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专利号: 2019110890799
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种提升钢丝绳内部多丝性能测试装置,包括工作台、以及设置在工作台上部的待测钢丝绳股,待侧钢丝绳股一端与设置在工作台一端的卡绳器卡固连接,另一端沿工作台长度方向水平悬空布置;

中心钢丝拉、扭机构,用于对钢丝绳股中中心钢丝进行扭转和拉力测试,所述中心钢丝的一端连接扭转机构,另一端连接中心钢丝拉力加载机构,其特征在于,还包括:至少一组钢丝螺旋接触机构,用于对缠绕在所述中心钢丝外部的至少一层多根钢丝进行螺旋接触测试,多组钢丝螺旋接触机构在所述工作台上沿所述钢丝绳股轴向依次布置并且结构相同,均包括:扭转块,套接在所述钢丝绳股外部,所述扭转块的内孔具有与所述钢丝绳股外轮廓相适的形状;

旋转盘,与所述扭转块套接固定,用于带动扭转块以及所述中心钢丝外部钢丝绕钢丝绳股自身轴线方向进行转动;

分散机构,设置在旋转盘的一侧表面上,用于对缠绕在所述中心钢丝外部的一层多根钢丝进行分散,包括:多个滑轮支撑单元,多个滑轮支撑单元设置在旋转盘的一侧表面,并沿所述旋转盘的盘面周向均匀布置,各个滑轮支撑单元的顶部分别设有一个滑轮,并且,多个滑轮处于不同的旋转平面,钢丝绳股上的一层钢丝组分散后分别绕过一个滑轮与一个第一钢丝绳夹固定连接,当旋转盘旋转后,一层多根钢丝可以实现多丝螺旋接触;

张紧机构,用于对分散后的多根钢丝的张紧力进行调节,包括:

多根杠杆,每根杠杆的一端通过拉、压力传感器与一个所述第一钢丝绳夹固定连接,杠杆另一端向一滑盘方向延伸,滑盘上对应每个杠杆分别设有通孔;

多边形筒形框架,同轴套接在所述待测钢丝绳股的外部,多边形筒形框架一端通过连接杆与一固定在所述旋转盘上的圆盘固定连接,另一端与所述滑盘固定连接;多边形筒形框架具有多个矩形表面,每个矩形表面上设有一个沿多边形筒形框架轴向延伸的滑杆,所述滑杆上滑动连接有杠杆支座,杠杆支座的顶端通过铰点与所述杠杆支撑连接,杠杆支座的底部与滑杆之间通过锁紧螺钉锁紧固定;

推盘,平行设置在所述滑盘另一侧,和滑盘之间通过二连杆机构连接,滑盘的盘面上对应每根杠杆的位置设有沿滑盘径向均匀分布的多个滑槽,所述二连杆机构穿过所述滑槽后能够与所述杠杆另一端传动连接;

第二电动缸,与所述推盘驱动连接,用于驱动所述推盘向所述滑盘方向平行移动,当第二电动缸驱动所述推盘向所述滑盘施加压力时,多根二连杆机构在滑盘的滑槽中以相同的速度向滑盘中心移动,进而推动多根杠杆的端部,再通过杠杆支点的作用将力传递到杠杆的另一端,最后再通过所述第一钢丝绳夹对各根钢丝实现张紧;

还包括滚筒加载机构,用于模拟实际生产中钢丝绳股缠绕在滚筒上所产生的摩擦磨损,包括:一滚筒主体,设置在所述工作台的一端,滚筒主体具有与所述待测钢丝绳股相接触的弧形表面,滚筒主体的左、右两端分别通过滚筒半轴、以及滑块与一U形框滑动连接,所述U形框的两侧内壁上设有供所述滑块导向移动的竖向滑槽,U形框的底部固定连接有第三电动缸,第三电动缸用于带动所述滚筒主体沿U形框的竖向滑槽上、下来回移动;

两个支架,以被测钢丝绳股为中线对称布置在所述工作台上,两个支架的顶部一端朝向钢丝绳股延伸方向分别与一根长悬臂的一端铰接,两根长悬臂的悬空端之间连接有长底板,所述长底板上安装固定所述卡绳器;

每个支架底部一侧,位于所述支架和长悬臂中部之间设有一个电动推杆,当电动推杆做伸缩运动时,长悬臂的悬空端沿着圆弧轨迹运动;

U形框的两侧外壁分别与一根滚筒半轴固定连接,其中一根滚筒半轴的一端与轴承支座连接,另一根滚筒半轴与舵机连接;

所述U形框的底部一侧设有竖向激振器,竖向激振器的输出轴通过传力杆与滚筒主体左、右两侧的任一滚筒半轴连接,以模拟实际工况下,钢丝绳股卷绕在滚筒主体上时滚筒主体与钢丝绳股之间的微动。

2.根据权利要求1所述的提升钢丝绳内部多丝性能测试装置,其特征在于,所述扭转机构包括与所述中心钢丝的一端夹固连接的第二钢丝绳夹、以及连接在第二钢丝绳夹上且沿所述中心钢丝轴向串接的第一扭转传感器、第一联轴器以及第一步进电机,所述第一步进电机为双出轴步进电机,双出轴第一步进电机端通过联轴器与旋转编码器连接,旋转编码器反馈出中心钢丝被转动的角度,双出轴的第一步进电机另一端通过联轴器与扭矩传感器连接,第一步进电机固定在工作台的立柱上;

所述中心钢丝拉力加载机构包括与所述中心钢丝另一端夹固连接的第三钢丝绳夹、以及连接在第三钢丝绳夹上且沿所述中心钢丝轴向串接的拉、压力传感器以及第一电动缸。

3.根据权利要求1所述的提升钢丝绳内部多丝性能测试装置,其特征在于,还包括对所述旋转盘进行驱动的旋转驱动机构,所述旋转驱动机构包括:第二步进电机、主动齿轮、从动齿轮、联轴器、轴承座以及第一L形板,其中,第二步进电机输出轴依次通过联轴器、传动轴与主动齿轮传动连接,主动齿轮与从动齿轮啮合;

所述从动齿轮的轴心处设有用于嵌设所述扭转块的燕尾槽、以及位于所述燕尾槽后部的用于安装轴承的轴承安装孔,所述轴承的外圈安装在所述轴承安装孔内,轴承内圈通过健与一短轴连接,短轴的另一端与所述第一L形板上端固定连接,所述短轴的中间设有供多根钢丝无阻碍穿过的通孔;

从动齿轮的一侧端面上固定连接多个滑轮支撑单元,滑轮支撑单元的顶部连接有滑轮。

4.根据权利要求1所述的提升钢丝绳内部多丝性能测试装置,其特征在于,滑盘的盘面上设有矩形滑槽,所述二连杆机构的第二段插入到相应的矩形滑槽中,并且在矩形滑槽中进行滑动,二连杆的第二段长度比所述矩形滑槽的长度长,当二连杆的第二段被推出矩形滑槽后与杠杆的一端接触,从而将力传递到杠杆部分,再通过调节各杠杆支点来调节各根钢丝施加得不同载荷,从而模拟出实际工况下钢丝绳股内部各根钢丝所受的不同载荷。

5.根据权利要求1所述的提升钢丝绳内部多丝性能测试装置,其特征在于,所述滚筒主体的内部中空,滚筒主体上与所述待测钢丝绳股相接触的弧形表面上加工有弧形的绳槽。

6.根据权利要求1所述的提升钢丝绳内部多丝性能测试装置,其特征在于:还包括钢丝绳股径向力加载机构,用于对钢丝绳股实现径向力加载,包括:双向滚珠丝杠移动副,固定在工作台上部,包括:双向滚珠丝杠、安装在所述双向滚珠丝杠上的第一移动副和第二移动副,其中,第一移动副和第二移动副相向移动,第一移动副上连接有第一夹臂,第二移动副上连接有第二夹臂,所述第一夹臂和第二夹臂沿所述钢丝绳股中心对称设置;

第一夹臂的末端和第二夹臂的末端分别设有半弧形压紧槽,两个半弧形压紧槽将所述钢丝绳股压紧夹持。

7.根据权利要求6所述的提升钢丝绳内部多丝性能测试装置,其特征在于:所述第一夹臂和第二夹臂结构相同,均包括:前夹臂、后夹臂以及连接在前夹臂和后夹臂之间的拉、压力传感器,其中,所述前夹臂与移动副固定连接,后夹臂的末端设有所述半弧形压紧槽。

8.一种基于权利要求1 7中任一所述提升钢丝绳内部多丝性能测试装置的试验步骤,~其特征在于,所述钢丝绳股包括三层,分别是中心钢丝、包覆在中心钢丝外部的第二层6根钢丝组以及包覆在第二层6根钢丝组外部的第三层12根钢丝组,相应的,钢丝螺旋接触机构包括两组,分别是第二层钢丝的螺旋接触机构和第三层钢丝的螺旋接触结构,包括如下几个步骤:(1)将中心钢丝一端固定于与第一电动缸连接的第三钢丝绳夹上,另一端穿过卡绳器、大L板二、十二丝扭转块中心孔、十二边形框架、第一L形板、六丝扭转块中心孔、六边形框架,最后固定在第一步进电机端的第二钢丝绳夹上;

(2)第一步进电机工作,扭转中心钢丝;

(3)将第二层和第三层钢丝按照内、外层相互紧靠着穿过卡绳器中心孔,并进行预拉紧,使得两层钢丝都被一端固定住,不产生滑移;

(4)将第二层六根钢丝围绕着中心钢丝进行环形排布,从卡绳器开始,依次穿过大L板二中间孔、十二丝扭转块中心孔、十二边形框架内部、第一L形板中间孔、六丝扭转块中心孔、最后被相应的第一钢丝绳夹固定;

(5)将第三层十二根钢丝围绕着第二层钢丝进行环形排布,从卡绳器开始,依次穿过大L板二中间孔、十二丝扭转块中心孔、最后被相应的第一钢丝绳夹固定;

(6) 第一组钢丝螺旋接触机构上的旋转盘旋转,将第二层六根钢丝扭转,紧接着第二电动缸动作,将推盘一压下,从而张紧第二层六根钢丝;

(7)第二组钢丝螺旋接触机构上的旋转盘旋转,将第三层钢丝扭转,紧接着电动缸二动作,将推盘二压下,从而张紧第三层钢丝;至此,共计十九根丝分三层已全部加载完毕,其中有两种测试方法,包括A、绷直状态下进行摩擦磨损测试,B、钢丝绳股围包在滚筒上进行摩擦磨损测试,其中,绷直状态下进行摩擦磨损测试包括以下子步骤: A1、调节各杠杆支点,改变张紧每根钢丝的张紧力;

 A2、第一电动缸动作,带动中心钢丝微动;

A3、双向滚珠丝杠移动副动作,将捻制后的钢丝绳股夹紧,对捻制后的钢丝绳股施加径向力;

如果需要对加载在滚筒主体上的钢丝绳股进行测试,则通过如下子步骤;

 B1、调节各杠杆支点,改变张紧每根钢丝的张紧力;

 B2、第三电动缸动作,滚筒主体顺着竖向滑槽向上滑动,与钢丝绳股接触,钢丝绳股嵌入滚筒主体的弧形绳槽内;

 B3、舵机工作,将U形框绕着旋转轴旋转一定角度;

 B4、两个电动推杆动作,将水平绷直的钢丝绳股沿着滚筒主体围包,旋转角度最大为

90°;

 B5、第一电动缸动作,带动中心钢丝微动;

 B6、激振器工作,使得滚筒主体与钢丝绳股之间产生高频震动;

通过各钢丝接头处的拉、压力传感器就可以测得每根钢丝所受到的实际拉力,第一步进电机处的编码器可测得中心钢丝旋转的角度,扭矩传感器可测得中心钢丝所受到得扭矩大小。