CN105203200B - 钢丝绳横向振动信号测量装置、方法及横向振动监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢丝绳横向振动信号测量装置、方法及横向振动监测方法，测量方法为将两组光幕式激光位移传感器发出的感应光幕相互垂直，且两组光幕所在平面平行且上下间隔设置；钢丝横同时垂直穿过两组光幕，获得钢丝绳横向振动时沿x,y方向的位移信号。本发明的测量装置包括两组光幕式激光位移传感器、支架，两组传感器发出的感应光幕相互垂直，且两组光幕所在平面平行且上下间隔设置。本发明的监测方法为采用钢丝绳横向振动位移信号测量方法测出振动位移信号；对振动位移信号进行处理，得到振动幅值和振动频率，与预设值比较判断后，进行危机预防。本发明的装置和方法实现了钢丝绳全面横向振动的精确测量，并能够实现危险振动的预测。

Description

钢丝绳横向振动信号测量装置、方法及横向振动监测方法

技术领域

本发明属于矿井提升系统的测试技术领域，具体涉及一种钢丝绳横向振动信号测量装置、方法及横向振动监测方法。

技术背景

超深矿井一般指作业深度大于1000米的矿井。目前，我国的矿井开采大多数是浅井，深度在500～800米。然而，世界上的矿业大国已经达到了2500至4000米的深度。在我国，煤炭资源埋藏在深度1000-2000米的约占总储量的53％。为此，研究超深矿井提升装备，解决超深矿井提升机关键技术，对于保证国家资源安全，拓展深部资源战略有着重要的意义。

超深矿井提升系统是集机、电、液一体化的大型复杂装备。提升系统钢丝绳在高速进行层间过渡及排绳时会产生冲击，提升系统受到钢丝绳摩擦、空气扰动、罐道柔性等复杂因素的耦合影响时会引起钢丝绳-载荷-卷筒-电机系统的振动。提升系统高速运行中的冲击、振动行为会导致钢丝绳动载荷的急剧增加。为此，需要对提升系统的钢丝绳横向振动情况进行测量，这对于研究提升系统的动态特性，保障提升系统正常工作有着重要的作用。

横向振动是把垂直运动的钢丝绳视为一端附加集中质量的轴向运动弦线的横向振动问题。研究中将钢丝绳简化为沿轴向运动的变长度弦线,提升重物简化为一个质量为m的刚体悬挂于弦线下端,假设钢丝绳上端存在水平方向外界激励,例如电动机偏心旋转或其他因素的影响,那么钢丝绳就会产生横向振动。

现有技术中对钢丝绳的振动情况的测量大都采用接触式测量，即将传感器安装在钢丝绳上，如此测量会带来附加干扰。申请号为201410577225.3的中国专利公开了一种轴向移动绳横向振动测量系统的测量方法，该测量方法采用了将激光式位移传感器安装在移动绳的上方，并与移动绳同步运行，虽然其能够测量移动绳在上下竖直方向的振动位移，但是不能实现测量多个方向的振动位移，若想测量其他方向的振动位移，必须在其他各个方向均安装传感器，测量装置复杂且成本高，测量结果不准确。

发明内容

本发明提出了钢丝绳横向振动信号测量装置、方法及横向振动监测方法，旨在解决目前的不能获得全面横向振动位移信号的问题。

为解决上述技术问题，本发明的钢丝绳横向振动信号测量方法为：

1)设置光幕式激光位移传感器A和光幕式激光位移传感器B，光幕式激光位移传感器A形成感应光幕A′，光幕式激光位移传感器B形成感应光幕B′，感应光幕A′的光线与感应光幕B′的光线垂直，感应光幕A′所在平面与感应光幕B′所在平面平行且上下间隔设置；

2)使钢丝绳同时垂直穿过感应光幕A′、B′，分别以感应光幕A′、B′的延伸方向为x轴、y轴，获得钢丝绳横向振动时沿x,y方向的位移信号。

本发明钢丝绳横向振动信号测量装置，包括光幕式激光位移传感器A、光幕式激光位移传感器B、用于安装光幕式激光位移传感器的支架，所述光幕式激光位移传感器A用于产生感应光幕A′，所述光幕式激光位移传感器B用于产生感应光幕B′，所述感应光幕A′的光线与感应光幕B′的光线垂直，感应光幕A′所在平面与感应光幕B′所在平面平行且上下间隔。

所述支架还包括支架座，所述支架座的形状为U型，光幕式激光位移传感器A的发射器和接收器分别位于U型支架座开放端的两侧，光幕式激光位移传感器B的发射器和接收器分别位于U型支架座开放端的两侧。

本发明钢丝绳横向振动监测方法，包括如下步骤：

1)光幕式激光位移传感器A形成感应光幕A′，光幕式激光位移传感器B形成感应光幕B′，感应光幕A′的光线与感应光幕B′的光线垂直，感应光幕A′所在平面与感应光幕B′所在平面平行且上下间隔设置；

2)使钢丝绳同时垂直穿过感应光幕A′、B′，分别以感应光幕A′、B′中光线的方向为x轴、y轴，获得钢丝绳横向振动时沿x,y方向的位移信号G(x)、G(y)；

3)对振动位移信号G(x)、G(y)进行幅频响应变换，得到钢丝绳沿x方向，y方向的振动幅值S(x),S(y)和振动频率f(x),f(y)；

4)判断钢丝绳振动幅值和振动频率是否超过预设值，如果任一超过预设值，发出报警信号，实现危机预防。

本发明钢丝绳横向振动信号测量装置及方法为一种非接触式的测量装置及方法，通过两组光幕式激光位移传感器测量钢丝绳横向振动信号，使钢丝绳同时垂直穿过两组光幕式激光位移传感器形成的感应光幕，能够获得钢丝绳在x、y方向的振动位移信号，即获得了全面横向振动位移信号，实现了一种非接触式的横向振动测量。

本发明钢丝绳横向振动监测方法能够实时处理物体在x方向、y方向的振动位移信号，得到沿x方向、y方向的振动幅值和振动频率，将振动幅值和振动频率与预设值进行比较、判断，实现危险振动的监测。

附图说明

图1为深井提升系统结构图；

图2为钢丝绳振动检测坐标系即检测区域示意图；

图3为两组光幕式激光位移传感器形成的检测区域示意图；

图4为钢丝绳横向振动位移信号测量装置示意图；

图5为超深矿井提升系统钢丝绳横向振动测量系统结构图。

具体实施方式

钢丝绳横向振动信号测量方法实施例

如附图1-3所示：

超深矿井提升系统由钢丝绳-载荷-天轮-卷筒-电机组成，其结构如图1所示。图中1-电机驱动卷筒，2-天轮，3-钢丝绳，4-罐笼。那么，需要进行检测的是1-电机驱动卷筒和2-天轮之间的钢丝绳的横向振动，以及2-天轮和4-罐笼之间的钢丝绳的横向振动。

超深矿井提升系统的钢丝绳横向振动主要表现在两个方向上，如图2所示。在与钢丝绳相交的平面上建立坐标，那么钢丝绳横向振动在该坐标系下的振动可以表示为沿x方向的振动和y方向的振动，且设定的检测区域能够覆盖振动的全部幅值范围。

对于超深矿井提升系统钢丝绳横向振动位移信号的测量，本实施例中的测量方法包括如下步骤：

1)设置光幕式激光位移传感器A和光幕式激光位移传感器B，光幕式激光位移传感器A形成感应光幕A′，光幕式激光位移传感器B形成感应光幕B′，感应光幕A′的光线与感应光幕B′的光线垂直，感应光幕A′所在平面与感应光幕B′所在平面平行且上下间隔设置；

2)使钢丝绳同时垂直穿过感应光幕A′、B′，分别以感应光幕A′、B′的延伸方向为x轴、y轴，获得钢丝绳横向振动时沿x,y方向的位移信号G(x)、G(y)，如图3所示。

上述测量方法，能够获得全面的横向振动位移信号，即x，y方向上的位移信号，为后续处理提供精确全面的数据。

本实施例中，上述方法用于矿井中，作为其他实施方式，也可以用于其他垂吊重物的场合，如电梯、起重机、吊船、塔吊等。

钢丝绳横向振动信号测量装置实施例

测量装置包括光幕式激光位移传感器A、光幕式激光位移传感器B、用于安装光幕式激光位移传感器的支架，所述光幕式激光位移传感器A用于产生感应光幕A′，所述光幕式激光位移传感器B用于产生感应光幕B′，所述感应光幕A′的光线与感应光幕B′的光线垂直，感应光幕A′所在平面与感应光幕B′所在平面平行且上下间隔设置。如图4所示，本实施例中的支架包括支架座，支架座的形状为U型，光幕式激光位移传感器A的发射器和接收器分别位于U型支架座开放端的两侧，光幕式激光位移传感器B的发射器和接收器也分别位于U型支架座开放端的两侧。

作为其他实施方式，每组光幕式激光位移传感器的发射器和接收器可不位于同一个支架座上，但是，两组光幕式激光位移传感器的位置设定后，必须保证感应光幕A′的光线与感应光幕B′的光线垂直，感应光幕A′所在平面与感应光幕B′所在平面平行且上下间隔设置。

钢丝绳横向振动监测方法实施例

本实施例中的监测方法包括如下步骤：

1)采用上述钢丝绳横向振动位移信号测量方法测量出钢丝绳横向振动时沿x,y方向的位移信号G(x)、G(y)。

2)对振动位移信号G(x)、G(y)进行幅频响应变换，得到钢丝绳沿x方向，y方向的振动幅值S(x),S(y)和振动频率f(x),f(y)；

3)判断钢丝绳振动幅值和振动频率是否超过预设值，如果任一超过预设值，发出报警信号，实现危机预防。

上述钢丝绳横向振动监测方法可应用于如图5所示的超深矿井提升系统钢丝绳横向振动监测系统中，该监测系统包括钢丝绳横向振动位移信号测量装置，还包括控制系统和数据处理模块，所述控制系统用于采集光幕式激光位移传感器测量到的振动位移信号，并将振动位移信号发送到数据分析模块中，并根据数据分析模块的分析结果进行危机预防；所述数据处理模块用于对光模式激光位移传感器测量到的振动位移信号进行处理、比较和判断。

其中，控制系统包括检测电路和采集模块。数据处理模块可以作为单独的分析处理模块，也可以作为控制系统的子模块，通过编程实现钢丝绳振动信号的分析。

上述钢丝绳横向振动监测方法及系统能够实现对测量出的x,y方向的位移信号进行快速傅里叶变换得到振动的频域信号，这样就可以得到振动幅值和振动频率，并通过判断振动幅值和振动频率是否超过预设值，实现对危险振动的预测。

Claims (2)

1.钢丝绳横向振动信号测量装置，其特征在于，包括光幕式激光位移传感器A、光幕式激光位移传感器B、用于安装光幕式激光位移传感器的支架，所述光幕式激光位移传感器A用于产生感应光幕A′，所述光幕式激光位移传感器B用于产生感应光幕B′，所述感应光幕A′的光线与感应光幕B′的光线垂直，感应光幕A′所在平面与感应光幕B′所在平面平行且上下间隔；

所述支架还包括支架座，所述支架座的形状为U型，分别为上支架座和下支架座，所述上支架座和下支架座安装在一个支架本体上，所述上支架座和下支架座安装的U型口方向相互垂直，光幕式激光位移传感器A的发射器和接收器分别位于U型上支架座开放端的两侧，光幕式激光位移传感器B的发射器和接收器分别位于U型下支架座开放端的两侧。

2.钢丝绳横向振动监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)光幕式激光位移传感器A形成感应光幕A′，光幕式激光位移传感器B形成感应光幕B′，感应光幕A′的光线与感应光幕B′的光线垂直，感应光幕A′所在平面与感应光幕B′所在平面平行且上下间隔设置；

2)使钢丝绳同时垂直穿过感应光幕A′、B′，分别以感应光幕A′、B′中光线的方向为x轴、y轴，获得钢丝绳横向振动时沿x,y方向的位移信号G(x)、G(y)；

3)对振动位移信号G(x)、G(y)进行幅频响应变换，得到钢丝绳沿x方向，y方向的振动幅值S(x),S(y)和振动频率f(x),f(y)；

4)判断钢丝绳振动幅值和振动频率是否超过预设值，如果任一超过预设值，发出报警信号，实现危机预防。