[發明專利]腐蝕-交變載荷耦合作用下鋼絲繩彎曲疲勞損傷監測系統

在審

• 申請號: 201510051377.4
• 申請日: 2015-01-30
• 公開（公告）號: CN104614261A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 王大剛;李曉五;王琳琳;朱真才;張德坤;茅獻彪;彭玉興;葛世榮;王慶良;劉洪濤;羅勇
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N3/38
• 分類號: G01N3/38;G01N3/20;G01N17/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及監測系統，具體是一種腐蝕-交變載荷耦合作用下鋼絲繩彎曲疲勞損傷監測系統。

背景技術

鋼絲繩是由多層鋼絲捻成股、再由股捻繞成繩的空間螺旋結構，因承載能力好、彎曲柔韌性好、運動平穩無噪音、安全系數大、自重輕等優點被廣泛用于各種提升與起重系統。在礦井提升系統中，提升鋼絲繩連接礦井提升機和提升容器共同組成了礦井提升系統，擔負著提升煤炭、矸石、下放材料、升降人員和設備的任務，一旦鋼絲繩失效斷裂將導致井毀人亡的重大事故，并且嚴重影響礦井正常生產和人員的生命安全。由于礦井提升鋼絲繩長期處于摩擦、潮濕和腐蝕等工作環境(PH約為6-12)中，并承受著反復的拉伸載荷和彎曲載荷；在礦井提升的過程中，因提升機的加速或減速過程以及時變的懸垂繩長使得提升鋼絲繩承受交變載荷的作用。這都會導致鋼絲繩內相鄰鋼絲間微小振幅的微動磨損；如果在微動磨損過程中接觸區域存在腐蝕介質，將產生微動腐蝕現象；微動磨損和循環的拉伸載荷或彎曲載荷的共同作用使接觸鋼絲間發生微動疲勞，引起鋼絲表面的裂紋萌生、擴展，最終達到斷裂失效，加劇鋼絲繩的疲勞斷絲失效，縮短了鋼絲繩的使用壽命。因此，探究腐蝕-交變載荷耦合作用下鋼絲繩彎曲疲勞損傷機理和演化特性對提升鋼絲繩失效分析有重要意義。然而，現有的傳統鋼絲繩彎曲疲勞試驗機已經不能滿足要求，亟需一種能夠模擬礦井提升實際工況的腐蝕-交變載荷耦合作用下鋼絲繩彎曲疲勞損傷監測系統，以探究復雜運行工況下(交變載荷和腐蝕工況)滑輪兩側鋼絲繩動張力演化、裂紋萌生和擴展演化、鋼絲繩腐蝕動力學特性和鋼絲繩服役壽命特性等。

目前，現有鋼絲繩彎曲疲勞實驗裝置包括：專利號為201010602411.X公布了一種鋼絲繩變載彎曲疲勞試驗機，可對鋼絲繩標準試件進行變載彎曲疲勞試驗；專利號為201320504867.1公布了一種鋼絲繩彎曲疲勞試驗機，采用三套作豎直運動的滑臺、滑臺驅動裝置及四個滑輪結構，可在貼近實際工況的條件下監測鋼絲繩的受力情況和鋼絲繩的斷絲情況。然而上述兩個試驗機中鋼絲繩與滑輪間圍包角不可調，而且不能對不同腐蝕環境中鋼絲繩內部損傷進行定量監測；專利號為201120180376.7公布了一種機械臥式鋼絲繩彎曲疲勞試驗機，采用與繩徑匹配的聚醋摩擦襯墊結構，可以研究不同直徑鋼絲繩的彎曲疲勞試驗，然而該實驗機只能做預定載荷下的鋼絲繩彎曲疲勞實驗，不能模擬交變載荷下的鋼絲繩彎曲疲勞行為研究且不能兼顧一些礦井等惡劣條件下的腐蝕等工況；專利號為201320428225.8公布了一種鋼絲繩彎曲疲勞試驗裝置，采用兩個外徑不同的主動輪裝置，可同時進行兩種鋼絲繩的彎曲疲勞試驗，節約不必要的時間，同時也不需要占用過多的空間，然而該實驗機的負載是靜態的且圍包角不可改變也沒能考慮到腐蝕等工況，不能夠真實的反映出鋼絲繩在實際工況中的特性。

綜上，需要一種同時兼具以上各項監測功能的鋼絲繩彎曲疲勞試驗裝置系統，以滿足現實所需。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種能夠模擬礦井提升工況的腐蝕-交變載荷耦合作用下鋼絲繩彎曲疲勞損傷監測系統，對探測腐蝕-交變載荷耦合作用下鋼絲繩彎曲疲勞過程中鋼絲繩內部損傷演化和動張力演化特性和預測鋼絲繩使用壽命有重要意義。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種腐蝕-交變載荷耦合作用下鋼絲繩彎曲疲勞損傷監測系統，包括驅動系統、交變力加載系統、換向控制系統、圍包角調整系統、腐蝕液添加系統、鋼絲繩及鋼絲繩狀態監測系統；

所述鋼絲繩依次繞過所述驅動系統的主動輪，所述圍包角調整系統的A調整輪、A實驗輪和所述交變力加載系統的加載輪，及所述圍包角調整系統的B實驗輪、B調整輪，繩頭連接在一起形成封閉環，通過調整A實驗輪和B實驗輪調節鋼絲繩與加載輪的圍包角，通過調整A調整輪和B調整輪分別調節鋼絲繩與A實驗輪和B實驗輪的圍包角，三個圍包角一致；

所述換向控制系統包括A接近開關、B接近開關、A感應片、B感應片，所述A接近開關和B接近開關分別設置在A機架上，設于所述加載輪的兩側，所述A感應片和B感應片分別固定在同側鋼絲繩上，當與所述換向控制系統的變頻器的外控端子連接的A接近開關和B接近開關分別感應到所述A感應片和B感應片，所述變頻器控制所述驅動系統的電機改變輸出軸的運行方向；

所述鋼絲繩狀態監測系統包括鋼絲繩張力監測裝置、鋼絲繩損傷探測裝置、微滑移監測裝置、鋼絲繩徑向變形測量裝置；

所述腐蝕液添加系統與所述鋼絲繩連接，為所述鋼絲繩添加腐蝕液體；