CN110658092B - 一种提升钢丝绳内部多丝性能测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提升钢丝绳内部多丝性能测试装置及方法，装置包括工作台、安置在工作台上的钢丝绳股内部多丝螺旋接触机构、钢丝绳股内部多丝加载机构和滚筒加载机构。本发明提升钢丝绳内部多丝性能测试装置能够在一台实验装置上实现钢丝绳股内部多丝螺旋接触的工况，真实模拟出钢丝绳股内部钢丝与钢丝之间摩擦磨损和钢层与钢层之间摩擦磨损两种运动行为。

Description

一种提升钢丝绳内部多丝性能测试装置及方法

技术领域

本发明涉及一种提升钢丝绳内部多丝性能测试装置及方法。

背景技术

钢丝绳是以一定捻角由丝捻成股、再以股捻成绳的具有三维螺旋空间结构的柔性提升结构，因其能够传递长距离的负载，具有承载能力大、柔韧性好、运动平稳无噪音能够承受较大的轴向载荷，且弯曲和扭转刚度较小的优点，故被广泛应用于起重机、升降机、矿井提升机等各种实际工程应用中。但由于其工作情况复杂多变，包括高温、淋水（冰）和腐蚀气（液）体等恶劣工况。由此导致钢丝绳内部钢丝摩擦磨损严重，降低钢丝绳的使用寿命，或者导致钢丝绳内部出现断丝的情况，威胁提升、运输等的安全。所以掌握钢丝绳内部多丝螺旋接触工况及其摩擦磨损机理对保障钢丝绳股安全可靠工作有着十分重要的意义。然而在实际生产中对钢丝绳进行内部多丝螺旋接触后的摩擦磨损观测，以现有的技术手段还无法完成。因此设计并制造出一种结构简单、操作安全方便、能够真实模拟钢丝绳内部多丝螺旋接触后摩擦磨损的实际工况、并可以通过实验获得钢丝绳内部多丝螺旋接触后摩擦磨损特性，故提升钢丝绳内部多丝性能测试装置显得尤为重要。

发明内容

技术问题：本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供了一种提升钢丝绳内部多丝性能测试装置及方法，能够在一台实验装置上实现钢丝绳内部多丝螺旋接触的工况，真实模拟出钢丝绳内部钢丝与钢丝之间摩擦磨损和钢层与钢层之间摩擦磨损两种运动行为。

技术方案：为了实现上述技术目的，本发明采用如下的技术方案：

一种提升钢丝绳内部多丝性能测试装置，包括工作台、以及设置在工作台上部的待测钢丝绳股，待侧钢丝绳股一端与设置在工作台一端的卡绳器卡固连接，另一端沿工作台长度方向水平悬空布置；

中心钢丝拉、扭机构，用于对钢丝绳股中中心钢丝进行扭转和拉力测试，所述中心钢丝的一端连接扭转机构，另一端连接中心钢丝拉力加载机构，还包括：

至少一组钢丝螺旋接触机构，用于对缠绕在所述中心钢丝外部的至少一层多根钢丝进行螺旋接触测试，多组钢丝螺旋接触机构在所述工作台上沿所述钢丝绳股轴向依次布置并且结构相同，均包括：

扭转块，套接在所述钢丝绳股外部，所述扭转块的内孔具有与所述钢丝绳股外轮廓相适的形状；

旋转盘，与所述扭转块套接固定，用于带动扭转块以及所述中心钢丝外部钢丝绕钢丝绳股自身轴线方向进行转动；

分散机构，设置在旋转盘的一侧表面上，用于对缠绕在所述中心钢丝外部的一层多根钢丝进行分散，包括：多个滑轮支撑单元，多个滑轮支撑单元设置在旋转盘的一侧表面，并沿所述旋转盘的盘面周向均匀布置，各个滑轮支撑单元的顶部分别设有一个滑轮，并且，多个滑轮处于不同的旋转平面，钢丝绳股上的一层钢丝组分散后分别绕过一个滑轮与一个第一钢丝绳夹固定连接，当旋转盘旋转后，一层多根钢丝可以实现多丝螺旋接触；

张紧机构，用于对分散后的多根钢丝的张紧力进行调节，包括：

多根杠杆，每根杠杆的一端通过拉、压力传感器与一个所述第一钢丝绳夹固定连接，杠杆另一端向一滑盘方向延伸，滑盘上对应每个杠杆分别设有通孔；

多边形筒形框架，同轴套接在所述待测钢丝绳股的外部，多边形筒形框架一端通过连接杆与一固定在所述旋转盘上的圆盘固定连接，另一端与所述滑盘固定连接；多边形筒形框架具有多个矩形表面，每个矩形表面上设有一个沿多边形筒形框架轴向延伸的滑杆，所述滑杆上滑动连接有杠杆支座，杠杆支座的顶端通过铰点与所述杠杆支撑连接，杠杆支座的底部与滑杆之间通过锁紧螺钉锁紧固定；

推盘，平行设置在所述滑盘另一侧，和滑盘之间通过二连杆机构连接，滑盘的盘面上对应每根杠杆的位置设有沿滑盘径向均匀分布的多个滑槽，所述二连杆机构穿过所述滑槽后能够与所述杠杆另一端传动连接；

第二电动缸，与所述推盘驱动连接，用于驱动所述推盘向所述滑盘方向平行移动，当第二电动缸驱动所述推盘向所述滑盘施加压力时，多根二连杆机构在滑盘的滑槽中以相同的速度向滑盘中心移动，进而推动多根杠杆的端部，再通过杠杆支点的作用将力传递到杠杆的另一端，最后再通过所述第一钢丝绳夹对各根钢丝实现张紧；

还包括滚筒加载机构，用于模拟实际生产中钢丝绳股缠绕在滚筒上所产生的摩擦磨损，包括：

一滚筒主体，设置在所述工作台的一端，滚筒主体具有与所述待测钢丝绳股相接触的弧形表面，滚筒主体的左、右两端分别通过滚筒半轴、以及滑块与一U形框滑动连接，所述U形框的两侧内壁上设有供所述滑块导向移动的竖向滑槽，U形框的底部固定连接有第三电动缸，第三电动缸用于带动所述滚筒主体沿U形框的竖向滑槽上、下来回移动；

两个支架，以被测钢丝绳股为中线对称布置在所述工作台上，两个支架的顶部一端朝向钢丝绳股延伸方向分别与一根长悬臂的一端铰接，两根长悬臂的悬空端之间连接有长底板，所述长底板上安装固定所述卡绳器；

每个支架底部一侧，位于所述支架和长悬臂中部之间设有一个电动推杆，当电动推杆做伸缩运动时，长悬臂的悬空端沿着圆弧轨迹运动；

U形框的两侧外壁分别与一根滚筒半轴固定连接，其中一根滚筒半轴的一端与轴承支座连接，另一根滚筒半轴与舵机连接；

所述U形框的底部一侧设有竖向激振器，竖向激振器的输出轴通过传力杆与滚筒主体左、右两侧的任一滚筒半轴连接，以模拟实际工况下，钢丝绳股卷绕在滚筒主体上时滚筒主体与钢丝绳股之间的微动。

所述扭转机构包括与所述中心钢丝的一端夹固连接的第二钢丝绳夹、以及连接在第二钢丝绳夹上且沿所述中心钢丝轴向串接的第一扭转传感器、第一联轴器以及第一步进电机，所述第一步进电机为双出轴步进电机，双出轴第一步进电机端通过联轴器与旋转编码器连接，旋转编码器反馈出中心钢丝被转动的角度，双出轴的第一步进电机另一端通过联轴器与扭矩传感器连接，第一步进电机固定在工作台的立柱上；

所述中心钢丝拉力加载机构包括与所述中心钢丝另一端夹固连接的第三钢丝绳夹、以及连接在第三钢丝绳夹上且沿所述中心钢丝轴向串接的拉、压力传感器以及第一电动缸。

还包括对所述旋转盘进行驱动的旋转驱动机构，所述旋转驱动机构包括：第二步进电机、主动齿轮、从动齿轮、联轴器、轴承座以及第一L形板，其中，第二步进电机输出轴依次通过联轴器、传动轴与主动齿轮传动连接，主动齿轮与从动齿轮啮合；

所述从动齿轮的轴心处设有用于嵌设所述扭转块的燕尾槽、以及位于所述燕尾槽后部的用于安装轴承的轴承安装孔，所述轴承的外圈安装在所述轴承安装孔内，轴承内圈通过健与一短轴连接，短轴的另一端与所述第一L形板上端固定连接，所述短轴的中间设有供多根钢丝无阻碍穿过的通孔；

从动齿轮的一侧端面上固定连接多个滑轮支撑单元，滑轮支撑单元的顶部连接有滑轮。

滑盘的盘面上设有矩形滑槽，所述二连杆机构的第二段插入到相应的矩形滑槽中，并且在矩形滑槽中进行滑动，二连杆的第二段长度比所述矩形滑槽的长度长，当二连杆的第二段被推出矩形滑槽后与杠杆的一端接触，从而将力传递到杠杆部分，再通过调节各杠杆支点来调节各根钢丝施加得不同载荷，从而模拟出实际工况下钢丝绳股内部各根钢丝所受的不同载荷。

所述滚筒主体的内部中空，滚筒主体上与所述待测钢丝绳股相接触的弧形表面上加工有弧形的绳槽。

还包括钢丝绳股径向力加载机构，用于对钢丝绳股实现径向力加载，包括：

双向滚珠丝杠移动副，固定在工作台上部，包括：双向滚珠丝杠、安装在所述双向滚珠丝杠上的第一移动副和第二移动副，其中，第一移动副和第二移动副相向移动，第一移动副上连接有第一夹臂，第二移动副上连接有第二夹臂，所述第一夹臂和第二夹臂沿所述钢丝绳股中心对称设置；

第一夹臂的末端和第二夹臂的末端分别设有半弧形压紧槽，两个半弧形压紧槽将所述钢丝绳股压紧夹持。

所述第一夹臂和第二夹臂结构相同，均包括：前夹臂、后夹臂以及连接在前夹臂和后夹臂之间的拉、压力传感器，其中，所述前夹臂与移动副固定连接，后夹臂的末端设有所述半弧形压紧槽。

一种基于所述提升钢丝绳内部多丝性能测试装置的试验步骤，所述钢丝绳股包括三层，分别是中心钢丝、包覆在中心钢丝外部的第二层6根钢丝组以及包覆在第二层6根钢丝组外部的第三层12根钢丝组，相应的，钢丝螺旋接触机构包括两组，分别是第二层钢丝的螺旋接触机构和第三层钢丝的螺旋接触结构，包括如下几个步骤：

（1）将中心钢丝一端固定于与第一电动缸连接的第三钢丝绳夹上，另一端穿过卡绳器、大L板二、十二丝扭转块中心孔、十二边形框架、第一L形板、六丝扭转块中心孔、六边形框架，最后固定在第一步进电机端的第二钢丝绳夹上；

（2）第一步进电机工作，扭转中心钢丝；

（3）将第二层和第三层钢丝按照内、外层相互紧靠着穿过卡绳器中心孔，并进行预拉紧，使得两层钢丝都被一端固定住，不产生滑移；

（4）将第二层六根钢丝围绕着中心钢丝进行环形排布，从卡绳器开始，依次穿过大L板二中间孔、十二丝扭转块中心孔、十二边形框架内部、第一L形板中间孔、六丝扭转块中心孔、最后被相应的第一钢丝绳夹固定；

（5）将第三层十二根钢丝围绕着第二层钢丝进行环形排布，从卡绳器开始，依次穿过大L板二中间孔、十二丝扭转块中心孔、最后被相应的第一钢丝绳夹固定；

(6) 第一组钢丝螺旋接触机构上的旋转盘旋转，将第二层六根钢丝扭转，紧接着第二电动缸动作，将推盘一压下，从而张紧第二层六根钢丝；

（7）第二组钢丝螺旋接触机构上的旋转盘旋转，将第三层钢丝扭转，紧接着电动缸二动作，将推盘二压下，从而张紧第三层钢丝；至此，共计十九根丝分三层已全部加载完毕，其中有两种测试方法，包括A、绷直状态下进行摩擦磨损测试，B、钢丝绳股围包在滚筒上进行摩擦磨损测试，其中，绷直状态下进行摩擦磨损测试包括以下子步骤：

A1、调节各杠杆支点，改变张紧每根钢丝的张紧力；

A2、第一电动缸动作，带动中心钢丝微动；

A3、双向滚珠丝杠移动副动作，将捻制后的钢丝绳股夹紧，对捻制后的钢丝绳股施加径向力；

如果需要对加载在滚筒主体上的钢丝绳股进行测试，则通过如下子步骤；

B1、调节各杠杆支点，改变张紧每根钢丝的张紧力；

B2、第三电动缸动作，滚筒主体顺着竖向滑槽向上滑动，与钢丝绳股接触，钢丝绳股嵌入滚筒主体的弧形绳槽内；

B3、舵机工作，将U形框绕着旋转轴旋转一定角度；

B4、两个电动推杆动作，将水平绷直的钢丝绳股沿着滚筒主体围包，旋转角度最大为90°；

B5、第一电动缸动作，带动中心钢丝微动；

B6、激振器工作，使得滚筒主体与钢丝绳股之间产生高频震动；

通过各钢丝接头处的拉、压力传感器就可以测得每根钢丝所受到的实际拉力，第一步进电机处的编码器可测得中心钢丝旋转的角度，扭矩传感器可测得中心钢丝所受到得扭矩大小。

有益效果：

本发明可以模拟钢丝绳内部多丝螺旋接触状态并可以在此基础上对研究钢丝绳内部的摩擦行为，主要优点有。

第一．真实得模拟了钢丝绳内部多丝螺旋接触的状态，并能够对钢丝绳内部多丝摩擦行为进行测试研究。

第二．可以模拟钢丝绳内部双层或三层的螺旋接触结构，并在此基础上对钢丝绳股进行径向力加载，进行摩擦行为测试研究。

第三．可以模拟钢丝绳股缠绕在滚筒上时的状态，并对该状态下钢丝绳内部多层多根钢丝进行摩擦行为研究。

第四．结构简单，功能可靠。

附图说明

图1为发明专利结构的主视图；

其中；1、工作台台面；2、旋转编码器；3、第一步进电机；4、第二电动缸；5、扭矩传感器；6、推杆一；7、第二钢丝绳夹；8、推盘一；9、六个二连杆；10、滑盘一；11、杠杆支点；12、滑动底杆；13、六边形框架；（14，21，25 E，71）、拉、压力传感器；15、第一钢丝绳夹；16、从动齿轮一；17、推杆二；18、推盘二；19、十二边形框架；20、十二滑轮组；22、十二根钢丝的第二钢丝绳夹；24、倒L形立柱；25、双向滚珠丝杠移动副；26、长悬臂；27、电动推杆；28、卡绳器；29、第一电动缸；30、长底板；31、滚筒主体；32、轴承座一；33、大L板二34、从动齿轮二；35、滚动轴承；36、六滑轮组底座；37、小L板二；38、第三步进电机；39、滑盘二；40、两个小滚轮二；41、第一L形板；42、从动齿轮一；43、小L板一；44、第二步进电机；45、两个小滚轮一；46、横梁；47、型材立柱；

图2为六丝螺旋接触及加载机构主视图；

其中，48、六滑轮组；49、工作台对称立柱；50、杠杆；66、激振器；68、第一电动缸；

图3为滚筒自传及顶出结构主视图；

其中，（51，54）、滚筒半轴；52、U形框；53、竖向滑槽；55、滑块；56、舵机；57、第三电动缸；58、电动缸推板；67、传力杆；

图4为滚筒加载机构中长悬臂的转动示意图；

其中，59、支架；60、电动推杆底座；

图5为本发明钢丝绳股为两层钢丝时钢丝绳股与扭转块连接结构示意图；

其中，61、六丝扭转块；62、第二层钢丝；63、中心钢丝；

图6为本发明钢丝绳股为三层钢丝时钢丝绳股与扭转块连接结构示意图；

其中，64、十二丝扭转块；65、第三层钢丝；

图7为杠杆组结构的正等轴测图；

其中，15A、第一块板；15B、第二块板；15C第三块板；

图8为本发明与中心钢丝一端连接的扭转机构局部结构图；

其中，69、步进电机外框架；7A、夹板；7B、凹形夹具组件；7C、凸形夹具组件；

图9为本发明多丝螺旋接触结构示意图；

其中，36A、十二滑轮组底座一；36B、十二滑轮组底座二；70：第三钢丝绳夹；

图10为张紧机构传动结构示意图；

其中，73、长连杆；

图11为滚筒加载机构结构示意图；

其中，26A、第一长悬臂；26B、第二长悬臂；27A、第一电动推杆；27B、第二电动推杆；59A、第一支架；59B、第二支架；60A、第一电动推杆底座；60B、第二电动推杆固底座；72：卡绳器连接板；

图12为本发明中旋转驱动机构中从动齿轮与扭转块的连接结构示意图；

图13为本发明钢丝绳股径向力加载机构的结构示意图；

其中， 28A:提升环；28B:左壳体；28C:右壳体；28D:手柄；28E:卡楔；25A:步进电机；25B：法兰板；25C1：第一夹持臂；25C2：第二夹持臂；25D：双向滚珠丝杆；（25F1，25F2）：第二夹持臂单元。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

如图1-8，提升钢丝绳内部多丝性能测试装置，包括工作台、安置在工作台上的钢丝绳内部多丝螺旋接触机构、钢丝绳内部多丝加载机构和滚筒加载机构；

工作台包括四根型材立柱47、两根焊接在型材立柱之间的横梁46、由四根立柱支撑的工作台台面1、对称焊接在工作台上的立柱48、工作台一侧焊接的两根立柱、工作台上用于防止干涉的矩形孔。

本实施例中，中心钢丝拉、扭机构，用于对钢丝绳股内的中心钢丝进行扭转和拉力测试，所述中心钢丝的一端连接扭转机构，另一端连接中心钢丝拉力加载机构，其中，所述扭转机构包括与所述中心钢丝63的一端夹固连接的第二钢丝绳夹7、以及连接在第二钢丝绳夹7上且沿所述中心钢丝轴向串接的扭转传感器5、第一联轴器以及第一步进电机3，所述第一步进电机3为双出轴步进电机，双出轴的第一步进电机中其中一个输出端通过联轴器与旋转编码器连接，旋转编码器反馈出中心钢丝被转动的角度；

双出轴的第一步进电机3上的另外一个输出端通过联轴器与扭矩传感器5连接，第一步进电机固定在工作台的立柱上。

所述中心钢丝拉力加载机构包括与所述中心钢丝另一端夹固连接的第三钢丝绳夹70、以及连接在第三钢丝绳夹70上且沿所述中心钢丝轴向串接的拉、压力传感器以及第一电动缸29。

本实施例中，第一电动缸29为第一电动缸，能够模拟出钢丝在实际工况下所受到的微动载荷。

本实施例中，钢丝绳股包括三层，分别是中心钢丝、包覆在中心钢丝外部的第二层6根钢丝组以及包覆在第二层6根钢丝组外部的第三层12根钢丝组，相应的，钢丝螺旋接触机构包括两组，分别是第二层钢丝的螺旋接触机构和第三层钢丝的螺旋接触结构，其中，第二层钢丝的螺旋接触机构包括第二步进电机44、主动齿轮一42、从动齿轮一16、第二圈六根钢丝、第一L形板41、小L板一43、传动轴49、滚动轴承一50、六丝扭转块61、卡绳器28、六滑轮组51、六滑轮底座52、第一钢丝绳夹15、两个小滚轮一45、滑盘一10，第二步进电机44输出轴通过联轴器与传动轴49连接，传动轴通过平键与主动齿轮一42连接，主动齿轮一42与从动齿轮一16啮合，六丝扭转块61用燕尾槽嵌在从动齿轮一16中间，从动齿轮一16内部安装滚动轴承一50，滚动轴承安装在第一L形板41上端伸出的短轴之上，第一L形板41短轴的中间开通孔，使得多根钢丝能够无阻碍得穿过第一L形板41，从动齿轮一16的转动带动镶嵌在其内部的六丝扭转块61，六滑轮底座52通过螺钉与从动齿轮一16端面固定连接，六滑轮组51通过螺钉与六滑轮底座53连接，钢丝绳股一端被卡绳器28固定，另一端穿过第一L形板41通孔，其中，第二层的六根钢丝再穿过六丝扭转块61内特制的孔，然后六根钢丝分不同高度绕过各滑轮48，与相应的第一钢丝绳夹15连接，六丝扭转块61的转动带动六根钢丝的扭转，模拟出钢丝绳股上第二层六根钢丝的螺旋接触工况，两个小滚轮一45通过螺栓与工作台台面1连接，两个小滚轮一45充当整个六丝螺旋接触机构的旋转支撑，第一钢丝绳夹15与杠杆52连接，每根钢丝与一个第一钢丝绳夹15固定连接，第二步进电机44通过螺栓固定连接在小L板一43上，小L板一43用螺栓与工作台台面1连接，从而将第二步进电机44固定在工作台台面1上，第二步进电机44用来提供使得钢丝扭转的驱动力矩。

第二层钢丝的螺旋接触机构中的加载机构包括：六边形框架13、杠杆50、杠杆支点11、滑动底杆12、二连杆9、滑盘一10、推盘一8、第二电动缸4、电动缸推杆一6以及电动缸底板一66，其中，六个滑轮48通过螺钉固定在六滑轮底盘36上，六滑轮底盘36通过螺钉与从动齿轮一16连接固定，六滑轮组48与六滑轮底盘36充当第二层钢丝62的分散装置，将第二层的六根钢丝分散后，通过对应的钢丝夹具夹持固定；

第一钢丝绳夹15通过螺钉与各杠杆的一端固定连接，杠杆19被杠杆支点11支撑，杠杆支点11扣在滑动底杆12上，杠杆支点11可以沿着滑动底杆12移动，改变力臂长短，滑动底杆12通过螺栓固定在六边形框架13上，所述杠杆支点11上设有锁紧螺钉，杠杆支点11可以在滑动底杆12的任意位置锁紧停留，即六个杠杆组均架设在六边形框架13上，六边形框架13与滑盘一10通过多个螺钉固定连接，滑盘一10的下端被两个小滚轮一45支撑，两个小滚轮一45通过螺柱被固定在工作台台面1上，三根长连杆一端被焊接在从动齿轮一16端面上，另一端被焊接在滑盘一10底部，起到固定各部分的作用，六根二连杆9的一端与推盘一8固定连接，另一端则在滑盘一10上的六个矩形通孔中滑动，当推盘一8向滑盘一10施加压力时，六根二连杆9在滑盘的矩形孔中滑动部分将会以相同的速度向前推出，六根二连杆9的推出端会与六根杠杆50接触，给六根杠杆50提供驱动力，第二电动缸4被螺栓固定在电动缸底板一上，电动缸底板一66 被螺柱固定在工作台中间对称布置的立柱上，第二电动缸4通过外螺纹与电动缸推杆一6连接，第二电动缸4带动电动缸推杆一6向前推动压盘，推盘一8使得六根二连杆9在滑盘一10上滑动伸出，从而压下六根杠杆50的一端，再通过杠杆支点11的作用将力传递到六根杠杆50的另一端，最后再过六个第一钢丝绳夹15夹持各根钢丝达到张紧各根钢丝的目的，通过改变第二电动缸4的伸出长度来模拟钢丝在实际工况下所受的不同大小的载荷，通过杠杆支点11在滑动底杆12上的移动来改变杠杆19上力臂的大小从而模拟出实际工况下各根钢丝绳股承受不同的载荷所受到的不同程度的摩擦磨损。

第三层钢丝的螺旋接触机构与第二层钢丝的螺旋接触机构的结构相同，在此不再赘述。

作为本发明技术方案的进一步优选，本实施例中还包括滚筒加载机构，用于模拟实际生产中钢丝绳股缠绕在滚筒上所产生的摩擦磨损，包括两个电动推杆27、支架59、长悬臂26、卡绳器28、轴承座32、舵机56、滚筒主体31、两根滚筒半轴54、两根滚筒半轴51、U形框52、第三电动缸57、两个滑块55、激振器66、第二电动缸附属推板58、长底板30，四个支架59通过螺栓两两固定在工作台台面1上，且以被测钢丝绳股为中线对称布置，两个相邻的支架59侧边连接固定一个电动推杆底座60，两个电动推杆27的底部与电动推杆底座60连接，电动推杆27的伸出端通过螺栓与长悬臂26中部连接，当电动推杆27做伸缩运动时，长悬臂26的顶端沿着圆弧轨迹运动，卡绳器28固定在长底板30上，长底板30与两根长悬臂26连接，前述部分可实现钢丝绳股绕着滚筒31实现围包，滚筒主体31通过两根滚筒半轴（54）与竖向滑槽53上的滑块55连接，滑块55可竖向滑槽53上移动，竖向滑槽53被固定在U形框52的内侧，U形框52通过两根滚筒半轴51被悬空，一根滚筒半轴51的一端与轴承支座连接，另一根滚筒半轴51与舵机56通过螺钉连接，两根滚筒半轴51的另一端均与U形框52的外侧通过螺栓连接，前述部分可实现滚筒31整体的旋转，U形框52的底部通过螺栓固定住第三电动缸57，第三电动缸57的出轴通过外螺纹与第三电动缸57推板连接，第三电动缸57可推动滚筒主体31在U形框52内侧的竖向滑槽53上进行滑动，前述部分可实现滚筒31的顶出与缩回；

第一步进电机3安装在电机外框架上，电机外框架与工作台台面1的立柱通过双头螺柱固定连接，同时编码器2与电机床框架的顶部固定连接，第一步进电机3的一端与编码器2连接，以便测定中心钢丝被扭转的角度；

每根钢丝被夹具夹持时都连接有相应的拉、压力传感器，中心钢丝的拉、压力传感器71一端与第三钢丝绳夹70连接，另一端与第一电动缸29连接，第二层钢丝61和第三层钢丝65的拉、压力传感器一端与杠杆50一端连接，另一端与每根钢丝对应的夹具连接，总共十九根钢丝都配有相应的拉、压力传感器，当钢丝被施加载荷时，每个拉、压力传感器都可以实时反馈出每根钢丝所受到的拉力值，能够全面得监测各根钢丝的状态。

第二层钢丝61和第三层钢丝65的引出端都设置有滑轮，滑轮使得每根钢丝被引出后方便由钢丝夹具夹持，此外，由于设置了滑轮，对每根钢丝施加的载荷可以几乎没有损耗地往下传递；

中心钢丝63的一端被第一电动缸29施加微动载荷，第一电动缸29可以做毫米级别的往复振动，由于所需振动的频率高、振幅小，故对所采用的电动缸的要求较高。

激振器66通过螺栓被固定在U形框52的内侧底部，激振器66的输出轴通过传力杆67与滚筒半轴54连接，钢丝绳股围包在滚筒主体31上，激振器66给予滚筒主体31激励，以此来模拟实际工况下，钢丝绳卷绕在滚筒上，滚筒与钢丝绳之间的微动，从而更加真实得模拟出钢丝绳在卷绕于滚筒上时，两者之间产生微动后，钢丝绳内部各丝之间的摩擦磨损状态；

滑盘一10和滑盘二39的上表面都设置了矩形孔和滑槽，二连杆9的第二段插入到相应的矩形孔中，并且在滑槽中进行滑动，二连杆的第二段设计得比矩形通孔的长度长一些，当二连杆的第二段被推出矩形孔后与杠杆50的一端接触，从而将力传递到杠杆50部分，且由于滑盘及连杆9各部分对称布置，故推力能够被均匀得分配到各根钢丝，再通过调节各杠杆支点11来调节给各根钢丝施加得不同载荷，从而模拟出实际工况下钢丝绳内部各根钢丝所受的不同载荷；

除了第二钢丝绳夹7，其余用于夹持钢丝的夹具均由三块板组成，其中最大的一块板为L形板15A，中部加工有沉孔，沉头螺钉连接该L形板15A和拉、压力传感器14，第二块板15B起到钢丝的对中作用，将钢丝夹紧在第二块板15B和第三块板15C中间，钢丝中心对准沉孔中心，使得拉、压力传感器14采集的数据更为准确，三块板通过四个螺栓固定，同时待测钢丝被夹紧在第二块板15B和第三块板15C之间；

作为本发明技术方案的一个优选实施例，第二钢丝绳夹7由三部分组成，包括凸形夹具组件7C、凹形夹具组件7B、夹板7C，凸形夹具组件7C一端与扭矩传感器5连接，另一端与凹形夹具组件7B连接，凹形夹具组件7B的表面设有用于嵌入凸形夹具组件7C的方形凹槽，凸形夹具组件7C和凹形夹具组件7B侧面均开有通孔，当凸形夹具组件7C嵌入凹形夹具组件7B中后，用螺栓将二者连接紧固，所述夹板7A和在凹形夹具组件7B将中心钢丝63夹紧，并用螺钉紧固连接.

工作台的前端焊接了两根倒L形的立柱24，承载板的两端与两根倒L形的立柱24通过螺栓固定连接，双向滚珠丝杠移动副25通过螺栓固定在承载板的下表面，双向滚珠丝杠移动副25的两个滑块上通过螺钉固定有直线滑台附属结构，双向滚珠丝杠移动副25的两个滑块相向移动，使得两个直线滑台附属结构相向移动，直线滑台附属结构的内侧加工有半弧形压紧槽，半弧形压紧槽的直径比被测钢丝绳股的直径略小，双向滚珠丝杠移动副25工作时，两个直线滑台附属结构相对移动，两个半弧形压紧槽及将钢丝绳股在中间压紧，该结构模了钢丝绳内部绳股与绳股间的作用力，用压紧槽给钢丝绳股施加载荷模拟其余绳股对钢丝绳股施加的作用力，直线滑台附属结构上连接有拉、压力传感器，布置了四个，一边两个，可以通过拉、压力传感器测得该结构对钢丝绳股的压力，从而使得对钢丝绳股施加的载荷可控、可调、准确。

本发明中，滚筒主体31的宽度和直径设计得较小，并将其设计为半圆型，以便节省材料，节约空间，滚筒主体的内部中空，从而达到减轻重量的目的，滚筒主体31的半圆形表面上加工有弧形的绳槽，钢丝绳沿着绳槽围包，以此来模拟钢丝绳在滚筒上缠绕时卡在绳槽内的状态；

所述第一钢丝绳夹包括三块板，分别是第一块板、第二块板和第三块板，其中，第一块板为L形板，L形板中部加工有沉孔，沉头螺钉连接该L形板和所述拉、压力传感器，第二块板起到钢丝的对中作用，钢丝被夹紧在第二块板和第三块板中间，钢丝中心对准沉孔中心，三块板通过螺栓固定。

所述第二钢丝绳夹和第三钢丝绳夹结构相同，均包括凸形夹具组件、凹形夹具组件和夹板，其中，凸形夹具组件一端与第一扭矩传感器连接，另一端与凹形夹具组件连接，凹形夹具组件的表面设有用于嵌入凸形夹具组件的方形凹槽，凸形夹具组件和凹形夹具组件侧面均开有通孔，当凸形夹具组件嵌入凹形夹具组件中后，用螺栓将二者连接紧固，所述中心钢丝夹固在所述夹板和凹形夹具组件之间。

本发明提升钢丝绳内部多丝性能测试装置的试验步骤如下：

（1）将中心钢丝63一端固定于与第一电动缸29连接的第三钢丝绳夹70上，另一端穿过卡绳器28、大L板二33、十二丝扭转块64中心孔、十二边形框架19、第一L形板41、六丝扭转块（61）中心孔、六边形框架（13），最后固定在第一步进电机3端的第二钢丝绳夹7上；

（2）第一步进电机3工作，扭转中心钢丝63；

（3）将第二层61和第三层钢丝65按照内外层序相互紧靠着穿过卡绳器28中心孔，并进行预拉紧，使得两层钢丝都被一端固定住，不产生滑移；

（4）将第二层六根钢丝61围绕着中心钢丝63进行环形排布，从卡绳器28开始，依次穿过大L板二33中间孔、十二丝扭转块64中心孔、十二边形框架19内部、第一L形板42中间孔、六丝扭转块61中心孔、最后被相应的钢丝夹具夹持固定；

（5）将第三层十二根钢丝65围绕着第二层钢丝61进行环形排布，从卡绳器28开始，依次穿过大L板二33中间孔、十二丝扭转块64中心孔、最后被相应的钢丝夹具夹持固定；

(6) 第二步进电机44动作，将第二层钢丝61扭转，紧接着第二电动缸4动作，将推盘一8压下，从而张紧第二层钢丝61；

（7）第三步进电机38动作，将第三层钢丝65扭转，紧接着电动缸二68动作，将推盘二18压下，从而张紧第三层65钢丝；

至此，共计十九根丝分三层已全部加载完毕，其中有两种测试方法，包括A绷直状态下进行摩擦磨损测试，B钢丝绳股围包在滚筒上进行摩擦磨损测试，其中，绷直状态下进行摩擦磨损测试包括以下子步骤：

A1、调节各杠杆支点11，改变张紧每根钢丝的张紧力；

A2、第一电动缸29动作，带动中心钢丝63微动；

A3、双向滚珠丝杠移动副25动作，将捻制后的钢丝绳股夹紧，对捻制后的钢丝绳股施加径向力；

如果需要对加载在滚筒主体31上的钢丝绳股进行测试，则通过如下子步骤；

B1、调节各杠杆支点11，改变张紧每根钢丝的张紧力；

B2、第三电动缸57动作，滚筒主体31顺着竖向滑槽53向上滑动，与钢丝绳股接触，钢丝绳股嵌入滚筒主体31的弧形绳槽内；

B3、舵机56工作，将U形框52绕着旋转轴51旋转一定角度；

B4、两个电动推杆27动作，将水平绷直的钢丝绳股沿着滚筒主体31围包，旋转角度最大为90°；

B5、第一电动缸29动作，带动中心钢丝63微动；

B6、激振器66工作，使得滚筒主体31与钢丝绳股之间产生高频震动；

通过各钢丝接头处的拉、压力传感器就可以测得每根钢丝所受到的实际拉力，第一步进电机3处的编码器2可测得中心钢丝63旋转的角度，扭矩传感器5可测得中心钢丝63所受到得扭矩大小。

本发明中，第一电动缸29所提供的振动频率可调，满足了中心钢丝63对不同振动频率的要求，由于电动缸的推力可调，可以满足给钢丝绳内部的多跟钢丝提供可调的张紧力。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而这些所有改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种提升钢丝绳内部多丝性能测试装置，包括工作台、以及设置在工作台上部的待测钢丝绳股，待侧钢丝绳股一端与设置在工作台一端的卡绳器卡固连接，另一端沿工作台长度方向水平悬空布置；

中心钢丝拉、扭机构，用于对钢丝绳股中中心钢丝进行扭转和拉力测试，所述中心钢丝的一端连接扭转机构，另一端连接中心钢丝拉力加载机构，其特征在于，还包括：

至少一组钢丝螺旋接触机构，用于对缠绕在所述中心钢丝外部的至少一层多根钢丝进行螺旋接触测试，多组钢丝螺旋接触机构在所述工作台上沿所述钢丝绳股轴向依次布置并且结构相同，均包括：

扭转块，套接在所述钢丝绳股外部，所述扭转块的内孔具有与所述钢丝绳股外轮廓相适的形状；

旋转盘，与所述扭转块套接固定，用于带动扭转块以及所述中心钢丝外部钢丝绕钢丝绳股自身轴线方向进行转动；

分散机构，设置在旋转盘的一侧表面上，用于对缠绕在所述中心钢丝外部的一层多根钢丝进行分散，包括：多个滑轮支撑单元，多个滑轮支撑单元设置在旋转盘的一侧表面，并沿所述旋转盘的盘面周向均匀布置，各个滑轮支撑单元的顶部分别设有一个滑轮，并且，多个滑轮处于不同的旋转平面，钢丝绳股上的一层钢丝组分散后分别绕过一个滑轮与一个第一钢丝绳夹固定连接，当旋转盘旋转后，一层多根钢丝可以实现多丝螺旋接触；

张紧机构，用于对分散后的多根钢丝的张紧力进行调节，包括：

多根杠杆，每根杠杆的一端通过拉、压力传感器与一个所述第一钢丝绳夹固定连接，杠杆另一端向一滑盘方向延伸，滑盘上对应每个杠杆分别设有通孔；

多边形筒形框架，同轴套接在所述待测钢丝绳股的外部，多边形筒形框架一端通过连接杆与一固定在所述旋转盘上的圆盘固定连接，另一端与所述滑盘固定连接；多边形筒形框架具有多个矩形表面，每个矩形表面上设有一个沿多边形筒形框架轴向延伸的滑杆，所述滑杆上滑动连接有杠杆支座，杠杆支座的顶端通过铰点与所述杠杆支撑连接，杠杆支座的底部与滑杆之间通过锁紧螺钉锁紧固定；

推盘，平行设置在所述滑盘另一侧，和滑盘之间通过二连杆机构连接，滑盘的盘面上对应每根杠杆的位置设有沿滑盘径向均匀分布的多个滑槽，所述二连杆机构穿过所述滑槽后能够与所述杠杆另一端传动连接；

第二电动缸，与所述推盘驱动连接，用于驱动所述推盘向所述滑盘方向平行移动，当第二电动缸驱动所述推盘向所述滑盘施加压力时，多根二连杆机构在滑盘的滑槽中以相同的速度向滑盘中心移动，进而推动多根杠杆的端部，再通过杠杆支点的作用将力传递到杠杆的另一端，最后再通过所述第一钢丝绳夹对各根钢丝实现张紧；

还包括滚筒加载机构，用于模拟实际生产中钢丝绳股缠绕在滚筒上所产生的摩擦磨损，包括：

一滚筒主体，设置在所述工作台的一端，滚筒主体具有与所述待测钢丝绳股相接触的弧形表面，滚筒主体的左、右两端分别通过滚筒半轴、以及滑块与一U形框滑动连接，所述U形框的两侧内壁上设有供所述滑块导向移动的竖向滑槽，U形框的底部固定连接有第三电动缸，第三电动缸用于带动所述滚筒主体沿U形框的竖向滑槽上、下来回移动；

两个支架，以被测钢丝绳股为中线对称布置在所述工作台上，两个支架的顶部一端朝向钢丝绳股延伸方向分别与一根长悬臂的一端铰接，两根长悬臂的悬空端之间连接有长底板，所述长底板上安装固定所述卡绳器；

每个支架底部一侧，位于所述支架和长悬臂中部之间设有一个电动推杆，当电动推杆做伸缩运动时，长悬臂的悬空端沿着圆弧轨迹运动；

U形框的两侧外壁分别与一根滚筒半轴固定连接，其中一根滚筒半轴的一端与轴承支座连接，另一根滚筒半轴与舵机连接；

所述U形框的底部一侧设有竖向激振器，竖向激振器的输出轴通过传力杆与滚筒主体左、右两侧的任一滚筒半轴连接，以模拟实际工况下，钢丝绳股卷绕在滚筒主体上时滚筒主体与钢丝绳股之间的微动。

2.根据权利要求1所述的提升钢丝绳内部多丝性能测试装置，其特征在于，所述扭转机构包括与所述中心钢丝的一端夹固连接的第二钢丝绳夹、以及连接在第二钢丝绳夹上且沿所述中心钢丝轴向串接的第一扭转传感器、第一联轴器以及第一步进电机，所述第一步进电机为双出轴步进电机，双出轴第一步进电机端通过联轴器与旋转编码器连接，旋转编码器反馈出中心钢丝被转动的角度，双出轴的第一步进电机另一端通过联轴器与扭矩传感器连接，第一步进电机固定在工作台的立柱上；

所述中心钢丝拉力加载机构包括与所述中心钢丝另一端夹固连接的第三钢丝绳夹、以及连接在第三钢丝绳夹上且沿所述中心钢丝轴向串接的拉、压力传感器以及第一电动缸。

3.根据权利要求1所述的提升钢丝绳内部多丝性能测试装置，其特征在于，还包括对所述旋转盘进行驱动的旋转驱动机构，所述旋转驱动机构包括：第二步进电机、主动齿轮、从动齿轮、联轴器、轴承座以及第一L形板，其中，第二步进电机输出轴依次通过联轴器、传动轴与主动齿轮传动连接，主动齿轮与从动齿轮啮合；

所述从动齿轮的轴心处设有用于嵌设所述扭转块的燕尾槽、以及位于所述燕尾槽后部的用于安装轴承的轴承安装孔，所述轴承的外圈安装在所述轴承安装孔内，轴承内圈通过健与一短轴连接，短轴的另一端与所述第一L形板上端固定连接，所述短轴的中间设有供多根钢丝无阻碍穿过的通孔；

从动齿轮的一侧端面上固定连接多个滑轮支撑单元，滑轮支撑单元的顶部连接有滑轮。

4.根据权利要求1所述的提升钢丝绳内部多丝性能测试装置，其特征在于，滑盘的盘面上设有矩形滑槽，所述二连杆机构的第二段插入到相应的矩形滑槽中，并且在矩形滑槽中进行滑动，二连杆的第二段长度比所述矩形滑槽的长度长，当二连杆的第二段被推出矩形滑槽后与杠杆的一端接触，从而将力传递到杠杆部分，再通过调节各杠杆支点来调节各根钢丝施加得不同载荷，从而模拟出实际工况下钢丝绳股内部各根钢丝所受的不同载荷。

5.根据权利要求1所述的提升钢丝绳内部多丝性能测试装置，其特征在于，所述滚筒主体的内部中空，滚筒主体上与所述待测钢丝绳股相接触的弧形表面上加工有弧形的绳槽。

6.根据权利要求1所述的提升钢丝绳内部多丝性能测试装置，其特征在于：还包括钢丝绳股径向力加载机构，用于对钢丝绳股实现径向力加载，包括：

双向滚珠丝杠移动副，固定在工作台上部，包括：双向滚珠丝杠、安装在所述双向滚珠丝杠上的第一移动副和第二移动副，其中，第一移动副和第二移动副相向移动，第一移动副上连接有第一夹臂，第二移动副上连接有第二夹臂，所述第一夹臂和第二夹臂沿所述钢丝绳股中心对称设置；

第一夹臂的末端和第二夹臂的末端分别设有半弧形压紧槽，两个半弧形压紧槽将所述钢丝绳股压紧夹持。

7.根据权利要求6所述的提升钢丝绳内部多丝性能测试装置，其特征在于：所述第一夹臂和第二夹臂结构相同，均包括：前夹臂、后夹臂以及连接在前夹臂和后夹臂之间的拉、压力传感器，其中，所述前夹臂与移动副固定连接，后夹臂的末端设有所述半弧形压紧槽。

8.一种基于权利要求1~7中任一所述提升钢丝绳内部多丝性能测试装置的试验步骤，其特征在于，所述钢丝绳股包括三层，分别是中心钢丝、包覆在中心钢丝外部的第二层6根钢丝组以及包覆在第二层6根钢丝组外部的第三层12根钢丝组，相应的，钢丝螺旋接触机构包括两组，分别是第二层钢丝的螺旋接触机构和第三层钢丝的螺旋接触结构，包括如下几个步骤：

（1）将中心钢丝一端固定于与第一电动缸连接的第三钢丝绳夹上，另一端穿过卡绳器、大L板二、十二丝扭转块中心孔、十二边形框架、第一L形板、六丝扭转块中心孔、六边形框架，最后固定在第一步进电机端的第二钢丝绳夹上；

（2）第一步进电机工作，扭转中心钢丝；

（3）将第二层和第三层钢丝按照内、外层相互紧靠着穿过卡绳器中心孔，并进行预拉紧，使得两层钢丝都被一端固定住，不产生滑移；

（4）将第二层六根钢丝围绕着中心钢丝进行环形排布，从卡绳器开始，依次穿过大L板二中间孔、十二丝扭转块中心孔、十二边形框架内部、第一L形板中间孔、六丝扭转块中心孔、最后被相应的第一钢丝绳夹固定；

（5）将第三层十二根钢丝围绕着第二层钢丝进行环形排布，从卡绳器开始，依次穿过大L板二中间孔、十二丝扭转块中心孔、最后被相应的第一钢丝绳夹固定；

(6) 第一组钢丝螺旋接触机构上的旋转盘旋转，将第二层六根钢丝扭转，紧接着第二电动缸动作，将推盘一压下，从而张紧第二层六根钢丝；

（7）第二组钢丝螺旋接触机构上的旋转盘旋转，将第三层钢丝扭转，紧接着电动缸二动作，将推盘二压下，从而张紧第三层钢丝；至此，共计十九根丝分三层已全部加载完毕，其中有两种测试方法，包括A、绷直状态下进行摩擦磨损测试，B、钢丝绳股围包在滚筒上进行摩擦磨损测试，其中，绷直状态下进行摩擦磨损测试包括以下子步骤：

A1、调节各杠杆支点，改变张紧每根钢丝的张紧力；

A2、第一电动缸动作，带动中心钢丝微动；

A3、双向滚珠丝杠移动副动作，将捻制后的钢丝绳股夹紧，对捻制后的钢丝绳股施加径向力；

如果需要对加载在滚筒主体上的钢丝绳股进行测试，则通过如下子步骤；

B1、调节各杠杆支点，改变张紧每根钢丝的张紧力；

B2、第三电动缸动作，滚筒主体顺着竖向滑槽向上滑动，与钢丝绳股接触，钢丝绳股嵌入滚筒主体的弧形绳槽内；

B3、舵机工作，将U形框绕着旋转轴旋转一定角度；

B4、两个电动推杆动作，将水平绷直的钢丝绳股沿着滚筒主体围包，旋转角度最大为90°；

B5、第一电动缸动作，带动中心钢丝微动；

B6、激振器工作，使得滚筒主体与钢丝绳股之间产生高频震动；

通过各钢丝接头处的拉、压力传感器就可以测得每根钢丝所受到的实际拉力，第一步进电机处的编码器可测得中心钢丝旋转的角度，扭矩传感器可测得中心钢丝所受到得扭矩大小。

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