CN104374508A - 一种施工立井悬吊绳与稳绳张力在线检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种施工立井悬吊绳与稳绳张力在线检测装置与方法，装置主要由设在井架上的压力检测部分和设在井口地面的钢丝绳频率检测部分构成。压力检测部分主要包括固定在天轮井架上的斜面支座，固定安装在斜面支座斜面上的压力传感器，以及压力传感器固定连接的轴承支座；钢丝绳频率检测部分主要包括频率检测装置以及用于采集频率信号的信号采集器。通过设置在井盖平台上的钢丝绳频率检测装置可定期检测出钢丝绳上振动波的传播频率，通过钢丝绳长l以及绳密度ρ来得到钢丝绳张力，可有效避免因轴承座的倾覆力矩而带来的测量误差，从而对压力传感器进行校正。其结构简单、操作方便、能实时检测，安装简便，无需拆除稳绳，测量精确，信号传输方便。

Description

一种施工立井悬吊绳与稳绳张力在线检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种施工立井悬吊绳与稳绳张力的在线检检测装置及方法，尤其适用于施工立井悬吊绳与稳绳张力的在线检测。

背景技术

目前，检测立井吊盘悬吊力，是通过在稳绳与吊盘连接处设置拉力传感器来实现检测。但是，在安装时，首先需要先将稳绳拆除，并且在需要对拉力传感器进行防尘防水的处理。而且，由于施工一段时间后吊盘会处于井筒较深的位置，因此稳绳会有较大的张力，从而导致稳绳具有很大的扭矩，当进行稳绳拆除时，稳绳会剧烈扭转，很容易对施工人员造成伤害，还会造成吊盘由于受力不平衡而产生扭转；其次，安装拉力传感器必须在建井初期就将其连接于稳绳或稳绳与吊盘间，导致信号由井下传递到井口比较困难，难以实现实时检测。除利采用拉力传感器的方法以外，还有将钢丝绳张力检测的装置夹持在钢丝绳上，通过其横向作用力来间接测量吊盘悬吊力，或是在钢丝绳上夹持一个测量钢丝绳纵向变形的检测装置来间接测量吊盘悬吊力。夹持在钢丝绳上通过其横向作用力来间接测量的方式是针对较细的钢丝绳，能够比较方便测量，但对施工立井吊盘较粗的悬吊绳和稳绳，由于其距离短、刚度大会造成横向压紧力大、出现测量不准的问题，同时钢丝绳会因被反向弯曲过大而导致钢丝绳损伤；在钢丝绳上夹持一个测量钢丝绳纵向变形的检测装置来间接测量的方式对提升系统钢丝绳张力的测量必须增加一套无线节点传输设备，这对检测成本提出了很大的挑战。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对已有技术中存在的问题，提供一种结构简单、无需拆除稳绳、操作方便、测量精确、能实时检测的施工立井悬吊绳与稳绳张力的在线检检测装置及方法。

技术方案：本发明的施工立井悬吊绳与稳绳张力的在线检测装置，包括信号处理器、井盖平台、设在井盖平台上方的井架、间隔设在井架上的多个天轮，一端由绞车固定、另一端倾斜绕过天轮后竖直伸入井中连接在井中吊盘上的多根悬吊绳或稳绳，在位于每个天轮位置处的井架上的固定有张力检测装置，所述的张力检测装置包括轴承支座、压力传感器和斜面支座，斜面支座经固定螺栓固定在井架上，斜面支座上固定有压力传感器和设在天轮转动轴上的轴承支座，所述的井盖平台上设有分别卡紧多根悬吊绳或稳绳的频率检测装置，频率检测装置通过无线信号传输给信号处理器，由信号处理器对信号进行处理和计算。

所述斜面支座的倾斜角为悬吊绳或稳绳绕天轮倾斜段与竖直段方向夹角的一半。

所述的频率检测装置包括对称设在悬吊绳或稳绳两侧的两个振动块、固定安装在一个振动块外侧的加速度传感器，加速度传感器上设有无线发射器，两个振动块内侧对称设有多个与悬吊绳或稳绳紧贴在一起的卡紧轮，两个振动块内侧上下部设有卡紧弹簧，两个振动块底部分别设有卡装在井盖平台轨道内可移动的平动轮。

使用上述装置的施工立井悬吊绳与稳绳张力的在线检测方法，通过压力传感器实时对悬吊绳或稳绳的张力T进行检测，再通过频率检测装置定期对悬吊绳或稳绳的张力T进行检测，所得检测结果用来校正压力传感器的测量结果，其步骤如下：

a.通过压力传感器实时对悬吊绳或稳绳的张力进行检测：当悬吊绳或稳绳的张力通过天轮作用在轴承支座上时，将力传递给与轴承支座相固定连接的压力传感器，设悬吊绳或稳绳的倾斜段与竖直方向的夹角为α，悬吊绳或稳绳的张力为T，由力的合成原理可知，压力传感器所受到的垂直于压力传感器表面的压力，即压力传感器测量到的压力F为：

$F=2T\·\cos \left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right)$

得到悬吊绳或稳绳的张力T为：

$T=\frac{F}{2\cos \left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right)}$

b.通过频率检测装置定期对悬吊绳或稳绳的张力进行检测：由于平动轮卡在井盖平台的轨道内，使频率检测装置仅能水平移动；振动块上铰接有卡紧轮，卡紧弹簧将钢丝绳两侧的振动块卡紧在钢丝绳上，由卡紧轮保证钢丝绳在竖直方向的运动；振动块的外侧安设有加速度传感器，通过加速度传感器将悬吊绳或稳绳的横向振动加速度信号通过设在加速度传感器上的无线发射器发送给信号处理器，经信号处理器对信号进行处理得到悬吊绳或稳绳横向振动的频率ω，再根据测量时悬吊绳或稳绳的长度l，以及钢丝绳的密度ρ，由公式：

$T=\frac{\mathrm{\ρ}{l}^2{\mathrm{\ω}}^2}{{\mathrm{\π}}^2}+\mathrm{\ρgl}$

算出钢丝绳的张力T；

c.将通过压力传感器测得的张力值与通过频率检测装置测得的张力值进行对比，当两结果相差大于20％时，则判按断压力传感器出现故障，需对压力传感器进行校正或更换。

有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明的悬吊绳或稳绳张力检测装置可有效避免因轴承座的倾覆力矩而带来的测量误差，采用安装在井盖平台上的频率检测装置来定期测量钢丝绳的张力，从而实现对压力传感器测量结果的校验，可避免实时工作的压力传感器可能出现某种故障从而导致测量结果不准确的问题。其结构简单、操作方便、能实时检测，安装简便，无需拆除稳绳，测量精确，信号传输方便，具有广泛的实用性。

附图说明

图1是立井施工简图；

图2是本发明压力传感器安装简图；

图3是本发明的频率检测装置示意图。

图中：1.吊盘，2.悬吊绳，3.稳绳，4.张力检测装置，4-1.轴承支座，4-2.压力传感器，4-3.斜面支座，4-4.固定螺栓，5.天轮，6.井架，7.频率检测装置，7-1.振动块，7-2.加速度传感器，7-3.卡紧弹簧，7-4.卡紧轮，7-5平动轮，8.井盖平台，9.信号处理器，10.绞车。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

本发明的施工立井悬吊绳与稳绳张力的在线检测装置，包括信号处理器9、井盖平台8、设在井盖平台8上方的井架6、间隔设在井架6上的多个天轮5，一端由绞车10固定、另一端倾斜绕过天轮5后竖直伸入井中连接在井中吊盘1上的多根悬吊绳2或稳绳3，在位于每个天轮5位置处的井架6上均固定有张力检测装置4，张力检测装置4包括轴承支座4-1、压力传感器4-2和斜面支座4-3，斜面支座4-3经固定螺栓4-4固定在井架6上，斜面支座4-3上固定有压力传感器4-2和设在天轮5转动轴上的轴承支座4-1，压力传感器4-2经固定螺栓4-4固定在斜面支座4-3上，轴承支座4-1固定在压力传感器4-2上，斜面支座4-3的倾斜角为悬吊绳2或稳绳3绕天轮5倾斜段与竖直段方向夹角的一半。斜面支座4-3上固定有压力传感器4-2和设在天轮5转动轴上的轴承支座4-1，所述的井盖平台8上设有分别卡紧多根悬吊绳2或稳绳3的频率检测装置7，频率检测装置7包括对称设在悬吊绳2或稳绳3两侧的两个振动块7-1、固定安装在一个振动块7-1外侧的加速度传感器7-2，加速度传感器7-2上设有无线发射器，两个振动块7-1内侧对称设有多个与悬吊绳2或稳绳3紧贴在一起的卡紧轮7-4，两个振动块7-1内侧上下部设有卡紧弹簧7-3，两个振动块7-1底部分别设有卡装在井盖平台8轨道内可移动的平动轮7-5。频率检测装置7通过无线信号传输给信号处理器9，由信号处理器9对信号进行处理和计算。

使用上述装置的施工立井悬吊绳与稳绳张力在线检测方法，通过压力传感器4-2实时对悬吊绳2或稳绳3的张力T进行检测，再通过频率检测装置7定期对悬吊绳2或稳绳3的张力T进行检测，所得检测结果用来校正压力传感器4-2的测量结果，具体过程如下：

a.通过压力传感器4-2实时对悬吊绳2或稳绳3的张力进行检测：当悬吊绳2或稳绳3的张力通过天轮5作用在轴承支座4-1上时，将力传递给与轴承支座4-1相固定连接的压力传感器4-2，设悬吊绳2或稳绳3的倾斜段与竖直方向的夹角为α，悬吊绳2或稳绳3的张力为T，由力的合成原理可知，压力传感器4-2所受到的垂直于压力传感器4-2表面的压力，即压力传感器4-2测量到的压力F为：

$F=2T\·\cos \left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right)$

得到悬吊绳2或稳绳3的张力T为：

$T=\frac{F}{2\cos \left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right)}$

b.通过频率检测装置7定期对悬吊绳2或稳绳3的张力进行检测：由于平动轮7-5卡在井盖平台8的轨道内，使频率检测装置7仅能水平移动；振动块7-1上铰接有卡紧轮7-4，卡紧弹簧7-3将钢丝绳两侧的振动块7-1卡紧在钢丝绳上，由卡紧轮7-4保证钢丝绳在竖直方向的运动；振动块7-1的外侧安设有加速度传感器7-2，通过加速度传感器7-2将悬吊绳2或稳绳3的横向振动加速度信号通过设在加速度传感器7-2上的无线发射器发送给信号处理器9，经信号处理器9对信号进行处理得到悬吊绳2或稳绳3横向振动的频率ω，再根据测量时悬吊绳2或稳绳3的长度l，以及钢丝绳的密度ρ，由公式：

$T=\frac{\mathrm{\ρ}{l}^2{\mathrm{\ω}}^2}{{\mathrm{\π}}^2}+\mathrm{\ρgl}$

算出钢丝绳的张力T；

c.将通过压力传感器4-2测得的张力值与通过频率检测装置7测得的张力值进行对比，当两结果相差大于20％时，则判断压力传感器4-2出现故障，需对压力传感器4-2进行校正或更换。

图1所示是立井施工简图，是本发明的张力检测装置的使用工况。

在图2中，天轮5将悬吊绳2或稳绳3分成倾斜段和垂直段两段。斜面支座4-3在加工制造时，首先要知道悬吊绳2或稳绳3的倾斜段与竖直方向的夹角α，从而确定斜面支座4-3斜面的倾斜角为α/2。通过固定螺栓4-4将斜面支座4-3安装在井架6上，再将天轮5的轴承支座4-1安装在斜面支座4-3的斜面上。由于悬吊绳2或稳绳3垂直段与倾斜段的合力方向就是垂直段与倾斜段的角平分线方向，因此压力传感器4-2所测得的压力就是垂直段与倾斜段的合力，即：

$F=2T\·\cos \left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right)$

那么就可知道悬吊绳2或稳绳3的张力大小为：

$T=\frac{F}{2\cos \left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right)}$

在图3中，平动轮7-5卡在井盖平台8的轨道内，使频率检测装置7仅能水平移动。振动块7-1上铰接有卡紧轮7-4，卡紧弹簧7-3将钢丝绳两侧的振动块7-1卡紧在钢丝绳上，而卡紧轮7-4能保证钢丝绳在竖直方向的运动。振动块7-1的外侧安设有加速度传感器7-2，加速度传感器7-2将悬吊绳2或稳绳3的横向振动加速度信号通过无线发射装置发送给信号处理器9，信号处理器9中已编写好相应的处理程序，可以根据测量时的悬吊绳2或稳绳3的长度l，以及钢丝绳的密度ρ对接收信号后对信号进行处理，再根据以下公式：

$T=\frac{\mathrm{\ρ}{l}^2{\mathrm{\ω}}^2}{{\mathrm{\π}}^2}+\mathrm{\ρgl}$

便可得到钢丝绳的张力，用其进行定期测量即可确保压力传感器测量结果的准确性。

Claims (4)

1.一种施工立井悬吊绳与稳绳张力的在线检测装置，包括信号处理器(9)、井盖平台(8)、设在井盖平台(8)上方的井架(6)、间隔设在井架(6)上的多个天轮(5)，一端由绞车(10)固定、另一端倾斜绕过天轮(5)后竖直伸入井中连接在井中吊盘(1)上的多根悬吊绳(2)或稳绳(3)，其特征在于：在位于每个天轮(5)位置处的井架(6)上的固定有张力检测装置(4)，所述的张力检测装置(4)包括轴承支座(4-1)、压力传感器(4-2)和斜面支座(4-3)，斜面支座(4-3)经固定螺栓(4-4)固定在井架(6)上，斜面支座(4-3)上固定有压力传感器(4-2)和设在天轮(5)转动轴上的轴承支座(4-1)，所述的井盖平台(8)上设有分别卡紧多根悬吊绳(2)或稳绳(3)的频率检测装置(7)，频率检测装置(7)通过无线信号传输给信号处理器(9)，由信号处理器(9)对信号进行处理和计算。

2.根据权利要求1所述的施工立井悬吊绳张力检测装置，其特征在于：所述斜面支座(4-3)的倾斜角为悬吊绳(2)或稳绳(3)绕天轮(5)倾斜段与竖直段方向夹角的一半。

3.根据权利要求1所述的施工立井悬吊绳张力检测装置，其特征在于：所述的频率检测装置(7)包括对称设在悬吊绳(2)或稳绳(3)两侧的两个振动块(7-1)、固定安装在一个振动块(7-1)外侧的加速度传感器(7-2)，加速度传感器(7-2)上设有无线发射器，两个振动块(7-1)内侧对称设有多个与悬吊绳(2)或稳绳(3)紧贴在一起的卡紧轮(7-4)，两个振动块(7-1)内侧上下部设有卡紧弹簧(7-3)，两个振动块(7-1)底部分别设有卡装在井盖平台(8)轨道内可移动的平动轮(7-5)。

4.一种使用权利要求1、2、或3所述装置的施工立井悬吊绳与稳绳张力的在线检测方法，其特征在于：通过压力传感器(4-2)实时对悬吊绳(2)或稳绳(3)的张力T进行检测，再通过频率检测装置(7)定期对悬吊绳(2)或稳绳(3)的张力T进行检测，所得检测结果用来校正压力传感器(4-2)的测量结果，其步骤如下：

a.通过压力传感器(4-2)实时对悬吊绳(2)或稳绳(3)的张力进行检测：当悬吊绳(2)或稳绳(3)的张力通过天轮(5)作用在轴承支座(4-1)上时，将力传递给与轴承支座(4-1)相固定连接的压力传感器(4-2)，设悬吊绳(2)或稳绳(3)的倾斜段与竖直方向的夹角为α，悬吊绳(2)或稳绳(3)的张力为T，由力的合成原理可知，压力传感器(4-2)所受到的垂直于压力传感器(4-2)表面的压力，即压力传感器(4-2)测量到的压力F为：

$F=2T\·\cos \left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right)$

得到悬吊绳(2)或稳绳(3)的张力T为：

$T=\frac{F}{2\cos \left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right)}$

b.通过频率检测装置(7)定期对悬吊绳(2)或稳绳(3)的张力进行检测：由于平动轮(7-5)卡在井盖平台(8)的轨道内，使频率检测装置(7)仅能水平移动；振动块(7-1)上铰接有卡紧轮(7-4)，卡紧弹簧(7-3)将钢丝绳两侧的振动块(7-1)卡紧在钢丝绳上，由卡紧轮(7-4)保证钢丝绳在竖直方向的运动；振动块(7-1)的外侧安设有加速度传感器(7-2)，通过加速度传感器(7-2)将悬吊绳(2)或稳绳(3)的横向振动加速度信号通过设在加速度传感器(7-2)上的无线发射器发送给信号处理器(9)，经信号处理器(9)对信号进行处理得到悬吊绳(2)或稳绳(3)横向振动的频率ω，再根据测量时悬吊绳(2)或稳绳(3)的长度l，以及钢丝绳的密度ρ，由公式：

$T=\frac{\mathrm{\ρ}{l}^2{\mathrm{\ω}}^2}{{\mathrm{\π}}^2}+\mathrm{\ρgl}$

算出钢丝绳的张力T；

c.将通过压力传感器(4-2)测得的张力值与通过频率检测装置(7)测得的张力值进行对比，当两结果相差大于20％时，则判断压力传感器(4-2)出现故障，需对压力传感器(4-2)进行校正或更换。