CN104555636B - 一种立井罐道钢丝绳的摆动检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种立井罐道钢丝绳摆动检测装置，包括光电检测系统，所述光电检测系统包括平行光源发生器和光电转换装置，所述平行光源发生器和光电转换装置分别位于待测点所在高度处井壁上相对的两侧且平行光源发生器与光电转换装置对正，所述立井罐道钢丝绳处于平行光源发生器和光电转换装置之间，所述光电转换装置连接到上位机。通过采用光电非接触式的测量方式，可以有效检测提升机在一个或多个提升行程内罐道钢丝绳中部的动态摆动，解决立井罐道钢丝绳关键摆动无法测量的问题；同时，在多自由度悬挂对中装置的调节下，能够保证发射对中精度，结构简单，安装使用方便，测量效率高。

Description

一种立井罐道钢丝绳的摆动检测装置
技术领域
本发明涉及测量领域，特别是提升条件下的钢丝绳的摆动测量。
背景技术
对于纵向开采深度达到800m-1000m以上的矿井，称之为深井。随着我国浅层自然资源的开采殆尽，深井开采成为我国未来矿井开采的必然发展方向。钢丝绳罐道，作为矿山立井提升的一种提升容器导向方式，由于其具有成本低廉，铺设工作量小，维护更换方便等优点，成为我国深井开采提升容器导向方式的首要选择。
与此同时，钢丝绳罐道导向同样带来了一些问题。由于钢丝绳属于柔性体的范畴，其具有无限多的自由度，在扰动作用下，其会发生摆动作用，这种现象已在许多相关文献中有所提及。当处在深井提升容器高速运行状态时，在提升容器及气流的扰动作用下，这种摆动现象会尤其明显。
目前，公知的解决这一问题的方式是，一方面通过调整罐道绳张紧装置对于钢丝绳的张紧力来限制罐道绳的摆动，另一方面通过限制容器之间的安全距离，来防止发生容器碰撞事故。而张紧力以及安全距离的确定都是通过相关浅井经验公式得到，并不适用于深井气流扰动大、罐道绳跨距长、罐道绳自重大的全新情况。同时，由于罐道绳摆动幅度最大的位置处在井筒中部左右，对该位置的摆动测定具有极大的困难。而对于罐道检测方面，现有技术多集中于罐道变形检测以及罐道绳静态测量，对于提升容器运行状态下罐道绳的摆动检测并没有提出解决方案。
发明内容
要解决的技术问题：针对现有技术的不足，本发明提出一种立井罐道钢丝绳的摆动检测装置与检测方法，用于解决现有的罐道钢丝绳的摆动检测较为困难的技术问题。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种立井罐道钢丝绳摆动检测装置，包括光电检测系统，所述光电检测系统包括平行光源发生器和光电转换装置，所述平行光源发生器和光电转换装置分别位于待测点所在高度处井壁上相对的两侧且平行光源发生器与光电转换装置对正，所述立井罐道钢丝绳处于平行光源发生器和光电转换装置之间，所述光电转换装置连接到上位机。
本发明中，钢丝绳对平行光源发生器发出的平行光会有阻挡，一旦钢丝绳发射摆动，会导致阻挡光线的位置发生变化，而这一变化均能通过光电转换装置检测出来，这样，就可有效得实现非接触式的进行钢丝绳摆动的测量，并且在保证本装置安装到位的前体下，利用光线直线传播结合光敏电阻的特性，测量的精度能够得到保障。
进一步的，在本发明中，平行光源发生器和光电转换装置所在位置的上方的井壁上均固定有悬挂对中装置；所述平行光源发生器和光电转换装置分别通过悬挂对中装置固定在井壁上。在悬挂对中装置的辅助下将平行光源发生器和光电转换装置调整到光学对中状态，使得平行光源发生器发出的平行光能够被光电转换转置有效接收。
进一步的，在本发明中，所述光电转换装置内设置有光敏电阻阵列、光电转换电路和无线发射模块，所述上位机上设置有无线接收模块，所述光电转换电路将光敏电阻阵列接收到的光信号转换为电信号并通过无线发射模块传递给上位机上的无线接收模块接收。
进一步的，在本发明中，所述悬挂对中装置上设置有一平台，该平台通过螺栓固定在井壁上并且平台垂直井壁；以垂直于该平台上建立z轴、该平台内建立相互垂直的x轴和y轴组成三角坐标系；还包括一号转动组、二号转动组和三号转动组，一号转动组和二号转动组中均包括两个转轴相互垂直的转动组件，其中一号转动组上的一个转动组件固定在平台上，二号转动组中的两个转轴轴向与一号转动组中的两个转轴轴向相同，二号转动组与一号转动组通过一号连杆固定连接，三号转动组与二号转动组通过二号连杆固定连接，且三号转动组的转轴与二号转动组上的两个转轴都垂直；三号转动组上设置有外接悬挂固定装置。
上述转动组件中设置有数字控制器、步进电机和执行机构，所述数字控制器控制步进电机转动，所述步进电机驱动该转动组件上的执行机构进行转动。用数字控制器对转动角度的控制精确度高，并最终由执行机构实现该转动组件转动角度的要求。
有益效果：
本发明通过采用光电非接触式的测量方式，可以有效检测提升机在一个或多个提升行程内罐道钢丝绳中部的动态摆动，解决立井罐道钢丝绳关键摆动无法测量的问题；
同时，在多自由度悬挂对中装置的调节下，能够保证发射对中精度，结构简单，安装使用方便，测量效率高。
附图说明
图1是提升机井筒平面图；
图2是罐道钢丝绳摆动检测装置布置俯视图；
图3是井壁对中悬挂装置结构图；
图4旋转装置连接结构图；
图5是检测装置结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1和图2所示，通过罐道钢丝绳5拉升的提升容器4在井筒1内上下运动工作。
将本发明的装置安装在井筒1的侧壁上。具体设置如下：
其中一个侧壁上设置有悬挂对中装置2，与前述侧壁相对的侧壁上设置有另一个悬挂对中装置7；悬挂对中装置2和悬挂对中装置7的结构相同：如图3所示，设置有一平台，该平台通过螺栓2-1固定在井壁上并且平台垂直井壁；以垂直于该平台上建立z轴、该平台内建立相互垂直的x轴和y轴组成三角坐标系；基于该平台设置一号转动组、二号转动组和三号转动组；一号转动组中包括两个转轴相互垂直且互相铰接的转动组件分别为一号转动组件2-2和二号转动组件2-3，其中一号转动组件2-2的转轴平行于z轴，二号转动组件2-3的转轴平行于y轴；二号转动组中包括两个个转轴相互垂直且顺次铰接的转动组件分别为三号转动组件2-5和四号转动组件2-6，其中三号转动组件2-5的转轴平行于z轴，四号转动组件2-6的转轴平行于y轴；三号转动组包括一个转轴平行于x轴的五号转动组件2-7；该将一号转动组上的一号转动组2-2件固定在平台上，二号转动组与一号转动组通过一号连杆固定连接，三号转动组进而通过不锈钢杆制成的二号连杆2-4与二号转动组固定连接。三号转动组上设置有外接悬挂固定装置。上述各个转动组件的基本结构相同，转角由数字控制器,2-7-4控制，数字控制器2-7-4将控制信号发送给步进电机2-7-5，步进电机2-7-5的输出端套有轴套2-7-3，所述轴套2-7-3和卡套装置2-7-2匹配连接，卡套装置2-7-2通过连接卡盘装置2-7-1和过螺栓连接在执行机构上，从而可为执行机构提供转动力。
悬挂对中装置2下部通过连接卡盘3-2挂到悬挂固定装置上来悬挂平行光源发生器3，平行光源发生器3在其工作面开有矩形孔3-1作为发射端口，平行光源发生器3内通过螺栓安装有平行光源发生装置3-3，平行光源发生装置3-3由电源3-4供电并发射平行光，平行光可通过矩形孔3-1作用于外部。
悬挂对中装置7下部通过连接卡盘6-3挂到悬挂固定装置上来悬挂光电转换装置6，光电转换装置6在其工作面开有矩形孔6-5作为接收端口，并且光电转换装置6与平行光源发生器3的工作面平行且矩形孔3-1与矩形孔6-5对正，光电转换装置6内部安装有光敏电阻阵列6-4，光敏电阻阵列6-4可通过矩形孔6-5接受外部光线，所述的光敏电阻阵列6-4连接有光电转换电路6-2，所述的光电转换装置6内含有无线发射模块6-1，井筒1外的上位机8上设置有相应的无线接收模块。
上述悬挂对中装置的结构，使得三号转动组上的悬挂固定装置处可以在空间内实现位置的改变，使得挂在其上的平行光源发生器3和光电转换装置6的位置可以自由改变，并且由于二者之间的距离对实现本装置工作不产生明显影响，除此之外，需要合理应用空间内的其余5个自由度，配合调节直至将平行光源发生器3和光电转换装置6的工作面完全对正的状态，以保证光电检测能够顺利进行。
实施方法：首先通过螺栓2-1将井壁悬挂对中装置2、7安装在对应检测点两侧井壁处，安装时矩形孔3-1中心线与矩形孔6-5中心线对应误差尽可能小，理想在悬挂对中装置2调节范围的5％，随后，根据上位机8接收到的信号查看平行光源发生器3和光电转换装置6之间的偏移情况，即可通过井壁悬挂对中装置2、7中各转动组的转动，使平行光源发生器3发射端口及光电转换装置6的接受端口对齐，并尽量保证罐道钢丝绳所测点在矩形孔的二分之一处。对齐完毕后，检测装置即可正常工作运行。工作时，由于罐道钢丝绳的遮挡作用，光敏电阻阵列6-4接收到的平行光源会有阴影，光电转换电路6-2通过将光敏电阻阵列6-4接收到的光信号转换为电信号并通过无线发射接收模块6-1传送到上位机8，上位机8通过实时分析光敏电阻阵列6-4各区间内阻值变化情况，即可得到所测点处罐道钢丝绳的摆动位置。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种立井罐道钢丝绳的摆动检测装置，其特征在于：包括光电检测系统，所述光电检测系统包括平行光源发生器和光电转换装置，所述平行光源发生器和光电转换装置分别位于待测点所在高度处井壁上相对的两侧且平行光源发生器与光电转换装置对正，所述立井罐道钢丝绳处于平行光源发生器和光电转换装置之间，所述光电转换装置连接到上位机；
平行光源发生器和光电转换装置所在位置的上方的井壁上均固定有悬挂对中装置；所述平行光源发生器和光电转换装置分别通过悬挂对中装置固定在井壁上；
所述悬挂对中装置上设置有一平台，该平台通过螺栓固定在井壁上并且平台垂直井壁；以垂直于该平台上建立z轴、该平台内建立相互垂直的x轴和y轴组成三角坐标系；还包括一号转动组、二号转动组和三号转动组，一号转动组和二号转动组中均包括两个转轴相互垂直的转动组件，其中一号转动组上的一个转动组件固定在平台上，二号转动组中的两个转轴轴向与一号转动组中的两个转轴轴向相同，二号转动组与一号转动组通过一号连杆固定连接，三号转动组与二号转动组通过二号连杆固定连接，且三号转动组的转轴与二号转动组上的两个转轴都垂直；三号转动组上设置有外接悬挂固定装置。
2.根据权利要求1所述的立井罐道钢丝绳的摆动检测装置，其特征在于：所述光电转换装置内设置有光敏电阻阵列、光电转换电路和无线发射模块，所述上位机上设置有无线接收模块，所述光电转换电路将光敏电阻阵列接收到的光信号转换为电信号并通过无线发射模块传递给上位机上的无线接收模块接收。
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