CN104458566B - 一种钢丝绳高速及微动摩擦试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢丝绳高速及微动摩擦试验装置，包括第一圆弧形导轨(6)、试验钢丝绳(9)、第一钢丝绳张力传感器(10)、第二钢丝绳张力传感器(15)、压力传感器(16)、无接头钢丝绳(17)、弹簧组件(18)、第二圆弧形导轨(19)、伺服电动推杆(20)、传动轮支架(21)、传动轮轴(22)、滑块(23)、导轨(24)、传动轮(25)、第二凸台(26)；该试验装置可以模拟钢丝绳之间的摩擦行为，获取不同滑动速度、以及微动摩擦条件下钢丝绳的摩擦状态，包括钢丝绳之间的摩擦力、摩擦因数和摩擦温升以及监测钢丝绳摩擦过程中裂纹扩展变化规律，实时测定钢丝绳摩擦特性。

Description

一种钢丝绳高速及微动摩擦试验装置

技术领域

本发明涉及一种钢丝绳高速及微动摩擦试验装置，能够模拟钢丝绳之间的高速及微动摩擦行为。

背景技术

矿井缠绕提升机依靠钢丝绳提升重物，钢丝绳是保障矿井缠绕提升机安全可靠运行的重要基础元件。在提升过程中，钢丝绳一端连接提升容器，另一端缠绕在提升机滚筒上，当钢丝绳在滚筒上多层缠绕时，钢丝绳与钢丝绳之间的挤压摩擦直接影响其使用寿命。因此，开展钢丝绳之间的摩擦行为研究对保障钢丝绳安全提升起到关键作用。然而，针对矿井提升钢丝绳之间的摩擦特性的测试装置尚未发现，给钢丝绳之间摩擦测试带来很大的不便。

因此，开发一种方便操作、能够直接模拟矿井缠绕提升钢丝绳之间的高速及微动摩擦特性的试验装置，为更好的评价钢丝绳高速及微动摩擦特性提供试验手段。

发明内容

本发明为解决现有摩擦试验装置无法测试矿井缠绕提升钢丝绳之间的摩擦特性的问题，进而提出一种钢丝绳高速及微动摩擦试验装置。

一种钢丝绳高速及微动摩擦试验装置，包括调速电机(1)、减速器(2)、主动轮(3)、激振器(4)、减速器输出轴(5)、第一圆弧形导轨(6)、机座(7)、第一凸台(8)、试验钢丝绳(9)、第一钢丝绳张力传感器(10)、支撑轮组件(11)、声发射传感器(12)、台架(13)、红外热像仪(14)、第二钢丝绳张力传感器(15)、压力传感器(16)、无接头钢丝绳(17)、弹簧组件(18)、第二圆弧形导轨(19)、伺服电动推杆(20)、传动轮支架(21)、传动轮轴(22)、滑块(23)、导轨(24)、传动轮(25)、第二凸台(26)；减速器(2)固定在第一凸台(8)上，调速电机(1)通过减速器(2)驱动主动轮(3)，主动轮(3)和传动轮(25)轮毂上有钢丝绳绳槽，无接头钢丝绳(17)套在主动轮(3)和传动轮(25)之间；台架(13)固定设置在机座(7)上，伺服电动推杆(20)一端固定在台架(13)上，另一端连接传动轮支架(21)，伺服电动推杆(20)和台架(13)之间连接有压力传感器(16)，传动轮支架连接传动轮轴(22)，以带动传动轮(25)运动，伺服电动推杆(20)推动传动轮(25)运动，进而张紧套在主动轮(3)和传动轮(25)之间的无接头钢丝绳(17)，压力传感器(16)测得其张紧力；

试验钢丝绳(9)搭压在无接头钢丝绳(17)上半段，试验钢丝绳(9)两端接头分别连接激振器(4)和弹簧组件(18)；第一钢丝绳张力传感器(10)、第二钢丝绳张力传感器(15)设置在该试验钢丝绳(9)和无接头钢丝绳(17)的搭压点与激振器(4)、弹簧组件(18)之间，用于测量试验钢丝绳(9)搭压在无接头钢丝绳(17)两侧绳段的张力；

激振器(4)、弹簧组件(18)分别在第一圆弧形导轨(6)、第二圆弧形导轨(19)上滑动，通过激振器(4)、弹簧组件(18)分别在第一圆弧形导轨(6)、第二圆弧形导轨(19)上滑动定位来调节试验钢丝绳(9)与无接头钢丝绳(17)的交叉摩擦角度，弹簧组件(18)为试验钢丝绳提供弹性伸缩；启动激振器(4)，使试验钢丝绳(9)按设定的频率和振幅激振，第一钢丝绳张力传感器(10)与第二钢丝绳张力传感器(15)张力的差值即为试验钢丝绳(9)与无接头钢丝绳(17)之间的摩擦力；试验过程中通过测量试验钢丝绳(9)在无接头钢丝绳(17)接触点两侧绳段的夹角以及第一钢丝绳张力传感器(10)与第二钢丝绳张力传感器(15)张力，确定试验钢丝绳(9)与无接头钢丝绳(17)之间的正压力。

所述的钢丝绳高速及微动摩擦试验装置，第一圆弧形导轨(6)、第二圆弧形导轨(19)均为圆弧形，且两个圆弧均以试验钢丝绳(9)与无接头钢丝绳(17)的搭压点为圆心，以保证激振器(4)、弹簧组件(18)在第一圆弧形导轨(6)、第二圆弧形导轨(19)上滑动时，该搭压点不会发生大幅度位移。

所述的钢丝绳高速及微动摩擦试验装置，主动轮(3)与传动轮(25)处于同一水平高度，保证无接头钢丝绳(17)紧边处于水平位置。

所述的钢丝绳高速及微动摩擦试验装置，声发射传感器(12)置于支撑轮组件(11)端面上，为保证接触面的良好耦合，选用耦合真空脂作为耦合剂，通过声发射传感器(12)监测试验过程中试验钢丝绳(9)内部声发射累积数变化规律。

所述的钢丝绳高速及微动摩擦试验装置，红外热像仪(14)对准试验钢丝绳(9)与无接头钢丝绳(17)接触位置，用来监测试验过程中试验钢丝绳(9)的温升。

本发明的有益效果是：该试验装置可以模拟钢丝绳之间的摩擦行为，获取不同滑动速度、以及微动摩擦条件下钢丝绳的摩擦状态，包括钢丝绳之间的摩擦力、摩擦因数和摩擦温升以及监测钢丝绳摩擦过程中裂纹扩展变化规律，实时测定钢丝绳摩擦特性。

附图说明

图1本发明的结构示意图；

图2本发明的结构俯视图；

图中：1-调速电机、2-减速器、3-主动轮、4-激振器、5-减速器输出轴、6-第一圆弧形导轨、7-机座、8-第一凸台、9-试验钢丝绳、10-第一钢丝绳张力传感器、11-支撑轮组件、12-声发射传感器、13-台架、14-红外热像仪、15-第二钢丝绳张力传感器、16-压力传感器、17-无接头钢丝绳、18-弹簧组件、19-第二圆弧形导轨、20-伺服电动推杆、21-传动轮支架、22-传动轮轴、23-滑块、24-导轨、25-传动轮、26-第二凸台。

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。

参阅图1和图2，本实施例的钢丝绳高速及微动摩擦试验装置包括调速电机1、减速器2、主动轮3、激振器4、减速器输出轴5、第一圆弧形导轨6、机座7、第一凸台8、试验钢丝绳9、第一钢丝绳张力传感器10、支撑轮组件11、声发射传感器12、台架13、红外热像仪14、第二钢丝绳张力传感器15、压力传感器16、无接头钢丝绳17、弹簧组件18、第二圆弧形导轨19、伺服电动推杆20、传动轮支架21、传动轮轴22、滑块23、导轨24、传动轮25、第二凸台26。减速器2固定在第一凸台8上，调速电机1通过减速器2驱动主动轮3，主动轮3和传动轮25轮毂上有钢丝绳绳槽，无接头钢丝绳17套在主动轮3和传动轮25之间；台架13固定设置在机座7上，伺服电动推杆20一端固定在台架13上，另一端连接传动轮支架21，伺服电动推杆20和台架13之间连接有压力传感器16，传动轮支架连接传动轮轴22，以带动传动轮25运动，伺服电动推杆20推动传动轮25运动，进而张紧套在主动轮3和传动轮25之间的无接头钢丝绳17，压力传感器16测得其张紧力。启动调速电机1，依靠主动轮3与无接头钢丝绳17之间的摩擦力带动无接头钢丝绳17在绳槽内传动。

试验钢丝绳9搭压在无接头钢丝绳17上半段，试验钢丝绳9两端接头分别连接激振器4和弹簧组件18；第一钢丝绳张力传感器10、第二钢丝绳张力传感器15设置在该试验钢丝绳9和无接头钢丝绳17的搭压点与激振器4、弹簧组件18之间，用于测量试验钢丝绳9搭压在无接头钢丝绳17两侧绳段的张力。

激振器4、弹簧组件18分别在第一圆弧形导轨6、第二圆弧形导轨19上滑动，通过激振器4、弹簧组件18分别在第一圆弧形导轨6、第二圆弧形导轨19上滑动定位来调节试验钢丝绳9与无接头钢丝绳17的交叉摩擦角度，弹簧组件18可以保证试验钢丝绳张紧并具有一定的弹性伸缩。启动激振器4，使试验钢丝绳9按设定的频率和振幅激振，第一钢丝绳张力传感器10与第二钢丝绳张力传感器15张力的差值即为试验钢丝绳9与无接头钢丝绳17之间的摩擦力。

第一圆弧形导轨6、第二圆弧形导轨19均为圆弧形，且两个圆弧均以试验钢丝绳9与无接头钢丝绳17的搭压点为圆心，以保证激振器4、弹簧组件18在第一圆弧形导轨6、第二圆弧形导轨19上滑动时，该搭压点不会发生大幅度位移。

试验过程中通过测量试验钢丝绳9在无接头钢丝绳17接触点两侧绳段的夹角以及第一钢丝绳张力传感器10与第二钢丝绳张力传感器15张力，确定试验钢丝绳9与无接头钢丝绳17之间的正压力。

张紧无接头钢丝绳17，无接头钢丝绳17静止状态下，启动激振器4，按设定的频率和振幅激振，以便模拟在微动状态下钢丝绳之间的交叉摩擦以及状态。

关闭激振器4，使试验钢丝绳9静止固定，通过调节调速电机1的转速，实现试验钢丝绳9与无接头钢丝绳17之间不同相对滑动速度，以便模拟在高速状态下钢丝绳之间的交叉摩擦以及状态。

主动轮3与传动轮25处于同一水平高度，保证无接头钢丝绳17紧边处于水平位置。

试验钢丝绳9所受摩擦力与正压力的比值即为试验过程中的钢丝绳之间的摩擦因数。

声发射传感器12置于支撑轮组件11端面上，为保证接触面的良好耦合，选用耦合真空脂作为耦合剂，通过声发射传感器12监测试验过程中试验钢丝绳9内部声发射累积数变化规律。

红外热像仪14对准试验钢丝绳9与无接头钢丝绳17接触位置，用来监测试验过程中试验钢丝绳9的温升。

通过伺服电动推杆20推动传动轮25张紧无接头钢丝绳17，压力传感器(16)测得其张紧力，无接头钢丝绳17静止状态下，启动激振器4，按设定的频率和振幅激振，以便模拟在微动状态下钢丝绳之间的交叉摩擦状态；通过调节调速电机1的转速，实现试验钢丝绳9与无接头钢丝绳17之间不同相对滑动速度，启动激振器4，以便模拟在高速状态下钢丝绳之间的交叉摩擦状态。

第一钢丝绳张力传感器10、第二钢丝绳张力传感器15测量试验钢丝绳9搭压在无接头钢丝绳17两侧绳段的张力。第一钢丝绳张力传感器10与第二钢丝绳张力传感器15张力的差值即为试验钢丝绳9与无接头钢丝绳17之间的摩擦力。通过试验钢丝绳9在无接头钢丝绳17接触点两侧绳段的夹角以及两侧绳段的张力，确定试验钢丝绳9与无接头钢丝绳17之间的正压力。试验钢丝绳9所受摩擦力与正压力的比值即为试验过程中的钢丝绳之间的摩擦因数。声发射传感器12监测试验过程中试验钢丝绳9内部声发射累积数变化规律。对准试验钢丝绳9与无接头钢丝绳17接触位置，用来监测试验过程中试验钢丝绳9的温升。

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，而所有这些改进和变换都应属于本发明。

Claims (5)

1.一种钢丝绳高速及微动摩擦试验装置，其特征在于，包括调速电机(1)、减速器(2)、主动轮(3)、激振器(4)、减速器输出轴(5)、第一圆弧形导轨(6)、机座(7)、第一凸台(8)、试验钢丝绳(9)、第一钢丝绳张力传感器(10)、支撑轮组件(11)、声发射传感器(12)、台架(13)、红外热像仪(14)、第二钢丝绳张力传感器(15)、压力传感器(16)、无接头钢丝绳(17)、弹簧组件(18)、第二圆弧形导轨(19)、伺服电动推杆(20)、传动轮支架(21)、传动轮轴(22)、滑块(23)、导轨(24)、传动轮(25)、第二凸台(26)；减速器(2)固定在第一凸台(8)上，调速电机(1)通过减速器(2)驱动主动轮(3)，主动轮(3)和传动轮(25)轮毂上有钢丝绳绳槽，无接头钢丝绳(17)套在主动轮(3)和传动轮(25)之间；台架(13)固定设置在机座(7)上，伺服电动推杆(20)一端固定在台架(13)上，另一端连接传动轮支架(21)，伺服电动推杆(20)和台架(13)之间连接有压力传感器(16)，传动轮支架连接传动轮轴(22)，以带动传动轮(25)运动，伺服电动推杆(20)推动传动轮(25)运动，进而张紧套在主动轮(3)和传动轮(25)之间的无接头钢丝绳(17)，压力传感器(16)测得其张紧力；

试验钢丝绳(9)搭压在无接头钢丝绳(17)上半段，试验钢丝绳(9)两端接头分别连接激振器(4)和弹簧组件(18)；第一钢丝绳张力传感器(10)、第二钢丝绳张力传感器(15)设置在该试验钢丝绳(9)和无接头钢丝绳(17)的搭压点与激振器(4)、弹簧组件(18)之间，用于测量试验钢丝绳(9)搭压在无接头钢丝绳(17)两侧绳段的张力；

激振器(4)、弹簧组件(18)分别在第一圆弧形导轨(6)、第二圆弧形导轨(19)上滑动，通过激振器(4)、弹簧组件(18)分别在第一圆弧形导轨(6)、第二圆弧形导轨(19)上滑动定位来调节试验钢丝绳(9)与无接头钢丝绳(17)的交叉摩擦角度，弹簧组件(18)为试验钢丝绳提供弹性伸缩；启动激振器(4)，使试验钢丝绳(9)按设定的频率和振幅激振，第一钢丝绳张力传感器(10)与第二钢丝绳张力传感器(15)张力的差值即为试验钢丝绳(9)与无接头钢丝绳(17)之间的摩擦力；试验过程中通过测量试验钢丝绳(9)在无接头钢丝绳(17)接触点两侧绳段的夹角以及第一钢丝绳张力传感器(10)与第二钢丝绳张力传感器(15)张力，确定试验钢丝绳(9)与无接头钢丝绳(17)之间的正压力。

2.根据权利要求1所述的钢丝绳高速及微动摩擦试验装置，其特征在于，第一圆弧形导轨(6)、第二圆弧形导轨(19)均为圆弧形，且两个圆弧均以试验钢丝绳(9)与无接头钢丝绳(17)的搭压点为圆心，以保证激振器(4)、弹簧组件(18)在第一圆弧形导轨(6)、第二圆弧形导轨(19)上滑动时，该搭压点不会发生大幅度位移。

3.根据权利要求1所述的钢丝绳高速及微动摩擦试验装置，其特征在于，主动轮(3)与传动轮(25)处于同一水平高度，保证无接头钢丝绳(17)紧边处于水平位置。

4.根据权利要求1所述的钢丝绳高速及微动摩擦试验装置，其特征在于，声发射传感器(12)置于支撑轮组件(11)端面上，为保证接触面的良好耦合，选用耦合真空脂作为耦合剂，通过声发射传感器(12)监测试验过程中试验钢丝绳(9)内部声发射累积数变化规律。

5.根据权利要求1所述的钢丝绳高速及微动摩擦试验装置，其特征在于，红外热像仪(14)对准试验钢丝绳(9)与无接头钢丝绳(17)接触位置，用来监测试验过程中试验钢丝绳(9)的温升。