CN102323161B - 机械卧式钢丝绳弯曲疲劳试验机和机械回转驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械卧式钢丝绳弯曲疲劳试验机和环形组合衬垫。试验机通过2个半面伞状锥齿轮实现180°正反转运动。该机根据绳径匹配聚酯摩擦衬垫，做不同直径钢丝绳的弯曲疲劳试验，聚酯摩擦衬垫上的圆弧半径，同被试钢丝绳截面半径吻合，可根据需要，从主动轮、实验轮的绳套中任意拆换安装。该机定值载荷通过动力装置，压力传感器，弹簧等框架结构得以实现，一改其他同类设备采用挂砣施荷的笨重做法。准确度高，采用1∶1的钢丝绳卷绕试验轮，与实际工况一致，其结构简单合理，占用空间小，刚度和强度大，变形小，整机尺寸小。

Description

机械卧式钢丝绳弯曲疲劳试验机和机械回转驱动装置

技术领域

本发明涉及一种用于矿用钢丝绳弯曲疲劳试验的检测和对矿用提升天轮配用衬垫的检测技术，尤其是一种机械卧式钢丝绳弯曲疲劳试验机和机械回转驱动装置。 

背景技术

煤矿主井和副井是煤矿生产的“咽喉”。钢丝绳是主井和副井提升设备的一个重要组成部分，它直接关系到煤矿正常生产，人员生命安全及经济运转。

同其他金属构件一样，钢丝绳在工作时受多种应力的作用，如静应力，动应力，弯曲应力，扭转应力，接触应力，挤压及捻制应力等，这些应力的反复作用将导致钢丝绳出现疲劳断丝，另外磨损和锈蚀也足以加速断丝的重要方面，严重时甚至会发生整绳断裂的重大事故。正是由于钢丝绳的损伤程度及承载能力直接关系到人的生命和财产的安全，所以，各国科学家一直在不断地探索确保钢丝绳安全运行的检测方法。

在计算钢丝绳的安全系数时，当然最小破断拉力可作为其计算基础，而且还应考虑使用钢丝绳中的冲击载荷以及由于绳在绳轮上反复弯曲加给钢丝的一次弯曲负荷，以及由于张力的变化绳中钢丝之间反复弯曲时的二次弯曲负荷，一般在工程计算中都是用一个系数来概括这些额外的附加负荷的。另外大家还应了解在钢丝表面上如出现不规则的尖锐边缘，小而深的腐蚀坑，狭刻痕，表面裂纹都会激烈疲劳。

目前检验和评价钢丝绳性能和质量的办法一般是将钢丝绳拆股，分别对拆股钢丝进行拉断，弯曲和扭转试验，然后计算出其抗拉强度并判定其韧性号，以此做为选用和评价钢丝绳的依据。然而，钢丝绳在实际使用时的受力状态是非常复杂的，它不可能只承受单纯的拉伸，弯曲和扭转作用。

某些专用钢丝绳应作疲劳试验，橡胶附着件性能试验，平直度试验等。在实验室条件下，检测钢丝绳的抗弯曲疲劳性能，钢丝绳的弹性模量，钢丝绳的结构伸长量，钢丝绳在一定的拉力作用下断面收缩量，钢丝绳的麻芯质量，麻芯的含油率，钢丝绳表面涂油质量和表面涂油状态等。使煤矿提升用钢丝绳逐步向科学化，合理化，规范化迈进。

目前应用的钢丝绳弯曲疲劳试验在航空中应用较多，但都是小直径的，不能满足现有矿用提升及大直径钢丝绳检测的需要，有的生产单位只是为了验证产品的合格与否，配置有用连杆作为摆动机构实现钢丝绳弯曲疲劳试验机，噪声大，占用空间也大，同时惯性冲击力较大，浪费能源。国外有摇动式弯曲疲劳试验机和行星式弯曲疲劳试验机，一方面是国内技术不成熟，另一方面也缺少相关试验数据，不适合国情。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种机械卧式钢丝绳弯曲疲劳试验机和机械回转驱动装置。

本发明采用如下技术方案来实现其目的：

一种机械卧式钢丝绳弯曲疲劳试验机，包括基座，主动轮和实验轮，回转驱动装置，基座的一端固定有轴承架并在该轴承架上安装有主动轮，基座的另一端设置有可左右平移的轴承架并在该轴承架上安装有实验轮，实验轮轴承架的左、右两侧的基座上分别固定有动力机构支架，两动力机构支架上分别固定有动力机构，左、右动力机构的端头分别顶压在实验轮的轴承架的两侧，靠近实验轮的右侧动力机构末端与负载支座之间设置有压力传感器；所述主动轮转轴通过联轴器与回转驱动装置的输出轴连接，该回转驱动装置的输入轴与动力机连接，动力机上还连接有光电计数器和电控箱；所述主动轮和实验轮的圆周侧面上设置有凹槽，钢丝绳试样两端通过夹头对接后套装在两轮的凹槽中。

主动轮和实验轮的凹槽内分别套装有衬垫，所述衬垫是由多个弧形的单个段衬垫分别镶嵌在主动轮和实验轮圆周边缘形成环形衬垫。

主动轮和实验轮的圆周设置有环形凹槽，同时在主动轮和实验轮的一侧设置有与所述凹槽连通的进口及封堵，各单个段衬垫分别从该进口进入环形凹槽形成环形组合衬垫。

所述动力机构为千斤顶，或者为液压缸，或者为气缸。

主动轮与实验轮直径相等。

还包括设置在地面的矩形混凝土基坑，基座固定在矩形混凝土基坑边缘，主动轮和实验轮的下部位于基坑内。

左、右千斤顶的端头分别顶压在加载顶杆的中心，实验轮轴承架左右两侧分别连接有推杆，推杆末端的支架上固定有弹簧坐，弹簧座内安装有定载弹簧，弹簧的外漏端与所述推杆连接，弹簧座的一侧设置有条形滑槽，定载弹簧的另一端固定在一个楔形推板上，该楔形推板位于滑槽内，所述加载顶杆的两端与楔形推板之间为斜面配合结构。

实验轮轴承座与支架之间设置有条形孔和固定销配合结构。

一种适用于所述机械卧式钢丝绳弯曲疲劳试验机的机械回转驱动装置，包括传动箱，传动箱上垂直安装有输入轴和输出轴，输出轴内侧末端安装有从动锥形齿轮，输入轴内侧两端分别安装有主动锥齿轮，两主动锥齿轮设置有部分弧面带有锥齿并且该两主动锥齿轮成中心对称分布，两主动锥齿轮都可以与从动锥齿轮匹配啮合。

输入轴上连接普通电机，或变频电机。

电机输出轴通过硬齿面减速机后与输入轴连接。

有益效果：

1、本发明试验机通过2个半面伞状锥齿轮实现180°正反转运动。该机根据绳径匹配聚酯摩擦衬垫，做不同直径钢丝绳的弯曲疲劳试验，聚酯摩擦衬垫上的圆弧半径，同被试钢丝绳截面半径吻合，可根据需要，从主动轮、实验轮的绳套中任意拆换安装。该机定值载荷通过动力装置，压力传感器，弹簧等框架结构得以实现，一改其他同类设备采用挂砣施荷的笨重做法。

2、通用性强。采用现矿用提升装置完全相同的试验轮和主动轮，主动轮为固定结构，实验轮采用滑动并固定的结构，钢丝绳套装非常方便，通过更换试验轮的衬垫可实现各种型号不同直径的钢丝绳。

3、准确度高。采用1:1的钢丝绳卷绕试验轮，与实际工况一致。

4、转动频率准确。可满足弯曲疲劳频率30次/min的要求，通过变频电机和硬齿面减速机试验还可实现其他不同频率要求。

5、摆动角度准确。采用回转技术，通过回转减速机实现180的摆动，通过机械加载使钢丝绳处于张紧状态，通过光电计数器实现在线计数。

6、结构简单合理，占用空间小，刚度和强度大，变形小，整机尺寸小。

图1是本发明侧面结构示意图；

图2是图1的俯视结构示意图；

图3是机械回转驱动装置的剖面结构示意图。

图4是主动锥齿轮的一种结构示意图；

图5是主动锥齿轮的另种结构示意图；

图6是活动轴承架安装结构示意图；

图7是加载顶杆与活动轴承架推杆之间连接关系示意图；

图8是主动轮或实验轮的衬垫安装示意图。

图中，标号1为基座，2为固定轴承架，3为主动轮，4为活动轴承架，5为实验轮，6为千斤顶，7为压力传感器，8为回转驱动装置，9为电机，10为光电计数器和电控箱，11为加载顶杆，12为千斤顶支架，13为负载支座，14为联轴器，15为联轴器，16为钢丝绳试样，17为带锥齿的弧面段，18为非锥齿的弧面段，19为单块段衬垫，25为安装进口，26为挡栓，31为主动轮或实验轮边缘的凹槽，32为凹槽内的衬垫，33为推杆，34为弹簧座，35为定载弹簧，36为楔形推板，37为限位板，38为斜面配合结构，39为实验轮转轴，40为固定销。80为传动箱，81为输入轴，82a和82b分别为两个中心对称的主动锥齿轮，83为从动轴，84为从动锥齿轮，85为主动轴的轴承，86为轴承压盖，87为从动轴的轴承，88为轴承压盖，89为轴承套。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细描述：

实施例一：参见图1，图2，图6，图7和图8，一种机械卧式钢丝绳弯曲疲劳试验机，在地面上用混凝土砌筑成矩形基坑，在矩形坑槽周围分别固定有基座1，基座1的一端固定有轴承架2，固定轴承架2上安装有主动轮3，基座1的另一端设置有可左右平移的活动轴承架4，活动轴承架4上安装有实验轮5，主动轮3与实验轮4直径相等，并且主动轮3和实验轮4的凹槽内分别套装有衬垫。两轮均有部分深入坑槽中，从而整个试验机的重心和高度都降低，稳定可靠。

实验轮轴承架4的左、右两侧的基座上分别固定有千斤顶支架12，千斤顶支架的后端还固定有负载支座13，每个千斤顶支架12上分别固定有千斤顶6。实验轮轴承架4的左、右端分别固定有横向的加载顶杆11。左、右千斤顶12的端头分别顶压在加载顶杆11的中心。

靠近主动轮的右侧千斤顶6末端与支座13的挡板之间设置有压力传感器7，压力传感器7与显示器连接。左侧千斤顶仅用于实验前或实验后将实验轮回复原状。

左、右千斤顶的端头分别顶压在加载顶杆的中心，实验轮轴承架左右两侧分别连接有推杆，推杆末端的支架上固定有弹簧坐，弹簧座内安装有定载弹簧，弹簧的外漏端与所述推杆连接，弹簧座的一侧设置有条形滑槽，定载弹簧的另一端固定在一个楔形推板上，该楔形推板位于滑槽内，所述加载顶杆的两端与楔形推板之间为斜面配合结构。

实验轮轴承座与支架之间设置有条形孔和固定销配合结构。

所述主动轮转轴通过联轴器14与回转驱动装置8的输出轴（从动轴）传动连接，该回转驱动装置8的输入轴81通过联轴器15与电机（动力机）9转轴连接。电机9上还连接有光电计数器和电控箱10。通过调节左、右千斤顶6的压力，实验轮和主动轮之间的钢丝绳试样16达到额定的负载，根据钢丝绳试样破断时记录光电计数器的读数来计算钢丝绳疲劳度。所述主动轮3和实验轮5的直径相等，并且主动轮3和实验轮5的圆周侧面上设置有凹槽31，凹槽31内分别套装有衬垫32，钢丝绳试样15两端通过夹头对接后套装在两轮的凹槽衬垫上。输入轴上连接电机，该电机为变频电机。

实施例二：附图未画，内容与实施例一基本相同之处不重述，不同的是：输入轴上连接普通电机，该电机的输出轴通过硬齿面减速机后与输入轴连接。

实施例三：参见图3、图4或图5，一种适用于实施例一所述机械卧式钢丝绳弯曲疲劳试验机的机械回转驱动装置，包括传动箱80，传动箱80上垂直安装有输入轴81和输出轴83，输出轴83内侧末端安装有从动锥形齿轮84，输入轴81内侧两端分别安装有主动锥齿轮82a和82b，两主动锥齿轮82a和82b设置有部分弧面带有锥齿17（图5中同时包括了部分锥齿17和部分不带锥齿的光面18），并且该两主动锥齿轮82a和82b成中心对称分布（即两主动锥齿轮82a和82b的任一个单独沿轴旋转180度后与另一个轴对称），两主动锥齿轮82a和82b都相互交替与从动锥齿轮匹配啮合。输入轴81沿单方向旋转，而输出轴83能够实现正、反转。即输入轴每选择180度时，输出轴改变一次旋转方向。

Claims (8)

1.一种机械卧式钢丝绳弯曲疲劳试验机，包括基座，主动轮和实验轮，回转驱动装置，其特征是：基座的一端固定有轴承架并在该轴承架上安装有主动轮，基座的另一端设置有可左右平移的轴承架并在该轴承架上安装有实验轮，实验轮轴承架的左、右两侧的基座上分别固定有动力机构支架，两动力机构支架上分别固定有动力机构，左、右动力机构的端头分别顶压在实验轮的轴承架的两侧，靠近实验轮的右侧动力机构末端与负载支座之间设置有压力传感器；所述主动轮转轴通过联轴器与回转驱动装置的输出轴连接，该回转驱动装置的输入轴与动力机连接，动力机上还连接有光电计数器和电控箱；所述主动轮和实验轮的圆周侧面上设置有凹槽，钢丝绳试样两端通过夹头对接后套装在两轮的凹槽中；主动轮和实验轮的凹槽内分别套装有衬垫，所述衬垫是由多个弧形的单个段衬垫分别镶嵌在主动轮和实验轮圆周边缘形成环形衬垫；主动轮和实验轮的圆周设置有环形凹槽，同时在主动轮和实验轮的一侧设置有与所述环形凹槽连通的进口及封堵，各单个段衬垫分别从该进口进入环形凹槽形成环形组合衬垫；所述回转驱动装置包括传动箱，传动箱上垂直安装有输入轴和输出轴，输出轴内侧末端安装有从动锥齿轮，输入轴内侧两端分别安装有主动锥齿轮，两主动锥齿轮设置有部分弧面带有锥齿并且该两主动锥齿轮成中心对称分布，两主动锥齿轮都可以与从动锥齿轮匹配啮合。

2.根据权利要求1所述的机械卧式钢丝绳弯曲疲劳试验机，其特征是：所述动力机构为千斤顶，或者为液压缸，或者为气缸。

3.根据权利要求1所述的机械卧式钢丝绳弯曲疲劳试验机，其特征是：主动轮与实验轮直径相等。

4.根据权利要求1所述的机械卧式钢丝绳弯曲疲劳试验机，其特征是：还包括设置在地面的矩形混凝土基坑，基座固定在矩形混凝土基坑边缘，主动轮和实验轮的下部位于基坑内。

5.根据权利要求2所述的机械卧式钢丝绳弯曲疲劳试验机，其特征是：左、右千斤顶的端头分别顶压在加载顶杆的中心，实验轮轴承架左右两侧分别连接有推杆，推杆末端的支架上固定有弹簧座，弹簧座内安装有定载弹簧，弹簧的外漏端与所述推杆连接，弹簧座的一侧设置有条形滑槽，定载弹簧的另一端固定在一个楔形推板上，该楔形推板位于滑槽内，所述加载顶杆的两端与楔形推板之间为斜面配合结构。

6.根据权利要求1所述的机械卧式钢丝绳弯曲疲劳试验机，其特征是：实验轮轴承座与支架之间设置有条形孔和固定销配合结构。

7.根据权利要求1所述的机械卧式钢丝绳弯曲疲劳试验机，其特征是：输入轴上连接普通电机，或变频电机。

8.根据权利要求1所述的机械卧式钢丝绳弯曲疲劳试验机，其特征是：电机输出轴通过硬齿面减速机后与输入轴连接。

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