CN107421727A - 滚轮罐耳动态试验仪 - Google Patents

Abstract

本发明属于矿山机械技术领域，涉及一种滚轮罐耳动态试验仪，包括机架、电缸、力传感器、位移传感器和摆架组件；伺服电机的输出轴与压轮的安装轴固定连接；电缸与机架组成电缸铰链，电缸的缸杆末端与力传感器的一端固定连接，力传感器的另一端与摆架上的传感器铰链孔组成传感器铰链；位移传感器的两端分别与电缸铰链的销轴、传感器铰链的销轴组成铰链；压轮的外圆柱面与滚轮罐耳上的胶轮位置相切，两者紧靠在一起；力传感器和位移传感器分别通过信号调理与数据采集设备与计算机电连接，伺服电机和电缸通过伺服控制器与计算机电连接。本发明测量动态特性，测得的实验结果更接近真实状况，精确量化测量，综合性好，安全性好。

Description

滚轮罐耳动态试验仪

技术领域

本发明属于矿山机械技术领域，涉及一种滚轮罐耳综合性能测试仪器，具体涉及一种滚轮罐耳动态试验仪。

背景技术

滚轮罐耳用作罐笼、箕斗或平衡锤沿钢罐道升降时的导向轮，安装在提升容器的上方和下方，多个滚轮罐耳的胶轮抱紧钢罐道，并起到导向和缓冲作用，是提升容器上非常重要的部件。

国家安全生产监督管理总局发布的标准《矩形钢罐道 滚轮罐耳》，标准号为MT236-2011，里面规定了滚轮罐耳的产品分类、技术要求、试验方法、检验规则、标志、运输和贮存，目前生产厂家基本上依照该标准，但是各家的产品又各有特点。

符合该标准的滚轮罐耳包括底架、摆架、滚轮和缓冲装置，摆架通过铰链与底架联接，滚轮通过转动副和摆架联接，滚轮的轮毂上设有聚氨酯或橡胶的胶轮，摆架和底架之间安装有弹性的缓冲装置，在缓冲装置的作用下胶轮一直沿水平方向靠紧钢罐道，对钢罐道有水平推力，当遇到钢罐道上下不直、有起伏的地方时会引起提升设备振动，胶轮随着前后移动，摆架随着摆动，摆架又把振动传递给缓冲装置，缓冲装置内的弹性元件能缓冲和吸收振动，胶轮本身是聚氨酯或橡胶弹性体，也能缓冲和吸收振动，从而使提升设备运行趋于平稳。

滚轮罐耳分为多种规格，以适用于不同重量规格的提升容器，一般按提升容器总重（容器自重加载重）的1/24计算选取滚轮罐耳允许承受的最大水平力。

滚轮罐耳可靠性高、运行稳定、寿命长、调整方便、维修量少；解决了原有钢罐耳存在的多项缺点，是该类产品技术史上的一次革命，是国家大力推广的绿色环保产品。

出厂后的滚轮罐耳质量也有差别，各个厂家生产的滚轮罐耳也不尽相同，质量好的寿命较长，质量不好的也容易出现各种各样的问题。例如质量不好的滚轮罐耳容易损坏胶轮，现象是聚氨酯或橡胶胶轮内部温升较大，导致内部首先软化，弹性变差，塑性变强，导致胶轮严重变形，最后失去工作能力而报废。其原因是这样的：胶轮和罐道滚动磨擦不断产生热量，并被胶轮吸收，在罐道弯曲变形的位置胶轮会产生弹性形变，弯曲段过去后还会恢复形变，这个过程中外界对胶轮做机械功，机械功转化成热能，在胶轮内部也会产生热量，热量不能及时散失出去，不断在胶轮内部积累，导致温度升高，当升高到一定程度，胶轮内部就会软化，在外力作用下产生塑性变形，就失去了工作能力，对外表现出来就是水平力衰减，弹性系数变小。在制作胶轮时聚氨酯胶料的配比、加工过程中的温度控制方法非常重要，需要严格控制，从而得到耐磨性和弹性都较好的综合性能，如果采用散热性能良好的轮毂，或者带有起风扇作用的肋板，增强散热效果，也会提高胶轮的使用寿命，否则会影响滚轮罐耳的使用寿命。再例如质量不好的滚轮罐耳有时也会损坏缓冲装置，缓冲装置采用蝶型弹簧或橡胶弹簧为缓冲元件，缓冲元件在反复压缩和恢复的过程中也会部分失去弹性，产生部分永久变形，从而使弹性系数降低。蝶型弹簧一般密封在一个容器中，只有一根导杆伸出容器外，随着缓冲元件的伸张和压缩，导杆也会不断地伸缩，容器内的空间随着变大或变小，产生呼吸作用，把外面含有淋水的空气吸入密封容器，使蝶型弹簧使用环境变恶劣，时间长了表面腐蚀，蝶型弹簧有效厚度变小，弹性系数也会随着变小。总之，能长期保持综合弹性系数不变的滚轮罐耳质量比较好，反之，综合弹性系数快速衰减的滚轮罐耳质量不好。

传统的滚轮罐耳试验台一般符合标准MT236-2011，往往只在静态下测量滚轮罐耳在某水平位移下的水平力，测量的指标有水平力、水平位移、缓冲装置的刚度和初始张力，和标准规格的数值对比，在允许的范围内则判定该滚轮罐耳合格。

然而这样的测试结果有些片面，只能表现出在静态压力下的好坏，不能表现出在动态压力下的好坏，缓冲装置经过长期变载荷反复伸缩是否弹性仍旧良好，胶轮经过长期变载荷反复滚压弹性是否仍旧良好、耐磨性是否良好都无从考查。

滚轮罐耳在工作现场并不是静态工作，而是胶轮以10至16米/秒的线速度高速旋转，钢罐道对胶轮的压力也不是固定的初始压力，而是在钢罐道不直的位置缓冲装置的行程有变动、压力也随着变动，胶轮的磨损也时时在发生，胶轮直径减小导致同钢罐道之间的压力减小。

到目前为止还没有人研制滚轮罐耳动态试验仪器，人们往往站在提升容器上滚轮罐耳的旁边或者通过吊篮悬挂在提升容器下滚轮罐耳的旁边目测观察动态工作的状况，也只能观察运行是否平稳、是否有异响等现象，对水平力随时间的变化数据没有收集，更没有办法进行数据分析。观察结果的主观性强，没有量化的标准，测试结果因人而异且差别较大。

人们站在提升容器上滚轮罐耳的旁边或者通过吊篮悬挂在提升容器下滚轮罐耳的旁边观察的工作是一项危险性非常高的工作，即使把提升容器的运行速度降低为原来的20至40%，因为提升容器下方可能是几百米甚至上千米的立井，人员跌落会造成伤亡。降低运行速度的观察结果和正常速度下运行的实际状况也往往偏差较大。煤矿井下的噪音较大，例如为了稀释井下瓦斯气的浓度，井下通风的速度相当快，对听取异响影响较大，异响声音小了听不到，可能失去观测到内部零件损坏的机会，带“病”作业的滚轮罐耳给生产带来较大的安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于改进现有技术的不足之处，提供一种可以在实验室中进行工作、可以动态收集水平力随水平位移变化的大量、长时间的数据、可以避免人员进行危险性工作、可以测试耐磨性、可以模拟在工作环境下工作、可以听到工作中异响的滚轮罐耳动态试验仪。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种滚轮罐耳动态试验仪，包括机架、电缸、力传感器、位移传感器和摆架组件；

机架上有滚轮罐耳安装板，滚轮罐耳安装在滚轮罐耳安装板上；

摆架组件包括压轮、伺服电机、摆架和轴承座组件，压轮的安装轴通过轴承座组件与摆架组成转动副，伺服电机的固定法兰固定安装在摆架上，伺服电机的输出轴与压轮的安装轴固定连接，伺服电机驱动压轮转动；摆架上有摆动铰链孔，摆架通过摆动铰链孔与机架组成摆动铰链，摆架绕摆动铰链摆动；摆架上有传感器铰链孔；

电缸的缸体与机架组成电缸铰链，电缸的缸杆末端与力传感器的一端固定连接，力传感器的另一端与摆架上的传感器铰链孔组成传感器铰链；

位移传感器的两端分别与电缸铰链的销轴、传感器铰链的销轴组成铰链；

压轮的外圆柱面与滚轮罐耳上的胶轮位置相切，两者紧靠在一起；

力传感器和位移传感器分别通过信号调理与数据采集设备与计算机电连接、伺服电机通过伺服控制器与计算机电连接、电缸通过伺服控制器与计算机电连接。

压轮是钢件，它的作用相当于钢罐道，胶轮与压轮相互滚压，压轮的直径一般做得较大，需要是胶轮直径的5至10倍，才能使压轮的作用更接近于钢罐道。做得直径越大当然效果越好，但是其造价会提高很多，效果提高并不太明显。

滚轮罐耳安装板上设置有滚轮罐耳安装孔，并且不仅仅设置一种规格的安装孔，可以设置多种规格的安装孔，增强本设备的适应性，往往把该公司生产的所有规格的滚轮罐耳安装孔都预留出来，本发明可以测试任意规格的滚轮罐耳。

以上所述的电缸是现代工业自动化中使用相当成熟的产品，是将伺服电机与丝杠一体化设计的模块化产品，将伺服电机的旋转运动转换成直线运动，同时将伺服电机最佳优点-精确转速控制、精确转数控制、精确扭矩控制转变成-精确线速度控制、精确位置控制、精确推力控制，是实现高精度直线运动系列的全新革命性产品。电缸的特点：闭环伺服控制，控制精度达到0.01mm；精密控制推力，控制精度可达1%；电缸很容易通过伺服控制器与计算机等控制系统连接，实现高精密运动控制，电缸噪音低、节能、干净、高刚性、抗冲击能力强、超长寿命、操作维护简单，电缸可以在恶劣环境下长期无故障运行，防护等级可以达到IP66。适应长期工作，并且实现高强度，高速度，高精度定位，运动平稳，低噪音。伺服电机的控制方式有扭矩控制、转数控制和转速控制，相应地电缸的控制方式有力控制、位移控制和线速度控制，并可以通过各种数学运算函数控制输出参数的波形，比如输出正弦曲线波形、矩形波形、锯齿形波等。所以可以广泛的应用在实验仪器、造纸行业、化工行业、汽车行业、电子行业、机械自动化行业、焊接行业等。

滚轮罐耳沿上千米的钢罐道运行一次，胶轮对于钢罐道上的某一点来说只滚压一次，胶轮上磨损掉的材料只有一次机会粘贴在钢罐道上该点，而对于本发明的压轮就不同了，滚压上千米的线距离，对于压轮上某一点来说有几百上千次机会，胶轮上磨损掉的材料有很多次机会粘贴在压轮上该点，这会改变压轮外圆柱面的直径和光滑度，影响对胶轮耐磨性的测试结果，改变了同钢罐道之间的压力值。为了最大程度地减少这种影响结果，在摆架上设置了电动钢丝刷辊，用于刷掉粘附在压轮表面的胶轮胶料，电动钢丝刷辊包括中心轴和圆柱形滚筒，圆柱形滚筒的圆柱表面有刷毛，中心轴和圆柱形滚筒通过旋转副相连，中心轴与摆架固定连接，圆柱形滚筒内部设置有驱动电机，电动钢丝刷辊刷压轮的外圆柱面。

为了使测试结果更接近真实状况，还可以使本设备所处的实验室模拟立井中的真实状况。比如有的立井淋水较多，可以在滚轮罐耳和压轮的正上方设置喷水头，从里面喷出从矿山井下取到的淋水。淋水的存在，一方面可以给胶轮降温，可以降低胶轮和压轮之间的滑动摩擦力，这是有益的方面，另一方面淋水会促进滚轮罐耳的结构件腐蚀生锈，特别是，淋水如果进入轴承的滚动体内，轴承很快就会损坏，严重的可能会使轴承解体，胶轮脱落，或者其它更严重的事故，这种状况可以在实验室中提前检测出，避免进入矿山生产环节。密封性能良好的滚轮罐耳则能避免淋水进入轴承滚轮体内。再比如还可以在实验室内设置温度控制装置和湿度控制装置，使温度和湿度与矿山井下的相同，则测量出的结果更接近真实状况。

以测试的LS35型的滚轮罐耳为例说明本发明的使用过程，使用位移控制时的状况：

1)启动温度控制装置和湿度控制装置，使温度和湿度与滚轮罐耳在矿山井下待使用现场环境相同。

2)测量待测试的LS35型的滚轮罐耳的胶轮的实际直径φD0并记录下来。

3)把待测试的LS35型的滚轮罐耳通过螺栓和螺母联接在滚轮罐耳安装板上，并使胶轮紧靠在压轮上，胶轮和压轮成相切的位置。

4)启动喷水头，从里面喷出从矿山井下取到的淋水，喷到压轮和胶轮上。

5)通过计算机操控力传感器、位移传感器和信号调理与数据采集设备不停地采集压力数据和位移数据并保存，采集的数据项有时间、位移和压力，采集频率10Hz。

6)通过计算机和伺服控制器启动伺服电机，伺服电机的输出轴旋转，带动压轮旋转，使压轮外圆柱面的线速度是10至16米/秒，则滚轮的轮缘产生相同的线速度，也就是本次测试的滚轮罐耳所要安装的提升容器的升降线速度。同时也启动电动钢丝刷辊。听一听胶轮产生声音的情况，观察是否运行平稳，可以借助录相机录下视频和声音，以便于和试验结束时的结果比较。

7)通过计算机和伺服控制器启动电缸，使电缸伸展成初始位移10mm，则电缸通过力传感器、摆架和压轮推动胶轮产生初始水平位移10mm，缓冲装置受压缩。通过计算机对伺服控制器编程序，使电缸随时间变化的伸展位移成锯齿形波，每10分钟是一个周期，最大位移是18mm，模仿弯曲的钢罐道对胶轮产生的位移。

8)不停地重复，不停地采集并保存数据，持续1至30天。听一听有没有异响，观察是否运行平稳，使用同一台录相机使用相同的采集技术参数录相，并与实验初期的情况作对比。持续多少天可以通过滚轮罐耳的预期使用寿命推算，比较滚轮罐耳在一天八小时当中如果有0.5小时在工作，其余时间空闲，则一个月的实际工作时间是15小时，如果预期寿命是两年即24个月，则滚轮罐耳的预期使用小时数是360个小时，共15天，以15天为基数，根据使用场合的重要性确定一个0至1之间的系数，基数乘以系数确定实验天数。

9)停止电缸、力传感器、伺服电机、位移传感器、电动钢丝刷辊、喷水头、温度控制装置和湿度控制装置。

10)测量胶轮的实际直径φD1并记录下来。

11)使用Excel电子表格的图表分析功能分析采集的数据，做出压力-时间曲线图，观察压力值衰减的快慢，还可以把该曲线与以往使用比较成功的滚轮罐耳的测试结果进行比较，也可以事先自己制定一个合格标准，测试结果与标准进行比较，如果衰减的较慢则说明本次测试的滚轮罐耳优于对比滚轮罐耳。

12)计算胶轮直径的减小量(φD0-φD1)，把结果作为耐磨性的一项衡量指标，并与以往使用比较成功的滚轮罐耳的测试结果或标准进行比较，如果该数值较小则说明本次测试的滚轮罐耳优于对比滚轮罐耳。

13)制定实验报告。

以测试的LS35型的滚轮罐耳为例说明本发明的使用过程，使用力控制时的状况：

1)启动温度控制装置和湿度控制装置，使温度和湿度与滚轮罐耳在矿山井下待使用现场环境相同。

2)测量待测试的LS35型的滚轮罐耳的胶轮的实际直径φD0并记录下来。

3)把待测试的LS35型的滚轮罐耳通过螺栓和螺母联接在滚轮罐耳安装板上，并使胶轮紧靠在压轮上，胶轮和压轮成相切的位置。

4)启动喷水头，从里面喷出从矿山井下取到的淋水，喷到压轮和胶轮上。

5)通过计算机操控力传感器、位移传感器和信号调理与数据采集设备不停地采集压力数据和位移数据并保存，采集的数据项有时间、位移和压力，采集频率10Hz。

6)通过计算机和伺服控制器启动伺服电机，伺服电机的输出轴旋转，带动压轮旋转，使压轮外圆柱面的线速度是10至16米/秒，则滚轮的轮缘产生同样的线速度，也就是本次测试的滚轮罐耳所要安装的提升容器的升降速度。同时也启动电动钢丝刷辊。听一听胶轮产生声音的情况，观察是否运行平稳。

7)通过计算机和伺服控制器启动电缸，使电缸伸展成初始水平力10千牛，则电缸通过力传感器、摆架和压轮推动胶轮产生初始水平力10千牛，缓冲装置受压缩。通过计算机对伺服控制器编程序，使电缸随时间变化的水平推力成正弦波形，每20分钟是一个周期，最大水平力是28千牛，模仿弯曲的钢罐道对胶轮产生的附加水平压力。

8)不停地重复，不停地采集并保存数据，维持30天的时间。听一听胶轮运转有没有异响，观察是否运行平稳，并与实验初期的情况作对比。

9)停止电缸、力传感器、伺服电机、位移传感器、电动钢丝刷辊、喷水头、温度控制装置和湿度控制装置。

10)测量胶轮的实际直径φD1并记录下来。

11)使用Excel电子表格的图表分析功能分析采集的数据，做出位移-时间曲线图或压力-位移曲线图，观察位移值增加的快慢，还可以把该曲线与以往使用比较成功的滚轮罐耳的测试结果进行比较，也可以事先自己制定一个合格的标准，分析结果与标准进行比较，如果增加的较慢则说明本次测试的滚轮罐耳优于对比滚轮罐耳。

12)计算胶轮直径的减小量(φD0-φD1)，把结果作为耐磨性的一项衡量指标，并与以往使用比较成功的滚轮罐耳的测试结果或标准进行比较，如果该数值较小则说明本次测试的滚轮罐耳优于对比滚轮罐耳。

13)制定实验报告。

本发明的有益效果：

1)动态测量。本发明是在动态状况下测得，和在现场的使用状况完全一样，线速度相同，理论压力值相同，里面包括了钢罐道不直的因素、热量在胶轮内长期积累的因素、胶轮反复在变载荷下滚压的因素、缓冲装置反复压缩和恢复的因素、淋水因素、温度因素和湿度因素等，这样测得的实验结果更接近真实状况。

2)综合测量。测量到的是水平力随水平位移变化状况，是胶轮和缓冲装置协调工作的综合实验效果，而不是片面地静态测量某一个元件的实验效果，更能有效地反应滚轮罐耳的综合工作性能。水平力的衰减是不可避免的，快慢不同，根据客户对价格和使用寿命的要求，选择可以接受的产品。

3)量化测量。非常精确地测量并时时保存，还可以把测量结果做成直观的图表进行分析对比，相比传统的“观察运行是否平稳、是否有异响”，具有更详细、更精确、更可靠的量化技术指标。

4)安全性好。工人不必站在提升容器上滚轮罐耳的旁边或者通过吊篮悬挂在提升容器下滚轮罐耳的旁边观察，而是在实验室内就可以完成，危险性大大降低。

附图说明

图1是本发明实施例的三维结构示意图；

图2是本发明实施例的正视图；

图3是图2中A向视图；

图4是图2中B向视图；

图5是摆架组件4的三维结构示意图；

图6是图2中I处的局部放大图；

图7是力传感器3及位移传感器6通过信号调理与数据采集设备与计算机电连接、伺服电机43通过伺服控制器10与计算机电连接、电缸2通过伺服控制器20与计算机电连接的示意图；

图8是本实施例使用位移控制时位移-时间曲线图；

图9是本实施例使用位移控制时压力-时间曲线图；

图10是本实施例使用力控制时压力-时间曲线图；

图11是本实施例使用力控制时位移-时间曲线图；

图12是本实施例使用力控制时压力-位移曲线图；

图中所示：1.机架；11.滚轮罐耳安装板；111.滚轮罐耳安装孔；2.电缸；21.电缸铰链；3.力传感器；4.摆架组件；41.传感器铰链；411.传感器铰链孔；42.压轮；43.伺服电机；44.摆动铰链；441.摆动铰链孔；45.摆架；46.轴承座组件；5.滚轮罐耳；51.胶轮；6.位移传感器；7.电动钢丝刷辊；71.刷毛；72.中心轴；73.圆柱形滚筒；8.喷水头；91.位移控制时位移-时间变化曲线；92.位移控制时压力-时间变化曲线；93.力控制时压力-时间变化曲线；94.力控制时位移-时间变化曲线；95.力控制时压力-位移变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

实施例1：参见图1至图7。

一种滚轮罐耳动态试验仪，包括机架1、电缸2、力传感器3、位移传感器6和摆架组件4；

机架1上有滚轮罐耳安装板11，滚轮罐耳5安装在滚轮罐耳安装板11上；

摆架组件4包括压轮42、伺服电机43、摆架45和轴承座组件46，压轮42的安装轴通过轴承座组件46与摆架45组成转动副，伺服电机43的固定法兰固定安装在摆架45上，伺服电机43的输出轴与压轮42的安装轴固定连接，伺服电机43驱动压轮42转动；摆架45上有摆动铰链孔441，摆架45通过摆动铰链孔441与机架1组成摆动铰链44，摆架45绕摆动铰链44摆动；摆架45上有传感器铰链孔411；

电缸2的缸体与机架1组成电缸铰链21，电缸2的缸杆末端与力传感器3的一端固定连接，力传感器3的另一端与摆架45上的传感器铰链孔411组成传感器铰链41；

位移传感器6的两端分别与电缸铰链21的销轴、传感器铰链41的销轴组成铰链；

压轮42的外圆柱面与滚轮罐耳5上的胶轮51位置相切，两者紧靠在一起；

力传感器3和位移传感器6分别通过信号调理与数据采集设备与计算机电连接、伺服电机43通过伺服控制器10与计算机电连接、电缸2通过伺服控制器20与计算机电连接。

压轮42是钢件，它的作用相当于钢罐道，胶轮与压轮42相互滚压，压轮42的直径一般做的较大，需要是胶轮51直径的5至10倍，才能使压轮42的作用更接近于钢罐道。做得直径越大当然效果越好，但是其造价会提高很多，效果提高并不太明显。

滚轮罐耳安装板11上设置有滚轮罐耳安装孔111，并且不仅仅设置一种规格的安装孔，可以设置多种规格的安装孔，增强本设备的适应性，往往把用户生产的所有规格的滚轮罐耳安装孔都预留出来，本实施例可以测试任意规格的滚轮罐耳。

以上所述的电缸2是现代工业自动化中使用相当成熟的产品，是将伺服电机与丝杠一体化设计的模块化产品，将伺服电机的旋转运动转换成直线运动，同时将伺服电机最佳优点-精确转速控制、精确转数控制、精确扭矩控制转变成-精确线速度控制、精确位置控制、精确推力控制，是实现高精度直线运动系列的全新革命性产品。电缸的特点：闭环伺服控制，控制精度达到0.01mm；精密控制推力，控制精度可达1%；电缸很容易通过伺服控制器与计算机等控制系统连接，实现高精密运动控制，电缸噪音低、节能、干净、高刚性、抗冲击能力强、超长寿命、操作维护简单，电缸可以在恶劣环境下长期无故障运行，防护等级可以达到IP66。适应长期工作，并且实现高强度，高速度，高精度定位，运动平稳，低噪音。伺服电机的控制方式有扭矩控制、转数控制和转速控制，相应地电缸的控制方式有力控制、位移控制和线速度控制，并可以通过各种数学运算函数控制输出参数的波形，比如输出正弦曲线波形、矩形波形、锯齿形波等。所以可以广泛的应用在实验仪器、造纸行业，化工行业，汽车行业，电子行业，机械自动化行业，焊接行业等。

滚轮罐耳5沿上千米的钢罐道运行一次，胶轮51对于钢罐道上的某一点来说只滚压一次，胶轮51上磨损掉的材料只有一次机会粘贴在钢罐道上该点，而对于本实施例的压轮42就不同了，滚压上千米的距离，对于压轮42上某一点来说有几百上千次机会，胶轮51上磨损掉的材料有很多次机会粘贴在压轮42上该点，这会改变压轮42外圆柱面的光滑度，影响对胶轮51耐磨性的测试结果。为了最大程度地减少这种影响结果，在摆架45上设置了电动钢丝刷辊7，电动钢丝刷辊7包括中心轴72和圆柱形滚筒73，圆柱形滚筒73的圆柱表面有刷毛71，中心轴72和圆柱形滚筒73通过旋转副相连，中心轴72与摆架45固定连接，电动钢丝刷辊7刷压轮42的外圆柱面。

为了使测试结果更接近真实状况，还可以使本设备所处的实验室模拟立井中的真实状况。比如有的立井淋水较多，可以在滚轮罐耳5和压轮42的正上方设置喷水头8，从里面喷出从矿山井下取到的淋水。淋水的存在，一方面可以给胶轮51降温，可以降低胶轮51和压轮42之间的滑动摩擦力，这是有益的方面，另一方面淋水会促进滚轮罐耳5的结构件腐蚀生锈，特别是，淋水如果进入轴承的滚动体内，轴承很快就会损坏，严重的可能会使轴承解体，胶轮脱落，或者其它更严重的事故。再比如还可以在实验室内设置温度控制装置和湿度控制装置，使温度和湿度与矿山井下的相同，则测量出的结果更接近真实状况。

以测试的LS35型的滚轮罐耳为例说明本实施例的使用过程，使用位移控制时的状况：

1)启动温度控制装置和湿度控制装置，使温度和湿度与滚轮罐耳5在矿山井下待使用现场环境相同。

2)测量待测试的LS35型的滚轮罐耳5的胶轮51的实际直径φD0并记录下来。

3)把待测试的LS35型的滚轮罐耳5通过螺栓和螺母联接在滚轮罐耳安装板11上，并使胶轮51紧靠在压轮42上，胶轮51和压轮42成相切的位置。

4)启动喷水头8，从里面喷出从矿山井下取到的淋水，喷到压轮42和胶轮51上。

5)通过计算机操控力传感器3、位移传感器6和信号调理与数据采集设备不停地采集压力数据和位移数据并保存，采集的数据项有时间、位移和压力，采集频率10Hz。

6)通过计算机和伺服控制器10启动伺服电机43，伺服电机43的输出轴旋转，带动压轮42旋转，使压轮42外圆柱面的线速度是10米/秒，则滚轮51的轮缘同样产生10米/秒的线速度，也就是本次测试的滚轮罐耳所要安装的提升容器的升降线速度。同时也启动电动钢丝刷辊7。听一听胶轮产生声音的情况，观察是否运行平稳，可以借助录相机录下视频，以便于和试验结束时的结果比较。

7)通过计算机和伺服控制器20启动电缸2，使电缸2伸展成初始位移10mm，则电缸2通过力传感器3、摆架45和压轮42推动胶轮51产生初始水平位移10mm，缓冲装置受压缩。通过计算机对伺服控制器20编程序，使电缸2随时间变化的伸展位移成锯齿形波，每10分钟是一个周期，最大位移是18mm，模仿弯曲的钢罐道对胶轮产生的位移，如图8所示。

8)不停地重复，不停地采集并保存数据，持续三天即72小时的时间。听一听有没有异响，观察是否运行平稳，使用同一台录相机使用相同的采集技术参数录相，并与实验初期的情况作对比。

9)停止电缸2、力传感器3、伺服电机43、位移传感器6、电动钢丝刷辊7、喷水头8、温度控制装置和湿度控制装置。

10)测量胶轮51的实际直径φD1并记录下来。

11)使用Excel电子表格的图表分析功能分析采集的数据，做出压力-时间曲线图，如图9所示，观察压力值衰减的快慢，还可以把该曲线与以往使用比较成功的滚轮罐耳的测试结果进行比较，也可以事先自己制定一个合格的标准，测试结果与标准进行比较，如果衰减的较慢则说明本次测试的滚轮罐耳优于对比滚轮罐耳。

12)计算胶轮直径的减小量(φD0-φD1)，把结果作为耐磨性的一项衡量指标，并与以往使用比较成功的滚轮罐耳的测试结果或标准进行比较，如果该数值较小则说明本次测试的滚轮罐耳优于对比滚轮罐耳。

13)制定实验报告。

以测试的LS35型的滚轮罐耳为例说明本实施例的使用过程，使用力控制时的状况：

1)启动温度控制装置和湿度控制装置，使温度和湿度与滚轮罐耳5在矿山井下待使用现场环境相同。

2)测量待测试的LS35型的滚轮罐耳5的胶轮51的实际直径φD0并记录下来。

3)启动喷水头8，从里面喷出从矿山井下取到的淋水，喷到压轮42和胶轮51上。

4)把待测试的LS35型的滚轮罐耳5通过螺栓和螺母联接在滚轮罐耳安装板11上，并使胶轮51紧靠在压轮42上，胶轮51和压轮42成相切的位置。

5)通过计算机操控力传感器3、位移传感器6和信号调理与数据采集设备不停地采集压力数据和位移数据并保存，采集的数据项有时间、位移和压力，采集频率10Hz。

6)通过计算机和伺服控制器10启动伺服电机43，伺服电机43的输出轴旋转，带动压轮42旋转，使压轮42外圆柱面的线速度是16米/秒，则滚轮51的轮缘同样产生16米/秒的线速度，也就是本次测试的滚轮罐耳5所要安装的提升容器的升降速度。同时也启动电动钢丝刷辊7。听一听胶轮产生声音的情况，观察是否运行平稳。

7)通过计算机和伺服控制器20启动电缸2，使电缸2伸展成初始水平力10千牛，则电缸2通过力传感器3、摆架45和压轮42推动胶轮51产生初始水平力10千牛，缓冲装置受压缩。通过计算机对伺服控制器20编程序，使电缸2随时间变化的水平推力成正弦波形，每20分钟是一个周期，最大水平力是28千牛，模仿弯曲的钢罐道对胶轮产生的附加水平压力，如图10所示。

8)不停地重复，不停地采集并保存数据，维持一个月的时间。听一听胶轮运转有没有异响，观察是否运行平稳，并与实验初期的情况作对比。

9)停止电缸2、力传感器3、伺服电机43、位移传感器6、电动钢丝刷辊7、喷水头8、温度控制装置和湿度控制装置。

10)测量胶轮51的实际直径φD1并记录下来。

11)使用Excel电子表格的图表分析功能分析采集的数据，做出时间-位移曲线图，如图11所示，观察位移值增加的快慢，还可以把该曲线与以往使用比较成功的滚轮罐耳的测试结果进行比较，也可以事先自己制定一个合格的标准，分析结果与标准进行比较，如果增加的较慢则说明本次测试的滚轮罐耳优于对比滚轮罐耳。如图12所示是压力-位移曲线图，从图中可以看出，曲线M-N-P-Q-R围成了一个环形的循环曲线，在电缸施力推出时沿曲线的左侧M-N-P移动，而缩回时并没有沿原来的路线返回，而是沿着右侧的曲线P-Q-R回来，这说明推出和缩回的过程滚轮罐耳并不是完全弹性变形，而是发生了部分塑性变形，然后下一个循环沿着曲线R-S-T-U-V移动，和前一个循环没有重合，而是向右，即向位移增大的方向偏移，说明了弹性有了一点点衰减，每一个循环都比相邻的上一个循环向右偏移一点点，说明每循环一次都发生了一点点衰减，衰减在累积。分析结果与标准进行比较,向右偏移得慢则说明衰减较慢，质量较好。

12)计算胶轮直径的减小量(φD0-φD1)，把结果作为耐磨性的一项衡量指标，并与以往使用比较成功的滚轮罐耳的测试结果或标准进行比较，如果该数值较小则说明本次测试的滚轮罐耳优于对比滚轮罐耳。

13)制定实验报告。

本实施例的有益效果：

1)动态测量。本实施例是在动态状况下测得，和在现场的使用状况完全一样，线速度相同，理论压力值相同，里面包括了钢罐道不直的因素、热量在胶轮内长期积累的因素、胶轮反复在变载荷下滚压的因素、缓冲装置反复压缩和恢复的因素、淋水因素、温度因素和湿度因素等，这样测得的实验结果更接近真实状况。

2)综合测量。测量到的是水平力随水平位移变化状况，是胶轮和缓冲装置协调工作的综合实验效果，而不是片面地静态测量某一个元件的实验效果，更能有效地反应滚轮罐耳的综合工作性能。水平力的衰减是不可避免的，快慢不同，根据客户对价格和使用寿命的要求，选择可以接受的产品。

3)量化测量。非常精确地测量并时时保存，还可以把测量结果做成直观的图表进行分析对比，相比传统的“观察运行是否平稳、是否有异响”，具有更多更详细更精确的技术指标。

4)安全性好。工人不必站在提升容器上滚轮罐耳的旁边或者通过吊篮悬挂在提升容器下滚轮罐耳的旁边观察，而是在实验室内就可以完成，危险性大大降低。

Claims (4)

1.一种滚轮罐耳动态试验仪，其特征在于，包括机架、电缸、力传感器、位移传感器和摆架组件；

机架上有滚轮罐耳安装板，滚轮罐耳安装在滚轮罐耳安装板上；

摆架组件包括压轮、伺服电机、摆架和轴承座组件，压轮的安装轴通过轴承座组件与摆架组成转动副，伺服电机的固定法兰固定安装在摆架上，伺服电机的输出轴与压轮的安装轴固定连接，伺服电机驱动压轮转动；摆架上有摆动铰链孔，摆架通过摆动铰链孔与机架组成摆动铰链，摆架绕摆动铰链摆动；摆架上有传感器铰链孔；

电缸的缸体与机架组成电缸铰链，电缸的缸杆末端与力传感器的一端固定连接，力传感器的另一端与摆架上的传感器铰链孔组成传感器铰链；

位移传感器的两端分别与电缸铰链的销轴、传感器铰链的销轴组成铰链；

压轮的外圆柱面与滚轮罐耳上的胶轮位置相切，两者紧靠在一起；

力传感器和位移传感器分别通过信号调理与数据采集设备与计算机电连接、伺服电机通过伺服控制器与计算机电连接、电缸通过伺服控制器与计算机电连接。

2.根据权利要求1所述的滚轮罐耳动态试验仪，其特征在于压轮的直径是胶轮直径的5至10倍。

3.根据权利要求1所述的滚轮罐耳动态试验仪，其特征在于摆架上设置电动钢丝刷辊，电动钢丝刷辊包括中心轴和圆柱形滚筒，圆柱形滚筒的圆柱表面有刷毛，中心轴和圆柱形滚筒通过旋转副相连，中心轴与摆架固定连接，圆柱形滚筒内部设置有驱动电机，电动钢丝刷辊刷压轮的外圆柱面。

4.根据权利要求1所述的滚轮罐耳动态试验仪，其特征在于滚轮罐耳和压轮的正上方设置喷水头。