，提升装备必然向大提升载荷和高提升速度发展，这也为提升设备的安全性和可靠性提出了更高要求，因钢丝绳在长时间工作中会发生形变，特别是工况突然变化时钢丝绳所受拉力及张力易使钢丝绳发生断裂从而引起作业吊篮坠落事故，造成人员伤亡。在摩擦提升机的提升过程中，由于可变的提升钢丝绳悬垂长度和惯性载荷的共同作用，提升钢丝绳在上提加速、匀速、减速一个周期的提升过程中，提升系统会发生振动，钢丝绳也承受动张力变化，特别是在提升的加速、减速阶段，钢丝绳的动张力振动较大，振动频率随着钢丝绳长度的减小而增大。振动使钢丝绳所受拉力及张力改变，钢丝绳产生径向形变，在长时间周期工作后影响钢丝绳寿命，引发提升机的恶性事故。因为每一层钢丝绳受到的力是不同且多样的，如果能检测出每一层钢丝绳的变形及张力就能有效预防矿井事故的发生。所以，提出一种深井提升钢丝绳径向变形及张力的动态监测装置及方法，探究卷筒上每层钢丝绳的实时径向变形、卷筒外壁不同区域所受压力及钢丝绳张力的动态变化是至关重要的。现有提升机钢丝绳检测装置包括：专利号为ZL201220715786.1的技术专利公开了一种多绳摩擦提升机钢丝绳张力在线监控装置，可以通过无线发射模块和压力传感器采集钢丝绳张力并通过无线方式发送至无线接收模块，不受提升机结构和运行状态的影响，实现对提升机钢丝绳动态张力的实时监测，然而不能检测每一层钢丝绳的径向形变量；专利号为ZL201420703971.8的技术专利公开了一种矿井提升机张力监测系统，实现了矿井钢丝绳张力远程实时监测，提高矿井提升机的安全性，然而，该系统检测钢丝绳形变使用的三点弯曲法精确度不高，不能精确地算出钢丝绳所受的张力；申请号为201510634389.X的专利技术申请公开了一种提升系统中钢丝绳张力测量方法，是一种间接测量方法，没有对钢丝绳进行直接接触，不破坏钢丝绳结构，该方法不能测量每层钢丝绳的张力值。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种深井双折线式多层缠绕提升机钢丝绳的径向变形及张力的动态监测装置及方法，能够模拟缠绕式提升系统中钢丝绳在加速、减速、匀速、急停等多种工作情况下所受拉力特性，可用于探究卷筒上每层钢丝绳的实时径向变形、卷筒外壁不同区域所受压力及钢丝绳张力的动态变化。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下的技术方案：一种深井双折线式多层缠绕提升机钢丝绳的动态径向变形与动张力监测装置，包括基架、驱动系统、拉压检测系统、动态变形监测系统；所述基架包括电动机及减速器支架、伺服电动缸支架、二维激光传感器夹具及二维激光传感器支架，通过地脚螺栓将电动机及减速器支架和伺服电动缸支架固定在地面上，二维激光传感器夹具通过螺栓A固定在二维激光传感器支架上；所述驱动系统包括电动机、联轴器A、减速器、联轴器B，电动机及减速器通过螺栓固定在电动机及减速器支架上，电动机输出轴通过联轴器A与减速器输入轴相连，减速器输出轴通过联轴器B与卷筒的主轴相连，卷筒端部的卷筒挡板外侧与盘形制动器的制动盘相贴合；所述拉压检测系统包括伺服电动缸、S型拉力传感器、钢丝绳夹具、钢丝绳、称重式压力传感器，电动缸通过螺栓固定在电动缸支架上，S型拉力传感器一端与伺服电动缸相连，S型拉力传感器另一端与钢丝绳夹具连接，在卷筒表面设有摩擦衬垫，摩擦衬垫表面设有双折线绳槽，钢丝绳缠绕在双折线绳槽上，钢丝绳夹具一端通过钢丝绳夹具上的钢丝绳U型锁具锁紧，摩擦衬垫背面沿卷筒轴向设置多个与称重式压力传感器外形相匹配的传感器安装槽，称重式压力传感器设置在传感器安装槽内；所述动态变形监测系统包括二维激光传感器，二维激光传感器对准设置在卷筒挡板、制动盘上的监测孔。进一步的，所述称重式压力传感器包括称靠近卷筒两端的重式压力传感器A、称重式压力传感器C以及位于卷筒中部的称重式压力传感器B。进一步的，所述卷筒表面与传感器安装槽对应的位置设有平面槽，称重式压力传感器通过螺栓B与平面槽固定。根据上述监测装置的深井双折线式多层缠绕提升机钢丝绳的动态径向变形与动张力监测方法，该方法包括以下内容：a)通过电动机带动卷筒转动将钢丝绳缠绕三层到卷筒上，然后关闭电动机，钢丝绳一端通过钢丝绳夹具后用钢丝绳U型锁具夹紧，钢丝绳夹具与S型拉力传感器的一端相连，S型拉力传感器的另一端与伺服电动缸相连；b)开启二维激光传感器，确保二维激光传感器能通过监测孔监测到钢丝绳的第一层绳体、第二层绳体、第三层绳体，通过盘形制动器制动卷筒，通过计算机控制伺服电动缸水平移动使得钢丝绳的受力达到设定疲劳载荷，此时用二维激光传感器实时记录下钢丝绳三层绳体外轮廓，通过与未加力时钢丝绳三层绳体外轮廓比较计算得出每一层钢丝绳的变形量；c)松开盘形制动器，关闭伺服电动缸并重新启动电动机，通过电动机带动卷筒7反向旋转至钢丝绳只缠绕一层在卷筒上，通过盘形制动器制动卷筒，并通过钢丝绳夹具的钢丝绳U型锁具重新夹紧钢丝绳，通过计算机控制伺服电动缸水平移动对钢丝绳加载，使二维激光传感器监测到的钢丝绳变形量分别达到b)步骤所得到的每一层钢丝绳的变形量，并通过称重式压力传感器分别测出不同区域单根钢丝绳的压力值；d)根据c)步骤所得的每一层钢丝绳所受到的压力值，通过计算得到每一层钢丝绳相应的张力值；e)关闭伺服电动缸、二维激光传感器和不同位置的称重式压力传感器，停止试验；f)通过计算机控制伺服电动缸给钢丝绳以不同的加载，实现提升机的加速、匀速、减速和急停等工况，通过二维激光传感器、S型拉力传感器和不同位置的称重式压力传感器所测得的数据来研究钢丝绳在多种工况下的拉力特性、张力变化及钢丝绳的径向变形。有益效果：本专利技术专利能够模拟缠绕式提升系统中钢丝绳在加速、减速、匀速、急停等多种工作情况下所受拉力特性，可以精确检测每一层钢丝绳形变量及张力，从而更精确的判断是否需要更换钢丝绳，来减少因提升机钢丝绳断裂而引起的矿难事故。附图说明图1为本专利技术专利的主视图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种深井双折线式多层缠绕提升机钢丝绳的动态径向变形与动张力监测装置，其特征在于：包括基架、驱动系统、拉压检测系统、动态变形监测系统；所述基架包括电动机及减速器支架(1)、伺服电动缸支架(19)、二维激光传感器夹具(10)及二维激光传感器支架(11)，通过地脚螺栓将电动机及减速器支架(1)和伺服电动缸支架(19)固定在地面上，二维激光传感器夹具(10)通过螺栓A(8)固定在二维激光传感器支架(11)上；所述驱动系统包括电动机(2)、联轴器A(3)、减速器(4)、联轴器B(5)，电动机(2)及减速器(4)通过螺栓固定在电动机及减速器支架(1)上，电动机(2)输出轴通过联轴器A(3)与减速器(4)输入轴相连，减速器(4)输出轴通过联轴器B(5)与卷筒(7)的主轴相连，卷筒(7)端部的卷筒挡板(6)外侧与盘形制动器(12)的制动盘(13)相贴合；所述拉压检测系统包括伺服电动缸(18)、S型拉力传感器(17)、钢丝绳夹具(16)、钢丝绳(24)、称重式压力传感器，电动缸(18)通过螺栓固定在电动缸支架(19)上，S型拉力传感器(17)一端与伺服电动缸(18)相连，S型拉力传感器(17)另一端与钢丝绳夹具(16)连接，在卷筒(7)表面设有摩擦衬垫(25)，摩擦衬垫(25)表面设有双折线绳槽，钢丝绳(24)缠绕在双折线绳槽上，钢丝绳夹具(16)一端通过钢丝绳夹具(16)上的钢丝绳U型锁具(15)锁紧，摩擦衬垫(25)背面沿卷筒(7)轴向设置多个与称重式压力传感器外形相匹配的传感器安装槽，称重式压力传感器设置在传感器安装槽内；所述动态变形监测系统包括二维激光传感器(9)，二维激光传感器(9)对准设置在卷筒挡板(6)、制动盘(13)上的监测孔(14)。...

【技术特征摘要】
1.一种深井双折线式多层缠绕提升机钢丝绳的动态径向变形与动张力监测装置，其特征在于：包括基架、驱动系统、拉压检测系统、动态变形监测系统；所述基架包括电动机及减速器支架(1)、伺服电动缸支架(19)、二维激光传感器夹具(10)及二维激光传感器支架(11)，通过地脚螺栓将电动机及减速器支架(1)和伺服电动缸支架(19)固定在地面上，二维激光传感器夹具(10)通过螺栓A(8)固定在二维激光传感器支架(11)上；所述驱动系统包括电动机(2)、联轴器A(3)、减速器(4)、联轴器B(5)，电动机(2)及减速器(4)通过螺栓固定在电动机及减速器支架(1)上，电动机(2)输出轴通过联轴器A(3)与减速器(4)输入轴相连，减速器(4)输出轴通过联轴器B(5)与卷筒(7)的主轴相连，卷筒(7)端部的卷筒挡板(6)外侧与盘形制动器(12)的制动盘(13)相贴合；所述拉压检测系统包括伺服电动缸(18)、S型拉力传感器(17)、钢丝绳夹具(16)、钢丝绳(24)、称重式压力传感器，电动缸(18)通过螺栓固定在电动缸支架(19)上，S型拉力传感器(17)一端与伺服电动缸(18)相连，S型拉力传感器(17)另一端与钢丝绳夹具(16)连接，在卷筒(7)表面设有摩擦衬垫(25)，摩擦衬垫(25)表面设有双折线绳槽，钢丝绳(24)缠绕在双折线绳槽上，钢丝绳夹具(16)一端通过钢丝绳夹具(16)上的钢丝绳U型锁具(15)锁紧，摩擦衬垫(25)背面沿卷筒(7)轴向设置多个与称重式压力传感器外形相匹配的传感器安装槽，称重式压力传感器设置在传感器安装槽内；所述动态变形监测系统包括二维激光传感器(9)，二维激光传感器(9)对准设置在卷筒挡板(6)、制动盘(13)上的监测孔(14)。2.根据权利要求1所述的一种深井双折线式多层缠绕提升机钢丝绳的动态径向变形与动张力监测装置，其特征在于：所述称重式压力传感器包括称靠近卷筒(7)两端的重式压力传感器A(23)、称重式压力传感器C(27)以及位于卷筒(7)中部的称重式压力传感器B(26)。3.根据权利要求2所述的一种深井双折线式多层缠绕提升机钢丝绳的动态径向变形与动张力监测装置，其特征在于：所述卷筒(7)表面与传感器安装槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：王大刚，石甘雨，朱真才，史东旭，姜通，彭玉兴，卢昊，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32