超深立井缠绕式提升钢丝绳摩擦腐蚀疲劳损伤监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超深立井缠绕式提升钢丝绳摩擦腐蚀疲劳损伤监测装置,包括支撑系统、拉‑拉疲劳系统、恒温腐蚀系统、动态加载系统以及监测系统；所述支撑系统对拉‑拉疲劳系统、恒温腐蚀系统、动态加载系统以及监测系统提供支撑；待监测的疲劳钢丝绳分别通过水平方向的拉‑拉疲劳测试系统提供疲劳载荷、通过竖直方向的动态加载系统提供动态接触载荷、通过恒温腐蚀系统提供恒温腐蚀环境，所述监测系统对疲劳钢丝绳的疲劳载荷、动态接触载荷和摩擦力的变化进行监测。能够实现不同温度、不同腐蚀溶液、动态拉伸载荷和动态接触载荷参数下超深立井缠绕式提升机相邻缠绕层钢丝绳摩擦腐蚀疲劳损伤并动态监测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于矿业开采领域，特别是一种超深立井缠绕式提升钢丝绳摩擦腐蚀疲劳损伤监测。
技术介绍
近几年，随着我国国民经济的高速发展，我国对矿产资源的需求量大幅度增长，促使我国地下矿产资源的开采不断向深层扩展。据统计，我国煤炭开采正在以每年8～12m的速度向深部发展，随着煤炭资源的日益消耗，未来10年内，我国矿井的开采深度必然达到1000～2000m，因此，超深井开采及运输问题已经受到很多学者的关注。多绳缠绕式提升机高度大于1500m时，在提升能力及极限提升高度方面优于多绳摩擦式提升机，因此，超深矿井提升多采用多绳缠绕式提升系统。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《OntarioOccupationalHealthandSafetyAct》规定提升机卷筒上有螺旋绳槽时不得超过3层缠绕。在矿井提升过程中，提升钢丝绳连接矿井提升机和提升容器共同组成了矿井提升系统，担负着提升煤炭、矸石、下放材料、升降人员和设备的任务，然而，提升钢丝绳是提升系统中比较薄弱的环节，一旦钢丝绳失效断裂将导致井毁人亡的重大事故，并且严重影响矿井正常生产和人员的生命安全。因而，探究超深立井缠绕式提升钢丝绳失效机制，对提高超深立井提升系统安全可靠性、保障生命财产安全和国家煤炭能源供应，显得尤为重要和紧迫。在超深立井缠绕式提升过程中，提升钢丝绳因循环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等导致钢丝绳反复地承受拉伸载荷和弯曲载荷，进而导致缠绕于卷筒上钢丝绳的动态蠕变特性以及卷筒上不同缠绕层钢丝绳间的动态接触载荷；超深立井提升具有大淋水(酸碱度pH＝6～9的腐蚀溶液)、高低温(-20℃～30℃)和煤质粉尘等恶劣环境特点，矿井淋水、高低温、煤层中的有害离子会引起钢丝绳的腐蚀，因此，温度、电解质腐蚀溶液以及动态拉伸载荷和动态接触载荷共同作用将导致超深立井缠绕式提升机相邻缠绕层钢丝绳摩擦腐蚀疲劳损伤，使钢丝绳破坏拉力和抗冲击的性能大幅度降低，进一步导致提升钢丝绳的摩擦腐蚀疲劳断裂失效，严重影响其使用寿命。因此，提出超深立井缠绕式提升钢丝绳摩擦腐蚀疲劳损伤监测装置及方法，研究温度和腐蚀效应下提升钢丝绳的摩擦疲劳损伤失效机制，对探索超深立井缠绕式提升钢丝绳服役寿命具有重要的理论指导意义。钢丝及钢丝绳腐蚀疲劳相关的实验装置有：专利号CN201610093465.5公开了一种千米深井提升钢丝绳多轴微动腐蚀疲劳损伤监测装置及方法，可实现不同温度、腐蚀溶液PH值、多轴微动疲劳参数下钢丝的多轴微动腐蚀疲劳实验；专利号CN201510051377.4公开了腐蚀-交变载荷耦合作用下钢丝绳弯曲疲劳损伤监测系统，能实现腐蚀与交变载荷耦合作用下钢丝绳的弯曲疲劳试验，可用于揭示钢丝绳弯曲疲劳损伤失效机理。然而，上述专利均不能实现不同温度、动态拉伸载荷和动态接触载荷参数下超深立井缠绕式提升机相邻缠绕层钢丝绳摩擦腐蚀疲劳损伤特性研究。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种超深立井缠绕式提升钢丝绳摩擦腐蚀疲劳损伤监测装置，可以研究不同的温度和电解质腐蚀溶液中动态拉伸和接触载荷下超深立井缠绕式提升机相邻缠绕层钢丝绳摩擦腐蚀疲劳损伤特性。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下的技术方案：超深立井缠绕式提升钢丝绳摩擦腐蚀疲劳损伤监测装置包括支撑系统、拉-拉疲劳系统、动态加载系统、恒温腐蚀系统、监测系统。所述支撑系统包括底板、龙门支架、电化学工作站支架、伺服电动缸A支架、摩擦衬垫支架，龙门支架通过螺钉固定在底板上，电化学工作站支架通过焊接固定在底板上，伺服电动缸A支架通过螺钉紧固在底板上，摩擦衬垫支架通过耐腐蚀螺钉固定在耐腐蚀箱底板上。所述拉-拉疲劳系统包括U型件支座、U型件、鸡心环A、钢丝绳U型锁具A、疲劳钢丝绳、钢丝绳U型锁具B、鸡心环B、拉力传感器、连接件A、伺服电动缸A，U型件支座固定在底板上，U型件通过锁紧螺母固定在U型件支座上，鸡心环A环心穿过U型件，疲劳钢丝绳一端穿过鸡心环A绳槽且疲劳钢丝绳接头端通过钢丝绳U型锁具A锁紧，伺服电动缸A固定在伺服电动缸A支架上，伺服电动缸A的螺纹杆与拉力传感器一端连接，拉力传感器另一端穿过鸡心环B环心，疲劳钢丝绳另一端穿过鸡心环B绳槽且疲劳钢丝绳接头端通过钢丝绳U型锁具B锁紧；所述动态加载系统包括伺服电动缸B、连接件B、二维力传感器、耐腐蚀加载钢丝夹具、加载钢丝绳、摩擦衬垫，伺服电动缸B固定在龙门支架上，伺服电动缸B的螺纹杆与连接件B螺纹孔连接，连接件B法兰端与二维力传感器一端连接，二维力传感器另一端与耐腐蚀加载钢丝绳夹具连接，加载钢丝绳通过耐腐蚀加载钢丝绳夹具固定，耐腐蚀加载钢丝绳夹具包括钢丝绳固定块和钢丝绳压紧片，摩擦衬垫通过耐腐蚀螺钉固定在摩擦衬垫支架上；所述恒温腐蚀系统包括耐腐蚀箱、耐腐蚀箱盖、密封圈外端盖A、密封圈内端盖A、唇形密封圈A、密封圈定位环A、密封圈外端盖B、密封圈内端盖B、唇形密封圈B、密封圈定位环B、恒温控制系统、电化学工作站，耐腐蚀箱一侧壁孔内依次安装密封圈外端盖A、唇形密封圈A、密封圈定位环A、密封圈内端盖A，耐腐蚀箱另一侧壁孔内依次安装密封圈外端盖B、唇形密封圈B、密封圈定位环B、密封圈内端盖B，恒温控制系统包括加热元件、冷却水管、温度控制柜，通过温度控制柜控制调节耐腐蚀箱内腐蚀溶液的温度使其保持恒定，若腐蚀溶液温度高于设定温度，冷却水管通入冷却水可迅速降温，电化学工作站用来监测钢丝绳摩擦腐蚀疲劳损伤过程中钢丝绳的电化学腐蚀损耗特性，耐腐蚀箱盖盖在耐腐蚀箱上起保持耐腐蚀箱内腐蚀溶液温度恒定、支撑加热元件和支撑电化学工作站电极的作用；上述二维力传感器和拉力传感器形成监测系统，拉力传感器监测温度、腐蚀条件下疲劳钢丝绳疲劳载荷的变化，二维力传感器监测温度、腐蚀条件下加载钢丝绳与疲劳钢丝绳之间的动态接触载荷和摩擦力；根据上述监测装置的超深立井缠绕式提升钢丝绳摩擦腐蚀疲劳损伤监测装置及方法，包括以下步骤：(a)通过脱脂棉擦拭加载钢丝绳和疲劳钢丝绳接触表面以去除表面油脂，将加载钢丝绳安装于耐腐蚀加载钢丝绳夹具上，将疲劳钢丝绳穿过耐腐蚀箱两侧面的唇型密封圈，将疲劳钢丝绳两端通过鸡心环A的钢丝绳U型锁具A和鸡心环B的钢丝绳U型锁具B锁紧；(b)通过计算机控制伺服电动缸A水平移动使得疲劳钢丝绳受力达到设定疲劳载荷或变形值；通过计算机控制伺服电动缸B在竖直方向移动，直至加载钢丝绳与疲劳钢丝绳之间的接触载荷值达到设定值；(c)带上耐腐蚀手套，将腐蚀溶液(煤质粉尘、硫酸镁、硫酸钙、氯化钾、硫酸钠、盐酸等化学物质)注入到耐腐蚀箱中，直至耐腐蚀箱中腐蚀溶液高度刚浸没加载钢丝绳，盖上耐腐蚀箱盖，把加热元件和电化学工作站电极放入腐蚀溶液中，设定温度控制柜温度，控制加热元件工作直至腐蚀溶液温度达到设定温度值，当腐蚀溶液温度高于设定值时，冷却水管通入冷却水使得腐蚀液温度降至设定值，待温度达到设定值时，打开电化学工作站使其开始工作；(d)通过计算机控制程序设定伺服电动缸A螺纹杆、伺服电动缸B螺纹杆的交变位移幅值，获得疲劳钢丝绳的腐蚀疲劳载荷以及腐蚀条件下加载钢丝绳与疲劳钢丝绳之间的动态交变接触载荷，用拉力传感器记录疲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超深立井缠绕式提升钢丝绳摩擦腐蚀疲劳损伤监测装置,其特征在于：包括支撑系统、拉‑拉疲劳系统、恒温腐蚀系统、动态加载系统以及监测系统；所述支撑系统对拉‑拉疲劳系统、恒温腐蚀系统、动态加载系统以及监测系统提供支撑；待监测的疲劳钢丝绳(22)分别通过水平方向的拉‑拉疲劳测试系统提供疲劳载荷、通过竖直方向的动态加载系统提供动态接触载荷、通过恒温腐蚀系统提供恒温腐蚀环境，所述监测系统对疲劳钢丝绳(22)的疲劳载荷、动态接触载荷和摩擦力的变化进行监测。

【技术特征摘要】
1.一种超深立井缠绕式提升钢丝绳摩擦腐蚀疲劳损伤监测装置,其特征在于：包括支撑系统、拉-拉疲劳系统、恒温腐蚀系统、动态加载系统以及监测系统；所述支撑系统对拉-拉疲劳系统、恒温腐蚀系统、动态加载系统以及监测系统提供支撑；待监测的疲劳钢丝绳(22)分别通过水平方向的拉-拉疲劳测试系统提供疲劳载荷、通过竖直方向的动态加载系统提供动态接触载荷、通过恒温腐蚀系统提供恒温腐蚀环境，所述监测系统对疲劳钢丝绳(22)的疲劳载荷、动态接触载荷和摩擦力的变化进行监测。2.根据权利要求1所述的超深立井缠绕式提升钢丝绳摩擦腐蚀疲劳损伤监测装置,其特征在于：所述支撑系统包括底板(14)、龙门支架(9)、电化学工作站支架(12)和伺服电动缸A支架(15)；所述龙门支架(9)、电化学工作站支架(12)和伺服电动缸A支架(15)均固定在底板(14)上；所述拉-拉疲劳系统包括设置在水平放置的疲劳钢丝绳(22)两端的固定装置以及疲劳载荷加载系统；其中一端的固定装置包括U型件支座(24)、U型件(1)、鸡心环A(23)、钢丝绳U型锁具A(2)，所述U型件支座(24)固定在底板(14)上，U型件(1)固定在U型件支座(24)上，鸡心环A(23)环心穿过U型件(1)，疲劳钢丝绳(22)一端穿过鸡心环A(23)的绳槽且疲劳钢丝绳(22)接头端通过钢丝绳U型锁具A(2)锁紧；另一端的固定装置包括钢丝绳U型锁具B(10)和鸡心环B(18)，疲劳钢丝绳(22)的另一端穿过鸡心环B(18)的绳槽且疲劳钢丝绳(22)接头端通过钢丝绳U型锁具B(10)锁紧；所述疲劳载荷加载系统包括伺服电动缸A(13)和拉力传感器(17)，所述伺服电动缸A(13)固定在伺服电动缸A支架(15)上，伺服电动缸A(13)的螺纹杆与拉力传感器(17)一端连接，拉力传感器(17)的另一端穿过鸡心环B(18)环心；所述恒温腐蚀系统包括耐腐蚀箱(19)、耐腐蚀箱盖(5)、恒温控制系统、电化学工作站(11)以及密封装置；所述耐腐蚀箱(19)中装有耐腐蚀溶液；所述疲劳钢丝绳(22)穿过耐腐蚀箱(19)的侧壁孔并通过密封装置将耐腐蚀箱(19)的侧壁孔进行密封；所述耐腐蚀箱盖(5)盖在耐腐蚀箱(19)上；所述恒温控制系统包括加热元件(4)、冷却水管(3)和温度控制柜；所述冷却水管(3)包绕在耐腐蚀箱(19)的外部；所述电化学工作站(11)固定于电化学工作站支架(12)并与电化学工作站(11)的电极连接；所述加热元件(4)以及电化学工作站(11)的电极均固定在耐腐蚀箱盖(5)上并伸入耐腐蚀箱(19)中；所述动态加载系统包括伺服电动缸B(7)、连接件B(8)、二维力传感器(6)、耐腐蚀加载钢丝夹具、加载钢丝绳(27)和摩擦衬垫(21)；所述伺服电动缸B(7)、连接件B(8)、二维力传感器(6)、耐腐蚀加载钢丝夹具、加载钢丝绳(27)均位于疲劳钢丝绳(22)的上方，其中伺服电动缸B(7)固定在龙门支架(9)上并通过连接件B(8)与二维力传感器(6)一端连接，二维力传感器(6)另一端与耐腐蚀加载钢丝绳夹具连接，加载钢丝绳(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王祥如，王大刚，张德坤，毛振兴，高历，裴文晓，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32