CN106053227B - 一种矿用装备电缆拖曳曲绕试验机及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿用装备电缆拖曳曲绕试验机及试验方法，试验机包括：曲绕转轮台、拖曳模拟装置、张力反馈装置以及控制中心，所述拖曳模拟装置正反向拖曳电缆试样，并通过张力使得电缆试样围绕曲绕转轮台发生曲绕；所述张力反馈装置实时检测拖曳过程中的张力，并反馈给控制装置；所述控制中心控制连接张力反馈装置和拖曳模拟装置，并连通电缆试样。在试验时，通过对电缆试样两端进行拖曳，使得电缆试样在张力作用下围绕曲绕转轮台发生曲绕；在该过程中导通电缆试样，并实时测试电缆试样的通断状态，根据电缆试样的通断进行电缆故障分析。本方案集拖曳和曲绕双重作用，有效模拟矿用装备电缆拖曳曲绕环境，在线检测电缆短路和断路故障，使用方便。

Description

一种矿用装备电缆拖曳曲绕试验机及试验方法

技术领域

本发明属于矿用装备电缆试验装置技术领域，具体涉及一种矿用装备电缆拖曳曲绕试验技术。

背景技术

矿用装备电缆运行在反复拖曳和弯曲的使用环境，易发生断芯和绝缘破损，为了使得矿用装备电缆能够适用于矿井下反复拖曳和曲绕的使用环境，避免因拖曳和反复曲绕造成电缆断芯和绝缘破损，确保电缆在工作状态下不发生短路和断路现象，需要对电缆进行耐拖曳和耐曲绕试验。

目前，有关测试设备都只是对矿用装备电缆在弯曲装置上进行一定限度弯曲试验，不能模拟矿用装备电缆受拖曳和曲绕的双重影响，试验张力和曲绕幅度与实际工况相差太远，并且自动化程度低，不能适时测量电缆状态。

发明内容

针对现有矿用装备电缆测试设备无法对电缆进行耐拖曳实验的问题，本发明的目的在于提供能够精确模拟矿用装备电缆拖曳曲绕环境的试验装置；同时在此基础上，还进一步提供矿用装备电缆拖曳曲绕试验方法，由此实现对矿用装备电缆的耐拖曳和耐曲绕性能的双重测试。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

方案1：提供一种矿用装备电缆拖曳曲绕试验机，所述试验机包括：曲绕转轮台、拖曳模拟装置、张力反馈装置以及控制中心，所述拖曳模拟装置正反向拖曳电缆试样，并通过张力使得电缆试样围绕曲绕转轮台发生曲绕；所述张力反馈装置实时检测拖曳过程中的张力，并反馈给控制装置；所述控制中心控制连接张力反馈装置和拖曳模拟装置，并连通电缆试样。

优选的，所述控制中心根据张力反馈装置反馈的张力数据实时控制拖曳模拟装置，同时根据电缆试样的通断状态对电缆故障进行分析。

优选的，所述控制中心包括控制单元和电缆导通测试仪，所述控制单元控制连接拖曳模拟装置和张力反馈装置，所述电缆导通测试仪与控制单元连接，用于测试电缆试样的通断状态。

优选的，所述的曲绕转轮台通过不同直径的成对半圆环型拼块调节弯曲直径，成对半圆环型拼块以插销进行拼装。

优选的，所述的曲绕转轮台与拖曳模拟装置平面高度一致。

优选的，所述拖曳模拟装置包括两组拖曳部件，导正轮，排线机，主收放一体机以及副收放一体机，所述主收放一体机与副收放一体机相对于曲绕转轮台对称设置，所述导正轮和排线机依次设置在曲绕转轮台与对称设置的主收放一体机和副收放一体机相之间；两组拖曳部件的自由端，用于分别连接电缆试样的两端，两组拖曳部件的另一端分别依次穿过导正轮及排线机，并分别与主收放一体机连接和副收放一体机连接。

优选的，所述拖曳部件包括相互连接的电缆连接夹具和拖曳钢丝绳。

优选的，所述主收放一体机包括第一变频电机，第一传动机构以及第一收放轮，所述第一变频电机通过第一传动机构驱动连接第一收放轮；所述副收放一体机包括第二变频电机，第二传动机构以及第二收放轮，所述第二收放轮与第一收放轮对称设置，所述第二变频电机通过第二传动机构驱动连接第二收放轮。

优选的，所述导正轮由包含两对可水平调节距离的平行立柱和可上下调节间距的一对平行橡胶滚轮组成，所述橡胶滚轮位于两对平行立柱之间，且平行立柱和橡胶滚轮可绕各自中心轴滚动。

优选的，所述的排线机包括电机，丝杆，四柱压紧移动装置以及双杆支架，所述四柱压紧移动装置安置在双杆支架上，并可沿双杆支架移动；所述电机通过丝杆驱动四柱压紧移动装置沿双杆支架移动。

优选的，所述的张力反馈机与一组拖曳部件配合设置。

优选的，所述的张力反馈机包括夹送辊，校平辊以及张力计，所述校平辊包括水平连杆和设置在水平连杆两端的辊轴，所述水平连杆可微调角度进行校平，所述校平辊的辊轴与张力计的张力传感器连接；所述夹送辊相对于校平辊设置，并可调节与校平辊间的距离。

方案2：提供一种矿用装备电缆拖曳曲绕试验方法，所述实验方法对电缆试样两端进行拖曳，使得电缆试样在张力作用下围绕曲绕转轮台发生曲绕；在该过程中导通电缆试样，并实时测试电缆试样的通断状态，根据电缆试样的通断进行电缆故障分析。

根据上述方案构成的矿用装备电缆拖曳曲绕试验机，其整体结构紧凑、设计合理，集拖曳和曲绕双重作用，有效模拟矿用装备电缆拖曳曲绕环境，在线检测电缆短路和断路故障，使用方便。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明实例中试验机的俯视结构示意图；

图2为本发明实例中试验机的正视结构示意图；

图3为本发明实例中试验机中的导正轮示意图；

图4为本发明实例中试验机中的张力反馈缓冲机示意图；

图5为本发明实例中试验机中的正、副收放一体机示意图；

图6为本发明实例中试验机中的排线机示意图；

图7为本发明实例中试验机的控制原理图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1和图2，其所示为本实例中提供的矿用装备电缆拖曳曲绕试验机的结构。由图可知，该矿用装备电缆拖曳曲绕试验机主要包括：曲绕转轮台100，拖曳模拟装置200，张力反馈装置300，控制中心400以及机架台500这四个部分。

其中，机架台500作为整个试验机的基础，用于安置曲绕转轮台100，拖曳模拟装置200以及张力反馈装置300，形成一体化的试验机。

曲绕转轮台100安置在机架台500的一端，用于模拟曲绕环境，使待测试的电缆形成曲绕，完成曲绕试验。

拖曳模拟装置200，其相对于曲绕转轮台100设置在机架台500的另一端，用于模拟拖曳环境，对待测试的电缆形成拖曳，并同时与曲绕转轮台100配合，通过拖曳形成的张力使得待测试电缆围绕曲绕转轮台发生曲绕。

张力反馈装置300，其设置在机架台500上，用于实时检测拖曳模拟装置200拖曳电缆时的张力，并反馈给控制中心400。

控制中心400作为整个试验机的控制中心，控制连接拖曳模拟装置200和张力反馈装置300，控制拖曳模拟装置200运动对待测试的电缆形成拖曳，并通过拖曳形成的张力使得待测试电缆围绕曲绕转轮台发生曲绕；同时根据张力反馈装置300反馈的张力，实时调整拖曳模拟装置200的运动，控制张力的波动；与此同时，控制中心400还导通待测试的电缆，并实施检测待测试电缆的通断状态，根据待测试电缆的通断进行电缆故障分析。

基于上述方案，本试验机的具体实施如下：

机架台500整体为一平台结构，以便用于安装其它部件，并保持各个部件之间水平高度一致。

需要说明的，对于机架台500的具体结构并不限于上述结构，根据需要还有其它的衍变结构。

曲绕转轮台100安置在机架台500一端的中部。该曲绕转轮台100通过U型拼块进行调节曲绕时的弯曲直径。

该曲绕转轮台100具体通过轴承连接可绕垂直于机架台的转动轴自由转动。该曲绕转轮台100上通过采用不同直径的成对半圆环型拼块以调节曲绕转轮台弯曲直径，其中不同直径的成对半圆环型拼块以插销进行拼装，并固定于曲绕转轮台上。

与曲绕转轮台100配合的拖曳模拟装置200主要包括两个电缆连接夹具210、两根拖曳钢丝绳220、导正轮230、排线机240、主收放一体机250、副收放一体机260。

拖曳模拟装置200中的两个电缆连接夹具210分别与两根拖曳钢丝绳220的一端连接构成两组拖曳部件，两组拖曳部件水平布置，用于连接穿过曲绕转轮台100的待测试电缆的两端和主收放一体机250、副收放一体机260。具体连接时，一组拖曳部件中电缆连接夹具210连接穿设在曲绕转轮台100中的待测试电缆的一端，该拖曳部件中的拖曳钢丝绳220则连接主收放一体机250；另一组拖曳部件中电缆连接夹具210连接穿设在曲绕转轮台100中的待测试电缆的另一端，该拖曳部件中的拖曳钢丝绳220则连接副收放一体机260。

拖曳模拟装置200中的主收放一体机250和副收放一体机260两者对称设置在机架台500的另一端，并与曲绕转轮台100相对。对称设置的主收放一体机250和副收放一体机260用于同步驱动两根拖曳钢丝绳220，以支撑牵引钢丝的展开，同时两者为牵引和张紧作用，实现对穿过曲绕转轮台100的待测试电缆的两端拖曳，并通过拖曳形成的张力使得待测试电缆围绕曲绕转轮台发生曲绕。

参见图5，本实例中的主收放一体机250和副收放一体机260结构相同，其中，主收放一体机250主要包括变频电机251，皮带传动机构252以及收放轮253。收放轮253通过安置座安置在机架台500上相应的位置，用于盘绕一根拖曳钢丝绳220，变频电机251相对于收放轮253安置在收放轮253的侧边，并通过皮带传动机构252驱动连接收放轮253，使得收放轮253匀速转动。

对应的副收放一体机260同样包括变频电机261，皮带传动机构262以及收放轮263。收放轮263通过安置座安置在机架台500上相应的位置，并与收放轮253对称分布，用于盘绕另外一根拖曳钢丝绳220，变频电机261相对于收放轮263安置在收放轮263的侧边，并通过皮带传动机构262驱动连接收放轮263，使得收放轮263匀速转动。

需要说明，上述的变频电机251和变频电机261的具体安置方式并不限于此，根据需要还可采用其它的安置方式。

再者，皮带传动机构252和皮带传动机构262除了可进行可靠传动外，其具有过载保护功能。

拖曳模拟装置200中导正轮230，其安置在机架台500上，并位于曲绕转轮台100和正副收放一体机250、260之间。该导正轮230容两根拖曳钢丝绳220穿过，以保证钢丝绳水平拖拽。

参见图3，导正轮230由两对可水平调节距离的平行立柱230a和可上下调节间距的一对平行橡胶滚轮230b组成，橡胶滚轮230b通过螺栓水平固定于导正座230c的两对立柱230d之间，通过调节橡胶滚轮230b的垂直距离和平行立柱230a的水平距离，对电缆拖曳方向进行导正。

拖曳模拟装置200中排线机240其安置在机架台500上，并位于导正轮230和正副收放一体机250、260之间。该排线机240容两根拖曳钢丝绳220穿过，以控制拖曳钢丝绳均匀收放缠绕在收放一体机的收放轮上。

参见图6，本排线机240主要包括电机241，丝杆242，四柱压紧移动装置243以及双杆支架244。

其中双杆支架244构成整个排线机的机架，用于安置其它部件。

四柱压紧移动装置243，包括四个平行且可水平调节间距的立柱组成，立柱可绕轴滚动，通过调节间距压紧拖拽钢丝。

四柱压紧移动装置243可移动的安置在双杆支架244上，并可沿双杆支架244进行移动。该四柱压紧移动装置243容拖曳钢丝绳穿过，通过沿双杆支架244进行移动控制拖曳钢丝绳均匀收放缠绕在收放一体机的收放轮上。

电机241，其安置在双杆支架244的底部，通过丝杆242驱动连接四柱压紧移动装置243，以驱动四柱压紧移动装置243沿双杆支架244进行上下移动。

对于试验机中的张力反馈装置300，安置在安置在机架台500上。为保证张力精确检测，该张力反馈装置300具体位于曲绕转轮台100和导正轮230之间。

参见图4，该张力反馈装置300主要包括校平辊310、夹送辊320、张力计330。

校平辊310由水平连杆两端各连接一个辊轴组成，水平连杆可微调角度进行校平，校平辊310的辊端与张力计330的张力传感器连接；夹送辊320相对于校平辊310设置，且可上下调节与校平辊310的距离。

对于试验机中的控制中心400，其主要包括控制单元410和电缆导通测试仪420。

控制单元410由相应的PLC或PC构成，其分别控制连接张力反馈装置300、主/副收放一体机中的变频电机251、261，同时还控制连接电缆导通测试仪420。

电缆导通测试仪420，与控制单元410连接，用于测试电缆试样的通断状态。

由此构成的控制中心400中，由控制单元410通过控制主/副收放一体机中的变频电机251、261的动作，以实现对主/副收放一体机的控制，以展开拖曳钢丝绳220，对待测试的电缆形成拖曳，并通过拖曳形成的张力使得待测试电缆围绕曲绕转轮台发生曲绕；同时根据张力反馈装置300反馈的张力，通过实时调整主/副收放一体机中变频电机251、261的动作，以控制张力的波动。

与此同时，电缆导通测试仪420导通待测试电缆，在整个拖曳曲绕过程中实时检测待测试电缆的通断状态，并将通断信号反馈给控制单元410。

控制单元410根据电缆导通测试仪420反馈的通断信号并结合张力反馈装置300反馈的张力数据进行电缆故障分析，判断电缆短路和断路故障。

在此基础上，控制中心400中还可进一步增设打印机430和显示器440，以便控制单元410分析结果的输出。

为保证整个试验机运行的可靠性和试验的准确性，试验机中的曲绕转轮台100、电缆连接夹具210、拖曳钢丝绳220、张力反馈机300、导正轮230、排线机240、主收放一体机250、副收放一体机260安置的平面高度一致。

针对上述方案构成的矿用装备电缆拖曳曲绕试验机，以下通过一具体实例来进一步的说明其运行过程。

参见图1和图2，本实例采用的试验机中的正/副收放一体机采用22kW变频调速电机，使用高强度镀铬钢材的收放轮，用于支撑牵引钢丝的展开，电机驱动皮带传动系统实现正副收放轮匀速转动，正副收放一体机互为牵引和张紧作用，对矿用装备电缆样品进行拖曳，并加载5～50kN的负荷，皮带传动系统进行传动和过载保护。

参见图4，试验机中的张力反馈机由夹送辊及校平辊组成，夹送辊可单独调整，校平上辊采用整体结构，前后设两个调整点，可形成一定的倾斜角度，便于提高校平质量。张力计通过张力传感器反馈信号入控制中心，控制中心发出指令给变频电机变速，控制张力波动范围小于5％。

参见图3，导正轮主要由橡胶滚轮组成，以保证水平拖拽。该导向轮间距可方便地调整，适应不同的电缆规格，适用电缆外径为25mm～120mm。

参见图6，排线机中的四柱压紧移动装置容拖曳钢丝绳穿过，在电机驱动下，通过丝杆传动往返移动四柱压紧移动装置，以控制拖曳钢丝绳均匀收放缠绕在收放一体机的收放轮上。

本实例试验机中的曲绕转轮台通过U型拼块调节转轮台的直径，继而调节电缆弯曲半径，调节范围为150mm～700mm。

由此构成的本实例中的试验机，其主要参数：试验台电机功率：20KW两台；张力范围两档：0-50kN；0-10kN。曲绕转轮台外径范围：300mm、500mm、700mm、900mm、1100mm、1400mm。试验电缆弯曲半径范围：(150～700)mm。

参见图1，在进行电缆拖曳曲绕试验时，将电缆试样600沿曲绕转轮台100穿设在曲绕转轮台中，两个电缆连接夹具210分别连接电缆试样600的两端，而其上的拖曳钢丝绳220分别穿过导正轮230及排线机240，分别盘绕在主收放一体机250和副收放一体机260中的主收放轮253和副收放轮263上。同时其中的一根拖曳钢丝绳穿过张力反馈机300；控制中心400中电缆导通测试仪420连接导通电缆试样600。

参见图7，在设置好电缆试样600后，由控制中心400中的控制单元410控制正副收放一体机的变频电机进行运动，通过皮带传动系统带动主收放轮和副收放轮匀速盘绕相应的拖曳钢丝绳，继而展开两根拖曳钢丝绳，两根拖曳钢丝绳同向对电缆试样600进行拖曳，并形成一定张力，电缆试样600在张力作用下围绕曲绕转轮台发生曲绕，该过程中正副收放一体机互为牵引和张紧作用，对矿用装备电缆样品进行拖曳。

在此基础上，通过控制中心400中的控制单元410控制正副收放一体机的变频电机进行正、反向的运动对电缆试样进行拖曳，电缆试样在张力作用下围绕曲绕转轮台发生曲绕，并自动记录正反转次数；在该过程中，张力反馈机300实时检测拖曳过程中的张力，并反馈给控制单元410，控制单元410根据实时的张力数据发出指令给变频电机变速，控制张力波动范围小于5％。

在正、反向拖曳曲绕试验过程中，电缆导通测试仪420实时检测电缆试样600的通断状态，形成对应的通断信号至控制单元410进行电缆故障分析，控制单元410自动判断电缆短路和断路故障，并经过显示器和打印机对结果进行输出。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (12)

1.一种矿用装备电缆拖曳曲绕试验机，其特征在于，所述试验机包括：曲绕转轮台、拖曳模拟装置、张力反馈装置以及控制中心，所述拖曳模拟装置正反向拖曳电缆试样，并通过张力使得电缆试样围绕曲绕转轮台发生曲绕；所述张力反馈装置实时检测拖曳过程中的张力，并反馈给控制装置；所述控制中心控制连接张力反馈装置和拖曳模拟装置，并连通电缆试样；所述拖曳模拟装置包括两组拖曳部件，导正轮，排线机，主收放一体机以及副收放一体机，所述主收放一体机与副收放一体机相对于曲绕转轮台对称设置，所述导正轮和排线机依次设置在曲绕转轮台与对称设置的主收放一体机和副收放一体机相之间；两组拖曳部件的自由端，用于分别连接电缆试样的两端，两组拖曳部件的另一端分别依次穿过导正轮及排线机，并分别与主收放一体机连接和副收放一体机连接。

2.根据权利要求1所述的一种矿用装备电缆拖曳曲绕试验机，其特征在于，所述控制中心根据张力反馈装置反馈的张力数据实时控制拖曳模拟装置，同时根据电缆试样的通断状态对电缆故障进行分析。

3.根据权利要求1或2所述的一种矿用装备电缆拖曳曲绕试验机，其特征在于，所述控制中心包括控制单元和电缆导通测试仪，所述控制单元控制连接拖曳模拟装置和张力反馈装置，所述电缆导通测试仪与控制单元连接，用于测试电缆试样的通断状态。

4.根据权利要求1所述的一种矿用装备电缆拖曳曲绕试验机，其特征在于，所述的曲绕转轮台通过不同直径的成对半圆环型拼块调节弯曲直径，成对半圆环型拼块以插销进行拼装。

5.根据权利要求1所述的一种矿用装备电缆拖曳曲绕试验机，其特征在于，所述的曲绕转轮台与拖曳模拟装置平面高度一致。

6.根据权利要求1所述的一种矿用装备电缆拖曳曲绕试验机，其特征在于，所述拖曳部件包括相互连接的电缆连接夹具和拖曳钢丝绳。

7.根据权利要求1所述的一种矿用装备电缆拖曳曲绕试验机，其特征在于，所述主收放一体机包括第一变频电机，第一传动机构以及第一收放轮，所述第一变频电机通过第一传动机构驱动连接第一收放轮；所述副收放一体机包括第二变频电机，第二传动机构以及第二收放轮，所述第二收放轮与第一收放轮对称设置，所述第二变频电机通过第二传动机构驱动连接第二收放轮。

8.根据权利要求1所述的一种矿用装备电缆拖曳曲绕试验机，其特征在于，所述导正轮由包含两对可水平调节距离的平行立柱和可上下调节间距的一对平行橡胶滚轮组成，所述橡胶滚轮位于两对平行立柱之间，且平行立柱和橡胶滚轮可绕各自中心轴滚动。

9.根据权利要求1所述的一种矿用装备电缆拖曳曲绕试验机，其特征在于，所述的排线机包括电机，丝杆，四柱压紧移动装置以及双杆支架，所述四柱压紧移动装置安置在双杆支架上，并可沿双杆支架移动；所述电机通过丝杆驱动四柱压紧移动装置沿双杆支架移动。

10.根据权利要求1所述的一种矿用装备电缆拖曳曲绕试验机，其特征在于，所述的张力反馈装置与一组拖曳部件配合设置。

11.根据权利要求1或10所述的一种矿用装备电缆拖曳曲绕试验机，其特征在于，所述的张力反馈装置包括夹送辊，校平辊以及张力计，所述校平辊包括水平连杆和设置在水平连杆两端的辊轴，所述水平连杆可微调角度进行校平，所述校平辊的辊轴与张力计的张力传感器连接；所述夹送辊相对于校平辊设置，并可调节与校平辊间的距离。

12.一种矿用装备电缆拖曳曲绕试验方法，其特征在于，所述试验方法基于权利要求1-11中任一项所述的矿用装备电缆拖曳曲绕试验机对电缆试样两端进行拖曳，使得电缆试样在张力作用下围绕曲绕转轮台发生曲绕；在该过程中导通电缆试样，并实时测试电缆试样的通断状态，根据电缆试样的通断进行电缆故障分析。