超深立井纏繞式提升鋼絲繩多軸摩擦疲勞損傷監(jiān)測(cè)裝置及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種超深立井纏繞式提升鋼絲繩多軸摩擦疲勞損傷監(jiān)測(cè)裝置，該監(jiān)測(cè)裝置包括設(shè)置在支撐系統(tǒng)上的拉?扭疲勞系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)加載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；拉?扭疲勞系統(tǒng)包括低速大扭矩電機(jī)和伺服電動(dòng)缸A，低速大扭矩電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器A、扭矩傳感器、聯(lián)軸器B、軸、鋼絲繩夾具A連接疲勞鋼絲繩一端，伺服電動(dòng)缸A螺紋桿通過(guò)拉力傳感器、鋼絲繩夾具B連接疲勞鋼絲繩另一端，所述動(dòng)態(tài)加載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括伺服電動(dòng)缸B，伺服電動(dòng)缸B螺紋通過(guò)二維力傳感器連接加載鋼絲繩夾具，加載鋼絲繩夾具的夾具轉(zhuǎn)盤(pán)上設(shè)有夾具塊，加載鋼絲繩固定在夾具塊上。本發(fā)明可以研究動(dòng)態(tài)拉伸?扭轉(zhuǎn)復(fù)合疲勞載荷作用下鋼絲繩間多軸摩擦疲勞特性以及鋼絲繩與摩擦襯墊間動(dòng)態(tài)接觸和蠕動(dòng)特性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
超深立井纏繞式提升鋼絲繩多軸摩擦疲勞損傷監(jiān)測(cè)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明專(zhuān)利涉及超深立井纏繞式提升鋼絲繩多軸摩擦疲勞損傷監(jiān)測(cè)裝置及方法，用于研究超深立井纏繞式提升系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)拉伸-扭轉(zhuǎn)復(fù)合疲勞載荷作用下相鄰纏繞層交叉接觸鋼絲繩的拉-扭多軸摩擦疲勞損傷以及鋼絲繩與摩擦襯墊的動(dòng)態(tài)接觸和蠕動(dòng)特性。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國(guó)對(duì)礦產(chǎn)資源的需求量大幅度增長(zhǎng)，促使我國(guó)的地下礦產(chǎn)資源的開(kāi)采不斷向深層開(kāi)展，而我國(guó)千米地層下的煤炭資源量占已探明煤炭?jī)?chǔ)量的53%，因此，超深礦井的開(kāi)采和運(yùn)輸受到廣泛關(guān)注。超深礦井提升普遍采用立井多繩摩擦式提升系統(tǒng)和多繩纏繞式提升系統(tǒng)兩類(lèi)，然而國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的多繩摩擦式提升機(jī)標(biāo)準(zhǔn)一般不推薦在深度超過(guò)1200米的情況下使用，因此，針對(duì)超千米礦井提升多采用多繩纏繞式提升系統(tǒng)。在多繩纏繞式提升系統(tǒng)中，提升鋼絲繩一端纏繞于提升機(jī)主軸裝置卷筒上，我國(guó)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定卷筒上纏繞的鋼絲繩層數(shù)在立井升降物料時(shí)為2層，而加拿大《Ontar1Occupat1nal Health and Safety Act》規(guī)定提升機(jī)卷筒上有螺旋繩槽時(shí)不得超過(guò)3層纏繞;提升鋼絲繩另一端與提升容器連接。因此，提升鋼絲繩連接礦井提升機(jī)和提升容器共同組成立井多繩纏繞式提升系統(tǒng)，擔(dān)負(fù)著提升煤炭、矸石、下放材料、升降人員和設(shè)備的任務(wù)，一旦鋼絲繩失效斷裂將導(dǎo)致井毀人亡的重大事故，并且嚴(yán)重影響礦井正常生產(chǎn)和人員的生命安全。
[0003]然而，超深礦井纏繞式提升過(guò)程中，纏繞在卷筒上的提升鋼絲繩循環(huán)地提升和下放提升容器，提升機(jī)變加速特性、時(shí)變懸垂繩長(zhǎng)和不同層鋼絲繩纏繞過(guò)渡特性等導(dǎo)致提升鋼絲繩反復(fù)承受動(dòng)態(tài)的拉伸、扭轉(zhuǎn)和彎曲載荷，進(jìn)而導(dǎo)致纏繞于卷筒上鋼絲繩的動(dòng)態(tài)蠕變特性以及卷筒上不同纏繞層鋼絲繩間、第一層纏繞鋼絲繩與襯墊繩槽之間的動(dòng)態(tài)接觸載荷，因此，動(dòng)態(tài)的拉伸、扭轉(zhuǎn)載荷、蠕變和接觸載荷的共同作用導(dǎo)致超深礦井纏繞式提升鋼絲繩拉伸-扭轉(zhuǎn)多軸摩擦疲勞行為，導(dǎo)致提升鋼絲繩的多軸摩擦疲勞斷裂失效，進(jìn)而縮短了提升鋼絲繩的使用壽命。尤其當(dāng)提升高度達(dá)到千米或超千米深度時(shí)，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力對(duì)提升鋼絲繩壽命的影響越來(lái)越大。因此，提出超深立井纏繞式提升鋼絲繩拉伸-扭轉(zhuǎn)多軸摩擦疲勞損傷監(jiān)測(cè)裝置及方法，對(duì)于探究超深立井纏繞式提升系統(tǒng)的鋼絲繩多軸摩擦疲勞損傷失效機(jī)理和壽命預(yù)測(cè)具有重要的理論指導(dǎo)意義。
[0004]鋼絲繩摩擦和疲勞相關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置有:專(zhuān)利號(hào)CN201410525508.3公開(kāi)了一種鋼絲多軸微動(dòng)疲勞試驗(yàn)裝置及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)拉-拉、扭轉(zhuǎn)和變交叉角擺動(dòng)復(fù)合運(yùn)動(dòng)模式下鋼絲的多軸微動(dòng)疲勞實(shí)驗(yàn)；專(zhuān)利號(hào)CN201510051377.4公開(kāi)了腐蝕-交變載荷耦合作用下鋼絲繩彎曲疲勞損傷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)腐蝕與交變載荷耦合作用下鋼絲繩的彎曲疲勞試驗(yàn)，可用于揭示鋼絲繩彎曲疲勞損傷失效機(jī)理;專(zhuān)利號(hào)CN201510102984.9公開(kāi)了一種提升機(jī)用鋼絲繩、摩擦襯墊綜合摩擦檢測(cè)裝置及方法，可以實(shí)現(xiàn)鋼絲繩-鋼絲繩、鋼絲繩-摩擦襯墊之間高速滑動(dòng)摩擦行為。然而，上述三項(xiàng)專(zhuān)利均不能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)拉伸和扭轉(zhuǎn)載荷耦合作用下鋼絲繩- 鋼絲繩、鋼絲繩-摩擦襯墊之間的多軸摩擦疲勞以及動(dòng)態(tài)接觸特性研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有設(shè)備和技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種超深立井纏繞式提升鋼絲繩多軸摩擦疲勞損傷監(jiān)測(cè)裝置，可以研究超深立井纏繞式提升系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)拉伸-扭轉(zhuǎn)復(fù)合疲勞載荷作用下鋼絲繩之間的多軸摩擦疲勞特性以及鋼絲繩與摩擦襯墊之間動(dòng)態(tài)接觸和蠕動(dòng)特性。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案:一種超深立井纏繞式提升鋼絲繩多軸摩擦疲勞損傷監(jiān)測(cè)裝置，包括支撐系統(tǒng)、拉-扭疲勞系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)加載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；
[0007]所述支撐系統(tǒng)包括底板、摩擦襯墊支架、摩擦襯墊、伺服電動(dòng)缸B支架、伺服電動(dòng)缸A支架，摩擦襯墊和伺服電動(dòng)缸B支架固定在摩擦襯墊支架上，摩擦襯墊支架和伺服電動(dòng)缸A支架固定在底板上；
[0008]所述拉-扭疲勞系統(tǒng)包括低速大扭矩電機(jī)、聯(lián)軸器A、扭矩傳感器、聯(lián)軸器B、軸、鋼絲繩夾具A、鋼絲繩U型鎖具A、疲勞鋼絲繩、鋼絲繩U型鎖具B、鋼絲繩夾具B、拉力傳感器、伺服電動(dòng)缸A，疲勞鋼絲繩置于摩擦襯墊上，低速大扭矩電機(jī)固定在底板上，低速大扭矩電機(jī)輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器A與扭矩傳感器一端連接，扭矩傳感器另一端通過(guò)聯(lián)軸器B與軸的一端連接，軸的另一端與鋼絲繩夾具A的一端連接，疲勞鋼絲繩一端穿過(guò)鋼絲繩夾具A另一端的接頭并通過(guò)鋼絲繩U型鎖具A鎖緊，伺服電動(dòng)缸A固定在伺服電動(dòng)缸A支架上，伺服電動(dòng)缸A的螺紋桿與拉力傳感器一端連接，拉力傳感器另一端與鋼絲繩夾具B的一端連接，疲勞鋼絲繩另一端穿過(guò)鋼絲繩夾具B另一端的接頭并通過(guò)鋼絲繩U型鎖具B鎖緊；
[0009]所述動(dòng)態(tài)加載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括伺服電動(dòng)缸B、二維力傳感器、加載鋼絲繩夾具、加載鋼絲繩，伺服電動(dòng)缸B固定在伺服電動(dòng)缸B支架上，伺服電動(dòng)缸B的螺紋桿與二維力傳感器一端連接，二維力傳感器另一端與加載鋼絲繩夾具連接，加載鋼絲繩夾具包括夾具轉(zhuǎn)盤(pán)，夾具轉(zhuǎn)盤(pán)上設(shè)有夾具塊，夾具塊可沿夾具轉(zhuǎn)盤(pán)上的弧形孔槽轉(zhuǎn)動(dòng)，加載鋼絲繩固定在夾具塊上并位于疲勞鋼絲繩上方。
[0010]進(jìn)一步的，所述弧形孔槽旁標(biāo)有旋轉(zhuǎn)角度刻度值。
[0011]進(jìn)一步的，所述扭矩傳感器固定在扭矩傳感器支座上，扭矩傳感器支座固定在底板上。
[0012]進(jìn)一步的，所述軸穿過(guò)固定在軸承座上的圓錐滾子軸承，軸承座固定在底板上。
[0013]根據(jù)上述監(jiān)測(cè)裝置的超深立井纏繞式提升鋼絲繩多軸摩擦疲勞損傷監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟:
[0014](a)通過(guò)脫脂棉擦拭加載鋼絲繩和疲勞鋼絲繩接觸表面以去除表面油脂，將加載鋼絲繩安裝于加載鋼絲繩夾具上，調(diào)整夾具塊在夾具轉(zhuǎn)盤(pán)的角度值，以獲得加載鋼絲繩與疲勞鋼絲繩之間的交叉角設(shè)定值，將加載鋼絲繩夾具連接在二維力傳感器上；
[0015](b)將疲勞鋼絲繩兩端通過(guò)鋼絲繩夾具A的鋼絲繩U型鎖具A和鋼絲繩夾具B的鋼絲繩U型鎖具B鎖緊，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制伺服電動(dòng)缸A水平移動(dòng)使得疲勞鋼絲繩受力達(dá)到設(shè)定疲勞載荷或變形值;通過(guò)計(jì)算機(jī)控制伺服電動(dòng)缸B在豎直方向移動(dòng)，直至加載鋼絲繩與疲勞鋼絲繩之間的接觸載荷值達(dá)到設(shè)定值；
[0016](c)通過(guò)計(jì)算機(jī)控制程序調(diào)節(jié)變頻器使低速大扭矩電機(jī)獲得不同的交變扭轉(zhuǎn)角；通過(guò)計(jì)算機(jī)控制程序設(shè)定伺服電動(dòng)缸A螺紋桿、伺服電動(dòng)缸B螺紋桿的交變位移幅值，獲得疲勞鋼絲繩的疲勞載荷以及加載鋼絲繩與疲勞鋼絲繩之間的動(dòng)態(tài)交變接觸載荷;打開(kāi)電源給低速大扭矩電機(jī)、變頻器、扭矩傳感器、伺服電動(dòng)缸A、拉力傳感器、伺服電動(dòng)缸B、二維力傳感器通電后，通過(guò)計(jì)算機(jī)程序同時(shí)啟動(dòng)低速大扭矩電機(jī)、伺服電動(dòng)缸A、伺服電動(dòng)缸B，模擬鋼絲繩多軸微動(dòng)疲勞過(guò)程;在鋼絲繩多軸微動(dòng)疲勞過(guò)程中，用變頻器控制低速大扭矩電機(jī)交變扭轉(zhuǎn)并通過(guò)編碼器記錄扭轉(zhuǎn)角，用扭矩傳感器測(cè)量疲勞鋼絲繩的扭矩，用拉力傳感器記錄疲勞鋼絲繩疲勞載荷的變化，用二維力傳感器獲得加載鋼絲繩與疲勞鋼絲繩之間的動(dòng)態(tài)接觸載荷和摩擦力；
[0017](d)通過(guò)改變低速大扭矩電機(jī)扭轉(zhuǎn)角、伺服電動(dòng)缸A17螺紋桿的伸縮位移和頻率、伺服電動(dòng)缸B螺紋桿的伸縮位移和頻率、加載鋼絲繩夾具中的夾具塊在夾具轉(zhuǎn)盤(pán)上的旋轉(zhuǎn)角度值，實(shí)現(xiàn)多因素耦合條件下鋼絲繩多軸微動(dòng)疲勞實(shí)驗(yàn)；
[0018](g)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，使用鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)儀對(duì)疲勞鋼絲繩疲勞損傷進(jìn)行檢測(cè)。
[0019]有益效果:本發(fā)明針對(duì)超深立井纏繞式提升系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)拉伸、扭轉(zhuǎn)和接觸等載荷工況，能夠動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)多軸摩擦疲勞過(guò)程中鋼絲繩交變的拉力、扭矩、扭轉(zhuǎn)角和摩擦力等參數(shù)演化規(guī)律，對(duì)不同提升工況下超深立井纏繞式提升鋼絲繩多軸摩擦疲勞損傷行為研究提供有效地實(shí)驗(yàn)設(shè)備和有效依據(jù)，對(duì)預(yù)測(cè)超深立井纏繞式提升鋼絲繩的服役壽命具有廣泛的應(yīng)用性，對(duì)深井和超深礦井提升運(yùn)行安全具有重要意義。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明檢測(cè)裝置的主視圖
[0021 ]圖2為本發(fā)明檢測(cè)裝置加載鋼絲繩夾具的主視圖；
[0022]圖3為本發(fā)明檢測(cè)裝置加載鋼絲繩夾具的側(cè)視圖；
[0023]圖4為本發(fā)明檢測(cè)裝置加載鋼絲繩夾具的俯視圖；
[0024]圖5為圖1中的A-A向視圖；
[0025]圖6為圖1中的B-B向視圖。
[0026]圖中:1、低速大扭矩電機(jī);2、聯(lián)軸器A;3、扭矩傳感器;4、聯(lián)軸器B;5、軸;6、圓錐滾子軸承;7、鋼絲繩夾具A; 8、鋼絲繩U型鎖具A; 9、疲勞鋼絲繩；10、伺服電動(dòng)缸B; 11、伺服電動(dòng)缸B支架；12、二維力傳感器；13、加載鋼絲繩夾具；14、加載鋼絲繩；15、鋼絲繩U型鎖具B; 16、鋼絲繩夾具B; 17、伺服電動(dòng)缸A; 18、伺服電動(dòng)缸A支架;19、拉力傳感器;20、摩擦襯墊;21、摩擦襯墊支架;22、軸承座;23、扭矩傳感器支座;24、底板;25、夾具轉(zhuǎn)盤(pán);26、夾具塊，27、弧形孔槽。
【具體實(shí)施方式】
:
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。
[0028]如圖1至6所示，本發(fā)明的一種超深立井纏繞式提升鋼絲繩多軸摩擦疲勞損傷監(jiān)測(cè)裝置，包括支撐系統(tǒng)、拉-扭疲勞系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)加載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
[0029]所述支撐系統(tǒng)包括底板24、摩擦襯墊支架21、摩擦襯墊20、伺服電動(dòng)缸B支架11、伺服電動(dòng)缸A支架18。摩擦襯墊20和伺服電動(dòng)缸B支架11固定在摩擦襯墊支架21上，摩擦襯墊支架21和伺服電動(dòng)缸A支架18固定在底板24上。
[0030]所述拉-扭疲勞系統(tǒng)包括低速大扭矩電機(jī)1、聯(lián)軸器A2、扭矩傳感器3、聯(lián)軸器B4、軸
5、鋼絲繩夾具A7、鋼絲繩U型鎖具A8、疲勞鋼絲繩9、鋼絲繩U型鎖具B15、鋼絲繩夾具B16、拉力傳感器19、伺服電動(dòng)缸A17。疲勞鋼絲繩9放置于摩擦襯墊20上，低速大扭矩電機(jī)I固定在底板24上，低速大扭矩電機(jī)I輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器A2與扭矩傳感器3—端連接，扭矩傳感器3固定在扭矩傳感器支座23上，扭矩傳感器支座23固定在底板24上，扭矩傳感器3另一端通過(guò)聯(lián)軸器B4與軸5的一端連接，軸5穿過(guò)固定在軸承座22上的圓錐滾子軸承6，軸承座22固定在底板24上，軸5的另一端與鋼絲繩夾具A7的一端連接，疲勞鋼絲繩9 一端穿過(guò)鋼絲繩夾具A7另一端的接頭并通過(guò)鋼絲繩U型鎖具AS鎖緊。伺服電動(dòng)缸A17固定在伺服電動(dòng)缸A支架18上，伺服電動(dòng)缸A17的螺紋桿與拉力傳感器19 一端連接，拉力傳感器19的另一端與鋼絲繩夾具B16的一端連接，疲勞鋼絲繩9另一端穿過(guò)鋼絲繩夾具B16另一端的接頭并通過(guò)鋼絲繩U型鎖具BI 5鎖緊；
[0031]所述動(dòng)態(tài)加載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括伺服電動(dòng)缸B10、二維力傳感器12、加載鋼絲繩夾具13、加載鋼絲繩14。伺服電動(dòng)缸BlO固定在伺服電動(dòng)缸B支架11上，伺服電動(dòng)缸BlO的螺紋桿與二維力傳感器12—端連接，二維力傳感器12另一端與加載鋼絲繩夾具13連接，加載鋼絲繩夾具13包括夾具轉(zhuǎn)盤(pán)25，夾具轉(zhuǎn)盤(pán)25上設(shè)有夾具塊26，夾具塊26可沿夾具轉(zhuǎn)盤(pán)25上的弧形孔槽27轉(zhuǎn)動(dòng)，弧形孔槽27旁標(biāo)有旋轉(zhuǎn)角度刻度值。加載鋼絲繩14固定在夾具塊26上并位于疲勞鋼絲繩9上方。
[0032]根據(jù)上述監(jiān)測(cè)裝置的超深立井纏繞式提升鋼絲繩多軸摩擦疲勞損傷監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟:
[0033](a)通過(guò)脫脂棉擦拭加載鋼絲繩14和疲勞鋼絲繩9接觸表面以去除表面油脂，將加載鋼絲繩14安裝于加載鋼絲繩夾具13上，調(diào)整夾具塊26在夾具轉(zhuǎn)盤(pán)25的角度值，以獲得加載鋼絲繩14與疲勞鋼絲繩9之間的交叉角設(shè)定值，將加載鋼絲繩夾具13連接在二維力傳感器12上；
[0034](b)將疲勞鋼絲繩9兩端通過(guò)鋼絲繩夾具A7的鋼絲繩U型鎖具AS和鋼絲繩夾具B16的鋼絲繩U型鎖具B15鎖緊，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制伺服電動(dòng)缸A17水平移動(dòng)使得疲勞鋼絲繩9受力達(dá)到設(shè)定疲勞載荷或變形值;通過(guò)計(jì)算機(jī)控制伺服電動(dòng)缸BlO在豎直方向移動(dòng)，直至加載鋼絲繩14與疲勞鋼絲繩9之間的接觸載荷值達(dá)到設(shè)定值；
[0035](C)通過(guò)計(jì)算機(jī)控制程序調(diào)節(jié)變頻器使低速大扭矩電機(jī)I獲得不同的交變扭轉(zhuǎn)角；通過(guò)計(jì)算機(jī)控制程序設(shè)定伺服電動(dòng)缸A17螺紋桿、伺服電動(dòng)缸BlO螺紋桿的交變位移幅值(即伸縮位移和頻率)，獲得疲勞鋼絲繩9的疲勞載荷以及加載鋼絲繩14與疲勞鋼絲繩9之間的動(dòng)態(tài)交變接觸載荷；打開(kāi)電源給低速大扭矩電機(jī)1、變頻器、扭矩傳感器3、伺服電動(dòng)缸A17、拉力傳感器19、伺服電動(dòng)缸B10、二維力傳感器12通電后，通過(guò)計(jì)算機(jī)程序同時(shí)啟動(dòng)低速大扭矩電機(jī)1、伺服電動(dòng)缸A17、伺服電動(dòng)缸B10，模擬鋼絲繩多軸微動(dòng)疲勞過(guò)程;在鋼絲繩多軸微動(dòng)疲勞過(guò)程中，用變頻器控制低速大扭矩電機(jī)I交變扭轉(zhuǎn)并通過(guò)編碼器記錄扭轉(zhuǎn)角，用扭矩傳感器3測(cè)量疲勞鋼絲繩9的扭矩，用拉力傳感器19記錄疲勞鋼絲繩9疲勞載荷的變化，用二維力傳感器12獲得加載鋼絲繩14與疲勞鋼絲繩9之間的動(dòng)態(tài)接觸載荷和摩擦力；
[0036](d)通過(guò)改變低速大扭矩電機(jī)I扭轉(zhuǎn)角、伺服電動(dòng)缸A17螺紋桿的伸縮位移和頻率、伺服電動(dòng)缸BlO螺紋桿的伸縮位移和頻率、加載鋼絲繩夾具13中的夾具塊26在夾具轉(zhuǎn)盤(pán)25上的旋轉(zhuǎn)角度值，實(shí)現(xiàn)多因素耦合條件下鋼絲繩多軸微動(dòng)疲勞實(shí)驗(yàn)；
[0037](g)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，使用鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)儀對(duì)疲勞鋼絲繩9疲勞損傷進(jìn)行檢測(cè)。
[0038]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超深立井纏繞式提升鋼絲繩多軸摩擦疲勞損傷監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:包括支撐系統(tǒng)、拉-扭疲勞系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)加載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)； 所述支撐系統(tǒng)包括底板(24)、摩擦襯墊支架(21)、摩擦襯墊(20)、伺服電動(dòng)缸B支架(II)、伺服電動(dòng)缸A支架(18)，摩擦襯墊(20)和伺服電動(dòng)缸B支架(II)固定在摩擦襯墊支架(21)上，摩擦襯墊支架(21)和伺服電動(dòng)缸A支架(18)固定在底板(24)上； 所述拉-扭疲勞系統(tǒng)包括低速大扭矩電機(jī)(I)、聯(lián)軸器A(2)、扭矩傳感器(3)、聯(lián)軸器B(4)、軸(5)、鋼絲繩夾具A(7)、鋼絲繩U型鎖具A(S)、疲勞鋼絲繩(9)、鋼絲繩U型鎖具B(15)、鋼絲繩夾具B(16)、拉力傳感器(19)、伺服電動(dòng)缸A(17)，疲勞鋼絲繩(9)放置于摩擦襯墊(20)上，低速大扭矩電機(jī)(I)固定在底板(24)上，低速大扭矩電機(jī)(I)輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器A(2)與扭矩傳感器(3) —端連接，扭矩傳感器(3)另一端通過(guò)聯(lián)軸器B(4)與軸(5)的一端連接，軸(5)的另一端與鋼絲繩夾具A(7)的一端連接，疲勞鋼絲繩(9) 一端穿過(guò)鋼絲繩夾具A(7)另一端的接頭并通過(guò)鋼絲繩U型鎖具A(S)鎖緊，伺服電動(dòng)缸A(17)固定在伺服電動(dòng)缸A支架(18)上，伺服電動(dòng)缸A(17)的螺紋桿與拉力傳感器(19) 一端連接，拉力傳感器(19)的另一端與鋼絲繩夾具B(16)的一端連接，疲勞鋼絲繩(9)另一端穿過(guò)鋼絲繩夾具B(16)另一端的接頭并通過(guò)鋼絲繩U型鎖具B (15)鎖緊； 所述動(dòng)態(tài)加載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括伺服電動(dòng)缸B(1)、二維力傳感器(12)、加載鋼絲繩夾具(13)、加載鋼絲繩(14)，伺服電動(dòng)缸B(1)固定在伺服電動(dòng)缸B支架(11)上，伺服電動(dòng)缸B(10)的螺紋桿與二維力傳感器(12)—端連接，二維力傳感器(12)另一端與加載鋼絲繩夾具(13)連接，加載鋼絲繩夾具(13)包括夾具轉(zhuǎn)盤(pán)(25)，夾具轉(zhuǎn)盤(pán)(25)上設(shè)有夾具塊(26)，夾具塊(26)可沿夾具轉(zhuǎn)盤(pán)(25)上的弧形孔槽(27)轉(zhuǎn)動(dòng)，加載鋼絲繩(14)固定在夾具塊(26)上并位于疲勞鋼絲繩(9)上方。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超深立井纏繞式提升鋼絲繩多軸摩擦疲勞損傷監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述弧形孔槽(27)旁標(biāo)有旋轉(zhuǎn)角度刻度值。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超深立井纏繞式提升鋼絲繩多軸摩擦疲勞損傷監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述扭矩傳感器(3)固定在扭矩傳感器支座(23)上，扭矩傳感器支座(23)固定在底板(24)上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超深立井纏繞式提升鋼絲繩多軸摩擦疲勞損傷監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述軸(5)穿過(guò)固定在軸承座(22)上的圓錐滾子軸承(6)，軸承座(22)固定在底板(24)上。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述監(jiān)測(cè)裝置的超深立井纏繞式提升鋼絲繩多軸摩擦疲勞損傷監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟: (a)通過(guò)脫脂棉擦拭加載鋼絲繩(14)和疲勞鋼絲繩(9)接觸表面以去除表面油脂，將加載鋼絲繩(14)安裝于加載鋼絲繩夾具(13)上，調(diào)整夾具塊(26)在夾具轉(zhuǎn)盤(pán)(25)的角度值，以獲得加載鋼絲繩(14)與疲勞鋼絲繩(9)之間的交叉角設(shè)定值，將加載鋼絲繩夾具(13)連接在二維力傳感器(12)上； (b)將疲勞鋼絲繩(9)兩端通過(guò)鋼絲繩夾具A(7)的鋼絲繩U型鎖具A(8)和鋼絲繩夾具B(16)的鋼絲繩U型鎖具B(15)鎖緊，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制伺服電動(dòng)缸A(17)水平移動(dòng)使得疲勞鋼絲繩(9)受力達(dá)到設(shè)定疲勞載荷或變形值;通過(guò)計(jì)算機(jī)控制伺服電動(dòng)缸B(1)在豎直方向移動(dòng)，直至加載鋼絲繩(14)與疲勞鋼絲繩(9)之間的接觸載荷值達(dá)到設(shè)定值； (C)通過(guò)計(jì)算機(jī)控制程序調(diào)節(jié)變頻器使低速大扭矩電機(jī)(I)獲得不同的交變扭轉(zhuǎn)角;通過(guò)計(jì)算機(jī)控制程序設(shè)定伺服電動(dòng)缸A(17)螺紋桿、伺服電動(dòng)缸B(1)螺紋桿的交變位移幅值，獲得疲勞鋼絲繩(9)的疲勞載荷以及加載鋼絲繩(14)與疲勞鋼絲繩(9)之間的動(dòng)態(tài)交變接觸載荷;打開(kāi)電源給低速大扭矩電機(jī)(I)、變頻器、扭矩傳感器(3)、伺服電動(dòng)缸A(17)、拉力傳感器(19)、伺服電動(dòng)缸B(1)、二維力傳感器(12)通電后，通過(guò)計(jì)算機(jī)程序同時(shí)啟動(dòng)低速大扭矩電機(jī)(1)、伺服電動(dòng)缸A(17)、伺服電動(dòng)缸B(1)，模擬鋼絲繩多軸微動(dòng)疲勞過(guò)程;在鋼絲繩多軸微動(dòng)疲勞過(guò)程中，用變頻器控制低速大扭矩電機(jī)(I)交變扭轉(zhuǎn)并通過(guò)編碼器記錄扭轉(zhuǎn)角，用扭矩傳感器(3)測(cè)量疲勞鋼絲繩(9)的扭矩，用拉力傳感器(19)記錄疲勞鋼絲繩(9)疲勞載荷的變化，用二維力傳感器(12)獲得加載鋼絲繩(14)與疲勞鋼絲繩(9)之間的動(dòng)態(tài)接觸載荷和摩擦力； (d)通過(guò)改變低速大扭矩電機(jī)(I)扭轉(zhuǎn)角、伺服電動(dòng)缸A (17)螺紋桿的伸縮位移和頻率、伺服電動(dòng)缸B(1)螺紋桿的伸縮位移和頻率、加載鋼絲繩夾具(13)中的夾具塊(26)在夾具轉(zhuǎn)盤(pán)(25)上的旋轉(zhuǎn)角度值，實(shí)現(xiàn)多因素耦合條件下鋼絲繩多軸微動(dòng)疲勞實(shí)驗(yàn)； (g)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，使用鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)儀對(duì)疲勞鋼絲繩(9)疲勞損傷進(jìn)行檢測(cè)。
【文檔編號(hào)】G01N3/32GK105823696SQ201610357322
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年5月26日
【發(fā)明人】王大剛, 王祥如, 范遠(yuǎn), 陳銳, 陳獻(xiàn)平
【申請(qǐng)人】中國(guó)礦業(yè)大學(xué)