1.一种千米深井提升机主轴弯扭复合疲劳损伤监测装置,其特征在于:包括基架、主轴装置、加载系统和状态监测系统,主轴装置和加载系统设置在基架上,状态监测系统设置在主轴装置上;
所述主轴装置包括主轴(8),主轴(8)中部设有主卷筒(40),主轴(8)上设有法兰盘,主卷筒(40)两侧连接法兰盘,主卷筒(40)绳槽中卷绕钢丝绳(39),主轴(8)一端设有A轴承(7),主轴(8)另一端设有B轴承(12),A轴承(7)置于A轴承座(6)内,B轴承(12)置于B轴承座(13)内;
所述加载系统包括第一加载系统和第二加载系统,第一加载系统包括A支撑轴(18)和A电机(15),A支撑轴(18)中部设有A卷筒(42),钢丝绳(39)一端缠绕于A卷筒(42)绳槽内,A支撑轴(18)一端设有C轴承(35)和C联轴器(17),A支撑轴(18)另一端设有D轴承(36),C轴承(35)置于C轴承座(19)内,D轴承(36)置于D轴承座(21)内,C联轴器(17)与A电机(15)输出轴相连,所述第二加载系统包括B支撑轴(23)和B电机(27),B支撑轴(23)中部设有B卷筒(37),钢丝绳(39)另一端缠绕于B卷筒(37)绳槽内,B支撑轴(23)一端设有E轴承(31)和B联轴器(24),B支撑轴(23)另一端设有F轴承(33),E轴承(31)置于E轴承座(30)内,F轴承(33)置于F轴承座(34)内,B联轴器(24)与B电机(27)输出轴相连;
所述状态监测系统包括张力监测系统、应力测量系统、扭矩测量系统、裂纹监测系统,张力监测系统包括A张力传感器(41)和B张力传感器(38),A张力传感器(41)设置在主卷筒(40)与A卷筒(42)之间的钢丝绳(39)上,B张力传感器(38)设置在主卷筒(40)与B卷筒(37)之间的钢丝绳(39)上,应力测量系统包括粘贴在法兰盘上的第一应变片(43)和粘贴在主轴(8)上的第二应变片(9),扭矩测量系统包括扭矩传感器(3),扭矩传感器(3)一端与A法兰轴(2)连接,扭矩传感器(3)另一端与B法兰轴(4)连接,A法兰轴(2)穿过G轴承(1),B法兰轴(4)通过A联轴器(5)与主轴(8)端部相连,裂纹监测系统包括高速摄像机(10)和声发射传感器(11)。
2.根据权利要求1所述的一种千米深井提升机主轴弯扭复合疲劳损伤监测装置,其特征在于:所述基架包括底板(26)、设置在底板(26)上的第一支撑立柱(14)和第二支撑立柱(28)、设置在底板(26)和第一支撑立柱(14)底部之间的固定角钢(22)以及设置在第一支撑立柱(14)和第二支撑立柱(28)顶端的承载横梁(29)。
3.根据权利要求2所述的一种千米深井提升机主轴弯扭复合疲劳损伤监测装置,其特征在于:所述A轴承座(6)和B轴承座(13)通过螺钉固定于承载横梁(29)上,C轴承座(19)和D轴承座(21)通过螺钉固定在A支撑块(20)上,A支撑块(20)通过螺栓固定在底板(26)上,A电机(15)通过A电机支座(16)设置在底板(26) 上,E轴承座(30)和F轴承座(34)通过螺钉固定在B支撑块(32)上,B支撑块(32)通过螺栓固定在底板(26)上,B电机(27)通过B电机支座(25)设置在底板(26)上,G轴承(1)安装于支撑承载横梁(29)上。
4.根据权利要求3所述监测装置的千米深井提升机主轴弯扭复合疲劳损伤监测方法,其特征在于,包括以下步骤:
a)调整A电机支座(16)、A支撑块(20)、B电机支座(25)和B支撑块(32)在底板(26)上的位置,获得钢丝绳(39)与主卷筒(40)之间的围包角设定值;
b)将第一应变片(43)粘贴在法兰盘侧面上,将第二应变片(9)粘贴在靠近法兰盘的主轴(8)外表面,将高速摄像机(10)对准法兰盘侧面,将声发射传感器(11)置于主轴(8)外表面;
c)通过变频器控制可正反转的A电机(15)和B电机(27),拉伸钢丝绳(39)直至B张力传感器(38)和A张力传感器(41)达到初始设定值;
d)通过变频器设定A电机(15)和B电机(27)的转速、频率、转角幅值和转向,对主卷筒(40)上钢丝绳(39)两端施加不同的张力载荷,通过A张力传感器(41)、B张力传感器(38)、扭矩传感器(3)、第一应变片(43)、第二应变片(9)、高速摄像机(10)和声发射传感器(11)分别实时记录主卷筒(40)两侧钢丝绳(39)动载荷、主轴(8)受到的扭矩、集中载荷和弯曲载荷、主轴(8)上法兰盘裂纹萌生或扩展情况;当达到设定的循环次数后,关闭A电机(15)和B电机(27),停止实验;
e)改变A电机支座(16)、A支撑块(20)、B电机支座(25)和B支撑块(32)在底板(26)上的位置,获得不同围包角;
f)重复步骤c)和d),研究不同围包角情况下,主卷筒(40)上钢丝绳(39)两端张力差、载荷形式对主轴(8)弯扭复合疲劳损伤行为的影响规律。
5.根据权利要求4所述的千米深井提升机主轴弯扭复合疲劳损伤监测方法,其特征在于:步骤a)中,围包角应小于等于195°。
6.根据权利要求4所述的千米深井提升机主轴弯扭复合疲劳损伤监测方法,其特征在于:步骤b)中,声发射传感器(11)与主轴(8)之间涂有油脂。