CN105222943B - 一种提升系统中钢丝绳张力测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提升系统中钢丝绳张力测量方法，该方法采用传感器测量出滑轮水平径向、垂直径向及轴向三方向的负载力及提升端钢丝绳在滑轮径向平面上的投影与垂直径向方向的夹角，经过计算就可直接获得钢丝绳的张力。本发明的方法是一种间接测量的方法，没有对钢丝绳进行直接接触，不破坏钢丝绳的结构，保证了钢丝绳的使用寿命，安装方便，计算简单，测量精确，成本低，维护简单，并且测量设备不在井内，保证了采矿作业的安全性，特别适用于超深矿井提升机钢丝绳张力的测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢丝绳张力的测量方法，具体涉及一种提升系统中钢丝绳张力测量方法。
背景技术
目前，对提升机运行状态的监测可以通过对提升机钢丝绳张力的检测来实现，尤其是多绳缠绕式超深矿井提升机需要实时地检测提升机工作过程中钢丝绳的张力，进而通过调绳装置来调节钢丝绳之间的张力差。目前提升机张力的检测方法包括直接测量法与间接测量法。直接测量法是在提升容器顶部安装钢丝绳检测装置，将测得的信号传输到地面进行数据处理得到钢丝绳张力。这种方法主要存在的缺陷：在井深超过500米甚至1500米时，信号存在较大的噪声无法实现可靠的通讯，有较大的测量误差；传感器安装维护不便；破坏钢丝绳的结构，加剧钢丝绳的疲劳磨损。间接测量方法又包括：振波法，利用冲击力垂直打击钢丝绳，产生横向振动波测量返回周期，进而求得钢丝绳张力；三点弯曲法，将测力传感器与钢丝绳表面产生三点接触，强迫钢丝绳产生弯曲变形来计算其张力；应变法，在天轮支架或者天轮主轴上安装电阻应变片，通过推导出测量点和钢丝绳张力的对应关系来计算出钢丝绳张力。间接测量法主要存在的缺点：振波法和三点弯曲法采用接触测量，破坏钢丝绳结构，降低钢丝绳寿命；应变法要求传感器具有结构适用性、高可靠性和高灵敏性，成本很高，安装、标定和调试比较困难。
根据以上分析可以发现，目前通过提升机钢丝绳张力的检方法主要存在以下缺陷：1)传感器安装不便，检测系统维护困难；2)检测系统应用具有一定的局限性，不能用于超深矿井条件下的检测；3)对钢丝绳有一定的磨损，降低了钢丝绳寿命；4)测量精度较低，误差较大；5)测量装置和方法的成本造价较高不利于推广。
为此，克服现有技术中的不足之处，急需一种计算简单、测量精确、不破坏钢丝绳结构、适合超深矿井提升机钢丝绳张力的测量方法。
发明内容
本发明提供了一种提升系统中钢丝绳张力测量方法，旨在解决现有技术中的钢丝绳张力测量方法测量准确率低、成本高、测量方式复杂且需要接触钢丝绳造成钢丝绳磨损的缺陷。
为解决上述技术问题，本发明的提升系统中钢丝绳张力测量方法包括如下步骤：
1)测量提升系统中滑轮水平径向、竖直径向及轴向三方向的负载力Fx、Fz、Fy及提升端钢丝绳在滑轮径向平面上的投影与竖直径向方向的夹角β；所述滑轮径向平面为与滑轮的轴线垂直的一个切面
2)根据公式计算出钢丝绳张力；
其中，T为提升端钢丝绳张力，T1为载荷端钢丝绳张力。
所述滑轮为天轮。
所述三方向的负载力的测量是通过在滑轮上安装传感器测量得到的。
所述传感器为加速度传感器。
本发明的提升系统中钢丝绳张力测量方法仅需采用传感器测量出滑轮水平径向、垂直径向及轴向三方向的负载力及提升端钢丝绳在滑轮径向平面上的投影与垂直径向方向的夹角，经过计算就可直接获得钢丝绳的张力。该方法是一种间接测量的方法，没有对钢丝绳进行直接接触，不破坏钢丝绳的结构，保证了钢丝绳的使用寿命，安装方便，计算简单，测量精确，成本低，维护简单，并且测量设备不在井内，保证了采矿作业的安全性，特别适用于超深矿井提升机钢丝绳张力的测量。
附图说明
图1是本实施例中超深矿井提升系统结构图和力学坐标系；
图2是本实施例中XOZ平面受力分析图；
图3是本实施例中YOZ平面受力分析图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步详细说明。
本实施例的钢丝绳张力测量方法为：
1)测量提升系统中滑轮水平径向、竖直径向及轴向三方向的负载力Fx、Fz、Fy及提升端钢丝绳在滑轮径向平面上的投影与竖直径向方向的夹角β；所述滑轮径向平面为与滑轮的轴线垂直的一个切面
2)根据公式计算出钢丝绳张力；
其中，T为提升端钢丝绳张力，T1为载荷端钢丝绳张力。
下面以超深矿井提升系统为例，来具体说明本实施例的钢丝绳张力测量过程：
如图1所示，提升系统包括天轮和卷筒，天轮与卷筒之间的钢丝绳部分成为提升端钢丝绳，天轮与负载之间的钢丝绳部分成为负载端钢丝绳。
在图1中建立坐标系，以天轮中心为圆心O，天轮的轴向方向为Y轴，天轮的水平径向方向为X轴，天轮的垂直径向方向为Z轴，设T为提升端钢丝绳张力，T1为载荷端钢丝绳张力，α为提升端钢丝绳在XOZ平面上的投影与提升端钢丝绳之间的夹角，β为提升端钢丝绳在XOZ平面上的投影与Z轴间的夹角。由于排绳过程中钢丝绳在卷筒上产生轴向的游动，因此夹角α是一个变量，而夹角β为一个常量。
对天轮及钢丝绳进行受力分析，具体的分析过程如下：
首先，在XOZ平面内进行受力分析，XOZ平面如图2所示。
提升端钢丝绳张力T在XOZ平面上的分量为：
Txz＝T×cosα；
由天轮主轴的力平衡关系可得，主轴水平方向的径向力的合力为零，因此：
ΣFx＝0，即得到：Fx-Txzsinβ＝0。
同理，主轴垂直方向的径向力的合力也为零，得到：
ΣFz＝0，即得到：Fz-T1-Txzcosβ＝0
那么，通过上述三个方程式，在XOZ平面内可得到：
而后，在YOZ平面内进行受力分析，YOZ平面如图3所示：
提升端钢丝绳张力T在YOZ平面上的分量为：
Tyz＝T×sinα；
由天轮主轴的力平衡关系可得，主轴轴向力的合力为零，因此有：
ΣFy＝0，即得到：Fy-Tyzsinα＝0
同理，主轴垂直方向的径向力的合力也为零，因此有：
ΣFz＝0，即得到：Fz-T1-Tyzcosα＝0
那么，通过上述三个方程式，在YOZ平面内可得到：
其中，α为提升端钢丝绳在XOZ平面上的投影与提升端钢丝绳之间的夹角，为变量；β为提升端钢丝绳在XOZ平面上的投影与Z轴间的夹角，为常量。将公式(1)(2)联立消去α，可得到：
从式(3)中可以看出，钢丝绳张力T只与天轮的主轴水平方向径向力Fx、主轴垂直方向径向力Fz和主轴轴向负载力Fy，以及夹角β有关。
根据上述的原理分析，钢丝绳张力测量方法的实施步骤为：
1)在天轮主轴上安装能够测量主轴三个方向负载力的传感器；
2)测量提升系统工作过程中的天轮主轴水平方向径向力Fx、主轴垂直方向径向力Fz和主轴轴向负载力Fy，以及提升端钢丝绳在XOZ平面上的投影与Z轴间的夹角β；
3)利用文中所述的公式(1)、(2)、(3)计算出钢丝绳的张力。
本实施例中的传感器可为加速度传感器或其他类型的传感器。
上述钢丝绳张力测量方法不仅可用于超深矿井提升系统中，还可用于其他的提升系统，如起重机。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种提升系统中钢丝绳张力测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)测量提升系统中滑轮水平径向、竖直径向及轴向三方向的负载力Fx、Fz、Fy及提升端钢丝绳在滑轮径向平面上的投影与竖直径向方向的夹角β；所述滑轮径向平面为与滑轮的轴线垂直的一个切面；
2)根据公式
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</mtr>
</mtable>
<mo>,</mo>
</mrow>
计算出钢丝绳张力；
其中，T为提升端钢丝绳张力，T1为载荷端钢丝绳张力。
2.根据权利要求1所述提升系统中钢丝绳张力测量方法，其特征在于，所述滑轮为天轮。
3.根据权利要求1所述提升系统中钢丝绳张力测量方法，其特征在于，所述三方向的负载力的测量是通过在滑轮上安装传感器测量得到的。
4.根据权利要求3所述提升系统中钢丝绳张力测量方法，其特征在于，所述传感器为加速度传感器。
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