[发明专利]超深井多层缠绕钢丝绳与卷筒接触状态监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及超深井多层缠绕钢丝绳与卷筒接触状态监测装置及方法，用于研究超深井缠绕式提升机双折线多层缠绕钢丝绳与卷筒在钢丝绳承受动态载荷提升过程中钢丝绳对双折线卷筒表面和双折线卷筒挡板的动态接触应力。

背景技术

矿井提升机作为矿井必须的运输装备，它在生产过程中担负着提升矿物和升降人员、设备及材料等重任，是联系地面与井下的重要枢纽。在我国千米地层下的煤炭资源量占已探明煤炭储量的53％，因此，超深矿井的开采和运输受到广泛关注。超深矿井提升普遍采用立井多绳摩擦式提升系统和缠绕式提升系统两类，然而国内现有的多绳摩擦式提升机标准一般不推荐在深度超过1200米的情况下使用，对于缠绕式提升系统，采用单层缠绕方式，通过增加卷筒直径以及增加卷筒长度的方法来提高卷筒的钢丝绳容绳量，其作用有限，要大幅度地提高卷筒的钢丝绳容绳量，钢丝绳必须采用多层缠绕的方式。在多绳缠绕式提升系统中，我国《煤矿安全规程》规定卷筒上缠绕的钢丝绳层数在立井升降物料时为2层，而加拿大《Ontario Occupational Health and Safety Act》规定提升机卷筒上有螺旋绳槽时不得超过3层缠绕。缠绕式提升机的主要部件有主轴、卷筒(光面钢丝绳卷筒、螺旋线钢丝绳卷筒和双折线钢丝绳卷筒)、钢丝绳、提升容器、天轮和制动器等，钢丝绳一端固定并缠绕在提升卷筒上，另一端绕过天轮悬挂提升容器，利用卷筒正、反方向转动缠绕或放出钢丝绳，实现提升容器的升、降运动；多层缠绕中双折线钢丝绳卷筒(双折线卷筒绳槽由垂直于卷筒轴线的两直线段和与卷筒轴线成一定角度的两折线段交替相互连接组成)与其它卷筒相比，不但能缩小卷扬机构空间尺寸，而且能大幅延长钢丝绳寿命。因此，缠绕式提升机双折线卷筒作为提升机承受载荷和传递动力的关键部件，一旦发生失效断裂，将造成严重的经济损失和重大的人员伤亡。

矿井缠绕式提升机提升过程中，缠绕在卷筒上的提升钢丝绳循环地提升和下放提升容器，提升机的加速、匀速和减速特性和时变的悬垂钢丝绳长度导致立井提升系统的横向与纵向耦合振动特性，引起提升钢丝绳的动态载荷，进而导致缠绕于双折线卷筒上第一层缠绕钢丝绳与双折线卷筒表面以及不同缠绕层爬升段钢丝绳与双折线卷筒挡板之间的动态接触应力。钢丝绳在双折线卷筒上进行多层缠绕时，第一层缠绕钢丝绳在缠绕过程中对双折线卷筒表面产生的径向压力和不同缠绕层爬升段钢丝绳对双折线卷筒挡板产生的轴向推力将引起双折线卷筒及其卷筒挡板的变形、开裂甚至断裂等疲劳破坏，进一步影响提升机的使用寿命，甚至引发安全事故。因此，提出超深井缠绕式提升机双折线多层缠绕钢丝绳与卷筒动态接触状态监测装置及方法，用于探究超深井缠绕式提升过程中第一层缠绕钢丝绳对双折线卷筒表面及不同缠绕层爬升段钢丝绳对双折线卷筒挡板的动态接触应力，进一步对双折线卷筒疲劳损伤的失效机理和寿命预测具有重要的理论指导意义。

提升机卷筒相关的实验装置有：专利号CN201310398365.X公开了矿井提升机负载模拟液压加载试验装置，其所述装置是提升机主升机构的被试提升机卷筒通过其缠绕的钢丝绳与提升机负载模拟液压加载试验机构的陪试卷筒缠绕的钢丝绳连为一体，为被试提升机提供符合实际工况的连续负载和驱动力矩；专利号CN201410528414.1公开了一种超深矿井提升系统试验台及方法，具体涉及提升系统钢丝绳拉力、卷筒所受压力、提升容器所处位置的坐标等重要参数的检测；专利号为CN201520661617.8公开了一种卷筒应力测试装置，通过一套驱动装置，可以将驱动组件和加载组件作为通用件，适用于不同的卷筒应力测试。然而，上述专利都不能考虑钢丝绳动态加载下多层缠绕钢丝绳与卷筒和卷筒挡板的动态接触应力，

发明内容

发明目的：为了克服现有设备和技术的不足，本发明提供一种超深井多层缠绕钢丝绳与卷筒接触状态监测装置及方法，可以研究超深井缠绕式提升机双折线多层缠绕钢丝绳与卷筒在钢丝绳承受动态载荷提升过程中钢丝绳对双折线卷筒表面和双折线卷筒挡板的动态接触应力。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种超深井多层缠绕钢丝绳与卷筒接触状态监测装置，包括支撑系统、缠绕系统和动态加载监测系统、应力监测系统；

所述支撑系统包括底板、伺服电动缸支座，伺服电动缸支座固定在底板上；