CN108956186B - 立井提升天轮承载性能检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种立井提升天轮承载性能检测装置，包括钢丝绳、支撑轴承座、竖直基础、竖直侧液压加载装置、倾斜侧液压加载装置、定位板和水平基础，水平基础沿水平横向平行布置，定位板设置在水平基础的上表面，在水平基础的外侧对称立有竖直基础，支撑轴承座沿水平纵向横跨在竖直基础上，竖直侧液压加载装置和倾斜侧液压加载装置通过定位板安装在水平基础上，钢丝绳的两端头分别连接到竖直侧锁套和倾斜侧锁套中，能够对天轮在围包角范围内进行整体加载，模拟无负载、空载、重载、卡罐、二次装载等正常和极端工况，可以对天轮进行裂纹检测和强度校核，可以在服役前对不同直径、不同围包角的天轮进行统一的承载性能检测，结构简单，性能可靠。

Description

立井提升天轮承载性能检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种承载性能检测装置及方法，尤其是一种适用于矿山立井提升机的天轮承载性检测核装置及方法。

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。天轮主要由轮缘、辐条、轮毂组成，安装于井架顶部，用于支撑卷筒和提升容器之间的钢丝绳，主要用于钢丝绳导向和承载。作为一次性投入的大型基础设备，天轮承受立井提升机正常和极端工况下的载荷变化，应确保服役期内不发生变形、裂缝等严重事故，因而对其承载性能要求极为严格。同时，一旦发生变形、裂缝等承载性能下降工况，返修将会造成煤矿长时间中断提升运输，造成严重的经济损失。因此，在服役前，需要对天轮进行严格的承载性能检测。

目前，提升机天轮生产厂商众多，采用的制造工艺和生产标准不尽相同，而天轮的承载性能检测缺乏一个统一的装置。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，由此产生了不同直径、不同围包角天轮的立井摩擦提升机，导致对天轮的承载性能检测难以采用统一的装置，而针对不同规格的天轮分别搭建检测装置，会产生较高的建造和运营成本。当前，天轮的出厂检测，主要进行空转测试，不对天轮进行施加负载。评判天轮的承载性能，主要基于辐条横截面形状尺寸、辐条数量、轮缘横截面形状尺寸等因素依靠经验判断，不能够真实有效地反映天轮的承载性能。

目前，针对天轮的检测研究主要集中在对现役矿井进行检测，专利号为ZL201220254577.1公开的天轮监测装置能够检测天轮轴承、轴瓦温度及天轮偏摆量；专利号为ZL 201320455374.3公开的天轮轴温度在线监测装置可以在线监测天轮轴温度；专利号为ZL201420104557.5公开的天轮钢丝绳受力监测装置通过安装轴承座测力传感器及位移传感器检测天轮运行状态；专利号为ZL 201410503090.6公开的天轮监测***集成温度传感器、三方向加速度传感器和摄像仪于轴承端盖，可以远程实时监测天轮的运行状况；专利号为ZL201720644607.2公开的天轮偏摆及振动性能检测装置通过对天轮横径向安装位移传感器检测天轮的偏摆及振动状态；申请号为201510761980.1公开的天轮振动性能检测***可以检测天轮轴向和径向的振动；申请号为201710414844.4公开的矿井天轮绳槽径向特性检测***可以测量天轮绳槽的表面质量。也有部分学者搭建试验台对天轮受力和振动特性进行理论研究。上述研究主要存在以下问题：第一，主要对现役天轮进行状态监测，而缺乏对天轮在安装前的承载性能测试，而后者是天轮不发生结构性故障的根本保障；第二，主要针对单一型号的主轴装置进行检测，不能有效适应不同直径和围包角的天轮；第三，在安装前缺乏对天轮进行加载检测，无法有效评估天轮承载性能；第四，对在役矿井进行检测，不能够有效利用天轮在无负载和重载下的特征参数变化，而这是诊断天轮异常变形、裂纹等缺陷的重要特征，同时也不能模拟卡罐、二次装载等恶性工况，而后者是评判天轮承载性能能够承受极端工况的重要参考。因而，有必要研究一种天轮承载性能检测装置，可以对不同直径和围包角的天轮承载性能进行检测，模拟空载、重载等正常工况，以及卡罐、二次装载等极端工况，诊断天轮中是否有变形和裂纹，同时评估天轮能够承受正常和极端工况，从而准确检测天轮的承载性能，对于确保立井提升安全性具有重要意义。

发明内容

技术问题：本发明的目的是要克服现有技术中的不足之处，提供一种结构简单，兼具可靠性和便捷性的立井提升主轴装置承载性能检测装置及方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明的立井提升天轮承载性能检测装置，包括支撑轴承座、设在支撑轴承座上的被测天轮和缠绕在被测天轮上的钢丝绳，所述的支撑轴承座底部安装有对称设置的两条竖直基础，支撑轴承座沿水平纵向横跨在对称设置的竖直基础上，两条竖直基础之间的下部设有水平基础，所述的水平基础由两块矩形平台构成且沿水平横向平行布置，与两条竖直基础成直角，水平基础的上表面设有定位板，所述的定位板沿水平横向设有两列定位孔，水平基础的前部设有经定位板定位的倾斜侧液压加载装置，倾斜侧液压加载装置与绕过被测天轮一端的钢丝绳相连，水平基础的后部设有经定位板定位的竖直侧液压加载装置，竖直侧液压加载装置与绕过被测天轮另一端的钢丝绳相连。

所述的竖直侧液压加载装置包括竖直侧锁套、竖直侧活塞杆、竖直侧缸套、竖直侧螺栓和竖直侧支座，所述竖直侧锁套设置在竖直侧活塞杆顶端，所述竖直侧支座设置在竖直侧缸套靠近竖直侧活塞杆的一侧，所述竖直侧缸套通过竖直侧螺栓垂直固定于定位板上，竖直侧缸套位于水平基础的两块矩形平台之间。

所述的倾斜侧液压加载装置包括倾斜侧锁套、倾斜侧活塞杆、倾斜侧缸套、定位中轴、倾斜侧支座和倾斜侧螺栓，所述倾斜侧锁套设在倾斜侧活塞杆的顶端，所述定位中轴设在倾斜侧缸套靠近倾斜侧活塞杆的一侧，所述定位中轴固定于倾斜侧支座，倾斜侧支座通过倾斜侧螺栓垂直固定于定位板上，此时定位中轴的轴线沿着水平纵向，倾斜侧缸套介于水平基础的两块矩形平台之间且可以随着定位中轴沿着轴线自由转动。

所述的钢丝绳的长度大于最大直径天轮的周长，定位板上定位孔沿水平横向的间距小于0.1m，使钢丝绳能够对不同直径和围包角的被测天轮施加载荷。

一种使用上述立井提升天轮承载性能检测装置的检测方法，包括如下步骤：

(a)将竖直侧锁套安装在竖直侧活塞杆顶端，竖直侧支座安装在竖直侧缸套靠近竖直侧活塞杆一侧，组装成竖直侧液压加载装置；

(b)将倾斜侧锁套安装在倾斜侧活塞杆顶端，定位中轴安装在倾斜侧缸套靠近倾斜侧活塞杆一侧，定位中轴固定于倾斜侧支座，组装成倾斜侧液压加载装置；

(c)将被测天轮安装在支撑轴承座上，被测天轮和支撑轴承座同轴安装，依据被测天轮的直径D和围包角α，以及被测天轮轴心离定位板上表面的距离H，得出定位中轴的轴线距离竖直侧缸套中轴线的距离L：

在定位板上选择设定位置，通过竖直侧螺栓将竖直侧缸套垂直固定于定位板上，通过倾斜侧螺栓将倾斜侧支座垂直固定于定位板上；

(d)将钢丝绳绕过天轮，钢丝绳的两端分别与竖直侧锁套和倾斜侧锁套相连接，模拟实际天轮两侧的负载F_L1和F_L2，竖直侧液压加载装置和倾斜侧液压加载装置互为驱动侧和负载侧，驱动侧液压缸通过调整进油口油压驱动相应活塞杆拉动钢丝绳，负载侧液压缸通过调整出油口油压抑制钢丝绳拖拽相应活塞杆，模拟在各种负载F_L1和F_L2下天轮的受力状态，从而实现天轮承载性能的检测。

需要检测天轮是否有裂纹时，将声发射传感器安装在被测天轮的轮缘、辐条易于产生裂纹的位置，模拟在空载和重载下天轮的受力状态，调整驱动侧液压缸的进油口油压和负载侧液压缸的出油口油压，启动竖直侧液压加载装置和倾斜侧液压加载装置，驱动侧活塞杆拉动钢丝绳拖拽负载侧活塞杆，对比分析加载前后检测点的弹性应力波是否剧变，判断被测天轮相应位置是否存在裂纹。

需要检测天轮强度是否满足要求时，将声发射传感器安装在被测天轮的轮缘、辐条易于产生弹性变形的位置，模拟在卡罐、二次装置等极端工况下天轮的受力状态，调整驱动侧液压缸的进油口油压和负载侧液压缸的出油口油压，启动竖直侧液压加载装置和倾斜侧液压加载装置，驱动侧活塞杆拉动钢丝绳拖拽负载侧活塞杆，对被测天轮进行加载，对比分析加载检测点的弹性应力波变化是否超出允许阈值，判断天轮相应位置弹性变形是否超标，从而判断被测天轮的强度是否合格。

有益效果：本发明的立井提升天轮承载性能检测装置，基于液压缸加载拖拽钢丝绳的方式模拟天轮所受负载力，采用两列定位孔安装竖直侧液压加载装置和倾斜侧液压加载装置可以适用不同的天轮直径和钢丝绳围包角，能够对天轮在围包角范围内进行整体加载，模拟无负载、空载、重载、卡罐、二次装载等正常和极端工况，可以对天轮进行裂纹检测和强度校核，可以在服役前对不同直径、不同围包角的天轮进行统一的承载性能检测，结构简单，性能可靠，经济效益显著，对于保障天轮安全性具有重要意义。

附图说明

图1是本发明的装置结构示意图；

图2是本发明的竖直侧液压加载装置示意图；

图3是本发明的倾斜侧液压加载装置示意图；

图4是本发明装置的天轮加载工作原理示意图。

图中：1-钢丝绳，2-天轮，3-支撑轴承座，4-竖直基础，5-竖直侧液压加载装置，5-a-竖直侧锁套，5-b-竖直侧活塞杆，5-c-竖直侧缸套，5-d-竖直侧螺栓，5-e-竖直侧支座，6-倾斜侧液压加载装置，6-a-倾斜侧锁套，6-b-倾斜侧活塞杆，6-c-倾斜侧缸套，6-d-定位中轴，6-e-倾斜侧支座，6-f-倾斜侧螺栓，7-定位板，8-水平基础。

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，本发明的一种立井提升天轮承载性能检测装置，主要由钢丝绳1、支撑轴承座3、竖直基础4、竖直侧液压加载装置5、倾斜侧液压加载装置6、定位板7和水平基础8构成，被测天轮2设在支撑轴承座3上，钢丝绳1缠绕在被测天轮2上，所述支撑轴承座3沿水平纵向横跨在竖直基础4上，所述的水平基础8由两块矩形平台构成且沿水平横向平行布置，水平基础8的后部外侧对称立有竖直基础4，与水平基础8成直角，水平基础8的上表面设有定位板7，所述的定位板7沿水平横向设有两列定位孔，水平基础8的前部设有经定位板7定位的倾斜侧液压加载装置6，倾斜侧液压加载装置6与绕过被测天轮2一端的钢丝绳1相连，水平基础8的后部设有经定位板7定位的竖直侧液压加载装置5，竖直侧液压加载装置5与绕过被测天轮2另一端的钢丝绳1相连；竖直侧液压加载装置5和倾斜侧液压加载装置6通过定位板7安装在水平基础8上，钢丝绳1的两端头分别连接到竖直侧锁套5-a和倾斜侧锁套6-a中。所述的定位板7的沿水平横向设有两列定位孔，以便安装竖直侧液压加载装置5和倾斜侧液压加载装置6；所述的钢丝绳1的长度大于最大直径天轮2的周长，定位板7上定位孔沿水平横向的间距小于0.1m，使钢丝绳1能够对不同直径和围包角的天轮2施加载荷。

如图2所示，所述的竖直侧液压加载装置5由竖直侧锁套5-a、竖直侧活塞杆5-b、竖直侧缸套5-c、竖直侧螺栓5-d和竖直侧支座5-e构成，竖直侧锁套5-a设置在竖直侧活塞杆5-b顶端，竖直侧支座5-e设置在竖直侧缸套5-c靠近竖直侧活塞杆5-b一侧，竖直侧缸套5-c通过竖直侧螺栓5-d垂直固定于定位板7上，此时竖直侧支座5-e的长边沿着水平纵向，竖直侧缸套5-c介于水平基础8的两块矩形平台之间。

如图3所示，所述的倾斜侧液压加载装置6由倾斜侧锁套6-a、倾斜侧活塞杆6-b、倾斜侧缸套6-c、定位中轴6-d、倾斜侧支座6-e和倾斜侧螺栓6-f构成，倾斜侧锁套6-a设置在倾斜侧活塞杆6-b顶端，定位中轴6-d设置在倾斜侧缸套6-c靠近倾斜侧活塞杆6-b一侧，定位中轴6-d固定于倾斜侧支座6-e，倾斜侧支座6-e通过倾斜侧螺栓6-f垂直固定于定位板7上，此时定位中轴6-d的轴线沿着水平纵向，倾斜侧缸套6-c介于水平基础8的两块矩形平台之间且可以随着定位中轴6-d沿着轴线自由转动。

本发明的立井提升天轮承载性能检测的检测方法，包括如下步骤：

(a)将竖直侧锁套5-a安装在竖直侧活塞杆5-b顶端，竖直侧支座5-e安装在竖直侧缸套5-c靠近竖直侧活塞杆5-b一侧，组装成竖直侧液压加载装置4；

(b)将倾斜侧锁套6-a安装在倾斜侧活塞杆6-b顶端，定位中轴6-d安装在倾斜侧缸套6-c靠近倾斜侧活塞杆6-b一侧，定位中轴6-d固定于倾斜侧支座6-e，组装成倾斜侧液压加载装置6；

(c)将被测天轮2安装在支撑轴承座3上，天轮2和支撑轴承座3同轴安装，依据被测天轮的直径D和围包角α，以及天轮轴心离定位板上表面的距离H，得出定位中轴6-d的轴线距离竖直侧缸套5-c中轴线的距离：

进而据此在定位板7上选择合适位置，通过竖直侧螺栓5-d将竖直侧缸套5-c垂直固定于定位板7，通过倾斜侧螺栓6-f将倾斜侧支座6-e垂直固定于定位板7；

(d)将钢丝绳1绕过被测天轮2，钢丝绳1的两端连到竖直侧锁套5-a和倾斜侧锁套6-a，模拟实际天轮两侧的负载F_L1和F_L2，竖直侧液压加载装置5和倾斜侧液压加载装置6互为驱动侧和负载侧，驱动侧液压缸通过调整进油口油压驱动相应活塞杆拉动钢丝绳1，负载侧液压缸通过调整出油口油压抑制钢丝绳1拖拽相应活塞杆，从而模拟在各种负载F_L1和F_L2下天轮2的受力状态；

(e)当检测天轮2是否有裂纹时，将声发射传感器安装在被测天轮2的轮缘、辐条等易于产生裂纹的位置，模拟在空载和重载下天轮2的受力状态，调整驱动侧液压缸的进油口油压和负载侧液压缸的出油口油压，启动竖直侧液压加载装置5和倾斜侧液压加载装置6，驱动侧活塞杆拉动钢丝绳1拖拽负载侧活塞杆，对比分析加载前后检测点的弹性应力波是否剧变，判断被测天轮2相应位置是否存在裂纹；

(f)当检测天轮2强度是否满足要求时，将声发射传感器安装在被测天轮2的轮缘、辐条等易于产生弹性变形的位置，模拟在卡罐、二次装置等极端工况下天轮2的受力状态，调整驱动侧液压缸的进油口油压和负载侧液压缸的出油口油压，启动竖直侧液压加载装置5和倾斜侧液压加载装置6，驱动侧活塞杆拉动钢丝绳1拖拽负载侧活塞杆，对天轮2进行加载，对比分析加载检测点的弹性应力波变化是否超出允许阈值，判断天轮2相应位置弹性变形是否超标，从而判断被测天轮2的强度是否合格。

Claims (5)

1.一种立井提升天轮承载性能检测装置，包括支撑轴承座(3)、设在支撑轴承座(3)上的被测天轮(2)和缠绕在被测天轮(2)上的钢丝绳(1)，其特征在于：所述的支撑轴承座(3)底部安装有对称设置的两条竖直基础(4)，支撑轴承座(3)沿水平纵向横跨在对称设置的竖直基础(4)上，两条竖直基础(4)之间的下部设有水平基础(8)，所述的水平基础(8)由两块矩形平台构成且沿水平横向平行布置，水平基础(8)的后部外侧对称立有竖直基础(4)，与水平基础(8)成直角，水平基础(8)的上表面设有定位板(7)，所述的定位板(7)沿水平横向设有两列定位孔，水平基础(8)的前部设有经定位板(7)定位的倾斜侧液压加载装置(6)，倾斜侧液压加载装置(6)与绕过被测天轮(2)一端的钢丝绳(1)相连，水平基础(8)的后部设有经定位板(7)定位的竖直侧液压加载装置(5)，竖直侧液压加载装置(5)与绕过被测天轮(2)另一端的钢丝绳(1)相连；

所述的竖直侧液压加载装置(5)包括竖直侧锁套(5-a)、竖直侧活塞杆(5-b)、竖直侧缸套(5-c)、竖直侧螺栓(5-d)和竖直侧支座(5-e)，所述竖直侧锁套(5-a)设置在竖直侧活塞杆(5-b)顶端，所述竖直侧支座(5-e)设置在竖直侧缸套(5-c)靠近竖直侧活塞杆(5-b)的一侧，所述竖直侧支座(5-e)通过竖直侧螺栓(5-d)横跨固定在定位板(7)的两列定位孔上，使竖直侧缸套(5-c)竖直固定于水平基础(8)的两块矩形平台之间；

所述的倾斜侧液压加载装置(6)包括倾斜侧锁套(6-a)、倾斜侧活塞杆(6-b)、倾斜侧缸套(6-c)、定位中轴(6-d)、倾斜侧支座(6-e)和倾斜侧螺栓(6-f)，所述倾斜侧锁套(6-a)设在倾斜侧活塞杆(6-b)的顶端，所述定位中轴(6-d)设在倾斜侧缸套(6-c)靠近倾斜侧活塞杆(6-b)的一侧，所述定位中轴(6-d)固定于倾斜侧支座(6-e)，倾斜侧支座(6-e)通过倾斜侧螺栓(6-f)垂直固定于定位板(7)上，此时定位中轴(6-d)的轴线沿着水平纵向，倾斜侧缸套(6-c)介于水平基础(8)的两块矩形平台之间且可以随着定位中轴(6-d)沿着轴线自由转动。

2.根据权利要求1所述的立井提升天轮承载性能检测装置，其特征在于：所述钢丝绳(1)的长度大于最大直径被测天轮(2)的周长，定位板(7)上定位孔沿水平横向的间距小于0.1m，使钢丝绳(1)能够对不同直径和围包角的被测天轮(2)施加载荷。

3.一种使用权利要求1或2所述的立井提升天轮承载性能检测装置的检测方法，其特征在于包括如下步骤：

(a)将竖直侧锁套(5-a)安装在竖直侧活塞杆(5-b)顶端，竖直侧支座(5-e)安装在竖直侧缸套(5-c)靠近竖直侧活塞杆(5-b)一侧，组装成竖直侧液压加载装置(5)；

(b)将倾斜侧锁套(6-a)安装在倾斜侧活塞杆(6-b)顶端，定位中轴(6-d)安装在倾斜侧缸套(6-c)靠近倾斜侧活塞杆(6-b)一侧，定位中轴(6-d)固定于倾斜侧支座(6-e)，组装成倾斜侧液压加载装置(6)；

(c)将被测天轮(2)安装在支撑轴承座(3)上，被测天轮(2)和支撑轴承座(3)同轴安装，依据被测天轮的直径D和围包角α，以及被测天轮(2)轴心离定位板上表面的距离H，得出定位中轴(6-d)的轴线距离竖直侧缸套(5-c)中轴线的距离L：

所述竖直侧支座(5-e)通过竖直侧螺栓(5-d)横跨固定在定位板(7)的两列定位孔上，使竖直侧缸套(5-c)竖直固定于水平基础(8)的两块矩形平台之间；

(d)将钢丝绳(1)绕过被测天轮(2)，钢丝绳(1)的两端分别与竖直侧锁套(5-a)和倾斜侧锁套(6-a)相连接，模拟实际天轮两侧的负载F_L1和F_L2，竖直侧液压加载装置(5)和倾斜侧液压加载装置(6)互为驱动侧和负载侧，驱动侧液压缸通过调整进油口油压驱动相应活塞杆拉动钢丝绳(1)，负载侧液压缸通过调整出油口油压抑制钢丝绳(1)拖拽相应活塞杆，模拟在各种负载F_L1和F_L2下被测天轮(2)的受力状态，从而实现天轮承载性能的检测。

4.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于：

需要检测天轮是否有裂纹时，将声发射传感器安装在被测天轮(2)的轮缘、辐条易于产生裂纹的位置，模拟在空载和重载下被测天轮(2)的受力状态，调整驱动侧液压缸的进油口油压和负载侧液压缸的出油口油压，启动竖直侧液压加载装置(5)和倾斜侧液压加载装置(6)，驱动侧活塞杆拉动钢丝绳(1)拖拽负载侧活塞杆，对比分析加载前后检测点的弹性应力波是否剧变，判断被测天轮(2)相应位置是否存在裂纹。

5.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于：

需要检测天轮强度是否满足要求时，将声发射传感器安装在被测天轮(2)的轮缘、辐条易于产生弹性变形的位置，模拟在卡罐、二次装载极端工况下被测天轮(2)的受力状态，调整驱动侧液压缸的进油口油压和负载侧液压缸的出油口油压，启动竖直侧液压加载装置(5)和倾斜侧液压加载装置(6)，驱动侧活塞杆拉动钢丝绳(1)拖拽负载侧活塞杆，对被测天轮(2)进行加载，对比分析加载检测点的弹性应力波变化是否超出允许阈值，判断被测天轮(2)相应位置弹性变形是否超标，从而判断被测天轮(2)的强度是否合格。