浅谈液压卧式钢丝绳试验机的结构设计.pdf

2 0 1 3 年第7期 中州煤炭 总第 2 1 1 期 浅谈液压 卧式钢 丝绳试验机的结构设计 赵 峻 漾 河南省煤炭科 学研 究院有限公 司， 河南 郑州4 5 0 0 0 1 摘要 由于钢丝绳疲劳性 能试验 中受力状 态和钢 丝绳 实际应用条件基本相似 ， 故整绳 疲劳性能试验更能准确 表征 钢丝绳质量和使用寿命。针对 目前钢丝绳弯 曲疲 劳试 验现状及 不足 ， 设 计 了液压 卧式钢 丝绳弯 曲疲劳 试验机 以及环形组合衬 垫。该试验机具有通用性强 、 准确度高 、 自动 化水平高 等优 点 ， 基 本满足 了各种 矿用 钢丝绳弯 曲疲劳试验的需求。 关键词 矿用钢 丝绳 ； 弯 曲疲劳试验 ； 检测方 法 中图分类 号 T D 5 3 2 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 30 5 0 6 2 0 1 3 0 7 0 0 5 60 2 近年来 ， 随着 煤 炭 、 冶 金 工业 的发 展 ， 尤 其 矿 井 深度 不断 增 加 ， 对 钢 丝 绳 质 量 提 出 了更 高 的要 求 。 钢丝绳在工作时受多种应力的作用 ， 如静应力、 动应 力、 弯曲应力 、 扭转应力 、 接触应力及捻制应力等 ， 这 些应力的反复作用会导致钢丝绳出现疲劳断丝。另 外 ， 磨损和锈蚀也是加速钢丝绳断丝的重要原因， 严 重时甚至引发整绳断裂 ， 导致重大事故发生 ， 造成 巨 大损失。因此 ， 探讨钢丝绳检测设备 ， 确保钢丝绳安 全运 行具 有重 要意 义 。 1 矿用钢丝绳试验机现状 目前 ， 检 验 和评 价矿 用 钢 丝 绳性 能 和 质量 的方 法一般是将钢丝绳拆股 ， 分别对其进行拉断、 弯曲和 扭转 试验 ， 然 后计算 其抗 拉强 度并 判定 其 韧性指 标 ， 以此作为选用和评价钢丝绳 的依据。然而 ， 钢丝绳 在 实际应 用 时 的受 力状 态非 常 复杂 。 由于钢丝 绳整 绳疲 劳性 能 试 验 是对 钢 丝 绳 现 场 使 用 条 件 进 行 模 拟 ， 因此 ， 整绳疲劳性能试验更能准确体现钢丝绳的 质 量和使 用 寿命 。 钢丝绳整绳弯曲疲劳试验在航空业应用较多 ， 但都是小直径的， 不能满足矿用提升及大直径钢 丝 绳的需求 。部分生产单位仅 以验证产品合格与否为 目的 ， 配置用连杆作为摆动机构 的钢丝绳弯曲疲 劳 试验机 ， 噪声 、 占用空间、 惯性冲击力均较大 ， 浪费资 源。国外常见试验机有摆动式弯曲疲劳试验机和行 星式弯曲疲劳试验机 2种 ， 但 国内技术不成熟 ， 也缺 收稿 日期 2 0 1 3 0 5 0 2 作者简介 赵峻漾 1 9 8 6 一 ， 女 ， 河南辉 县人 ， 助理 工程师 ， 2 0 0 6年 毕业于郑州大学 ， 现从 事矿用 钢丝绳检测检验工作 。 5 6 少相关试验数据 ， 不适合在国内应用。 2 液压卧式试验机构成及工作原理 针对 目前钢丝绳弯曲疲劳试验现状及不足 ， 煤 炭 工业 郑州 钢 丝绳检 验 检测 中心 自主研 发 了液压 卧 式 钢 丝绳 弯 曲疲 劳试 验 机 以及 环形 组合 衬 垫 。液 压 卧式 钢丝绳 弯 曲疲 劳试 验机结 构 如 图 1所示 。 a主视 b 俯视 图 1 液压 卧式钢丝绳弯曲疲劳试验机结构示意 液压卧式钢丝绳弯曲疲劳试验机包括基座 、 主 动轮和试验轮、 回转驱动装置等。基座一端 固定 有 轴承架 ， 轴承架上安装有主动轮 ； 基座另一端安设的 轴承架可左右平移 ， 并在该轴承架上安装有试验轮 。 试验轮轴承架 的左、 右动力机构端头分别顶压在轴 承架两侧 ， 靠近主动轮右侧动力机构末端与负载支 座之间设置有压力传感器 ； 主动轮转轴通过联轴 器 与液压回转驱动装置连接 ； 主动轮和试验轮圆周侧 面上 设置 有 凹槽 ， 钢 丝 绳试 样 两 端 通 过 夹 头对 接 后 2 0 1 3年第 7期 赵峻漾 浅谈液压卧式钢丝绳试验机的结构设计 总第 2 1 1期 套装 在两 轮 的 凹槽 中。 该试 验 机 的动 力 轮机 构 为 液压 缸 、 气 缸 或 千 斤 顶。液压 回转驱动装置包括液压马达 、 油箱和液压 泵 单 元 A， 主动 轮 转轴 通 过 联 轴 器 液 压 马 达 的输 出 轴 连 接 。液压 马 达 的进 、 出油 管 分 别 与 电磁 换 向 阀 的 2个输出 口连接， 电磁换 向阀的一个输人管与液 压泵 单元 A 的输 出 口连 接 ， 液压 泵单 元 A 的输 入 管 通过过滤器与油箱连通 ， 电磁换 向阀的另一个输入 管 通 过过 滤器 与油 箱连 通 ， 液 压 泵 单元 A 的 电机上 还 连 接有 光 电计数 器及 电控 箱 ， 液 压泵 单 元 A的输 出管 上连 接有 溢 流阀 和压力 表 。 该 液 压 试 验 机 中主 动 轮 和试 验 轮 直 径相 等 ， 试 验 机 基座 固定 在矩 形 混 凝 土 基 坑边 缘 ， 主 动 轮 和试 验轮的下部位于基坑内， 左 、 右千斤顶的端头分别顶 压在加载顶杆中心 ， 试验轮轴承架左 右两侧分别连 接 推杆 ， 推 杆末 端 的支架 上 固定有 弹簧 座 ， 弹簧 座 内 置定载弹簧 ， 弹簧外露端与推杆连接 ， 弹簧座一侧设 置有条形滑槽 ， 定载弹簧 的另一端固定在一个楔形 推板上 ， 该楔形推板位于滑槽内， 加载顶杆的两端与 楔形推板之间斜面配合。试验轮轴承座与支架之间 设置有条形孑 L 和固定销配合结构。 液压 卧式钢丝绳弯曲疲劳试验机的环形组合衬 垫 ， 由多个弧形单块段衬垫分别镶嵌在 主动轮和试 验 轮 圆周 边 缘 。主动 轮 和试验 轮 圆周设 置有 环形 凹 槽 ， 同时在主动轮和试验轮的一侧设 置有与 凹槽连 通的进 口及封堵 ， 各单块段衬垫分别从该进 口进入 环形 凹槽形成环形组合垫。在主动轮或试验轮侧壁 上设 置至 少 1个用 于 限制单 块段 衬垫 滑 动 的固定 机 构。各单块段衬垫的两边设置有凸缘 ， 主动轮和试 验轮的环形凹槽两侧壁上设置有与该凸缘匹配 的凹 槽 。相邻两侧单块段衬垫的对接面之间凹凸配合。 3液压 卧式钢 丝绳试 验机优势分析 采用液压卧式钢丝绳弯 曲疲劳试验机测试 时， 可根据被检测绳径匹配聚酯摩擦衬垫， 实现不同直 径钢 丝 绳 的弯 曲疲 劳检 测 。聚酯 摩擦 衬垫 上 圆弧半 径要和被试钢丝绳截 面半径吻合 ， 可根据需要从绳 槽中任意拆换 、 安装 与绳 径配套 的聚酯 摩擦衬垫。 该试验机定值载荷通过动力装置 、 压力传感器 、 弹簧 等框架结构得 以实现 ， 改变了以往挂砣施荷的做法。 1 通 用性 强 。采 用 了 与 目前矿 用 提 升 装置 完 全相 同的试验轮和主动轮 ， 其 中主动轮为固定结构 ， 试验 轮采 用滑 动并 固定 的 结 构 ， 钢 丝 绳 套装 非 常 方 便 ， 通过更换试验轮衬垫 即可实现对各种型号钢丝 绳 的检测 。 2 准 确度高。采 用 1 1的钢丝绳 卷绕试 验 机， 与实际运用时工况一致且转动频率范围大， 可满 足弯 曲疲劳频率 2 0～1 2 0次／ mi n的要求 。 3 自动化 水平 高 。该 试 验机 的液 压 系统 和 液 压马达采用泵用控制箱 、 光电在线计数装置 ， 采用力 传感器实现加载负荷的计算 ， 并采用 U S B接 口与计 算机进行数据交换和储存 。 4 结构简单合 理。选用不 同规 格 的液压泵 ， 共用一个油箱 ， 给液压马达和加载油缸供油 ， 占用空 间小 ， 刚度 和强 度大 ， 变形 小 ， 整 机 尺寸小 。 4 结语 液压卧式钢丝绳弯曲疲劳试验机和环形组合衬 垫 基本 满 足 了 各 种 矿 用 钢 丝 绳 弯 曲疲 劳 试 验 的需 求 ， 使矿用钢丝绳弯曲疲劳试验取得很大突破 ， 可为 判定矿用钢丝绳的使用寿命提供重要依据 。 责任编辑 许久峰 上接 第 5 5页 直 接 得 到 平 差 结 果 ， 自动 完 成 平 差过程 。在工程单位 中， 可针对一些常用平差模型 ， 在 MA T L A B中建 立平 差 函数 ， 通 过调 用 其 函数来 完 成 平差 。 2 在解决非线性 问题 中， 利用优 化工具箱 可 以很容易地将模型 的约束信 息转化为相应 的表达 式 ， 并直接在工具箱中调用 ， 这样就极大减少了因转 化而带来的人为操作误差 。 3 在工 程 实 践 中 ， 工 具 箱 优 化 可 节 省 大 量 编 程的时间和精力 ， 且快速 、 灵活 、 方便 ， 易于学习和掌 握 ； 只要根据实际情况对该模型的一些模块进行灵 活修改处理即可。 参 考文献 [ 1 ] 武汉 大学 测绘 学 院平差 学科 组． 误 差理 论 与测 量 平差 基础 [ M] ． 武汉 武 汉大学 出版社 ， 2 0 0 9 ． [ 2 ] 刘卫国． MA T L AB程 序设计 教程 [ M] ． 北 京 中国水利 水 电出 版社 ， 2 0 0 6 ． [ 3 ] 陶中剐 ， 王宝 山， 王 勇 ， 等． MA T L AB软件在测量平差 中的应用 [ J ] ． 焦作工学 院学报 自然科学版 ， 2 0 0 2 5 3 9 3 - 3 9 5 ． [ 4 ] 欧阳文森 ， 朱建军 ， 李永 春， 等． 应用 Ma t l a b优化工 具箱处理附 线性不等式 约 束 的最 小二 乘 平差 问 题 [ J ] ． 测绘 工 程 ， 2 0 0 6 3 8 - 1 1 ． 责任编辑 刘欢欢 5 7