CN109187333B - 矿井提升摩擦衬垫防滑性能测试装置及方法 - Google Patents

矿井提升摩擦衬垫防滑性能测试装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种矿井提升摩擦衬垫防滑性能测试装置，装置包括定位平台、张力加载装置、两个张力定位装置、钢丝绳限位装置、钢丝绳拖动装置、两个弧度定位装置和衬垫加载装置，所有子装置沿圆周方向布置在定位平台上，两个弧度定位装置等夹角对称布置在衬垫加载装置两侧，基于液压缸加载、无极钢丝绳拖动的方式模拟摩擦衬垫所受正压力和摩擦力，利用等夹角布置的两弧度定位装置模拟卷筒的弧度，采用无极钢丝绳拖动的方式实现不同钢丝绳传动速度、不同正压力、不同摩擦距离下测试摩擦衬垫的摩擦磨损形态，能够对测定摩擦衬垫的摩擦系数，有效模拟衬垫高速滑动摩擦工况，从而能够对不同绳槽弧度和直径的摩擦衬垫进行测试，准确评估摩擦衬垫的防滑性能。

Description

矿井提升摩擦衬垫防滑性能测试装置及方法
技术领域
本发明涉及一种摩擦衬垫防滑性能测试装置及方法，尤其是一种适用于矿井提升的摩擦衬垫防滑性能测试装置及方法。
背景技术
立井提升机作为主要的矿井提升装备，担负着提升煤炭矸石、下放材料、升降人员和设备的重要任务，是煤矿井下与地面的连接枢纽，其中摩擦提升占据主导地位。摩擦衬垫安装在卷筒表面，利用与钢丝绳之间的摩擦力拖动提升容器上下。当摩擦衬垫失效时，钢丝绳与摩擦衬垫之间会发生相对滑动，造成钢丝绳磨损，甚至造成提升容器打滑坠落等重大恶性事故。因而摩擦衬垫防滑性能的好坏直接关系到提升机能否可靠提升。然而，摩擦衬垫属于易损易耗件，随着煤矿生产的进行，摩擦衬垫会不断磨损。《煤矿安全规程》规定，多绳摩擦衬垫的剩余磨损厚度不得小于钢丝绳直径，磨损深度不得超过70毫米。一旦磨损超限，则需及时更换。更换摩擦衬垫时，需要对摩擦衬垫进行严格的防滑性能测试，避免新衬垫降低提升系统的防滑性能。
目前，由于摩擦衬垫的生产厂商众多，采用的制造工艺和生产标准不尽相同，而衬垫的测试缺乏一个统一的装置和标准。由于煤矿的地质条件多样，对提升载荷、提升速度也产生了不同需求，由此产生了不同卷筒和钢丝绳直径的摩擦提升机，进而决定了贴装在卷筒表面的摩擦衬垫的绳槽弧度和直径，由此产生了不同规格的摩擦衬垫，导致对衬垫防滑性能测试难以采用统一的装置。如果针对不同规格的摩擦衬垫分别搭建测试装置，将会产生较高的建造成本，不满足经济性。这导致了企业在出厂前难以对提升钢丝绳的防滑性能进行准确测试。
当前，针对对摩擦衬垫的测试检测研究，专利号为ZL 201410271323.4公开的摩擦衬垫- 提升钢丝绳动态摩擦传动试验装置能够模拟钢丝绳动态耦合振动状态下摩擦衬垫与提升钢丝绳之间的动态摩擦传动特性；专利号为ZL 201510102984.9公开的提升机用钢丝绳、摩擦衬垫综合摩擦检测装置可以模拟缠绕式提升机钢丝绳与摩擦衬垫间的高速滑动摩擦行为；专利号为ZL 201410161230.6公开的提升机摩擦衬垫的微滑移试验平台可以实现实现变频率、变幅值、变载荷及变弧度微滑移摩擦试验；专利号为ZL 201410152097.8公开的监测钢丝绳-摩擦衬垫动态微摩擦状态的试验装置可以检测钢丝绳与摩擦衬垫接触弧不同区段的微滑移幅值和钢丝绳-摩擦衬垫之间的动态摩擦力；专利为ZL 201010567284.4公开的摩擦衬垫检测机利用压紧油缸对衬垫施加压力，依靠压力传感器检测滑动摩擦力，进而检测摩擦衬垫的摩擦系数；专利号为ZL 02212593.0公开的摩擦衬垫摩擦性能模拟试验机使用活塞式油缸实现钢丝绳张紧、移动并起导向作用，从而检测衬垫摩擦系数。上述研究主要存在以下问题：第一，对单一型号衬垫进行微动磨损、碰磨、滑磨等理论研究，不能够对不同绳槽弧度和直径的摩擦衬垫进行统一测试；第二，主要采用直线拉动钢丝绳与摩擦衬垫相对滑动来模拟实际提升过程，而真实的摩擦衬垫的绳槽一般带有弧度，钢丝绳与摩擦衬垫是弧形接触，导致不能准确评估摩擦衬垫的磨损形态；第三，采用钢丝绳直线拉动的方式，受限于钢丝绳直径、最小卷筒直径、卷筒容绳量的限制，难以模拟持续高速滑动摩擦。因而，有必要研究一种防滑测试装置，可以对不同绳槽弧度和直径的摩擦衬垫进行静摩擦和动摩擦测试，特别是是钢丝绳高速滑动下的防滑测试，以便对各厂商生产的不同型号摩擦衬垫在现场安装前统一校核，规范摩擦衬垫市场，确保摩擦衬垫的防滑性能，对于保障摩擦提升安全性具有重要意义，而目前缺乏相应的测试装置。
发明内容
技术问题：本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、兼具可靠性和实用性的摩擦提升机钢丝绳承载性能测试装置及方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种矿井提升摩擦衬垫防滑性能测试装置，包括定位平台、张力加载装置、张力定位装置、钢丝绳限位装置、钢丝绳拖动装置、弧度定位装置和衬垫加载装置，所述的定位平台呈圆环状，圆环端面上按圆周排列有若干排定位孔，所述的张力加载装置、张力定位装置、钢丝绳限位装置、钢丝绳拖动装置、弧度定位装置和衬垫加载装置均通过定位孔沿圆周方向布置在定位平台上，其中，张力加载装置和衬垫加载装置沿水平方向对向布置，钢丝绳限位装置和钢丝绳拖动装置沿垂直方向对向布置，两个张力定位装置等夹角对称布置在张力加载装置的两侧，两个弧度定位装置等夹角对称布置在衬垫加载装置两侧。
所述的张力加载装置包括加载液压缸、张力加载滑台、张力加载丝杠、张力加载丝杠螺母、加载液压缸活塞杆、张力加载滚轮、张力加载摩擦衬垫、张力加载支撑台、张力加载支座和张力加载手轮；所述张力加载支撑台设置在张力加载支座上，所述张力加载丝杠、张力加载丝杠螺母和张力加载手轮同轴布置，所述张力加载手轮旋转带动张力加载丝杠旋转，进而推动张力加载丝杠螺母前后移动；所述张力加载滑台固定于张力加载丝杠螺母，能沿轴向在张力加载支撑台上表面滑动；所述加载液压缸沿轴向设置在张力加载滑台上，所述加载液压缸活塞杆的顶端设置有张力加载滚轮，所述张力加载滚轮的轮缘设有凹槽，凹槽内安装有张力加载摩擦衬垫，张力加载摩擦衬垫设有绳槽。
所述的张力定位装置、钢丝绳限位装置和弧度定位装置结构相同，分别由限位支撑台、限位丝杠、限位丝杠螺母、限位滑台、限位滚轮、限位摩擦衬垫、限位支座和限位手轮构成；所述限位支撑台设置在限位支座上，所述限位丝杠、限位丝杠螺母和限位手轮同轴布置，所述限位手轮旋转带动限位丝杠旋转，进而推动限位丝杠螺母前后移动；所述限位滑台固定于限位丝杠螺母，能沿轴向在限位支撑台上表面滑动；所述限位滚轮设置在限位滑台上，限位滚轮轴线正交于限位丝杠的轴线；所述限位滚轮的轮缘设有凹槽，凹槽内安装有限位摩擦衬垫，限位摩擦衬垫设有绳槽。
所述的钢丝绳拖动装置包括拖动手轮、拖动支座、拖动支撑台、拖动丝杠螺母、拖动摩擦衬垫、拖动滚轮、电机主轴、电机、拖动滑台和拖动丝杠；所述拖动支撑台设置在拖动支座上，所述拖动手轮、拖动丝杠螺母和拖动丝杠同轴布置，拖动手轮旋转带动拖动丝杠旋转，进而推动拖动丝杠螺母前后移动；所述拖动滑台固定于拖动丝杠螺母，能沿轴向在拖动支撑台上表面滑动；所述拖动滑台为L形，拖动滚轮固定于滑台底板，所述电机固定于滑台侧板，所述电机主轴与拖动滚轮同轴布置，电机能够带动拖动滚轮同步旋转；所述拖动滚轮的轮缘设有凹槽，凹槽内安装有拖动摩擦衬垫，拖动摩擦衬垫设有绳槽。
所述的衬垫加载装置包括衬垫加载手轮、衬垫加载支座、衬垫加载支撑台、衬垫压块、衬垫平台、衬垫加载活塞杆、衬垫加载丝杠螺母、衬垫加载丝杠、衬垫加载液压缸和衬垫加载滑台；所述衬垫加载支撑台设置在衬垫加载支座上，所述衬垫加载手轮、衬垫加载丝杠螺母和衬垫加载丝杠同轴布置，衬垫加载手轮旋转带动衬垫加载丝杠旋转，进而推动衬垫加载丝杠螺母前后移动；所述衬垫加载滑台固定于衬垫加载丝杠螺母，能沿轴向在衬垫加载支撑台上表面滑动；所述衬垫加载液压缸沿轴向设置在衬垫加载滑台上，衬垫加载活塞杆顶端设有衬垫平台；衬垫平台表面设有衬垫压块，能将被测摩擦衬垫沿水平方向通过螺栓固定在衬垫平台表面。
所述的定位孔沿圆周方向的孔密度根据两个弧度定位装置和衬垫加载装置围成的钢丝绳圆弧半径等于被测摩擦衬垫对应的卷筒半径确定，张力加载装置和张力定位装置围成的圆弧夹角α为30～45°。
根据上述矿井提升摩擦衬垫防滑性能测试装置的测试方法，包括如下步骤：
(1)将张力加载支撑台安装在张力加载支座上，张力加载丝杠、张力加载丝杠螺母和张力加载手轮同轴安装，将张力加载滑台固定于张力加载丝杠螺母，加载液压缸沿轴向设置在张力加载滑台上，将张力加载摩擦衬垫安装在张力加载滚轮的凹槽内，张力加载滚轮安装在加载液压缸活塞杆的顶端，组装成张力加载装置；
(b)将限位支撑台安装在限位支座上，限位丝杠、限位丝杠螺母和限位手轮同轴安装，将限位滑台固定于限位丝杠螺母，限位摩擦衬垫安装在限位滚轮的凹槽内，限位滚轮安装在限位滑台上，并使限位滚轮得轴线正交于限位丝杠的轴线，组装成两个张力定位装置、一个钢丝绳限位装置和两个弧度定位装置；
(c)将拖动支撑台安装在拖动支座上，拖动手轮、拖动丝杠螺母和拖动丝杠同轴安装，将拖动滑台固定于拖动丝杠螺母，拖动滚轮固定于L形拖动滑台的底板，电机固定于L形拖动滑台的侧板，使电机主轴与拖动滚轮同轴安装，电机能够带动拖动滚轮同步旋转，将拖动摩擦衬垫安装在拖动滚轮的凹槽内，组装成钢丝绳拖动装置；
(d)将衬垫加载支撑台安装在衬垫加载支座上，衬垫加载手轮、衬垫加载丝杠螺母和衬垫加载丝杠同轴安装，将衬垫加载滑台固定于衬垫加载丝杠螺母，衬垫加载液压缸沿轴向安装在衬垫加载滑台上，将衬垫平台安装在衬垫加载活塞杆的顶端，使用螺栓利用衬垫压块将被测摩擦衬垫压在衬垫平台表面，被测摩擦衬垫的绳槽方向与无极钢丝绳的走向一致，组装成衬垫加载装置；
(e)基于被测钢丝绳所属的摩擦提升机直径尺寸D，将张力加载装置、张力定位装置、钢丝绳限位装置、钢丝绳拖动装置、弧度定位装置和衬垫加载装置通过定位孔沿圆周方向安装在定位平台上，其中，张力加载装置和衬垫加载装置沿水平方向对向安装，钢丝绳限位装置和钢丝绳拖动装置沿垂直方向对向安装，两个张力定位装置以角度α等夹角对称布置在张力加载装置两侧，两个弧度定位装置以角度θ等夹角对称布置在衬垫加载装置两侧，角度θ≤10°角度θ尽可能小以便两个弧度定位装置和衬垫加载装置的滚轮围成的圆弧贴近实际提升机卷筒的弧度，转动张力定位装置的限位手轮推动限位丝杠螺母前后移动，使两个张力定位装置的限位滚轮轴心到定位平台轴心的距离为R1，转动弧度定位装置的限位手轮推动限位丝杠螺母前后移动，使两个弧度定位装置的限位滚轮外边缘到定位平台轴心的距离为 R＝D/2，转动衬垫加载装置的衬垫加载手轮推动衬垫加载丝杠螺母前后移动，使被测摩擦衬垫顶端到定位平台轴心的距离D1(D1＜R)，转动钢丝绳限位装置的限位手轮、钢丝绳拖动装置的拖动手轮和张力加载装置的张力加载手轮，将无极钢丝绳嵌入钢丝绳限位装置、弧度定位装置、钢丝绳拖动装置、张力定位装置和张力加载装置的滚轮绳槽内；
(f)测试摩擦衬垫的摩擦系数时，首先设定加载液压缸的出油口油压，启动加载液压缸，以力F顶压无极钢丝绳，使无极钢丝绳以设定的预力张紧，然后，调整衬垫加载液压缸的出油口油压，启动衬垫加载液压缸，将被测摩擦衬垫以正压力FP顶压在无极钢丝绳，此时被测摩擦衬垫的顶端距离定位平台轴心的距离为R，监测钢丝绳拖动装置的电机扭矩M，从小到大调整电机的输入电压，直到无极钢丝绳与被测摩擦衬垫开始相对滑动直到匀速滑动，得出被测摩擦衬垫的摩擦系数：
式中：μS为静摩擦系数，μD为动摩擦系数，MS为无极钢丝绳与被测摩擦衬垫之间刚开始相对滑动时的扭矩，MV为无极钢丝绳与被测摩擦衬垫之间匀速滑动时的扭矩，r为拖动滚轮的半径；
(f)测试摩擦衬垫的磨损形态时，首先设定加载液压缸的出油口油压，启动加载液压缸，以力F顶压无极钢丝绳，使无极钢丝绳以设定的预力张紧，然后，调整衬垫加载液压缸的出油口油压，启动衬垫加载液压缸，将被测摩擦衬垫以正压力FP顶压在无极钢丝绳，此时被测摩擦衬垫的顶端距离定位平台轴心的距离为R，设定钢丝绳拖动装置的电机扭矩M，监测无极钢丝绳的传动速度V、传动距离S，启动电机，无极钢丝绳与被测摩擦衬垫开始相对滑动直到停止检测，此时分析被测摩擦衬垫的温度场、应力场、磨损面形态变化，获得被测摩擦衬垫在正压力FP、传动速度V和传动距离S下的摩擦磨损状态。
有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明能够对不同绳槽弧度和直径的摩擦衬垫进行统一测试，能准确评估摩擦衬垫的磨损形态；确保摩擦衬垫的防滑性能。利用液压缸加载、无极钢丝绳拖动的方式模拟摩擦衬垫所受正压力和摩擦力，采用基于丝杠传动的张力加载装置、张力定位装置、钢丝绳限位装置、钢丝绳拖动装置、弧度定位装置和衬垫加载装置能够对不同绳槽弧度和直径的摩擦衬垫进行测试，利用等夹角布置的两弧度定位装置能够有效模拟卷筒的弧度，准确测定摩擦衬垫的摩擦系数，采用无极钢丝绳拖动的方式能够实现不同钢丝绳传动速度、不同正压力、不同摩擦距离下测试摩擦衬垫的摩擦磨损形态，不受传动速度和绳长的限制，更加真实模拟衬垫高速滑动摩擦工况，从而能够对各厂商生产的不同型号摩擦衬垫在现场安装前统一校核，准确评估摩擦衬垫的防滑性能，能够有效保障摩擦提升的安全。其结构简单，操作方便，测试效果好，在本技术领域内具有广泛的实用性。
附图说明
图1是本发明的装置结构示意图；
图2是张力加载装置结构示意图；
图3是张力定位装置、钢丝绳限位装置和弧度定位装置结构示意图；
图4是钢丝绳拖动装置示意图；
图5是衬垫加载装置示意图；
图6是本发明装置的测试原理示意图。
图中：1—张力加载装置，1-a—加载液压缸，1-b—张力加载滑台，1-c—张力加载丝杠， 1-d—张力加载丝杠螺母，1-e—加载液压缸活塞杆，1-f—张力加载滚轮，1-g-张力加载摩擦衬垫，1-h—张力加载支撑台，1-i—张力加载支座，1-j—张力加载手轮，2—张力定位装置， 2-a—限位支撑台，2-b—限位丝杠，2-c—限位丝杠螺母，2-d—限位滑台，2-e—限位滚轮，2-f —限位摩擦衬垫，2-g—限位支座，2-h—限位手轮，3—钢丝绳限位装置，4—无极钢丝绳，5 —钢丝绳拖动装置，5-a—拖动手轮，5-b—拖动支座，5-c—拖动支撑台，5-d—拖动丝杠螺母， 5-e—拖动摩擦衬垫，5-f—拖动滚轮，5-g—电机主轴，5-h—电机，5-i—拖动滑台，5-j—拖动丝杠，6—定位平台，6-a—定位孔，7—弧度定位装置，8—衬垫加载装置，8-a—衬垫加载手轮，8-b—衬垫加载支座，8-c—衬垫加载支撑台，8-d—衬垫压块，8-e—衬垫平台，8-f—衬垫加载活塞杆，8-g—衬垫加载丝杠螺母，8-h—衬垫加载丝杠，8-i—衬垫加载液压缸，8-j-衬垫加载滑台，9—被测摩擦衬垫。
具体实施方式
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：
如图1所示，本发明的一种矿井提升摩擦衬垫防滑性能测试装置，主要由定位平台6、张力加载装置1、两个张力定位装置2、钢丝绳限位装置3、钢丝绳拖动装置5、两个弧度定位装置7和衬垫加载装置8构成，所述定位平台6上设有圆周排列的若干排定位孔6-a，张力加载装置1、张力定位装置2、钢丝绳限位装置3、钢丝绳拖动装置5、弧度定位装置7和衬垫加载装置8通过定位孔6-a沿圆周方向布置在定位平台6上，其中张力加载装置1和衬垫加载装置8沿水平方向对向布置，钢丝绳限位装置3和钢丝绳拖动装置5沿垂直方向对向布置，两个张力定位装置2等夹角对称布置在张力加载装置1两侧，两个弧度定位装置7等夹角对称布置在衬垫加载装置8两侧。
图2所示，所述的张力加载装置1主要由加载液压缸1-a、张力加载滑台1-b、张力加载丝杠1-c、张力加载丝杠螺母1-d、加载液压缸活塞杆1-e、张力加载滚轮1-f、张力加载摩擦衬垫1-g、张力加载支撑台1-h、张力加载支座1-i和张力加载手轮1-j构成；所述张力加载支撑台1-h设置在张力加载支座1-i上，所述张力加载丝杠1-c、张力加载丝杠螺母1-d和张力加载手轮1-j同轴布置，所述张力加载手轮1-j旋转带动张力加载丝杠1-c旋转，进而推动张力加载丝杠螺母1-d前后移动；所述张力加载滑台1-b固定于张力加载丝杠螺母1-d，能沿轴向在张力加载支撑台1-h上表面滑动；所述加载液压缸1-a沿轴向设置在张力加载滑台1-b上，所述加载液压缸活塞杆1-e的顶端设置有张力加载滚轮1-f，所述张力加载滚轮1-f的轮缘设有凹槽且安装有张力加载摩擦衬垫1-g，张力加载摩擦衬垫1-g设有绳槽，所述摩擦衬垫为聚氯乙稀或聚氨酯复合材料制做而成。
图3所示，所述的张力定位装置2、钢丝绳限位装置3和弧度定位装置7结构相同，主要由限位支撑台2-a、限位丝杠2-b、限位丝杠螺母2-c、限位滑台2-d、限位滚轮2-e、限位摩擦衬垫2-f、限位支座2-g和限位手轮2-h构成；所述限位支撑台2-a设置在限位支座2-g 上，所述限位丝杠2-b、限位丝杠螺母2-c和限位手轮2-h同轴布置，所述限位手轮2-h旋转带动限位丝杠2-b旋转，进而推动限位丝杠螺母2-c前后移动；所述限位滑台2-d固定于限位丝杠螺母2-c，能沿轴向在限位支撑台2-a上表面滑动；所述限位滚轮2-e设置在限位滑台2-d上，限位滚轮2-e的轴线正交于限位丝杠2-b的轴线；限位滚轮2-e的轮缘设有凹槽且安装有限位摩擦衬垫2-f，限位摩擦衬垫2-f设有绳槽。
图4所示，所述的钢丝绳拖动装置(5)主要由拖动手轮5-a、拖动支座5-b、拖动支撑台 5-c、拖动丝杠螺母5-d、拖动摩擦衬垫5-e、拖动滚轮5-f、电机主轴5-g、电机5-h、拖动滑台5-i和拖动丝杠5-j构成；所述拖动支撑台5-c设置在拖动支座5-b上，拖动手轮5-a、拖动丝杠螺母5-d和拖动丝杠5-j同轴布置，所述拖动手轮5-a旋转带动拖动丝杠5-j旋转，进而推动拖动丝杠螺母5-d前后移动；所述拖动滑台5-i固定于拖动丝杠螺母5-d，能沿轴向在拖动支撑台5-c上表面滑动；拖动滑台5-i为L形，所述拖动滚轮5-f固定于滑台底板，所述电机5-h固定于滑台侧板，所述电机主轴5-g与拖动滚轮5-f同轴布置，电机5-h能够带动拖动滚轮5-f同步旋转；拖动滚轮5-f的轮缘设有凹槽，凹槽内安装有拖动摩擦衬垫5-e，拖动摩擦衬垫5-e设有绳槽。
图5所示，所述的衬垫加载装置8由衬垫加载手轮8-a、衬垫加载支座8-b、衬垫加载支撑台8-c、衬垫压块8-d、衬垫平台8-e、衬垫加载活塞杆8-f、衬垫加载丝杠螺母8-g、衬垫加载丝杠8-h、衬垫加载液压缸8-i和衬垫加载滑台8-j构成；所述衬垫加载支撑台8-c设置在衬垫加载支座8-b上，衬垫加载手轮8-a、衬垫加载丝杠螺母8-g和衬垫加载丝杠8-h同轴布置，衬垫加载手轮8-a旋转带动衬垫加载丝杠8-h旋转，进而推动衬垫加载丝杠螺母8-g前后移动；衬垫加载滑台8-j固定于衬垫加载丝杠螺母8-g，可以沿轴向在衬垫加载支撑台8-c上表面滑动；衬垫加载液压缸8-i沿轴向设置在衬垫加载滑台8-j上，衬垫加载活塞杆8-f顶端设有衬垫平台8-e；衬垫平台8-e表面设有衬垫压块8-d，可以将被测摩擦衬垫9沿水平方向通过螺栓固定在衬垫平台8-e表面。
所述的定位孔6-a沿圆周方向的孔密度根据两个弧度定位装置7和衬垫加载装置8围成的钢丝绳圆弧半径等于被测摩擦衬垫9对应的卷筒半径确定，张力加载装置1和张力定位装置2围成的圆弧夹角α为30～45°。
本发明的矿井提升摩擦衬垫防滑性能测试装置的测试方法，具体步骤如下：
(1)将张力加载支撑台1-h安装在张力加载支座1-i上，张力加载丝杠1-c、张力加载丝杠螺母1-d和张力加载手轮1-j同轴安装，将张力加载滑台1-b固定于张力加载丝杠螺母1-d，加载液压缸1-a沿轴向设置在张力加载滑台1-b上，将张力加载摩擦衬垫1-g安装在张力加载滚轮1-f的凹槽内，张力加载滚轮1-f安装在加载液压缸活塞杆1-e的顶端，组装成张力加载装置1；
(b)将限位支撑台2-a安装在限位支座2-g上，限位丝杠2-b、限位丝杠螺母2-c和限位手轮2-h同轴安装，将限位滑台2-d固定于限位丝杠螺母2-c，限位摩擦衬垫2-f安装在限位滚轮2-e的凹槽内，限位滚轮2-e安装在限位滑台2-d上，并使限位滚轮2-e得轴线正交于限位丝杠2-b的轴线，组装成两个张力定位装置2、钢丝绳限位装置3和两个弧度定位装置7；
(c)将拖动支撑台5-c安装在拖动支座5-b上，拖动手轮5-a、拖动丝杠螺母5-d和拖动丝杠5-j同轴安装，将拖动滑台5-i固定于拖动丝杠螺母5-d，拖动滚轮5-f固定于L形拖动滑台5-i的底板，电机5-h固定于L形拖动滑台5-i的侧板，使电机主轴5-g与拖动滚轮5-f同轴安装，电机5-h能够带动拖动滚轮5-f同步旋转，将拖动摩擦衬垫5-e安装在拖动滚轮5-f的凹槽内，组装成钢丝绳拖动装置5；
(d)将衬垫加载支撑台8-c安装在衬垫加载支座8-b上，衬垫加载手轮8-a、衬垫加载丝杠螺母8-g和衬垫加载丝杠8-h同轴安装，将衬垫加载滑台8-j固定于衬垫加载丝杠螺母8-g，衬垫加载液压缸8-i沿轴向安装在衬垫加载滑台8-j上，将衬垫平台8-e安装在衬垫加载活塞杆8-f的顶端，使用螺栓利用衬垫压块8-d将被测摩擦衬垫9压在衬垫平台8-e表面，被测摩擦衬垫9的绳槽方向与无极钢丝绳4的走向一致，组装成衬垫加载装置8；
(e)基于被测钢丝绳所属的摩擦提升机直径尺寸D，在圆周方向上选择合适位置的定位孔6-a，将张力加载装置1、张力定位装置2、钢丝绳限位装置3、钢丝绳拖动装置5、弧度定位装置7和衬垫加载装置8通过定位孔6-a沿圆周方向安装在定位平台6上，其中张力加载装置1和衬垫加载装置8沿水平方向对向安装，钢丝绳限位装置3和钢丝绳拖动装置5沿垂直方向对向安装，两个张力定位装置2以角度α为30～45°等夹角对称布置在张力加载装置1两侧，两个弧度定位装置7以角度θ≤10°等夹角对称布置在衬垫加载装置8两侧，角度θ尽可能小以便两个弧度定位装置7和衬垫加载装置8的滚轮围成的圆弧贴近实际提升机卷筒的弧度，转动张力定位装置2的限位手轮2-h推动限位丝杠螺母2-c前后移动，使两个张力定位装置2的限位滚轮2-e轴心到定位平台6轴心的距离为R1，转动弧度定位装置7的限位手轮2-h推动限位丝杠螺母2-c前后移动，使两个弧度定位装置7的限位滚轮2-e外边缘到定位平台6轴心的距离为R＝D/2，转动衬垫加载装置8的衬垫加载手轮8-a推动衬垫加载丝杠螺母8-g前后移动，使被测摩擦衬垫9顶端到定位平台6轴心的距离D1(D1＜R)，转动钢丝绳限位装置3的限位手轮2-h、钢丝绳拖动装置5的拖动手轮5-a和张力加载装置1的张力加载手轮1-j，将无极钢丝绳4嵌入钢丝绳限位装置3、弧度定位装置7、钢丝绳拖动装置5、张力定位装置2和张力加载装置1的滚轮绳槽内；
需要测试摩擦衬垫的摩擦系数时，首先设定加载液压缸1-a的出油口油压，启动加载液压缸1-a，以力F顶压无极钢丝绳4，使无极钢丝绳4以设定的预力张紧，然后，调整衬垫加载液压缸8-i的出油口油压，启动衬垫加载液压缸8-i，将被测摩擦衬垫9以正压力FP顶压在无极钢丝绳4，此时被测摩擦衬垫9的顶端距离定位平台6轴心的距离为R，监测钢丝绳拖动装置5的电机5-h扭矩M，从小到大调整电机5-h的输入电压，直到无极钢丝绳4与被测摩擦衬垫9开始相对滑动直到匀速滑动，得出被测摩擦衬垫9的摩擦系数：
式中：μS为静摩擦系数，μD为动摩擦系数，MS为无极钢丝绳4与被测摩擦衬垫9之间刚开始相对滑动时的扭矩，MV为无极钢丝绳4与被测摩擦衬垫9之间匀速滑动时的扭矩，r为拖动滚轮5-f的半径；
需要测试摩擦衬垫的磨损形态时，首先设定加载液压缸1-a的出油口油压，启动加载液压缸1-a，以力F顶压无极钢丝绳4，使无极钢丝绳4以设定的预力张紧，然后，调整衬垫加载液压缸8-i的出油口油压，启动衬垫加载液压缸8-i，将被测摩擦衬垫9以正压力FP顶压在无极钢丝绳4，此时被测摩擦衬垫9的顶端距离定位平台6轴心的距离为R，设定钢丝绳拖动装置5的电机5-h扭矩M，监测无极钢丝绳4的传动速度V、传动距离S，启动电机5-h，无极钢丝绳4与被测摩擦衬垫9开始相对滑动直到停止检测，此时分析被测摩擦衬垫9的温度场、应力场、磨损面形态变化，获得被测摩擦衬垫9在正压力FP、传动速度V和传动距离 S下的摩擦磨损状态。

Claims (7)

1.一种矿井提升摩擦衬垫防滑性能测试装置，其特征在于：包括定位平台(6)、张力加载装置(1)、张力定位装置(2)、钢丝绳限位装置(3)、钢丝绳拖动装置(5)、弧度定位装置(7)和衬垫加载装置(8)，所述的定位平台(6)呈圆环状，圆环端面上按圆周排列有若干排定位孔(6-a)，所述的张力加载装置(1)、张力定位装置(2)、钢丝绳限位装置(3)、钢丝绳拖动装置(5)、弧度定位装置(7)和衬垫加载装置(8)均通过定位孔(6-a)沿圆周方向布置在定位平台(6)上，其中，张力加载装置(1)和衬垫加载装置(8)沿水平方向对向布置，钢丝绳限位装置(3)和钢丝绳拖动装置(5)沿垂直方向对向布置，两个张力定位装置(2)等夹角对称布置在张力加载装置(1)的两侧，两个弧度定位装置(7)等夹角对称布置在衬垫加载装置(8)两侧。
2.根据权利要求1所述摩擦衬垫防滑性能测试装置，其特征在于：所述的张力加载装置(1)包括加载液压缸(1-a)、张力加载滑台(1-b)、张力加载丝杠(1-c)、张力加载丝杠螺母(1-d)、加载液压缸活塞杆(1-e)、张力加载滚轮(1-f)、张力加载摩擦衬垫(1-g)、张力加载支撑台(1-h)、张力加载支座(1-i)和张力加载手轮(1-j)；所述张力加载支撑台(1-h)设置在张力加载支座(1-i)上，所述张力加载丝杠(1-c)、张力加载丝杠螺母(1-d)和张力加载手轮(1-j)同轴布置，所述张力加载手轮(1-j)旋转带动张力加载丝杠(1-c)旋转，进而推动张力加载丝杠螺母(1-d)前后移动；所述张力加载滑台(1-b)固定于张力加载丝杠螺母(1-d)，能沿轴向在张力加载支撑台(1-h)上表面滑动；所述加载液压缸(1-a)沿轴向设置在张力加载滑台(1-b)上，所述加载液压缸活塞杆(1-e)的顶端设置有张力加载滚轮(1-f)，所述张力加载滚轮(1-f)的轮缘设有凹槽，凹槽内安装有张力加载摩擦衬垫(1-g)，张力加载摩擦衬垫(1-g)设有绳槽。
3.根据权利要求1所述摩擦衬垫防滑性能测试装置，其特征在于：所述的张力定位装置(2)、钢丝绳限位装置(3)和弧度定位装置(7)结构相同，分别由限位支撑台(2-a)、限位丝杠(2-b)、限位丝杠螺母(2-c)、限位滑台(2-d)、限位滚轮(2-e)、限位摩擦衬垫(2-f)、限位支座(2-g)和限位手轮(2-h)构成；所述限位支撑台(2-a)设置在限位支座(2-g)上，所述限位丝杠(2-b)、限位丝杠螺母(2-c)和限位手轮(2-h)同轴布置，所述限位手轮(2-h)旋转带动限位丝杠(2-b)旋转，进而推动限位丝杠螺母(2-c)前后移动；所述限位滑台(2-d)固定于限位丝杠螺母(2-c)，能沿轴向在限位支撑台(2-a)上表面滑动；所述限位滚轮(2-e)设置在限位滑台(2-d)上，限位滚轮(2-e)轴线正交于限位丝杠(2-b)的轴线；所述限位滚轮(2-e)的轮缘设有凹槽，凹槽内安装有限位摩擦衬垫(2-f)，限位摩擦衬垫(2-f)设有绳槽。
4.根据权利要求1所述摩擦衬垫防滑性能测试装置，其特征在于：所述的钢丝绳拖动装置(5)包括拖动手轮(5-a)、拖动支座(5-b)、拖动支撑台(5-c)、拖动丝杠螺母(5-d)、拖动摩擦衬垫(5-e)、拖动滚轮(5-f)、电机主轴(5-g)、电机(5-h)、拖动滑台(5-i)和拖动丝杠(5-j)；所述拖动支撑台(5-c)设置在拖动支座(5-b)上，所述拖动手轮(5-a)、拖动丝杠螺母(5-d)和拖动丝杠(5-j)同轴布置，拖动手轮(5-a)旋转带动拖动丝杠(5-j)旋转，进而推动拖动丝杠螺母(5-d)前后移动；所述拖动滑台(5-i)固定于拖动丝杠螺母(5-d)，能沿轴向在拖动支撑台(5-c)上表面滑动；所述拖动滑台(5-i)为L形，拖动滚轮(5-f)固定于滑台底板，所述电机(5-h)固定于滑台侧板，所述电机主轴(5-g)与拖动滚轮(5-f)同轴布置，电机(5-h)能够带动拖动滚轮(5-f)同步旋转；所述拖动滚轮(5-f)的轮缘设有凹槽，凹槽内安装有拖动摩擦衬垫(5-e)，拖动摩擦衬垫(5-e)设有绳槽。
5.根据权利要求1所述摩擦衬垫防滑性能测试装置，其特征在于：所述的衬垫加载装置(8)包括衬垫加载手轮(8-a)、衬垫加载支座(8-b)、衬垫加载支撑台(8-c)、衬垫压块(8-d)、衬垫平台(8-e)、衬垫加载活塞杆(8-f)、衬垫加载丝杠螺母(8-g)、衬垫加载丝杠(8-h)、衬垫加载液压缸(8-i)和衬垫加载滑台(8-j)；所述衬垫加载支撑台(8-c)设置在衬垫加载支座(8-b)上，所述衬垫加载手轮(8-a)、衬垫加载丝杠螺母(8-g)和衬垫加载丝杠(8-h)同轴布置，衬垫加载手轮(8-a)旋转带动衬垫加载丝杠(8-h)旋转，进而推动衬垫加载丝杠螺母(8-g)前后移动；所述衬垫加载滑台(8-j)固定于衬垫加载丝杠螺母(8-g)，能沿轴向在衬垫加载支撑台(8-c)上表面滑动；所述衬垫加载液压缸(8-i)沿轴向设置在衬垫加载滑台(8-j)上，衬垫加载活塞杆(8-f)顶端设有衬垫平台(8-e)；衬垫平台(8-e)表面设有衬垫压块(8-d)，能将被测摩擦衬垫(9)沿水平方向通过螺栓固定在衬垫平台(8-e)表面。
6.根据权利要求1所述摩擦衬垫防滑性能测试装置，其特征在于：所述的定位孔(6-a)沿圆周方向的孔密度根据两个弧度定位装置(7)和衬垫加载装置(8)围成的钢丝绳圆弧半径确定，钢丝绳圆弧半径等于被测摩擦衬垫(9)对应的卷筒半径，张力加载装置(1)和张力定位装置(2)围成的圆弧夹角α为30～45°。
7.根据权利要求1-6所述任一项的矿井提升摩擦衬垫防滑性能测试装置的测试方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将张力加载支撑台(1-h)安装在张力加载支座(1-i)上，张力加载丝杠(1-c)、张力加载丝杠螺母(1-d)和张力加载手轮(1-j)同轴安装，将张力加载滑台(1-b)固定于张力加载丝杠螺母(1-d)，加载液压缸(1-a)沿轴向设置在张力加载滑台(1-b)上，将张力加载摩擦衬垫(1-g)安装在张力加载滚轮(1-f)的凹槽内，张力加载滚轮(1-f)安装在加载液压缸活塞杆(1-e)的顶端，组装成张力加载装置(1)；
(b)将限位支撑台(2-a)安装在限位支座(2-g)上，限位丝杠(2-b)、限位丝杠螺母(2-c)和限位手轮(2-h)同轴安装，将限位滑台(2-d)固定于限位丝杠螺母(2-c)，限位摩擦衬垫(2-f)安装在限位滚轮(2-e)的凹槽内，限位滚轮(2-e)安装在限位滑台(2-d)上，并使限位滚轮(2-e)的轴线正交于限位丝杠(2-b)的轴线，组装成两个张力定位装置(2)、一个钢丝绳限位装置(3)和两个弧度定位装置(7)；
(c)将拖动支撑台(5-c)安装在拖动支座(5-b)上，拖动手轮(5-a)、拖动丝杠螺母(5-d)和拖动丝杠(5-j)同轴安装，将拖动滑台(5-i)固定于拖动丝杠螺母(5-d)，拖动滚轮(5-f)固定于L形拖动滑台(5-i)的底板，电机(5-h)固定于L形拖动滑台(5-i)的侧板，使电机主轴(5-g)与拖动滚轮(5-f)同轴安装，电机(5-h)能够带动拖动滚轮(5-f)同步旋转，将拖动摩擦衬垫(5-e)安装在拖动滚轮(5-f)的凹槽内，组装成钢丝绳拖动装置(5)；
(d)将衬垫加载支撑台(8-c)安装在衬垫加载支座(8-b)上，衬垫加载手轮(8-a)、衬垫加载丝杠螺母(8-g)和衬垫加载丝杠(8-h)同轴安装，将衬垫加载滑台(8-j)固定于衬垫加载丝杠螺母(8-g)，衬垫加载液压缸(8-i)沿轴向安装在衬垫加载滑台(8-j)上，将衬垫平台(8-e)安装在衬垫加载活塞杆(8-f)的顶端，利用衬垫压块(8-d)将被测摩擦衬垫(9)压在衬垫平台(8-e)表面，并用螺栓固定，被测摩擦衬垫(9)的绳槽方向与无极钢丝绳(4)的走向一致，组装成衬垫加载装置(8)；
(e)基于被测钢丝绳所属的摩擦提升机直径尺寸D，将张力加载装置(1)、张力定位装置(2)、钢丝绳限位装置(3)、钢丝绳拖动装置(5)、弧度定位装置(7)和衬垫加载装置(8)通过定位孔(6-a)沿圆周方向安装在定位平台(6)上，其中，张力加载装置(1)和衬垫加载装置(8)沿水平方向对向安装，钢丝绳限位装置(3)和钢丝绳拖动装置(5)沿垂直方向对向安装，两个张力定位装置(2)以角度α等夹角对称布置在张力加载装置(1)两侧，两个弧度定位装置(7)以角度θ等夹角对称布置在衬垫加载装置(8)两侧，角度θ≤10°，以便两个弧度定位装置(7)和衬垫加载装置(8)的滚轮围成的圆弧贴近实际提升机卷筒的弧度，转动张力定位装置(2)的限位手轮(2-h)推动限位丝杠螺母(2-c)前后移动，使两个张力定位装置(2)的限位滚轮(2-e)轴心到定位平台(6)轴心的距离为R1，转动弧度定位装置(7)的限位手轮(2-h)推动限位丝杠螺母(2-c)前后移动，使两个弧度定位装置(7)的限位滚轮(2-e)外边缘到定位平台(6)轴心的距离为R＝D/2，转动衬垫加载装置(8)的衬垫加载手轮(8-a)推动衬垫加载丝杠螺母(8-g)前后移动，使被测摩擦衬垫(9)顶端到定位平台(6)轴心的距离D1，D1<R，转动钢丝绳限位装置(3)的限位手轮(2-h)、钢丝绳拖动装置(5)的拖动手轮(5-a)和张力加载装置(1)的张力加载手轮(1-j)，将无极钢丝绳(4)嵌入钢丝绳限位装置(3)、弧度定位装置(7)、钢丝绳拖动装置(5)、张力定位装置(2)和张力加载装置(1)的滚轮绳槽内；
(f)测试摩擦衬垫的摩擦系数时，首先设定加载液压缸(1-a)的出油口油压，启动加载液压缸(1-a)，以力F顶压无极钢丝绳(4)，使无极钢丝绳(4)以设定的预力张紧，然后，调整衬垫加载液压缸(8-i)的出油口油压，启动衬垫加载液压缸(8-i)，将被测摩擦衬垫(9)以正压力FP顶压在无极钢丝绳(4)，此时被测摩擦衬垫(9)的顶端距离定位平台(6)轴心的距离为R，监测钢丝绳拖动装置(5)的电机(5-h)扭矩M，从小到大调整电机(5-h)的输入电压，无极钢丝绳(4)与被测摩擦衬垫(9)开始相对滑动直到匀速滑动，得出被测摩擦衬垫(9)的摩擦系数：
式中：μS为静摩擦系数，μD为动摩擦系数，MS为无极钢丝绳(4)与被测摩擦衬垫(9)之间刚开始相对滑动时的扭矩，MV为无极钢丝绳(4)与被测摩擦衬垫(9)之间匀速滑动时的扭矩，r为拖动滚轮(5-f)的半径；
(g)测试摩擦衬垫的磨损形态时，首先设定加载液压缸(1-a)的出油口油压，启动加载液压缸(1-a)，以力F顶压无极钢丝绳(4)，使无极钢丝绳(4)以设定的预力张紧，然后，调整衬垫加载液压缸(8-i)的出油口油压，启动衬垫加载液压缸(8-i)，将被测摩擦衬垫(9)以正压力FP顶压在无极钢丝绳(4)，此时被测摩擦衬垫(9)的顶端距离定位平台(6)轴心的距离为R，设定钢丝绳拖动装置(5)的电机(5-h)扭矩M，监测无极钢丝绳(4)的传动速度V、传动距离S，启动电机(5-h)，无极钢丝绳(4)与被测摩擦衬垫(9)开始相对滑动直到停止检测，此时分析被测摩擦衬垫(9)的温度场、应力场、磨损面形态变化，获得被测摩擦衬垫(9)在正压力FP、传动速度V和传动距离S下的摩擦磨损状态。
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