CN111103159A

CN111103159A - 一种摩擦式矿井提升机试验台

Info

Publication number: CN111103159A
Application number: CN201911408121.9A
Authority: CN
Inventors: 黄家海; 落财秀; 郝惠敏; 王文庆; 宋字宇
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2020-05-05
Anticipated expiration: 2039-12-31
Also published as: CN111103159B

Abstract

本发明公开了一种摩擦式矿井提升机试验台，所述试验台包括固定底板、2个激光位移传感器、2个三轴加速度传感器、2个提升容器、2个行程保护装置、2个张力传感器、固定上天轮、保持架、钢丝绳、可调下天轮、摩擦卷筒、高速摄像机、支撑架、运行控制装置、电机台、电磁抱闸、伺服电动机、联轴器、传动轴以及摄像机架，该试验台采用相似理论和模型试验方法，在正确映射模拟实际矿山生产中摩擦式矿井提升机的动力学特性的前提下，大大减小空间结构，方便试验研究，并且基于该试验台能够模拟紧急制动下如接触角等不同结构参数、以及运行速度、提升高度、载荷等运行参数对钢丝绳滑动特性、提升容器振动特性以及钢丝绳动张力的影响规律。

Description

一种摩擦式矿井提升机试验台

技术领域

本发明属于矿井提升机领域，具体涉及一种摩擦式矿井提升机试验台。

背景技术

矿井提升机作为矿山大型设备之一，是连接井下和地面的“媒介”，承担着矿产资源以及人员设备的运送工作，不但要求其具有良好的提升能力，还需有足够的安全性，摩擦式矿井提升机具有缠绕式矿井提升机无可比拟的优势，如体积小、运行速度快、提升能力强以及安全性能好等。但是，由于矿井提升机制动力矩不能直接对提升容器实施制动以及钢丝绳柔性传动特点，使得紧急制动过程中提升机的制动平稳性以及安全性受到极大挑战。而且，提升机在紧急制动时钢丝绳张力急剧增大，罐笼振动加剧，提升系统的动力学特性变得越来越复杂，所以矿井提升机的动力学特性一直是提升设备行业研究的焦点问题。

但由于矿山设备体积较大以及运行环境的多样复杂性，针对摩擦式矿井提升机动力学特性方面开展现场试验的难度性比较大，而且试验数据很容易受到多种现场环境因素的影响，从而难以把握主要参数对研究对象的影响规律。目前尚没有一种可以映射现实情况的摩擦式矿井提升机试验台，该试验台需要模拟紧急制动条件下提升系统的动力学特性，包括钢丝绳的滑动特性、提升容器的振动特性以及钢丝绳的动张力等，以提高紧急制动过程中提升机的制动平稳性以及安全性。

发明内容

本发明针对现有摩擦式矿井提升机的不足，提供一种摩擦式矿井提升机试验台，采用相似理论和模型试验方法，在能够正确映射模拟实际矿山生产中摩擦式矿井提升机的动力学特性的前提下，大大减小空间结构，方便试验研究，并且基于该试验台能够模拟紧急制动下如接触角等不同结构参数、以及运行速度、提升高度、载荷等运行参数来分析对钢丝绳滑动特性、提升容器振动特性以及钢丝绳动张力的影响规律。

本发明的技术方案如下：

一种摩擦式矿井提升机试验台，包括固定底板1、2个激光位移传感器2、2个三轴加速度传感器3、2个提升容器4、2个行程保护装置5、2个张力传感器6、固定上天轮7、保持架8、钢丝绳9、可调下天轮10、摩擦卷筒11、高速摄像机12、支撑架13、运行控制装置14、电机台15、电磁抱闸16、伺服电动机17、联轴器18、传动轴19以及摄像机架20；其中，摩擦卷筒安装在支撑架上；固定上天轮和可调下天轮均安装在保持架上；钢丝绳绕过摩擦卷筒、固定上天轮以及可调下天轮后，其两端分别与2个提升容器连接；2个激光位移传感器分别固定在2个提升容器的下表面上；2个三轴加速度传感器通过磁力分别吸附于提升容器底部的内表面上；张力传感器固定在保持架上；行程保护装置安装在保持架内侧；高速摄像机安装在摄像机架上，并使其镜头对准钢丝绳与摩擦卷筒的接触部分；伺服电动机安装在电机台上，电磁抱闸安装在伺服电动机轴的末端，伺服电动机通过联轴器与传动轴连接，传动轴与摩擦卷筒采用键连接方式连接；电机台、保持架和支撑架均通过螺栓固定在固定底板上；所述的固定底板为开有螺纹孔的矩形平板；所述的保持架由矩形型材焊接形成；所述的支撑架为带有筋板的L型铸件；所述的摩擦卷筒包括左侧半摩擦卷筒22、右侧半摩擦卷筒24、摩擦衬垫23及橡胶垫21，左侧半摩擦卷筒和右侧半摩擦卷筒均为圆柱体，圆柱体的一个表面为与圆柱体同心的圆形凸台，另一个表面为与圆柱体同心的圆形凹台；摩擦衬垫为圆环形，其外表面开有半圆弧形凹槽；左侧半摩擦卷筒和右侧半摩擦卷筒的凸台侧相对，橡胶垫置于左侧半摩擦卷筒和右侧半摩擦卷筒之间，摩擦衬垫置于左侧半摩擦卷筒和右侧半摩擦卷筒之间的空隙中，摩擦衬垫和橡胶垫均靠左侧半摩擦卷筒和右侧半摩擦卷筒的挤压作用固定；

所述的保持架，包括2个长立柱、2个短立柱、8个第I横梁及3个第II横梁；长立柱、短立柱、第I横梁和第II横梁均为长方形型材，长立柱与短立柱横截面相同，长立柱较短立柱长；2个长立柱与2个短立柱均平行竖直立于固定底板上，并分别由3个角码在3个面上与固定底板固定，2个长立柱之间由2个第II横梁连接，2个短立柱之间由1个第II横梁连接，长立柱与短立柱之间分别通过4个第I横梁连接；

所述的固定上天轮与可调下天轮分别穿在2个支撑轴31上，支撑轴的两端分别由2个拆分式轴承座37固定，拆分式轴承座由上轴承座27和下轴承座28组成，上轴承座和下轴承座分别采用短六角头螺栓26和长六角头螺栓25固定在保持架的2个长立柱和2个短立柱的上部，上轴承座和下轴承座之间采用内六角螺钉29固定连接，与支撑轴31相配合的轴承为深沟球轴承30；可调下天轮所对应保持架上均匀分布螺栓孔32，且其分布间距与接触角的调节范围相关；

所述的提升容器内表面底部设有多组圆饼状载荷块33，载荷块由一根焊接在底部的螺纹杆35和锁紧螺母34组成，每个载荷块中心线处开有通孔与夹持装置进行配合，以保持提升与下放过程中提升容器的稳定状态；

所述的行程保护装置位于保持架内侧，当提升容器超出警戒高度时，行程保护装置发送信号给运行控制装置，运行控制装置产生相应的控制指令并发送给伺服电动机控制器以及电磁抱闸实现紧急制动；

所述的运行控制装置14包括PC和同时具有数据采集和指令控制的控制器dSpace，控制器dSpace的另一端分别和三轴加速度传感器、激光位移传感器、张力传感器、以及伺服电动机控制器相连接，在实验过程中PC可以通过控制器dSpace单独或者同时对各执行设备发送指令信号，以对提升系统特定位置的动力学相关数据进行采集；

所述的摩擦式矿井提升机试验台为单绳摩擦拖曳，伺服电机转向的不同对应着提升容器的提升与下放；在实验过程中，三轴加速度传感器用来测量提升容器在运行过程中以及制动过程中的加速度变化情况；激光位移传感器用来测量提升容器在制动过程中的位移变化情况；张力传感器可以实时采集钢丝绳的动张力数据；高速摄像机可以采集在制动过程中钢丝绳与位于摩擦卷筒上的摩擦衬垫之间的滑动图像。

所述的可调下天轮通过调整其在保持架上的高度来调节钢丝绳与摩擦卷筒之间的接触角，且接触角的变化范围为180°-190°。

所述的提升容器通过添加载荷块来模拟不同的提升负载和下放负载。

所述的提升容器提升与下放的高度小于等于15m。

所述的提升容器提升与下放的速度为1.0m/s-1.7m/s。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明在结构以及参数设计上运用了相似原理，具体表现在：在提升机主要提升结构，包括摩擦卷筒、固定上天轮以及可调下天轮的外形结构和空间布置上运用了几何相似；在提升过程中涉及到的主要参数上运用了运动学相似和动力学相似。在整体运行过程中可以映射实际矿山生产中摩擦式矿井提升机的运行指标。

2、本发明的试验台与实际矿山生产中的摩擦式矿井提升机相比，具有整体空间体积小、结构简单、易于操作、便于维护的特点，而且在实验过程中可以在很大程度上减小矿井复杂环境对实验结果的影响，以便于研究主要参数对提升与下放过程中系统动力学特性的影响规律。

3、本发明所采用的制动系统由电磁抱闸对传动轴直接进行抱闸制动代替原有的液压制动系统制动，可以降低实验操作难度。

附图说明

图1为本发明一种摩擦式矿井提升机试验台的主视图；

图2为本发明一种摩擦式矿井提升机试验台的右视图；

图3为本发明摩擦卷筒结构示意图；

图4为本发明摩擦衬垫示意图；

图5为本发明拆分式轴承座结构示意图；

图6为本发明拆分式轴承座B-B剖视图；

图7为本发明拆分式轴承座C-C剖视图；

图8为本发明保持架螺栓孔分布图；

图9为本发明载荷块与夹持装置结构示意图；

图10为本发明载荷块示意图；

图11为本发明保持架结构示意图。

图中：1-固定底板，2-激光位移传感器，3-三轴加速度传感器，4-提升容器，5-行程保护装置，6-张力传感器，7-固定上天轮，8-保持架，9-钢丝绳，10-可调下天轮，11-摩擦卷筒，12-高速摄像机，13-支撑架，14-运行控制装置，15-电机台，16-电磁抱闸，17-伺服电动机，18-联轴器，19-传动轴，20-摄像机架，21-橡胶垫，22-左侧半摩擦卷筒，23-摩擦衬垫，24-右侧半摩擦卷筒，25-长六角头螺栓，26-短六角头螺栓，27-上轴承座，28-下轴承座，29-内六角螺钉，30-深沟球轴承，31-支撑轴，32-螺栓孔，33-载荷块，34-锁紧螺母，35-螺纹杆，36-角码，37-拆分式轴承座，38-长立柱，39-短立柱，40-第I横梁，41-第II横梁。

具体实施方式

以下结合附图介绍本发明详细技术方案：

如图1、图2所示，一种摩擦式矿井提升机试验台，包括固定底板1、2个激光位移传感器2、2个三轴加速度传感器3、2个提升容器4、2个行程保护装置5、2个张力传感器6、固定上天轮7、保持架8、钢丝绳9、可调下天轮10、摩擦卷筒11、高速摄像机12、支撑架13、运行控制装置14、电机台15、电磁抱闸16、伺服电动机17、联轴器18、传动轴19以及摄像机架20；其中，摩擦卷筒安装在支撑架上；固定上天轮和可调下天轮均安装在保持架上；钢丝绳绕过摩擦卷筒、固定上天轮以及可调下天轮后，其两端分别与2个提升容器连接；2个激光位移传感器分别固定在2个提升容器的下表面上；2个三轴加速度传感器通过磁力分别吸附于提升容器底部的内表面上；张力传感器固定在保持架上；行程保护装置安装在保持架内侧；高速摄像机安装在摄像机架上，并使其镜头对准钢丝绳与摩擦卷筒的接触部分；伺服电动机安装在电机台上，电磁抱闸安装在伺服电动机轴的末端，伺服电动机通过联轴器与传动轴连接，传动轴与摩擦卷筒采用键连接方式连接；电机台、保持架和支撑架均通过螺栓固定在固定底板上；所述的固定底板为开有螺纹孔的矩形平板；所述的保持架由矩形型材焊接形成；所述的支撑架为带有筋板的L型铸件。

如图3、图4所示，所述的摩擦卷筒包括左侧半摩擦卷筒22、右侧半摩擦卷筒24、摩擦衬垫23及橡胶垫21，左侧半摩擦卷筒和右侧半摩擦卷筒均为圆柱体，圆柱体的一个表面为与圆柱体同心的圆形凸台，另一个表面为与圆柱体同心的圆形凹台；摩擦衬垫为圆环形，其外表面开有半圆弧形凹槽；左侧半摩擦卷筒和右侧半摩擦卷筒的凸台侧相对，橡胶垫置于左侧半摩擦卷筒和右侧半摩擦卷筒之间，摩擦衬垫置于左侧半摩擦卷筒和右侧半摩擦卷筒之间的空隙中，摩擦衬垫和橡胶垫均靠左侧半摩擦卷筒和右侧半摩擦卷筒的挤压作用固定。

如图1和图11所示，所述的保持架，包括2个长立柱、2个短立柱、8个第I横梁及3个第II横梁；长立柱、短立柱、第I横梁和第II横梁均为长方形型材，长立柱与短立柱横截面相同，长立柱较短立柱长；2个长立柱与2个短立柱均平行竖直立于固定底板上，并分别由3个角码在3个面上与固定底板固定，2个长立柱之间由2个第II横梁连接，2个短立柱之间由1个第II横梁连接，长立柱与短立柱之间分别通过4个第I横梁连接。

如图5-图7、图1所示，所述的固定上天轮与可调下天轮分别穿在2个支撑轴31上，支撑轴的两端分别由2个拆分式轴承座37固定，拆分式轴承座由上轴承座27和下轴承座28组成，上轴承座和下轴承座分别采用短六角头螺栓26和长六角头螺栓25固定在保持架的2个长立柱和2个短立柱的上部，上轴承座和下轴承座之间采用内六角螺钉29固定连接，与支撑轴31相配合的轴承为深沟球轴承30；可调下天轮所对应保持架上均匀分布螺栓孔32，且其分布间距与接触角的调节范围相关。

如图1、图8所示，所述的行程保护装置位于保持架内侧，当提升容器超出警戒高度时，行程保护装置发送信号给运行控制装置，运行控制装置产生相应的控制指令并发送给伺服电动机控制器以及电磁抱闸实现紧急制动。如图9、图10所示，所述的提升容器内表面底部设有多组圆饼状载荷块33，载荷块由一根焊接在底部的螺纹杆35和锁紧螺母34组成，每个载荷块中心线处开有通孔与夹持装置进行配合，以保持提升与下放过程中提升容器的稳定状态。

如图2所示，所述的运行控制装置14包括PC和同时具有数据采集和指令控制的控制器dSpace，控制器dSpace的另一端分别和三轴加速度传感器、激光位移传感器、张力传感器、以及伺服电动机控制器相连接，在实验过程中PC可以通过控制器dSpace单独或者同时对各执行设备发送指令信号，以对提升系统特定位置的动力学相关数据进行采集；

所述的提升容器提升与下放的高度小于等于15m。

所述的提升容器提升与下放的速度为1.0m/s-1.7m/s。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种摩擦式矿井提升机试验台，其特征在于：包括固定底板(1)、2个激光位移传感器(2)、2个三轴加速度传感器(3)、2个提升容器(4)、2个行程保护装置(5)、2个张力传感器(6)、固定上天轮(7)、保持架(8)、钢丝绳(9)、可调下天轮(10)、摩擦卷筒(11)、高速摄像机(12)、支撑架(13)、运行控制装置(14)、电机台(15)、电磁抱闸(16)、伺服电动机(17)、联轴器(18)、传动轴(19)以及摄像机架(20)；其中，摩擦卷筒安装在支撑架上；固定上天轮和可调下天轮均安装在保持架上；钢丝绳绕过摩擦卷筒、固定上天轮以及可调下天轮后，其两端分别与2个提升容器连接；2个激光位移传感器分别固定在2个提升容器的下表面上；2个三轴加速度传感器通过磁力分别吸附于提升容器底部的内表面上；张力传感器固定在保持架上；行程保护装置安装在保持架内侧；高速摄像机安装在摄像机架上，并使其镜头对准钢丝绳与摩擦卷筒的接触部分；伺服电动机安装在电机台上，电磁抱闸安装在伺服电动机轴的末端，伺服电动机通过联轴器与传动轴连接，传动轴与摩擦卷筒采用键连接方式连接；电机台、保持架和支撑架均通过螺栓固定在固定底板上；所述的固定底板为开有螺纹孔的矩形平板；所述的保持架由矩形型材焊接形成；所述的支撑架为带有筋板的L型铸件；所述的摩擦卷筒包括左侧半摩擦卷筒(22)、右侧半摩擦卷筒(24)、摩擦衬垫(23)及橡胶垫(21)，左侧半摩擦卷筒和右侧半摩擦卷筒均为圆柱体，圆柱体的一个表面为与圆柱体同心的圆形凸台，另一个表面为与圆柱体同心的圆形凹台；摩擦衬垫为圆环形，其外表面开有半圆弧形凹槽；左侧半摩擦卷筒和右侧半摩擦卷筒的凸台侧相对，橡胶垫置于左侧半摩擦卷筒和右侧半摩擦卷筒之间，摩擦衬垫置于左侧半摩擦卷筒和右侧半摩擦卷筒之间的空隙中，摩擦衬垫和橡胶垫均靠左侧半摩擦卷筒和右侧半摩擦卷筒的挤压作用固定；

所述的固定上天轮与可调下天轮分别穿在2个支撑轴(31)上，支撑轴的两端分别由2个拆分式轴承座(37)固定，拆分式轴承座由上轴承座(27)和下轴承座(28)组成，上轴承座和下轴承座分别采用短六角头螺栓(26)和长六角头螺栓(25)固定在保持架的2个长立柱和2个短立柱的上部，上轴承座和下轴承座之间采用内六角螺钉(29)固定连接，与支撑轴(31)相配合的轴承为深沟球轴承(30)；可调下天轮所对应保持架上均匀分布螺栓孔(32)，且其分布间距与接触角的调节范围相关；

所述的提升容器内表面底部设有多组圆饼状载荷块(33)，载荷块由一根焊接在底部的螺纹杆(35)和锁紧螺母(34)组成，每个载荷块中心线处开有通孔与夹持装置进行配合，以保持提升与下放过程中提升容器的稳定状态；

所述的行程保护装置位于保持架内侧，当提升容器超出警戒高度时，行程保护装置发送信号给运行控制装置，运行控制装置产生相应的控制指令并发送给伺服电动机控制器以及电磁抱闸，实现紧急制动；

所述的运行控制装置(14)包括PC和同时具有数据采集和指令控制的控制器dSpace，控制器dSpace的另一端分别和三轴加速度传感器、激光位移传感器、张力传感器以及伺服电动机控制器相连接，在实验过程中PC可以通过控制器dSpace单独或者同时对各执行设备发送指令信号，以对提升系统特定位置的动力学相关数据进行采集；

所述的摩擦式矿井提升机试验台为单绳摩擦拖曳，伺服电机转向的不同对应着提升容器的提升与下放；在实验过程中，三轴加速度传感器用来测量提升容器在运行过程中以及制动过程中的加速度变化情况；激光位移传感器用来测量提升容器在制动过程中的位移变化情况；张力传感器可以实时采集钢丝绳的动张力数据；高速摄像机采集在制动过程中钢丝绳与位于摩擦卷筒上的摩擦衬垫之间的滑动图像。

2.根据权利要求1所述的一种摩擦式矿井提升机试验台，其特征在于：所述的可调下天轮通过调整其在保持架上的高度来调节钢丝绳与摩擦卷筒之间的接触角，且接触角的变化范围为180°-190°。

3.根据权利要求1所述的一种摩擦式矿井提升机试验台，其特征在于：所述的提升容器通过添加载荷块来模拟不同的提升负载和下放负载。

4.根据权利要求1所述的一种摩擦式矿井提升机试验台，其特征在于：所述的提升容器提升与下放的高度小于等于15m。

5.根据权利要求1所述的一种摩擦式矿井提升机试验台，其特征在于：所述的提升容器提升与下放的速度为1.0m/s-1.7m/s。