CN101726383A - 多绳提升机钢丝绳张力检测方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种多绳提升机钢丝绳张力检测方法及其装置是将加速度传感器固结在待测钢丝绳上并连接张力测算器，然后垂直击打钢丝绳使其产生横向振动，通过加速度传感器采集钢丝绳上振波的传播周期t，再将钢丝绳长L、钢丝绳线密度ρ和修正系数β输入到钢丝绳张力计算器，得到每根钢丝绳的终端载荷Q_i，然后将钢丝绳的平均载荷Q_p、钢丝绳的半径R、弹性模量E_p的数值及所测得的钢丝绳的终端载荷Q_i输入张力分析系统中，计算出每根钢丝绳张力的偏离程度P_i及调整量ΔL_i。本发明能够准确测量钢丝绳的张力并分析多根钢丝绳张力之间的均匀程度，给出调整量，近而对钢丝绳进行管理和维护，延长钢丝绳的使用寿命，防止事故的发生具有重大的使用价值。

Description

多绳提升机钢丝绳张力检测方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种钢丝绳张力的检测方法及其检测装置，特别是一种矿山设备用多绳提升机钢丝绳的张力检测方法及其检测装置。

背景技术

多绳提升机是工业的常用设备，其中钢丝绳所受张力的均匀程度是钢丝绳使用的一项重要指标，按照相关规定，多绳提升机各绳的张力值与其平均值之差不得超过10％。

现有钢丝绳张力的检测方法主要有：一种是在钢丝绳与提升重物之间串联一测力传感器测量，此方法必须是在钢丝绳静止的状态下进行测量，且操作过程比较复杂、灵敏度较低；另一种是采用三点弯曲法测量，例如，公开号为03117232.6的公开一种“绳张力在线检测方法及其测量装置”，公开号为200810185697.9的公开一种“绳索张力测定装置”都是采用此种原理，其不足之处是，对其安装精度及其中间施力点的横向位移量要求非常严格，因此，精度无法保证；一种是利用振波法进行测量，例如，公开号为200610068743.8公开的一种“电梯拽引钢丝绳张力均匀度分析测试仪”，它主要是利用张力与钢丝绳振动频率之间呈： $f=1/\left(2l\right)\sqrt{T/\mathrm{\ρ}}$ 关系(其中l是钢丝绳长度，T是钢丝绳张力，ρ是钢丝绳线密度)，利用冲击力垂直打击钢丝绳产生横向振动，然后通过测试钢丝绳的振动频率，运算得到钢丝绳的张力值；还有公开号为96114484.X公开的一种“电梯的吊索张力测定装置”，它主要是利用张力与行波速度之间呈 $T_i={\mathrm{\γ}}_r{V}_i^2$ 关系(其中T_i指钢丝绳张力，γ_r指钢丝绳线密度，V_i指行波速度)，利用冲击力垂直打击钢丝绳产生横向振动，然后通过采集钢丝绳上某点的加速度值，用于分析得出行波的传播速度，进而计算钢丝绳张力；其不足之处是所基于的数学模型都是建立在不考虑钢丝绳自重的基础之上的，对于多绳提升机来说，测量精度较低，不能满足实际工程的需要。

发明内容

本发明提供一种多绳提升机钢丝绳张力的检测方法，并设计一种实现多绳提升机钢丝绳张力检测方法的装置，以解决多绳提升机在提升重物过程中，各钢丝绳受力的均匀性问题，近而对钢丝绳进行管理和维护，延长钢丝绳的使用寿命。

基于上述目的，本发明多绳提升机钢丝绳张力检测方法，包括钢丝绳振波传播周期t的测量方法，其方法是首先测量被测钢丝绳的长度L、钢丝绳的线密度ρ；再将加速度传感器固定连接在待测钢丝绳上，并利用冲击力垂直击打钢丝绳，使钢丝绳产生一横向振动，通过加速度传感器检测钢丝绳与加速度传感器连接点的加速度峰值，记录两次峰值出现的时间差，即振波在钢丝绳上的传播周期t；然后将上述L、ρ和t代入钢丝绳张力计算公式(I)中，计算钢丝绳的张力，所述钢丝绳张力计算公式如下：

$Q_i=\mathrm{\ρ}\{\frac{4L^2}{{[t\·(1+\mathrm{\β}/4)]}^{2}g}+\frac{{[t\·(1+\mathrm{\β}/4)]}^{2}g}{64}-\frac{L}{2}\}---\left(I\right)$

其中，修正系数β由公式β＝Lρ/Q_p计算得出，式中Q_p是钢丝绳平均终端载荷；最后按照上述方法依次测得第i钢丝绳张力，并将各钢丝绳张力、钢丝绳平均载荷Q_p、钢丝绳半径R和钢丝绳弹性模量E_p的数值输入到张力分析系统(12)中，得到每根钢丝绳的张力偏离程度P_i及调整量ΔL_i。

所述偏离程度P_i＝|Q_p-Q_i|/Q_p，式中Q_p指钢丝绳平均载荷，Q_i指第i根钢丝绳终端载荷，P_i指第i根钢丝绳的终端载荷偏离程度；

所述调整量ΔL_i是如果P_i≤0.1，ΔL_i＝0，如果P_i＞0.1，则ΔL_i＝L(Q_p-Q_i)/(AE_p)，式中L指钢丝绳长，Q_p指钢丝绳平均载荷，Q_i指第i根钢丝绳终端载荷，A指钢丝绳截面面积，E_p指钢丝绳弹性模量，ΔL_i指第i根钢丝绳的所需调整长度。

一种用于上述多绳提升机钢丝绳张力检测方法的检测装置，包括钢丝绳、提升重物、加速度传感器，接张力测算器，张力分析系统，其所述的加速度传感器是固结在待测钢丝绳上，并连接张力测算器，其中：

所述的张力测算器设置有电源模块提供电源；设置有输入键盘将钢丝绳长L、钢丝绳线密度ρ和修正系数β的数值输入核心处理器；并将加速度传感器采集的加速度数据信号传输给滤波装置，经滤波后再传输给核心处理器，核心处理器记录钢丝绳与加速度传感器连接点处的两次加速度峰值出现的时间差t，并通过公式(I)计算得钢丝绳终端载荷Q_i，再将载荷Q_i显示在显示屏上；

所述张力分析系统是在电脑中采用Visual basic语言开发后台管理程序，并设置有数据输入栏和结果显示栏；

所述数据输入栏设置有I号钢丝绳终端载荷Q₁、II号钢丝绳终端载荷Q₂、III号钢丝绳终端载荷Q₃、IV号钢丝绳终端载荷Q₄、钢丝绳平均载荷Q_p、钢丝绳半径R和钢丝绳弹性模量E_p；

所述结果显示栏设置有I号钢丝绳的终端载荷偏离程度P₁及调整量ΔL₁，II号钢丝绳的终端载荷偏离程度P₂及调整量ΔL₂，III号钢丝绳的终端载荷偏离程度P₃及调整量ΔL₃，IV号钢丝绳的终端载荷偏离程度P₄及调整量ΔL₄。

本发明多绳提升机钢丝绳张力检测方法及其装置，所采用的检测方法是基于考虑钢丝绳自重的理论基础上，因此检测精度较高，如下表数据及数据分析所示；

表一振波法测钢丝绳张力均匀弦公式和非均匀弦公式计算结果对比

数据分析：此表数据是在矿主井，用振波法对多绳摩擦提升机四根钢丝绳进行测试所得。此主井多绳摩擦提升机的型号是JKM2.8×4(II)型，钢丝绳密度为3.046Kg/m，绳长为370.68m，重物自重为16406Kg。表中“非均匀弦振波法计算绳终端载荷”即根据本发明所述方法测量所得，“均匀弦振波法计算绳终端载荷”是通过不考虑钢丝绳自重的数学公式计算所得，从表中数据可以得出本发明所述检测方法测得的数据精度较高，误差较小。

本发明所设计的测量装置不仅能准确测量钢丝绳的张力，而且能够分析多根钢丝绳张力之间的均匀程度，判断是否需要进行长度调整，如果需要调整，自动分析给出调整量，装置操作简便，使用劳动强度小，而且检测结果便于存档、打印，方便日后查询所用。

本发明所述的方法及其装置在用于重大工程项目的实施过程中，能够有效地对钢丝绳进行管理和维护，延长钢丝绳的使用寿命，防止事故的发生具有重要的使用价值。

附图说明

图1是多绳提升机钢丝绳张力检测装置使用状态构成示意图

图2是多绳提升机钢丝绳张力检测装置内部模块构成图

图3是多绳提升机钢丝绳张力分析系统运行界面

图中：1：钢丝绳；2：提升重物；3：加速度传感器；4：张力测算器；5：输入键盘；6：液晶显示屏；7：滤波装置；8：核心处理器；9：电源模块；10：数据输入栏；11：结果显示栏；12：张力分析系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明，本领域的技术人员在阅读了本具体实施例后，能够实现本发明的技术方案是显而易见的，本发明的有益效果也同时能够得到体现。

实施方式1

如图1、如图2和图3，本实施方式是一种实现多绳提升机钢丝绳张力的检测方法，包括钢丝绳振波传播周期t的测量方法，其方法是首先测量被测钢丝绳1的长度L、钢丝绳1的线密度ρ；再将加速度传感器3固定连接在待测钢丝绳1上，并利用冲击力垂直击打钢丝绳1，使钢丝绳1产生一横向振动，检测振波在钢丝绳1上的传播周期t；然后将上述L、ρ和t代入钢丝绳1的张力计算公式(I)中，计算得到钢丝绳1的张力，所述钢丝绳1的张力的计算公式(I)具体推导如下：

根据现有理论可知当钢丝绳1在铅垂设置时，考虑钢丝绳1的重力的前提下，钢丝绳1的振动方程为：

$\frac{{\∂}^{2}u(x,t)}{\∂t^2}=\frac{1}{\mathrm{\ρ}}\·\frac{\∂}{\∂x}\left(T\frac{\∂u}{\∂x}\right)$

通过冲击力垂直击打钢丝绳1，使钢丝绳1产生一横向振动，假设振动模态方程是：

同时假设钢丝绳1的载荷为：

F＝Q_i+ρx

通过数学运算可以得到钢丝绳1的终端载荷为：

$Q_i=\mathrm{\ρ}\{\frac{4L^2}{{[t\·(1+\mathrm{\β}/4)]}^{2}g}+\frac{{[t\·(1+\mathrm{\β}/4)]}^{2}g}{64}-\frac{L}{2}\}---\left(I\right)$

上述公式中：

Q_i——第i根钢丝绳终端载荷(Kg)

ρ——钢丝绳线密度(Kg/m)

L——钢丝绳长(摩擦轮与容器间的距离)(m)

t——振波在钢丝绳上的传播周期(s)

Q_p——钢丝绳平均终端载荷

β——修正系数(由公式β＝Lρ/Q_p计算得出)

最后按照上述方法依次测得第i钢丝绳张力，并将各钢丝绳张力、钢丝绳平均载荷Q_p、钢丝绳半径R和钢丝绳弹性模量E_p的数值输入到张力分析系统12中，得到每根钢丝绳的张力偏离程度P_i及调整量ΔL_i。

所述的偏离程度P_i＝|Q_p-Q_i|/Q_p，式中Q_p指钢丝绳的平均载荷，Q_i指第i根钢丝绳的终端载荷，P_i指第i根钢丝绳的终端载荷偏离程度；

所述的调整量ΔL_i是如果P_i≤0.1，ΔL_i＝0，如果P_i＞0.1，则ΔL_i＝L(Q_p-Q_i)/(AE_p)，式中L指钢丝绳长，Q_p指钢丝绳平均载荷，Q_i指第i根钢丝绳终端载荷，A指钢丝绳截面面积，E_p指钢丝绳弹性模量，ΔL_i指第i根钢丝绳的所需调整长度。

在实施上述检测方法时：首先将加速度传感器3与待测钢丝绳固结，利用冲击力垂直击打钢丝绳，使钢丝绳产生一横向振动，加速度传感器3自动采集钢丝绳与加速度传感器连接点(A点)处的加速度数值，采集到的数据经过滤波装置7滤波处理后传输给核心处理器8，经核心处理器8分析处理得出两次加速度峰值之间的时间间隔t，通过输入键盘5输入钢丝绳长L、钢丝绳线密度ρ，修正系数β；张力测算器通过内置钢丝绳张力运算程序，计算得到所测钢丝绳的终端载荷Q_i，并在液晶显示屏6上进行显示，再依次测得其他钢丝绳张力并记录每次的显示数值，然后输入到张力分析系统12中对应的位置，同时向张力分析系统12输入钢丝绳平均载荷Q_p，钢丝绳半径R，钢丝绳弹性模量E_p的具体数值，点击“确定”按钮，张力分析系统12自动计算出每根钢丝绳张力的偏离程度及调整量。

实施方式2

如图1，本实施方式是一种实施多绳提升机钢丝绳张力检测方法的检测装置，该测量装置由加速度传感器3和张力测算器4以及张力分析系统12构成。

如图2，检测装置的内部模块构成包括输入键盘5，液晶显示屏6，滤波装置7，核心处理器8，电源模块9；其具体构成是：加速度传感器3采集加速度数据信号，并将采集到的数据信号传输给滤波装置7，经滤波后传输给核心处理器8，核心处理器(8)记录钢丝绳(1)与加速度传感器(3)连接点处的两次加速度峰值出现的时间差t，核心处理器8通过公式(I)计算得出钢丝绳终端载荷Q_i，核心处理器将计算结果Q_i通过液晶显示屏6显示给使用者；

所述的张力测算器4还包括输入键盘5，使用者通过输入键盘5将钢丝绳长L、钢丝绳线密度ρ，修正系数β的具体数值传输给核心处理器8；

所述的张力测算器4还包括电源模块9，电源模块9向张力测算器4提供电源。

如图3，所述的张力分析系统12设置在电脑里面，其构成是利用Visual basic语言开发后台管理程序，它包括数据输入栏10，结果显示栏11；

所述数据输入栏设置有I号钢丝绳终端载荷Q₁、II号钢丝绳终端载荷Q₂、III号钢丝绳终端载荷Q₃、IV号钢丝绳终端载荷Q₄、钢丝绳平均载荷Q_p、钢丝绳半径R和钢丝绳弹性模量E_p；

所述结果显示栏设置有I号钢丝绳的终端载荷偏离程度P₁及调整量ΔL₁，II号钢丝绳的终端载荷偏离程度P₂及调整量ΔL₂，III号钢丝绳的终端载荷偏离程度P₃及调整量ΔL₃，IV号钢丝绳的终端载荷偏离程度P₄及调整量ΔL₄。

所述偏离程度P_i根据P_i＝|Q_p-Q_i|/Q_p计算得出，式中Q_p指钢丝绳平均载荷，Q_i指第i根钢丝绳终端载荷，P_i指第i根钢丝绳的终端载荷偏离程度；

所述调整量ΔL_i根据以下计算得出：如果P_i≤0.1，则调整量ΔL_i＝0，如果P_i＞0.1，则ΔL_i＝L(Q_p-Q_i)/(AE_p)，式中L指钢丝绳长，Q_p指钢丝绳平均载荷，Q_i指第i根钢丝绳终端载荷，A指钢丝绳截面面积，E_p指钢丝绳弹性模量，ΔL_i指第i根钢丝绳的所需调整长度。

在实施上述一种多绳提升机钢丝绳张力检测方法及其检测装置的基础上，本领域的技术人员可以得到相应的系统应用软件，并能够实现多绳提升机钢丝绳张力检测方法及其检测装置，在本说明书中涉及到的其它技术内容以及技术术语是本领域的公知常识和惯用手段，可以通过合理的分析推理设置实施。

Claims (2)

1.一种多绳提升机钢丝绳张力检测方法，包括钢丝绳振波传播周期t的测量方法，其方法是首先测量被测钢丝绳的长度L、钢丝绳的线密度ρ；再将加速度传感器(3)固定连接在待测钢丝绳(1)上，并利用冲击力垂直击打钢丝绳(1)，使钢丝绳产生一横向振动，通过加速度传感器(3)检测钢丝绳与加速度传感器连接点的加速度峰值，记录两次峰值出现的时间差，即振波在钢丝绳上的传播周期t；然后将上述L、ρ和t代入钢丝绳张力计算公式(I)中，计算钢丝绳的张力，所述钢丝绳张力的计算公式如下：

$Q_i=\mathrm{\ρ}\{\frac{{4L}^2}{{[t\·(1+\mathrm{\β}/4)]}^{2}g}+\frac{{[t\·(1+\mathrm{\β}/4)]}^{2}g}{64}-\frac{L}{2}\}---\left(I\right)$

其中，修正系数β由公式β＝Lρ/Q_p计算得出，式中Q_p是钢丝绳平均终端载荷；最后按上述方法依次测得第i根钢丝绳张力，并将各钢丝绳张力、钢丝绳平均载荷Q_p、钢丝绳半径R和钢丝绳弹性模量E_p的数值输入到张力分析系统(12)中，得到每根钢丝绳的张力偏离程度P_i及调整量ΔL_i。

所述偏离程度P_i＝|Q_p-Q_i|/Q_p，式中Q_p指钢丝绳平均载荷，Q_i指第i根钢丝绳终端载荷，P_i指第i根钢丝绳的终端载荷偏离程度；

所述调整量ΔL_i是如果P_i≤0.1，ΔL_i＝0，如果P_i＞0.1，则ΔL_i＝L(Q_p-Q_i)/(AE_p)，式中L指钢丝绳长，Q_p指钢丝绳平均载荷，Q_i指第i根钢丝绳终端载荷，A指钢丝绳截面面积，E_p指钢丝绳弹性模量，ΔL_i指第i根钢丝绳的所需调整长度。

2.一种用于权利要求1所述的多绳提升机钢丝绳张力检测方法的检测装置，包括钢丝绳(1)、提升重物(2)、加速度传感器(3)，张力测算器(4)，张力分析系统(12)，其所述的加速度传感器(3)是固结在待测钢丝绳(1)上，并连接张力测算器(4)，其中：

所述的张力测算器(4)设置有电源模块(9)提供电源；设置有输入键盘(5)将钢丝绳长L、钢丝绳线密度ρ和修正系数β的数值输入核心处理器(8)，并将加速度传感器(3)采集的加速度数据信号传输给滤波装置(7)，经滤波后再传输给核心处理器(8)，核心处理器(8)记录钢丝绳(1)与加速度传感器(3)连接点处的两次加速度峰值出现的时间差t，并通过公式(I)计算得钢丝绳终端载荷Q_i，再将载荷Q_i显示在显示屏(6)上；

所述张力分析系统(12)是在电脑中采用Visual basic语言开发后台管理程序，并设置有数据输入栏(10)和结果显示栏(11)；

所述数据输入栏(10)设置有I号钢丝绳终端载荷Q₁、II号钢丝绳终端载荷Q₂、III钢丝绳终端载荷Q₃、IV号钢丝绳终端载荷Q₄、钢丝绳平均载荷Q_p、钢丝绳半径R和钢丝绳弹性模量E_p；

所述结果显示栏(11)设置有I号钢丝绳的终端载荷偏离程度P₁及调整量ΔL₁，II号钢丝绳的终端载荷偏离程度P₂及调整量ΔL₂，III号钢丝绳的终端载荷偏离程度P₃及调整量ΔL₃，IV号钢丝绳的终端载荷偏离程度P₄及调整量ΔL₄。

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