一种钢丝绳与摩擦衬垫多向振动试验装置及其试验方法

1.本发明涉及矿山机械设备领域，尤其涉及一种钢丝绳与摩擦衬垫多向振动试验装置及其试验方法。


背景技术：

2.摩擦式提升机作为煤炭井下到井上运输的关键部件，其传动性能的可靠性直接关联到矿井的提升效率和提升安全。目前，由于矿井开采深度的增加以及提升速度的提高，钢丝绳由于弹性特质其振动愈发显著，当钢丝绳的振动沿绳体向上传递至摩擦轮，则将导致钢丝绳与摩擦衬垫的接触不稳定，而两者的接触状态直接关系到摩擦力的稳定性，由于衬垫为高分子聚合物，其粘弹特性对于振动的反应复杂，因此，有必要研制一款振动
‑
摩擦实验设施，已实验在不同钢丝绳振动参数下与衬垫的摩擦行为，通过局部西观的摩擦实验揭示钢丝绳与衬垫的振动
‑ꢀ
摩擦耦合特性，为抗振、增摩高性能衬垫的开发以及高质量摩擦式提升机的设计制造提供理论基础。
3.cn111141514a公开了一种钢丝绳与衬垫多向振动下的摩擦损失实验装置及方法，该专利模拟了实际摩擦式提升机的机构，并考虑了钢丝绳的多向振动，但其钢丝绳与摩擦轮接触范围为180
°
，无法反应振动下的微观摩擦机理。
4.cn104729987b公开了一种提升机用钢丝绳、摩擦衬垫综合摩擦检测装置及方法，该专利公能够在一台试验机上模拟不同工况条件下缠绕式提升机中钢丝绳与钢丝绳交叉接触高速滑动摩擦、蠕动摩擦以及摩擦式提升机中钢丝绳与摩擦衬垫高速滑动摩擦三种运动行为，这种实验装置并没有考虑钢丝绳产生振动后，钢丝绳与摩擦衬垫之间的摩擦关系。
5.cn104122198b一种摩擦衬垫
‑
提升钢丝绳动态摩擦传动试验装置及方法，该专利可以实现模拟钢丝绳周向振动和径向振动的摩擦实验，但该装置无法改变钢丝绳径向振动的方向，在研究过程中仍存在诸多不足。
6.现有技术存在的问题主要有：(1)未考虑实际摩擦提升过程中钢丝绳的振动； (2)或考虑振动，但无法反映或研究局部的振动
‑
摩擦耦合机理。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种钢丝绳与摩擦衬垫多向振动试验装置及其试验方法，以解决上述问题，为钢丝绳在多向振动状态下与衬垫摩擦机理揭示提供数据支撑。
8.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
9.一种钢丝绳与摩擦衬垫多向振动试验装置，包括机架、设置在所述机架侧面的纵向振动组件、设置在所述机架顶部的横向振动组件及设置在所述机架顶部的摩擦监测组件；
10.所述纵向振动组件、横向振动组件、摩擦监测组件顺向依次设置，所述纵向振动组件、横向振动组件之间设置有滚轮，所述纵向振动组件连接有钢丝绳，所述钢丝绳绕过所述滚轮且穿过所述横向振动组件、摩擦监测组件设置，所述摩擦监测组件上设置有摩擦衬垫，
所述钢丝绳远离所述纵向振动组件的一端固定连接在所述机架上；
11.所述纵向振动组件设置有使所述钢丝绳产生纵向振动的纵向振动部，所述横向振动组件设置有使所述钢丝绳产生横向振动的横向振动部，所述钢丝绳上设置有传感器组件。
12.优选的，所述纵向振动组件包括竖直固定连接在所述机架侧面的第一底板，所述第一底板远离所述机架的一侧固定连接有第一滑轨，所述第一滑轨两端设置有第一限位块，所述第一滑轨滑动配合有第一滑动板，所述第一滑动板底部固定连接有配重块，所述第一底板远离所述机架的一侧顶部可拆卸连接有用于固定所述钢丝绳的第一夹紧块，所述纵向振动部固定连接在所述第一底板远离所述机架的一侧。
13.优选的，所述纵向振动部包括第一伺服电机和与所述第一伺服电机输出轴固定连接的偏心块，所述第一伺服电机的机体与所述第一底板固定连接。
14.优选的，横向振动组件包括固定连接在所述机架顶部的第二底板，所述第二底板侧壁固定连接有第二滑轨，所述第二滑轨与所述钢丝绳平行设置，所述第二滑轨滑动配合有第二滑动板，所述第二滑动板上开设有弧形滑槽，所述弧形滑槽内滑动配合有滑动轴承，所述弧形滑槽两个端面分别设置有第一压紧板，所述第一压紧板开设有用于安装滑动轴承的轴孔，两个所述第一压紧板通过螺纹连接有第一压紧把手，所述第二滑动板固定连接有齿圈，所述齿圈内啮合有齿轮，所述齿圈、弧形滑槽与所述钢丝绳同轴设置，所述齿轮轴接有第三伺服电机；
15.所述第二滑动板靠近所述第二底板的顶部侧面固定连接有第二压紧板，所述第二压紧板上开设有长圆孔，所述第二底板顶部连接有第二压紧把手，所述第二压紧把手穿过第二压紧板与所述第二底板螺纹连接；
16.所述第二滑动板远离所述滚轮的一侧垂直固定连接有支撑板，所述支撑板顶面固定连接有所述横向振动部，所述第三伺服电机的机体与所述支撑板底面固定连接。
17.优选的，所述横向振动部包括固定连接在所述支撑板顶面的第二伺服电机，所述第二伺服电机轴接有偏心轮，所述偏心轮边部转动连接有连杆，所述连杆远离所述偏心轮的一端转动连接有第二夹紧块，所述第二夹紧块底部滑动配合有第四滑轨，所述第四滑轨固定连接在所述支撑板顶面。
18.优选的，所述摩擦监测组件包括固定连接在所述机架顶部的第三底板，所述第三底板上固定连接有第三滑轨，所述第三滑轨滑动配合有第三滑动板，所述第三滑动板底部设置有丝杠组件，所述丝杠组件的丝杠轴接有第四伺服电机，所述第四伺服电机与所述第三底板固定连接，所述丝杠组件的丝杠转动连接在所述第三底板两端；
19.所述第三滑动板顶面固定连接有立板，所述立板竖向固定连接有第五滑轨，所述第五滑轨滑动配合有竖向滑板，所述竖向滑板远离所述立板的侧面固定连接有托盘，竖向滑板远离所述立板的侧面转动连接有下压轮，所述下压轮设置在所述托盘下方，所述第三滑动板顶面固定连接有三维力传感器，所述三维力传感器顶部固定与所述摩擦衬垫固定连接，所述摩擦衬垫设置在所述下压轮下方，所述钢丝绳接触设置在所述摩擦衬垫上表面。
20.优选的，所述传感器组件包括与所述钢丝绳远离所述纵向振动组件一端固定连接的拉力传感器和固定连接在所述钢丝绳上的加速度计，所述加速度计设置在所述横向振动组件、摩擦监测组件之间。
21.另一优选方案，所述传感器组件包括与所述钢丝绳远离所述纵向振动组件一端固定连接的拉力传感器和滑动连接在所述钢丝绳上的加速度计，所述加速度计设置在所述横向振动组件、摩擦监测组件之间，所述加速度计与所述三维力传感器之间固定连接有弹簧，所述钢丝绳上下对称设置有两个滑轮，所述加速度计与两个所述滑轮转动连接。
22.一种钢丝绳与摩擦衬垫多向振动试验装置的试验方法，包括如下步骤：
23.步骤一，准备工作，将所述钢丝绳一端与所述纵向振动组件固定连接，所述钢丝绳绕过所述滚轮且另一端通过所述传感器组件与所述机架固定连接；
24.步骤二，调整工作，调整横向振动组件，使横向振动组件振动方向符合试验要求，将钢丝绳穿过横向振动组件进行固定，调整摩擦监测组件，使所述摩擦衬垫与所述钢丝绳接触。
25.步骤三，开始试验，启动所述纵向振动部、横向振动部摩擦监测组件，通过所述传感器组件得出所述钢丝绳与所述摩擦衬垫之间的摩擦接触与摩擦数据。
26.本发明具有如下技术效果：
27.本发明通过纵向振动组件的设置可以使钢丝绳产生纵向振动，通过横向振动组件的设置可以实现钢丝绳的不同方向的横向振动，将钢丝绳上安装加速度计可以监测钢丝绳的多种运动状态，并结合拉力传感器监测钢丝绳的受力状态，结摩擦监测机构上设置上下滑动的托盘，可以随时调整钢丝绳和摩擦衬垫的摩擦力，从而实现钢丝绳多方向振动摩擦状态下的试验数据收集。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本发明结构示意图；
30.图2为本发明左视轴测结构示意图；
31.图3为图2中a的局部放大结构示意图；
32.图4为图2中b的局部放大结构示意图；
33.图5为横向振动组件左视轴测结构示意图；
34.图6为横向振动组件右视轴测结构示意图；
35.图7为本发明后视轴测结构示意图；
36.图8为图7中c的局部放大结构示意图。
37.其中，1为机架、2为纵向振动组件、201为第一底板、202为第一滑轨、203 为第一限位块、204为第一滑动板、205为配重块、206为第一夹紧块、207为第一伺服电机、208为偏心块、3为横向振动组件、301为第二底板、302为第二滑轨、303为第二滑动板、3031为弧形滑槽、3032为滑动轴承、3033为支撑板、 3034为第四滑轨、304为齿圈、3041为齿轮、305为第一压紧板、306为第二夹紧块、307为第二伺服电机、3071为偏心轮、308为连杆、309为第二压紧板、 310为第二压紧把手、311为第三伺服电机、312为第一压紧把手、4为摩擦监测组件、401为第三底板、402为第三滑轨、403为丝杠组件、404为第三滑动板、 4041为第四伺服电机、
405为立板、406为三维力传感器、4061为摩擦衬垫、407 为竖向滑板、4071为托盘、4072为下压轮、5为钢丝绳、501为拉力传感器、502 为加速度计、6为滚轮。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
40.实施例一：
41.参照图1
‑
8所示，本实施例提供一种钢丝绳与摩擦衬垫多向振动试验装置，包括机架1、设置在机架1侧面的纵向振动组件2、设置在机架1顶部的横向振动组件3及设置在机架1顶部的摩擦监测组件4；
42.纵向振动组件2、横向振动组件3、摩擦监测组件4顺向依次设置，纵向振动组件2、横向振动组件3之间设置有滚轮6，纵向振动组件2连接有钢丝绳5，钢丝绳5绕过滚轮6且穿过横向振动组件3、摩擦监测组件4设置，摩擦监测组件4上设置有摩擦衬垫4061，钢丝绳5远离纵向振动组件2的一端固定连接在机架1上；
43.纵向振动组件2设置有使钢丝绳5产生纵向振动的纵向振动部，横向振动组件3设置有使钢丝绳5产生横向振动的横向振动部，钢丝绳5上设置有传感器组件。
44.进一步优化方案，纵向振动组件2包括竖直固定连接在机架1侧面的第一底板201，第一底板201远离机架1的一侧固定连接有第一滑轨202，第一滑轨202 两端设置有第一限位块203，第一滑轨202滑动配合有第一滑动板204，第一滑动板204底部固定连接有配重块205，第一底板201远离机架1的一侧顶部可拆卸连接有用于固定钢丝绳5的第一夹紧块206，纵向振动部固定连接在第一底板 201远离机架1的一侧。
45.进一步优化方案，纵向振动部包括第一伺服电机207和与第一伺服电机207 输出轴固定连接的偏心块208，第一伺服电机207的机体与第一底板201固定连接。
46.进一步优化方案，横向振动组件3包括固定连接在机架1顶部的第二底板 301，第二底板301侧壁固定连接有第二滑轨302，第二滑轨302与钢丝绳5平行设置，第二滑轨302滑动配合有第二滑动板303，第二滑动板303上开设有弧形滑槽3031，弧形滑槽3031内滑动配合有滑动轴承3032，弧形滑槽3031两个端面分别设置有第一压紧板305，第一压紧板305开设有用于安装滑动轴承3032 的轴孔，两个第一压紧板305通过螺纹连接有第一压紧把手312，第二滑动板303 固定连接有齿圈304，齿圈304内啮合有齿轮3041，齿圈304、弧形滑槽3031 与钢丝绳5同轴设置，齿轮3041轴接有第三伺服电机311；
47.第二滑动板303靠近第二底板301的顶部侧面固定连接有第二压紧板309，第二压紧板309上开设有长圆孔，第二底板301顶部连接有第二压紧把手310，第二压紧把手310穿过第二压紧板309与第二底板301螺纹连接；
48.第二滑动板303远离滚轮6的一侧垂直固定连接有支撑板3033，支撑板3033 顶面固定连接有横向振动部，第三伺服电机311的机体与支撑板3033底面固定连接。
49.进一步优化方案，横向振动部包括固定连接在支撑板3033顶面的第二伺服电机307，第二伺服电机307轴接有偏心轮3071，偏心轮3071边部转动连接有连杆308，连杆308远离偏心轮3071的一端转动连接有第二夹紧块306，第二夹紧块306底部滑动配合有第四滑轨3034，第四滑轨3034固定连接在支撑板3033 顶面。
50.进一步优化方案，摩擦监测组件4包括固定连接在机架1顶部的第三底板 401，第三底板401上固定连接有第三滑轨402，第三滑轨402滑动配合有第三滑动板404，第三滑动板404底部设置有丝杠组件403，丝杠组件403的丝杠轴接有第四伺服电机4041，第四伺服电机4041与第三底板401固定连接，丝杠组件403的丝杠转动连接在第三底板401两端；
51.第三滑动板404顶面固定连接有立板405，立板405竖向固定连接有第五滑轨，第五滑轨滑动配合有竖向滑板407，竖向滑板407远离立板405的侧面固定连接有托盘4071，竖向滑板407远离立板405的侧面转动连接有下压轮4072，下压轮4072设置在托盘4071下方，第三滑动板404顶面固定连接有三维力传感器406，三维力传感器406顶部固定与摩擦衬垫4061固定连接，摩擦衬垫4061 设置在下压轮4072下方，钢丝绳5接触设置在摩擦衬垫4061上表面。
52.进一步优化方案，传感器组件包括与钢丝绳5远离纵向振动组件2一端固定连接的拉力传感器501和固定连接在钢丝绳5上的加速度计502，加速度计502 设置在横向振动组件3、摩擦监测组件4之间。
53.一种钢丝绳与摩擦衬垫多向振动试验装置的试验方法，包括如下步骤：
54.步骤一，准备工作，通过第一夹紧块206将钢丝绳5一端与纵向振动组件2 上的第一滑动板204固定连接，钢丝绳5绕过滚轮6且另一端通过传感器组件的拉力传感器501与机架1固定连接；
55.步骤二，调整工作，调整横向振动组件3，通过控制第三伺服电机311转动，从而带动齿轮3041转动，从而使第二夹紧块306的振动方向可以在0
‑
90
°
内进行调整，使横向振动组件3振动方向符合试验要求的振动角度，将钢丝绳5穿过横向振动组件3，通过第二夹紧块306将钢丝绳5与第二夹紧块306进行固定，调整摩擦监测组件4，使摩擦衬垫4061与钢丝绳5接触。
56.步骤三，开始试验，启动纵向振动部第一伺服电机207、横向振动部的第二伺服电机307、摩擦监测组件4的第四伺服电机4041，第一伺服电机207带动偏心块208转动为钢丝绳5施加纵向振动，第二伺服电机307带动偏心轮3071转动，偏心轮3071带动连杆308运动，从而使第二夹紧块306产生横向振动并将横向振动传递至钢丝绳5，通过加速度计502测出钢丝绳5的振动数据，通过拉力传感器501测出钢丝绳5的预紧力数据，控制第四伺服电机4041往复转动，从而使第三滑动板404带动摩擦衬垫4061和下压轮4072沿钢丝绳5往复运动，再通过在托盘4071上增加固定重量的重物，使下压轮4072向下压住钢丝绳5，为钢丝绳5提供正压力，通过三维力传感器406测得钢丝绳5在多向振动下与摩擦衬垫4061摩擦接触与摩擦数据。为钢丝绳在多向振动状态下与摩擦衬垫摩擦行为提供试验研究数据。
57.实施例二：
58.本实施例的实验装置与实施例一的区别仅在于，传感器组件包括与钢丝绳5 远离纵向振动组件2一端固定连接的拉力传感器501和滑动连接在钢丝绳5上的加速度计502，加速度计502设置在横向振动组件3、摩擦监测组件4之间，加速度计502与三维力传感器406之
间固定连接有弹簧，钢丝绳5上下对称设置有两个滑轮，加速度计502与两个滑轮转动连接。
59.本实施例的结构可以实现钢丝绳5与摩擦衬垫4061相对滑动状态下的力学性能及力学参数的试验。
60.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
61.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。