[發明專利]一種纏繞式滾筒卷放鋼絲繩運動狀態識別系統與方法

在審

• 申請號: 201510873347.1
• 申請日: 2015-12-03
• 公開（公告）號: CN105347129A
• 公開（公告）日: 2016-02-24
• 發明（設計）人: 曹國華;朱真才;黃宇宏;牛巖軍;彭維紅;沈剛;周公博;劉善增;吳仁愿;張磊
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: B66B5/00
• 分類號: B66B5/00;B66B7/12
• 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

本發明涉及一種纏繞式滾筒卷放鋼絲繩運動狀態識別系統與方法，尤其適用于礦井提升系統、電梯曳引系統的鋼絲繩運動狀態檢測，也適用于各類鋼絲繩運動狀態檢測。

背景技術

纏繞式提升機在礦井提升系統中運用非常廣泛，纏繞式滾筒上鋼絲繩的運行狀態對礦井提升系統的安全高效運行具有十分重要的意義。但目前尚無有效辦法實時識別纏繞式滾筒卷放鋼絲繩的運動狀態，使滾筒圓度檢測、滾筒鋼絲繩亂繩監測和提升容器實時速度無法獲知，給煤礦的安全高效生產埋下了隱患。

發明內容

技術問題：本發明的目的是針對現有技術中存在的問題，提供一種纏繞式滾筒卷放鋼絲繩運動狀態識別系統與方法，以解決在纏繞式滾筒運行過程中無法對鋼絲繩運動狀態識別的問題，實現纏繞式滾筒卷放鋼絲繩運動狀態監測的實時化、可視化。

技術方案：本發明的纏繞式滾筒卷放鋼絲繩運動狀態識別系統，包括安裝在滾筒后部垂直于滾筒軸線的工業相機一和安裝在滾筒右側平行于滾筒軸線的工業相機二，工業相機一和工業相機二分別通過通訊線纜與工控機相連，在纏繞滾筒并繞過天輪的豎直向下的鋼絲繩上設有鋼絲繩軸向速度測量裝置，鋼絲繩軸向速度測量裝置經導線連接有數據采集盒；

所述的鋼絲繩軸向速度測量裝置包括套裝在鋼絲繩上的U型底座，U型底座上對稱設有位于鋼絲繩左右兩側的測速組件和壓緊組件，所述的測速組件和壓緊組件分別包括設在U型底座上的底座，所述底座的前后兩側對稱設有支撐臂，對稱設置的支撐臂之間下部經銷軸設有調節組件，上部經支撐轉軸設有抱住鋼絲繩的摩擦輪，支撐轉軸兩側對稱布置有設在支撐臂上的軸承和軸套；所述的測速組件上還包括經聯軸器連接在支撐轉軸上的軸編碼器。

所述的軸編碼器上設有固定在支撐臂一側的編碼器支架。

所述設在U型底座上的底座由T型螺栓組件固接。

所述的支撐臂上部兩側均設有軸承端蓋。

所述的摩擦輪上設有耐磨橡膠套。

使用上述系統的纏繞式滾筒卷放鋼絲繩運動狀態識別方法，包括如下步驟：

(1)滾筒卷放鋼絲繩的橫向與縱向運動狀態檢測：

①分別測量滾筒的實際寬度D₁和設在滾筒后方的工業相機一獲取的圖像上的圖像寬度d₁，計算出工業相機一的轉化系數Z₁＝D₁/d₁；測量鋼絲繩的實際寬度D₂和設在滾筒右側的鋼絲繩在工業相機二獲取的圖像上的圖像寬度d₂，計算出工業相機二的轉化系數Z₂＝D₂/d₂；

②通過設在垂直于滾筒軸線和平行于滾筒軸線兩個方向的工業相機一和工業相機二，連續獲取鋼絲繩與滾筒相切出繩點A上方露出滾筒外邊緣測點B的兩個方向的運動圖像；

③通過工控機分別對工業相機一和工業相機二采集的圖像進行處理，獲取鋼絲繩出繩時橫向運動速度和鋼絲繩在垂直于鋼絲繩方向出繩時的橫、縱向運動速度；

(2)鋼絲繩的軸向速度檢測：

①停止提升系統運行，安裝鋼絲繩軸向速度測量裝置，將U型底座套裝在天輪落繩下方的鋼絲繩上，使鋼絲繩穿設于U型底座中間；將測速組件和壓緊組件對稱安裝在鋼絲繩的兩側，使兩個摩擦輪緊靠鋼絲繩，將測速組件和壓緊組件固定于U型底座上，調整調節組件使兩個摩擦輪與鋼絲繩達到預定的壓緊力；

②開啟提升系統運行，運動的鋼絲繩帶動摩擦輪旋轉，摩擦輪通過平鍵帶動支撐轉軸，支撐轉軸通過聯軸器帶動軸編碼器，軸編碼器將運動信號傳輸至數據采集盒，數據采集盒通過無線通信模塊將信號傳送至工控機，工控機接收信號通過上位機軟件計算出鋼絲繩的實時軸向速度。

在獲取鋼絲繩出繩時的橫、縱向運動速度時，先對鋼絲繩出繩圖像進行灰度化和閾值化處理，用不同顏色標識采集到的鋼絲繩圖像和背景圖像，使兩者分離；在閾值化處理后的鋼絲繩出繩圖像的滾筒上方的位置B處選取一條垂直于鋼絲繩4的水平線作為參考線，在該參考線上，選取表示鋼絲繩的所有像素的橫、縱坐標的平均值為鋼絲繩橫、縱向運動的坐標位置(x，y)；通過對連續得到的鋼絲繩位置信息進行對時間t微分得到鋼絲繩橫、縱向運動相對速度v_x＝dx/dt，v_y＝dy/dt；并將該參數和轉化系數計算得到鋼絲繩橫、縱向的真實運動速度V_X＝v_x·Z₁，V_Y＝v_y·Z₂。