CN106698148A - 一种提升钢丝绳绳丝张力测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提升钢丝绳绳丝张力测定装置，包括支架，支撑顶部设有用于供待测提升钢丝绳绕经的天轮，支架上设有用于与待测提升钢丝绳第一端连接的定位座，支架上还设有用于与待测提升钢丝绳的第二端施加牵引作用力的卷筒。利用测定装置的卷筒、支架、天轮及定位座模拟提升钢丝绳实际使用工况，测定时配以相应光栅式光纤传感器测定相应绳丝张力，快速、准确地测量出钢丝绳各绳丝在受弯和受拉工况下绳丝张力变化量、总张力、提升钢丝绳与天轮的摩擦力矩等关键技术参数，对于评定钢丝绳的使用寿命具有重要意义。

Description

一种提升钢丝绳绳丝张力测定装置

技术领域

本发明涉及一种提升钢丝绳绳丝张力测定装置。

背景技术

提升钢丝绳作为矿井提升中连接卷筒、天轮和罐笼的重要部件，所承受的载荷十分复杂。当提升钢丝绳绕过天轮时，由于其螺旋线缠绕结构，受到非线性的张力和弯曲应力的变化，严重影响到提升钢丝绳的机械性能和使用寿命，特别是钢丝之间潜在的不同的应变引起的摩擦滑动和微磨损，极可能导致绳丝中的钢丝应力集中和由此引发的疲劳失效危险。一旦工作中的钢丝绳发生失效，将会导致重大的安全事故发生，造成严重的人员和财产损失。

目前对钢丝绳的损伤机理还没有成熟的理论，无法精准预测钢丝绳的使用寿命。因此准确评估服役钢丝绳的安全使用寿命是保证矿山提升装备安全运行的重要基础。而钢丝绳绕过天轮时张力的变化是导致钢丝绳寿命缩短的一个重要原因。在提升钢丝绳绕过天轮这一过程中，钢丝绳中各丝的张力差变化过大，导致其寿命大幅降低，到目前为止，还没有完善的测试装置和方法对钢丝绳绳丝的张力进行测试。因此，为准确检测弯曲钢丝绳绳丝的张力，发明一种能够测定钢丝绳绳丝张力的装置，对于评定钢丝绳的使用寿命具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、使用方便的用于测定钢丝绳各绳丝张力的测定装置。

为实现上述目的，本发明所提供的提升钢丝绳绳丝张力测定装置的技术方案是：一种提升钢丝绳绳丝张力测定装置，包括支架，支架上设有立柱，立柱的支撑顶部设有用于供待测提升钢丝绳绕经的天轮，支架上设有用于与待测提升钢丝绳第一端连接的定位座，支架上还设有用于与待测提升钢丝绳的第二端施加牵引作用力的卷筒。

测定装置包括第一牵引绳和第二牵引绳，第一牵引绳一端用于与待测提升钢丝绳的第一端连接、另一端与所述定位座连接以实现定位座与待测提升钢丝绳第一端的连接，第二牵引绳一端用于与待测提升钢丝绳的第二端连接，另一端与卷筒连接以实现卷筒对待测提升钢丝绳的第二端施加牵引作用力。

所述第一牵引绳和第二牵引绳的用于与待测提升钢丝绳连接的相应端分别通过拉力传感器与所述待测提升钢丝绳连接。

所述支架上设有供第一牵引绳绕经换向的第一换向轮、供第二牵引绳绕经换向的第二换向轮，天轮具有供绕经的待测提升钢丝绳引入、引出的两引线侧，将天轮的两引线侧定义为左右两侧，两换向轮位于所述天轮下方且分置于天轮的左右两侧。

所述两换向轮中的至少一个换向轮为可在水平面内沿左右方向进行移动调整的调节换向轮。

所述调节换向轮在其调节行程上具有位于所述天轮的相应引线侧正下方以使得从该引线侧到调节换向轮之间的钢丝绳段处于竖直状态的垂直工位。

测定装置还包括用于粘贴在提升钢丝绳的不同绳丝上以测量相应绳丝张力的光栅式光纤传感器，光纤传感器的输出端连接有相应处理模块。

所述天轮轴上固设有沿天轮轴径向延伸的悬臂压板，所述立柱的支撑顶部上设有与所述悬臂压板对应的用于在天轮带动悬臂压板转动时供悬臂压板顶压的悬臂梁压力传感器。

所述悬臂压板上固设有压板螺栓，压板螺栓具有朝向所述悬臂梁压力传感器的顶压端，所述悬臂压板通过压板螺栓顶压在所述悬臂梁压力传感器的顶压端上。

所述支架上设有减速器模块，减速器模块包括减速器，减速器的输入端传动连接有手轮、输出端通过一对圆柱齿轮与所述卷筒传动连接。

本发明的有益效果是：本发明所提供的提升钢丝绳绳丝张力测定装置中，利用测定装置的卷筒、支架、天轮及定位座模拟提升钢丝绳的实际使用工况，并配以相应的光栅式光纤传感器以对钢丝绳弯曲段的各丝的相应张力进行测定，能够快速、准确地测量出钢丝绳内各丝在受弯和受拉工况下各丝张力变化量、总张力、提升钢丝绳与天轮的摩擦力矩等关键技术参数。根据测得的参数对提升钢丝绳内各丝以及提升钢丝绳与天轮间的最佳配置进行优化计算，以降低绳内各丝张力差，提高提升钢丝绳使用寿命，并利用该装置对优化分析结果进行实验验证，对于评定钢丝绳的使用寿命具有重要的意义。

附图说明

图1为本发明所提供的提升钢丝绳绳丝张力测定装置的实施例的结构示意图；

图2为图1中支架的底座的结构示意图；

图3为图1中减速器模块的结构示意图；

图4为图1中卷筒模块的结构示意图；

图5为图1中第一换向轮模块的结构示意图；

图6为图1中钢丝绳组及拉力传感器模块的结构示意图；

图7为图1中支架的立柱的结构示意图；

图8为图1中天轮模块的结构示意图；

图9为图1中定位座模块的结构示意图；

图10为图1所示测定装置测定过程中所使用的光栅式光纤传感器工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明所提供的提升钢丝绳绳丝张力测定装置的具体实施例，如图1至图10所示，本实施例中的测定装置包括支架，支架上对应设有减速器模块2、卷筒模块3、两换向轮模块、钢丝绳组及传感器模块5、天轮模块7及定位座模块9。

支架包括底座1和通过螺栓固定安装在底座1上的立柱6，天轮模块7对应固设在立柱6顶端。底座1包括底座脚板1-1、底座底板1-2、底座侧板1-3、底座顶板1-4、轴承座立板1-5、轴承座支撑板1-6、减速器立板1-7、减速器支撑板1-8、底座立板1-9，立柱6安装在底座顶板1-4上，减速器模块固设在减速器支撑板1-8上，卷筒模块支撑设置在减速器支撑板1-8和轴承座支撑板1-6上。

立柱6沿竖向延伸，立柱6包括立柱底板6-1 、立柱加强筋6-2、立柱方钢6-3 、立柱横向方钢6-4 、立柱加强筋6-5、天轮支撑板6-6、及立柱纵向方钢6-7。上述天轮模块对应固设在立柱的支撑顶部所设有的天轮支撑板6-6上，立柱底板6-1通过紧固螺栓与底座顶板1-4紧固装配。

天轮模块7包括悬臂梁压力传感器7-1、悬臂压板7-2、压板螺栓7-3、压板螺钉7-4、天轮轴7-5、轴承座7-6、天轮7-7。天轮模块通过轴承座7-6安装在立柱6顶端的天轮支撑板6-6上，用于供待测提升钢丝绳5-3绕经的天轮7-7通过天轮轴7-6支撑装配在相应的轴承座7-6上。并且，天轮轴7-5上通过压板螺钉7-4固设有悬臂压板7-2，悬臂压板7-2沿天轮轴径向延伸并跟随天轮轴及天轮一同转动，在悬臂压板7-2的远离天轮轴的一端设有压板螺栓7-3，压板螺栓7-3具有朝向悬臂梁压力传感器7-1的顶推部，悬臂压板7-2通过压板螺栓7-3顶压在悬臂梁压力传感器7-1的顶压端上，上述悬臂梁压力传感器7-1固设在天轮支撑板6-6上。

天轮具有供绕经的待测提升钢丝绳5-3引入、引出的两引线侧，将天轮的两引线侧定义为左右两侧，底座上固设有卷筒模块3和定位座模块9，卷筒模块3和定位座模块9分置于支架6的左右两侧，如图1所示，定位座模块9位于右侧，卷筒模块3位于左侧。

定位座模块9包括定位座9-1、固定销轴立板9-2、固定销轴9-3，定位座9-1固定在底座上，固定销轴9-3用于连接钢丝绳组中的第一牵引绳5-2，第一牵引绳5-2与固定销轴连接，由于第一牵引绳5-2与待测提升钢丝绳5-3的第一端连接，从而使得定位座9-1与待测提升钢丝绳5-3的第一端连接。

卷筒模块包括轴承座3-1、卷筒3-2、压板3-3、压板双头螺栓3-4、压板螺母3-5及大齿轮3-6，轴承座3-1对应的固定装配在轴承座支撑板1-6和减速器支撑板1-8上，大齿轮3-6用于与减速器模块2上的作为输出端的小齿轮2-2啮合传动，大、小齿轮为啮合传动的一对开式齿轮，卷筒3-2用于缠绕钢丝绳组中的第二牵引绳5-7，并且，第二牵引绳5-7的一端与待测提升钢丝绳5-3的第二端连接，第二牵引绳5-7的另一端则通过压板3-3固定在卷筒上。

卷筒模块中的卷筒由减速器模块2驱动，减速器模块2主要包括手轮2-1、小齿轮2-2、减速器2-3，，减速器的输入端与手轮2-1传动连接、输出端通过小齿轮2-2、大齿轮3-6与卷筒3-2传动连接。

在通过手轮驱动卷筒转动时，卷筒通过第二牵引绳5-7向待测提升钢丝绳5-3施加牵引作用力，以便对提升钢丝绳的绳丝进行张力测定。

第一牵引绳5-2和第二牵引绳5-7相应端分别通过拉力传感器与与待测提升钢丝绳5-3连接。

本实施例中，在底座上于立柱的左右两侧布置有左换向轮模块4和右换向轮模块8，右换向轮模块8包括供第一牵引绳5-2绕经换向的第一换向轮，左换向轮模块4则包括供第二牵引绳5-7绕经换向的第二换向轮。

此处的左、右换向轮模块的结构相同，以左换向轮模块为例介绍换向轮模块的结构，左换向轮模块包括滑轮底板4-1、滑轮轴承4-2、滑轮轴4-3、第二换向轮4-4、滑轮立板4-5、滑轮端盖4-6、滑轮螺栓4-7，滑轮底板4-1固设在底座上，第二牵引绳绕经第二换向轮4-4。

需要说明的是，此处左、右换向轮模块均可在水平面内沿左右方向进行移动调整，左、右换向轮模块上的换向轮均为调节换向轮，实际上，在左右方向上移动调整两换向轮模块的位置主要用于调整待测提升钢丝绳5-3与天轮的两引线侧所形成的包角，以适应不同的测试工况。

本实施例中，底座上对应每个换向轮模块均设有多个沿左右方向依次分布的固定安装位置，相应换向轮模块通过安装在不同固定安装位置上以实现相应换向轮在左右方向上的移动调整。并且，调节换向轮在其调节行程上具有位于天轮7-7的相应引线侧正下方以使得从该引线侧到调节换向轮之间的钢丝绳段处于竖直状态的垂直工位，如图1中所示，此处的从该引线侧到调节换向轮之间的钢丝绳段实际上包括相应的牵引绳的部分绳段和提升钢丝绳的部分绳段。

本实施例中，钢丝绳组及传感器模块5包括第一牵引绳5-2、拉力传感器5-5、第二牵引绳5-7，此处的第一、第二牵引绳均为钢丝绳，两牵引绳分别通过拉力传感器与待测提升钢丝绳5-3的相应端连接。实际上，待测提升钢丝绳5-3的第一端通过第一牵引绳5-2与定位座连接，提升钢丝绳5-3的第二端则通过第二牵引绳5-7与卷筒连接。

本实施例中，测定装置还包括用于粘贴在提升钢丝绳的不同绳丝上以测量相应绳丝张力的光栅式光纤传感器5-4，光栅式光纤传感器5-4的输出端连接有相应处理模块，此处的处理模块包括光解调模块10、ASE光源模块11及主机箱12，主机箱12上连接有相应的显示器13，显示器的显示屏上显示相应测试软件的测试界面，此处的ASE光源模块11为放大自发辐射光源。

测定时，转动手轮2-1，经过减速器2-3带动小齿轮2-2啮合大齿轮3-6，并带动卷筒3-2回转，此时第二牵引绳5-7带动待测提升钢丝绳5-3和第一牵引绳5-2处于拉伸张紧状态，此时左侧的拉力传感器5-5上的数值就是钢丝绳总张力。

如图6所示，将光栅式光纤传感器5-4对应粘贴在待测提升钢丝绳绕经天轮的弯曲绳段的相应绳丝上，测定提升钢丝绳弯曲受载条件下不同区段的相应绳丝张力。

本实施例中，天轮7-7通过天轮轴7-5被固定在轴承座7-6上，悬臂压板7-2通过压板螺钉7-4被固定在天轮轴7-5的一端。天轮转动时，悬臂压板7-2通过压板螺栓7-3压在悬臂梁压力传感器7-1上，约束天轮7-7的转动，此时悬臂梁压力传感器7-1上的数值乘以压板螺钉7-4到压板螺栓7-3的长度就是提升钢丝绳5-3与天轮7-7之间的摩擦力矩。

测得一组数据后，将左换向轮模块4和右换向轮模块8分别向两端移动，改变提升钢丝绳与天轮的包角，便可再次测得数据。

在使用上述测定装置测量待测提升钢丝绳各绳丝张力时，分别对下列参数进行测定：

（1）钢丝绳总张力和钢丝绳与天轮的摩擦力、摩擦力矩的测定

转动手轮2-1，经过减速器2-3带动小齿轮2-2啮合大齿轮3-6，并带动卷筒3-2回转，此时第二牵引绳5-7也带动待测提升钢丝绳5-3和第一牵引绳5-2拉伸张紧，由于悬臂压板7-2通过压板螺栓7-3压在悬臂梁压力传感器7-1上，约束天轮7-7转动，此时左侧的拉力传感器5-5上的数值就是钢丝绳总张力，两侧的拉力传感器之差是待测提升钢丝绳与天轮的摩擦力。此时悬臂梁压力传感器7-1上的数值乘以压板螺钉7-4到天轮回转中心轴线的长度就是待测提升钢丝绳与天轮7-7之间的摩擦力矩。

（2）钢丝绳弯曲受载下绳内各丝张力的测定

将光栅式光纤传感器5-4贴在待测提升钢丝绳5-3绕经天轮7-7上的弯曲绳段的不同绳丝上，重复上述（1）中的步骤，在左侧的拉力传感器5-5显示的数值达到设定总张力数值时，读出光栅式光纤传感器5-4的数据，改数据即为钢丝绳各绳丝在弯曲受载状态下的张力。

（3）钢丝绳拉应力下绳内各丝张力的测定

将光栅式光纤传感器5-4贴在待测提升钢丝绳5-3的直线部分上，重复上述（1）中的步骤，在左侧的拉力传感器5-5显示的数值达到设定总张力数值时，读出光栅式光纤传感器5-4的数据，改数据即为钢丝绳各绳丝在拉伸受载状态下的张力。

（4）改变钢丝绳与天轮的包角，重复上述实验

将左滑轮模块4和右滑轮模块8分别向两端移动，可改变钢丝绳与天轮的包角，再次重复上述的（1）～（3）的步骤，测得相应数据。

（5）改变待测的提升钢丝绳的直径d和天轮的直径D，重复上述试验，可测定出不同D/d工况下钢丝绳的弯曲张力。

本实施例中，利用测定装置中的卷筒、支架、天轮及定位座模拟提升钢丝绳的实际使用工况，并配以相应的光栅式光纤传感器以对钢丝绳的各绳丝的相应张力进行测定，能够快速、准确地测量出钢丝绳在受弯和受拉工况下各绳丝张力变化量、总张力、提升钢丝绳与天轮的摩擦力矩等关键技术参数。根据测得的参数对提升钢丝绳各绳丝以及提升钢丝绳与天轮间的最佳配置进行优化计算，以降低各绳丝张力差，提高提升钢丝绳的使用寿命，并利用该装置对优化分析结果进行实验验证，对于评定钢丝绳的使用寿命具有重要的意义。

本实施例中，测定装置直接配置有光栅式光纤传感器。在其他实施例中，测定装置也可不使用光栅式光纤传感器，则由用户采用其他类型传感器来测量绳丝的张力。

本实施例中，底座上设有相应的换向轮模块。在其他实施例中，也可以不设置换向轮模块，可通过直接移动卷筒及定位座的方式来调整提升钢丝绳与天轮的包角。

本实施例中，两换向轮模块在左右方向上的移动调整实际上是一种有级调整，在其他实施例中，也可使两换向轮模块通过移动轨道与底座形成一种无级的连续调整，在相应换向轮模块调整到位时，要将其与底座固定装配在一起。

本实施例中，支架上设有悬臂梁压力传感器，以与天轮轴上设有的悬臂压板配合，测量提升钢丝绳与天轮之间的摩擦力矩，为提升钢丝绳各绳丝张力测定提供相应数据支持。在其他实施例中，也可采用其他测量方式来测量提升钢丝绳与天轮之间的摩擦力矩。

本实施例中，减速器模块的减速器的输入端与手轮传动连接，这样方便进行张力控制和张力调整。在其他实施例中，减速器的输入端也可连接伺服电机，由便于实现精确控制的伺服电机输入驱动力矩。

Claims (10)

1.一种提升钢丝绳绳丝张力测定装置，其特征在于：包括支架，支架上设有立柱，立柱的支撑顶部设有用于供待测提升钢丝绳绕经的天轮，支架上设有用于与待测提升钢丝绳第一端连接的定位座，支架上还设有用于与待测提升钢丝绳的第二端施加牵引作用力的卷筒。

2.根据权利要求1所述的提升钢丝绳绳丝张力测定装置，其特征在于：测定装置包括第一牵引绳和第二牵引绳，第一牵引绳一端用于与待测提升钢丝绳的第一端连接、另一端与所述定位座连接以实现定位座与待测提升钢丝绳第一端的连接，第二牵引绳一端用于与待测提升钢丝绳的第二端连接，另一端与卷筒连接以实现卷筒对待测提升钢丝绳的第二端施加牵引作用力。

3.根据权利要求2所述的提升钢丝绳绳丝张力测定装置，其特征在于：所述第一牵引绳和第二牵引绳用于与待测提升钢丝绳连接的相应端分别通过拉力传感器与所述待测提升钢丝绳连接。

4.根据权利要求2所述的提升钢丝绳绳丝张力测定装置，其特征在于：所述支架上设有供第一牵引绳绕经换向的第一换向轮、供第二牵引绳绕经换向的第二换向轮，天轮具有供绕经的待测提升钢丝绳引入、引出的两引线侧，将天轮的两引线侧定义为左右两侧，两换向轮位于所述天轮下方且分置于天轮的左右两侧。

5.根据权利要求4所述的提升钢丝绳绳丝张力测定装置，其特征在于：所述两换向轮中的至少一个换向轮为可在水平面内沿左右方向进行移动调整的调节换向轮。

6.根据权利要求5所述的提升钢丝绳绳丝张力测定装置，其特征在于：所述调节换向轮在其调节行程上具有位于所述天轮的相应引线侧正下方以使得从该引线侧到调节换向轮之间的钢丝绳段处于竖直状态的垂直工位。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的提升钢丝绳绳丝张力测定装置，其特征在于：测定装置还包括用于粘贴在提升钢丝绳的不同绳丝上以测量相应绳丝张力的光栅式光纤传感器，光纤传感器的输出端连接有相应处理模块。

8.根据权利要求1至6中任意一项所述的提升钢丝绳绳丝张力测定装置，其特征在于：所述天轮轴上固设有沿天轮轴径向延伸的悬臂压板，所述立柱的支撑顶部上设有与所述悬臂压板对应的用于在天轮带动悬臂压板转动时供悬臂压板顶压的悬臂梁压力传感器。

9.根据权利要求8所述的提升钢丝绳绳丝张力测定装置，其特征在于：所述悬臂压板上固设有压板螺栓，压板螺栓具有朝向所述悬臂梁压力传感器的顶压端，所述悬臂压板通过压板螺栓顶压在所述悬臂梁压力传感器的顶压端上。

10.根据权利要求1至6中任意一项所述的提升钢丝绳绳丝张力测定装置，其特征在于：所述支架上设有减速器模块，减速器模块包括减速器，减速器的输入端传动连接有手轮、输出端通过一对圆柱齿轮与所述卷筒传动连接。