一種提升系統(tǒng)中鋼絲繩張力測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋼絲繩張力的測量方法，具體涉及一種提升系統(tǒng)中鋼絲繩張力測 量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，對提升機運行狀態(tài)的監(jiān)測可以通過對提升機鋼絲繩張力的檢測來實現(xiàn)，尤 其是多繩纏繞式超深礦井提升機需要實時地檢測提升機工作過程中鋼絲繩的張力，進而通 過調(diào)繩裝置來調(diào)節(jié)鋼絲繩之間的張力差。目前提升機張力的檢測方法包括直接測量法與間 接測量法。直接測量法是在提升容器頂部安裝鋼絲繩檢測裝置，將測得的信號傳輸?shù)降孛?進行數(shù)據(jù)處理得到鋼絲繩張力。這種方法主要存在的缺陷：在井深超過500米甚至1500米 時，信號存在較大的噪聲無法實現(xiàn)可靠的通訊，有較大的測量誤差；傳感器安裝維護不便； 破壞鋼絲繩的結(jié)構(gòu)，加劇鋼絲繩的疲勞磨損。間接測量方法又包括：振波法，利用沖擊力垂 直打擊鋼絲繩，產(chǎn)生橫向振動波測量返回周期，進而求得鋼絲繩張力；三點彎曲法，將測力 傳感器與鋼絲繩表面產(chǎn)生三點接觸，強迫鋼絲繩產(chǎn)生彎曲變形來計算其張力；應變法，在天 輪支架或者天輪主軸上安裝電阻應變片，通過推導出測量點和鋼絲繩張力的對應關(guān)系來計 算出鋼絲繩張力。間接測量法主要存在的缺點：振波法和三點彎曲法采用接觸測量，破壞鋼 絲繩結(jié)構(gòu)，降低鋼絲繩壽命；應變法要求傳感器具有結(jié)構(gòu)適用性、高可靠性和高靈敏性，成 本很高，安裝、標定和調(diào)試比較困難。
[0003] 根據(jù)以上分析可以發(fā)現(xiàn)，目前通過提升機鋼絲繩張力的檢方法主要存在以下缺 陷：1)傳感器安裝不便，檢測系統(tǒng)維護困難；2)檢測系統(tǒng)應用具有一定的局限性，不能用于 超深礦井條件下的檢測；3)對鋼絲繩有一定的磨損，降低了鋼絲繩壽命；4)測量精度較低， 誤差較大；5)測量裝置和方法的成本造價較高不利于推廣。
[0004] 為此，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，急需一種計算簡單、測量精確、不破壞鋼絲繩 結(jié)構(gòu)、適合超深礦井提升機鋼絲繩張力的測量方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種提升系統(tǒng)中鋼絲繩張力測量方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中的鋼絲 繩張力測量方法測量準確率低、成本高、測量方式復雜且需要接觸鋼絲繩造成鋼絲繩磨損 的缺陷。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的提升系統(tǒng)中鋼絲繩張力測量方法包括如下步驟：
[0007] 1)測量提升系統(tǒng)中滑輪水平徑向、豎直徑向及軸向三方向的負載力Fx、Fz、Fy及提 升端鋼絲繩在滑輪徑向平面上的投影與豎直徑向方向的夾角P;所述滑輪徑向平面為與 滑輪的軸線垂直的一個切面
[0009] 其中，T為提升端鋼絲繩張力，1\為載荷端鋼絲繩張力。
[0010] 所述滑輪為天輪。
[0011] 所述三方向的負載力的測量是通過在滑輪上安裝傳感器測量得到的。
[0012] 所述傳感器為加速度傳感器。
[0013] 本發(fā)明的提升系統(tǒng)中鋼絲繩張力測量方法僅需采用傳感器測量出滑輪水平徑向、 垂直徑向及軸向三方向的負載力及提升端鋼絲繩在滑輪徑向平面上的投影與垂直徑向方 向的夾角，經(jīng)過計算就可直接獲得鋼絲繩的張力。該方法是一種間接測量的方法，沒有對鋼 絲繩進行直接接觸，不破壞鋼絲繩的結(jié)構(gòu)，保證了鋼絲繩的使用壽命，安裝方便，計算簡單， 測量精確，成本低，維護簡單，并且測量設(shè)備不在井內(nèi)，保證了采礦作業(yè)的安全性，特別適用 于超深礦井提升機鋼絲繩張力的測量。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本實施例中超深礦井提升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和力學坐標系；
[0015] 圖2是本實施例中XOZ平面受力分析圖；
[0016] 圖3是本實施例中YOZ平面受力分析圖。
【具體實施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細說明。
[0018] 本實施例的鋼絲繩張力測量方法為：
[0019] 1)測量提升系統(tǒng)中滑輪水平徑向、豎直徑向及軸向三方向的負載力Fx、Fz、Fy及提 升端鋼絲繩在滑輪徑向平面上的投影與豎直徑向方向的夾角P;所述滑輪徑向平面為與 滑輪的軸線垂直的一個切面
[0021] 其中，T為提升端鋼絲繩張力，1\為載荷端鋼絲繩張力。
[0022] 下面以超深礦井提升系統(tǒng)為例，來具體說明本實施例的鋼絲繩張力測量過程：
[0023] 如圖1所示，提升系統(tǒng)包括天輪和卷筒，天輪與卷筒之間的鋼絲繩部分成為提升 端鋼絲繩，天輪與負載之間的鋼絲繩部分成為負載端鋼絲繩。
[0024] 在圖1中建立坐標系，以天輪中心為圓心0,天輪的軸向方向為Y軸，天輪的水平徑 向方向為X軸，天輪的垂直徑向方向為Z軸，設(shè)T為提升端鋼絲繩張力，1\為載荷端鋼絲繩 張力，a為提升端鋼絲繩在XOZ平面上的投影與提升端鋼絲繩之間的夾角，P為提升端鋼 絲繩在XOZ平面上的投影與Z軸間的夾角。由于排繩過程中鋼絲繩在卷筒上產(chǎn)生軸向的游 動，因此夾角a是一個變量，而夾角0為一個常量。
[0025] 對天輪及鋼絲繩進行受力分析，具體的分析過程如下：
[0026] 首先，在XOZ平面內(nèi)進行受力分析，XOZ平面如圖2所示。
[0027] 提升端鋼絲繩張力T在XOZ平面上的分量為：
[0028] Txz=TXcosa；
[0029] 由天輪主軸的力平衡關(guān)系可得，主軸水平方向的徑向力的合力為零，因此：
[0030] 2Fx= 0,即得到：Fx_TxzsinP= 0。
[0031] 同理，主軸垂直方向的徑向力的合力也為零，得到：
[0032] SFz= 0,即得到：FZ-T1-TxzCosP= 0
[0033] 那么，通過上述三個方程式，在XOZ平面內(nèi)可得到：
[0035] 而后，在YOZ平面內(nèi)進行受力分析，YOZ平面如圖3所示：
[0036] 提升端鋼絲繩張力T在YOZ平面上的分量為：
[0037] Tyz=TXsina;
[0038] 由天輪主軸的力平衡關(guān)系可得，主軸軸向力的合力為零，因此有：
[0039] SFy= 0,即得到：Fy_Tyzsina= 〇
[0040] 同理，主軸垂直方向的徑向力的合力也為零，因此有：
[0041] SFz= 0,即得到=Fz-T1-TyzCosa= 〇
[0042] 那么，通過上述三個方程式，在YOZ平面內(nèi)可得到：
[0044] 其中，a為提升端鋼絲繩在XOZ平面上的投影與提升端鋼絲繩之間的夾角，為變 量邛為提升端鋼絲繩在XOZ平面上的投影與Z軸間的夾角，為常量。將公式（1)(2)聯(lián)立 消去a，可得到：
[0046] 從式（3)中可以看出，鋼絲繩張力T只與天輪的主軸水平方向徑向力Fx、主軸垂直 方向徑向力Fz和主軸軸向負載力Fy，以及夾角P有關(guān)。
[0047] 根據(jù)上述的原理分析，鋼絲繩張力測量方法的實施步驟為：
[0048] 1)在天輪主軸上安裝能夠測量主軸三個方向負載力的傳感器；
[0049] 2)測量提升系統(tǒng)工作過程中的天輪主軸水平方向徑向力Fx、主軸垂直方向徑向力 Fz和主軸軸向負載力Fy，以及提升端鋼絲繩在XOZ平面上的投影與Z軸間的夾角0 ;
[0050] 3)利用文中所述的公式（1)、（2)、（3)計算出鋼絲繩的張力。
[0051 ] 本實施例中的傳感器可為加速度傳感器或其他類型的傳感器。
[0052] 上述鋼絲繩張力測量方法不僅可用于超深礦井提升系統(tǒng)中，還可用于其他的提升 系統(tǒng)，如起重機。
[0053]以上給出了具體的實施方式，但本發(fā)明不局限于所描述的實施方式。本發(fā)明的基 本思路在于上述基本方案，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，根據(jù)本發(fā)明的教導，設(shè)計出各種變 形的模型、公式、參數(shù)并不需要花費創(chuàng)造性勞動。在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下對 實施方式進行的變化、修改、替換和變型仍落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種提升系統(tǒng)中鋼絲繩張力測量方法，其特征在于，包括如下步驟： 1)測量提升系統(tǒng)中滑輪水平徑向、豎直徑向及軸向三方向的負載力^上、匕及提升端 鋼絲繩在滑輪徑向平面上的投影與豎直徑向方向的夾角P;所述滑輪徑向平面為與滑輪 的軸線垂直的一個切面；其中，T為提升端鋼絲繩張力，1\為載荷端鋼絲繩張力。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述提升系統(tǒng)中鋼絲繩張力測量方法，其特征在于，所述滑輪為天 輪。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述提升系統(tǒng)中鋼絲繩張力測量方法，其特征在于，所述三方向的 負載力的測量是通過在滑輪上安裝傳感器測量得到的。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述提升系統(tǒng)中鋼絲繩張力測量方法，其特征在于，所述傳感器為 加速度傳感器。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種提升系統(tǒng)中鋼絲繩張力測量方法，該方法采用傳感器測量出滑輪水平徑向、垂直徑向及軸向三方向的負載力及提升端鋼絲繩在滑輪徑向平面上的投影與垂直徑向方向的夾角，經(jīng)過計算就可直接獲得鋼絲繩的張力。本發(fā)明的方法是一種間接測量的方法，沒有對鋼絲繩進行直接接觸，不破壞鋼絲繩的結(jié)構(gòu)，保證了鋼絲繩的使用壽命，安裝方便，計算簡單，測量精確，成本低，維護簡單，并且測量設(shè)備不在井內(nèi)，保證了采礦作業(yè)的安全性，特別適用于超深礦井提升機鋼絲繩張力的測量。
【IPC分類】G01L5/04
【公開號】CN105222943
【申請?zhí)枴緾N201510634389
【發(fā)明人】李濟順, 馬偉, 徐光耀, 楊芳, 薛玉君, 鄒聲勇, 杜波, 劉勁軍, 王蘭省
【申請人】河南科技大學, 中信重工機械股份有限公司
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年9月29日