一種超深礦井提升系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種超深礦井提升系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)及方法，所述試驗(yàn)臺(tái)包括四個(gè)變頻電機(jī)(1)以及與其對(duì)應(yīng)的四個(gè)提升機(jī)卷筒(2)、水平導(dǎo)軌(3)、提升容器(4)、位姿角傳感器(5)、拉力傳感器(6)、伺服液壓缸(7)、鋼絲繩(8)、滑輪(9)、變頻電機(jī)控制器(10)、鋼絲繩斷絲斷股檢測(cè)裝置(11)、伺服液壓缸控制器(12)、位姿監(jiān)測(cè)裝置(13)、張緊輪(14)、張緊彈簧(15)、萬(wàn)向輪(16)；本發(fā)明的試驗(yàn)臺(tái)采用易于實(shí)現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)水平拖拽的方式替代實(shí)際工況下的垂直提升的工況，操作簡(jiǎn)單，便于維護(hù)，同時(shí)該試驗(yàn)臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)多種功能模擬。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種超深礦井提升系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超深礦井提升系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)及方法，具體涉及對(duì)提升系統(tǒng)各種實(shí)際工況的模擬實(shí)驗(yàn)以及對(duì)鋼絲繩拉力、卷筒所受壓力、提升容器所處位置的坐標(biāo)等重要參數(shù)的檢測(cè)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工況的合理模擬，實(shí)現(xiàn)對(duì)超深立井提升系統(tǒng)各方面性能的檢測(cè)，從而保證系統(tǒng)能夠在所有可能異常情況下安全可靠的運(yùn)行，更好的適用于實(shí)際操作環(huán)境。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著我國(guó)將深部資源開(kāi)發(fā)作為重要的發(fā)展戰(zhàn)略，超深礦井大型提升裝備成為實(shí)現(xiàn)深部資源開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵裝備。然而，由于超深礦井開(kāi)采的特殊環(huán)境，提升裝備很難在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)。因此為了能夠應(yīng)對(duì)超深井面臨復(fù)雜的工況，全面的驗(yàn)證控制算法和安全保障機(jī)制的有效性，實(shí)現(xiàn)對(duì)超深立井提升系統(tǒng)各方面性能的檢測(cè)，確保鋼絲繩、卷筒、提升容器等的正常工作，亟需一種能夠模擬真實(shí)情況的超深礦井提升系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)。該仿真模擬平臺(tái)需要模擬正常狀態(tài)和異常狀態(tài)系統(tǒng)的絕大部分工況，以達(dá)到驗(yàn)證控制算法和故障處理能力的目的，保證系統(tǒng)能夠在所有可能異常情況下安全可靠的運(yùn)行。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種超深礦井提升系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)及方法，該試驗(yàn)臺(tái)能夠模擬正常狀態(tài)和異常狀態(tài)提升系統(tǒng)的絕大部分工況，以達(dá)到驗(yàn)證控制算法和故障處理能力的目的，保證系統(tǒng)能夠在所有可能異常情況下安全可靠的運(yùn)行。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0005]一種超深礦井提升系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)，包括四個(gè)變頻電機(jī)(I)以及與其對(duì)應(yīng)的四個(gè)提升機(jī)卷筒(2)、水平導(dǎo)軌(3)、提升容器(4)、位姿角傳感器(5)、拉力傳感器￠)、伺服液壓缸
(7)、鋼絲繩⑶、滑輪(9)、變頻電機(jī)控制器(10)、鋼絲繩斷絲斷股檢測(cè)裝置(11)、伺服液壓缸控制器(12)、位姿監(jiān)測(cè)裝置(13)、張緊輪(14)、張緊彈簧(15)、萬(wàn)向輪(16);位姿角傳感器(5)固定連接在提升容器(4)上；所述變頻電機(jī)控制器(10)分別與各個(gè)變頻電機(jī)、鋼絲繩斷絲斷股檢測(cè)裝置(11)連接；伺服液壓缸控制器(12)與伺服液壓缸(7)連接；安裝在容器上的位姿角傳感器(5)用于測(cè)出因容器傾斜與各平面形成的夾角，位姿角傳感器(5)獲取的夾角大小信息經(jīng)AD轉(zhuǎn)換信號(hào)后傳輸給位姿監(jiān)測(cè)裝置(13)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提升容器的姿態(tài)；拉力傳感器(6)獲得的鋼絲繩張力信號(hào)反饋給伺服液壓缸控制器(12)，伺服液壓缸控制器(12)通過(guò)計(jì)算得到每根鋼絲繩長(zhǎng)度與其平均長(zhǎng)度的長(zhǎng)度差值，通過(guò)調(diào)節(jié)各個(gè)伺服液壓缸(7)的伸縮來(lái)改變鋼絲繩的張力，避免鋼絲繩間運(yùn)動(dòng)不同步引起的提升容器傾斜；鋼絲繩斷絲斷股檢測(cè)裝置(11)檢測(cè)鋼絲繩是否斷絲斷股并通過(guò)變頻電機(jī)控制器(10)控制變頻電機(jī)的停止與啟動(dòng)。
[0006]所述的超深礦井提升系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)，所述位姿監(jiān)測(cè)裝置(13)和伺服液壓缸控制器
(12)有無(wú)線接收器，位姿角傳感器(5)和拉力傳感器(6)有無(wú)線發(fā)射器。
[0007]所述的超深礦井提升系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)，所述提升容器(4)通過(guò)其底部的萬(wàn)向輪(16)放置在水平面上，水平導(dǎo)軌(3)沿試驗(yàn)臺(tái)中心線分布在提升容器(4)的兩側(cè)，用于限制提升容器(4)在橫向上的擺動(dòng)，在水平導(dǎo)軌(3)的兩端各設(shè)置一對(duì)變頻電機(jī)(I)和一對(duì)提升機(jī)卷筒(2)，各個(gè)變頻電機(jī)⑴的輸出軸與對(duì)應(yīng)的提升機(jī)卷筒(2)連接；在試驗(yàn)臺(tái)中心線的一側(cè)，提升機(jī)卷筒⑵連接一根鋼絲繩(8)，鋼絲繩⑶一端依次通過(guò)滑輪、張緊輪(14)、滑輪連接到提升容器(4) 一端，另一根鋼絲繩(8) —端連接在提升機(jī)卷筒上，通過(guò)滑輪、伺服液壓缸(7)連接到提升容器的另一端，伺服液壓缸(7)和提升容器(4)之間的鋼絲繩上設(shè)置有拉力傳感器(6)，提升機(jī)卷筒和滑輪(9)之間的鋼絲繩上設(shè)置鋼絲繩斷絲斷股檢測(cè)裝置
(11);中心線另一側(cè)設(shè)置與此相同。
[0008]所述的超深礦井提升系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)，該試驗(yàn)臺(tái)為雙繩拖拽，在水平導(dǎo)軌(3)兩端設(shè)置了兩對(duì)變頻電機(jī)(I)，變頻電機(jī)轉(zhuǎn)向的不同對(duì)應(yīng)著提升容器的提升與下放。
[0009]所述的超深礦井提升系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)，所述張緊輪(14)下安裝有張緊彈簧(15)，通過(guò)調(diào)節(jié)張緊彈簧的預(yù)伸長(zhǎng)長(zhǎng)度或更換不同彈性系數(shù)的彈簧來(lái)改變鋼絲繩所受拉力，即模擬提升系統(tǒng)提升負(fù)載的不同。
[0010]所述的超深礦井提升系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)，所述伺服液壓缸控制器包括AD板卡PCI1716、張力控制器、DA板卡ACL6126和伺服放大器，AD板卡PCI1716接收鋼絲繩張力信號(hào)、提升容器的位姿角信號(hào)以及液壓缸的位移信號(hào)，液壓缸位移反饋信號(hào)、兩根鋼絲繩的張力差值及兩根鋼絲繩張力信號(hào)反饋給張力控制器，張力控制器將信號(hào)用算法進(jìn)行處理后傳輸給DA板卡ACL6126，信號(hào)進(jìn)入伺服放大器，進(jìn)而傳遞給比例伺服閥，對(duì)伺服液壓缸進(jìn)行控制，進(jìn)行鋼絲繩拉力的平衡。
[0011]應(yīng)用所述的超深礦井提升系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)方法，當(dāng)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，首先給定速度信號(hào)和位姿信號(hào)，使兩對(duì)變頻電機(jī)同速運(yùn)轉(zhuǎn)，一對(duì)卷筒纏繞鋼絲繩，一對(duì)卷筒松放鋼絲繩；速度信號(hào)通過(guò)變頻電機(jī)控制器控制提升機(jī)卷筒速度，進(jìn)而控制鋼絲繩纏繞速度，調(diào)節(jié)提升容器速度；通過(guò)位姿監(jiān)測(cè)裝置(13)實(shí)現(xiàn)提升容器姿態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；拉力傳感器(6)獲得的鋼絲繩張力信號(hào)反饋給伺服液壓缸控制器(12)，進(jìn)而通過(guò)調(diào)節(jié)伺服液壓缸(7)來(lái)平衡鋼絲繩張力；鋼絲繩在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，一旦鋼絲繩發(fā)生斷絲斷股，鋼絲繩斷絲斷股檢測(cè)裝置(11)發(fā)出的信號(hào)反饋到變頻電機(jī)控制器(10)，進(jìn)而通過(guò)變頻器對(duì)變頻電機(jī)進(jìn)行制動(dòng)。
[0012]所述的試驗(yàn)方法，當(dāng)進(jìn)行固定模擬測(cè)試鋼絲繩時(shí)，兩對(duì)變頻電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)張緊彈簧(15)的預(yù)伸長(zhǎng)長(zhǎng)度或更換不同彈性系數(shù)的張緊彈簧(15)來(lái)改變鋼絲繩所受拉力，來(lái)模擬不同負(fù)重時(shí)對(duì)鋼絲繩性能的影響.
[0013]所述的試驗(yàn)方法，當(dāng)模擬強(qiáng)擾動(dòng)下的提升工況時(shí)，采用不同角度木楔塊貼裝在水平導(dǎo)軌(3)表面來(lái)模擬；當(dāng)模擬罐道彎曲和傾斜時(shí)，采用不同直徑萬(wàn)向輪(16)或者在萬(wàn)向輪(16)上附加額外激勵(lì)來(lái)模擬。
[0014]所述的試驗(yàn)方法，還可以通過(guò)外部對(duì)提升容器進(jìn)行加載來(lái)模擬提升容器在實(shí)際工況中的沖擊震動(dòng)；還可以在卷筒上貼上應(yīng)變片進(jìn)行卷筒扭矩變形切應(yīng)力應(yīng)變的測(cè)量；還可以在卷筒主軸上安裝編碼器進(jìn)行提升深度的測(cè)量。
[0015]本發(fā)明的試驗(yàn)臺(tái)采用易于實(shí)現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)水平拖拽的方式替代實(shí)際工況下的垂直提升的工況，操作簡(jiǎn)單，便于維護(hù)。該試驗(yàn)臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)多種功能?？梢酝ㄟ^(guò)拉力傳感器進(jìn)行鋼絲繩張力的測(cè)量；可以通過(guò)對(duì)變頻電機(jī)的調(diào)節(jié)使其停止，進(jìn)行固定模擬來(lái)測(cè)試鋼絲繩；還可以通過(guò)外部對(duì)容器進(jìn)行加載來(lái)模擬提升機(jī)在實(shí)際工況中的沖擊震動(dòng)；通過(guò)張緊輪的調(diào)整可進(jìn)行鋼絲繩張緊模擬；在卷筒上貼上應(yīng)變片可以進(jìn)行卷筒扭矩變形切應(yīng)力應(yīng)變的測(cè)量；在卷筒主軸上安裝編碼器可以進(jìn)行提升深度的測(cè)量；該試驗(yàn)臺(tái)還能通過(guò)鋼絲繩斷絲斷股檢測(cè)裝置對(duì)鋼絲繩狀態(tài)的檢測(cè)來(lái)控制電機(jī)的起停，實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明俯視圖。
[0017]圖2為本發(fā)明主視圖。
[0018]圖3為伺服液壓缸控制器控制結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖4為液壓控制系統(tǒng)原理圖。
[0020]圖中，1-變頻電機(jī)，2-提升機(jī)卷筒，3-水平導(dǎo)軌，4-提升容器，5-位姿角傳感器，6-拉力傳感器，7-伺服液壓缸，8-鋼絲繩，9-滑輪，10-變頻電機(jī)控制器，11-鋼絲繩斷絲斷股檢測(cè)裝置，12-伺服液壓缸控制器，13-位姿監(jiān)測(cè)裝置，14-張緊輪，15-張緊彈簧，16-萬(wàn)向輪，17-比例伺服閥，18-蓄能器，19-油箱，20-截止閥，21-電動(dòng)機(jī)，22-雙向定量液壓泵，23-單向閥，24-溢流閥。

【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0022]參考圖1和圖2所示，一種超深礦井提升系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)，包括四個(gè)變頻電機(jī)(I)以及與其對(duì)應(yīng)的四個(gè)提升機(jī)卷筒(2)、水平導(dǎo)軌(3)、提升容器(4)、位姿角傳感器(5)、拉力傳感器(6)、伺服液壓缸(7)、鋼絲繩(8)、滑輪(9)、變頻電機(jī)控制器(10)、鋼絲繩斷絲斷股檢測(cè)裝置(11)、伺服液壓缸控制器(12)、位姿監(jiān)測(cè)裝置(13)、張緊輪(14)、張緊彈簧(15)、萬(wàn)向輪(16);提升容器(4)通過(guò)其底部的萬(wàn)向輪(16)放置在水平面上，水平導(dǎo)軌(3)沿試驗(yàn)臺(tái)中心線分布在提升容器(4)的兩側(cè)，用于限制提升容器4在橫向(即垂直于中心線的方向)上的擺動(dòng)，在水平導(dǎo)軌(3)的兩端各設(shè)置一對(duì)變頻電機(jī)(I)和一對(duì)提升機(jī)卷筒(2)，各個(gè)變頻電機(jī)⑴的輸出軸與對(duì)應(yīng)的提升機(jī)卷筒⑵連接；在試驗(yàn)臺(tái)中心線的一側(cè)，提升機(jī)卷筒(2)連接一根鋼絲繩(8)，鋼絲繩8—端依次通過(guò)滑輪、張緊輪14、滑輪連接到提升容器4一端，另一根鋼絲繩8—端連接在提升機(jī)卷筒上，通過(guò)滑輪、伺服液壓缸(7)連接到提升容器的另一端，伺服液壓缸(7)和提升容器4之間的鋼絲繩上設(shè)置有拉力傳感器6，提升機(jī)卷筒和滑輪9之間的鋼絲繩上設(shè)置鋼絲繩斷絲斷股檢測(cè)裝置(11);中心線另一側(cè)設(shè)置與此相同；位姿角傳感器(5)固定連接在提升容器4上。
[0023]所述變頻電機(jī)控制器(10)分別與各個(gè)變頻電機(jī)、鋼絲繩斷絲斷股檢測(cè)裝置(11)連接；伺服液壓缸控制器(12)與伺服液壓缸(7)連接；伺服液壓缸(7)與比例伺服閥連接，比例伺服閥的輸入口同時(shí)與蓄能器、溢流閥、單向閥和截止閥連接；位姿監(jiān)測(cè)裝置13和伺服液壓缸控制器(12)有無(wú)線接收器，位姿角傳感器(5)和拉力傳感器(6)有無(wú)線發(fā)射器。安裝在容器上的位姿角傳感器(5)可以測(cè)出因容器傾斜與各平面形成的夾角，位姿角傳感器5獲取的夾角大小信息經(jīng)AD轉(zhuǎn)換信號(hào)后，通過(guò)無(wú)線傳輸給位姿監(jiān)測(cè)裝置(13)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提升容器姿態(tài)。拉力傳感器(6)獲得的鋼絲繩張力信號(hào)反饋給伺服液壓缸控制器12，伺服液壓缸控制器(12)通過(guò)計(jì)算得到每根鋼絲繩長(zhǎng)度與其平均長(zhǎng)度的長(zhǎng)度差值，通過(guò)調(diào)節(jié)各個(gè)伺服液壓缸(7)的伸縮來(lái)改變鋼絲繩的張力，避免鋼絲繩間運(yùn)動(dòng)不同步引起的提升容器傾斜。鋼絲繩斷絲斷股檢測(cè)裝置(11)檢測(cè)鋼絲繩是否斷絲斷股并通過(guò)變頻電機(jī)控制器10控制變頻電機(jī)的停止與啟動(dòng)。
[0024]該試驗(yàn)臺(tái)為雙繩拖拽，故在水平導(dǎo)軌(3)兩端設(shè)置了兩對(duì)(左右各一對(duì)，共四個(gè))變頻電機(jī)(I)，變頻電機(jī)轉(zhuǎn)向的不同對(duì)應(yīng)著提升容器的提升與下放，具體來(lái)說(shuō)，圖1中左側(cè)一對(duì)電機(jī)卷繩、右側(cè)一對(duì)電機(jī)放繩時(shí)，模擬提升容器的下放，反之，模擬提升容器的提升。提升容器(4)兩旁設(shè)置水平導(dǎo)軌(3)，水平導(dǎo)軌可以固定在擋墻或地面上。水平導(dǎo)軌是提升容器的導(dǎo)向和約束限位裝置，作用是消除提升容器在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的橫向擺動(dòng)，使容器高速、安全、平穩(wěn)的運(yùn)行，與實(shí)際立井中的豎直罐道功能一樣，提升容器⑷下安裝4個(gè)萬(wàn)向輪(16)用來(lái)模擬提升容器實(shí)際的運(yùn)行工況。張緊輪(14)下安裝有張緊彈簧(15)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)張緊彈簧的預(yù)伸長(zhǎng)長(zhǎng)度或更換不同彈性系數(shù)的彈簧來(lái)改變鋼絲繩所受拉力，即模擬提升系統(tǒng)提升負(fù)載的不同。
[0025]參考圖3所示，伺服液壓缸控制器包括AD板卡PCI1716、張力控制器、DA板卡ACL6126和伺服放大器，AD板卡PCI1716接收鋼絲繩張力信號(hào)、提升容器的位姿角信號(hào)以及液壓缸的位移信號(hào)，液壓缸位移反饋信號(hào)、兩根鋼絲繩的張力差值及兩根鋼絲繩張力信號(hào)反饋給張力控制器，張力控制器將信號(hào)用算法進(jìn)行處理后傳輸給DA板卡ACL6126，信號(hào)進(jìn)入伺服放大器，進(jìn)而傳遞給比例伺服閥，對(duì)伺服液壓缸進(jìn)行控制，進(jìn)行鋼絲繩拉力的平衡。
[0026]參考圖4所示，一種超深礦井提升系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)的液壓系統(tǒng)包括比例伺服閥17、蓄能器18、油箱19、截止閥20、電動(dòng)機(jī)21、雙向定量液壓泵22、單向閥23、溢流閥24及液壓缸7。所述雙向定量液壓泵22作為該液壓系統(tǒng)的動(dòng)力源；所述單向閥23進(jìn)油口接在泵22的出口處，并在出油口處接比例伺服閥17及溢流閥24，防止工作時(shí)油液倒流；所述溢流閥24旁接在單向閥23的出口，調(diào)定系統(tǒng)的最高壓力，即可調(diào)整所測(cè)鋼絲繩的最大拉力；所述截止閥20進(jìn)油口接單向閥23的出口，出油口接油箱，起到節(jié)流作用；所述比例伺服閥17采用O型，兩端分別接在單向閥23的出口和液壓缸7的入口，置于中位時(shí)，液壓缸活塞鎖住不動(dòng)。通過(guò)比例伺服閥17的換向，實(shí)現(xiàn)液壓缸的伸縮，進(jìn)而達(dá)到平衡鋼絲繩張力的目的。
[0027]當(dāng)本試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，首先給定速度信號(hào)和位姿信號(hào)，使兩對(duì)變頻電機(jī)同速運(yùn)轉(zhuǎn)，一對(duì)卷筒纏繞鋼絲繩，一對(duì)卷筒松放鋼絲繩。速度信號(hào)通過(guò)變頻電機(jī)控制器控制提升機(jī)卷筒速度，進(jìn)而控制鋼絲繩纏繞速度，調(diào)節(jié)提升容器速度；提升容器的位姿經(jīng)位姿角傳感器傳輸給AD板卡PCI1716，信號(hào)進(jìn)入位姿監(jiān)測(cè)裝置13，實(shí)現(xiàn)提升容器姿態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。拉力傳感器6獲得的鋼絲繩張力信號(hào)反饋給伺服液壓缸控制器12，進(jìn)而通過(guò)調(diào)節(jié)伺服液壓缸7來(lái)平衡鋼絲繩張力。
[0028]鋼絲繩在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，一旦鋼絲繩發(fā)生斷絲斷股，鋼絲繩斷絲斷股檢測(cè)裝置11發(fā)出的信號(hào)反饋到變頻電機(jī)控制器10，進(jìn)而通過(guò)變頻器對(duì)變頻電機(jī)進(jìn)行制動(dòng)。當(dāng)進(jìn)行固定模擬測(cè)試鋼絲繩時(shí)，兩對(duì)變頻電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)張緊彈簧15的預(yù)伸長(zhǎng)長(zhǎng)度或更換不同彈性系數(shù)的張緊彈簧15來(lái)改變鋼絲繩所受拉力，來(lái)模擬不同負(fù)重時(shí)對(duì)鋼絲繩性能的影響；當(dāng)模擬強(qiáng)擾動(dòng)下的提升工況時(shí)，可以采用不同角度木楔塊貼裝在水平導(dǎo)軌3表面來(lái)模擬。當(dāng)模擬罐道彎曲和傾斜時(shí)，可以采用不同直徑萬(wàn)向輪16或者在萬(wàn)向輪16上附加額外激勵(lì)來(lái)模擬。
[0029]應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種超深礦井提升系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于，包括四個(gè)變頻電機(jī)(I)以及與其對(duì)應(yīng)的四個(gè)提升機(jī)卷筒(2)、水平導(dǎo)軌(3)、提升容器(4)、位姿角傳感器(5)、拉力傳感器(6)、伺服液壓缸(7)、鋼絲繩⑶、滑輪(9)、變頻電機(jī)控制器(10)、鋼絲繩斷絲斷股檢測(cè)裝置(11)、伺服液壓缸控制器(12)、位姿監(jiān)測(cè)裝置(13)、張緊輪(14)、張緊彈簧(15)、萬(wàn)向輪(16);位姿角傳感器(5)固定連接在提升容器(4)上；所述變頻電機(jī)控制器(10)分別與各個(gè)變頻電機(jī)、鋼絲繩斷絲斷股檢測(cè)裝置(11)連接；伺服液壓缸控制器(12)與伺服液壓缸(7)連接；安裝在容器上的位姿角傳感器(5)用于測(cè)出因容器傾斜與各平面形成的夾角，位姿角傳感器(5)獲取的夾角大小信息經(jīng)AD轉(zhuǎn)換信號(hào)后傳輸給位姿監(jiān)測(cè)裝置(13)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提升容器的姿態(tài)；拉力傳感器(6)獲得的鋼絲繩張力信號(hào)反饋給伺服液壓缸控制器(12)，伺服液壓缸控制器(12)通過(guò)計(jì)算得到每根鋼絲繩長(zhǎng)度與其平均長(zhǎng)度的長(zhǎng)度差值，通過(guò)調(diào)節(jié)各個(gè)伺服液壓缸(7)的伸縮來(lái)改變鋼絲繩的張力，避免鋼絲繩間運(yùn)動(dòng)不同步引起的提升容器傾斜；鋼絲繩斷絲斷股檢測(cè)裝置(11)檢測(cè)鋼絲繩是否斷絲斷股并通過(guò)變頻電機(jī)控制器(10)控制變頻電機(jī)的停止與啟動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超深礦井提升系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于，所述位姿監(jiān)測(cè)裝置(13)和伺服液壓缸控制器(12)有無(wú)線接收器，位姿角傳感器(5)和拉力傳感器(6)有無(wú)線發(fā)射器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超深礦井提升系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于，所述提升容器(4)通過(guò)其底部的萬(wàn)向輪(16)放置在水平面上，水平導(dǎo)軌(3)沿試驗(yàn)臺(tái)中心線分布在提升容器(4)的兩側(cè)，用于限制提升容器(4)在橫向上的擺動(dòng)，在水平導(dǎo)軌(3)的兩端各設(shè)置一對(duì)變頻電機(jī)⑴和一對(duì)提升機(jī)卷筒(2)，各個(gè)變頻電機(jī)⑴的輸出軸與對(duì)應(yīng)的提升機(jī)卷筒(2)連接；在試驗(yàn)臺(tái)中心線的一側(cè)，提升機(jī)卷筒(2)連接一根鋼絲繩(8)，鋼絲繩(8) —端依次通過(guò)滑輪、張緊輪(14)、滑輪連接到提升容器(4) 一端，另一根鋼絲繩(8) —端連接在提升機(jī)卷筒上，通過(guò)滑輪、伺服液壓缸(7)連接到提升容器的另一端，伺服液壓缸(7)和提升容器(4)之間的鋼絲繩上設(shè)置有拉力傳感器￠)，提升機(jī)卷筒和滑輪(9)之間的鋼絲繩上設(shè)置鋼絲繩斷絲斷股檢測(cè)裝置(11);中心線另一側(cè)設(shè)置與此相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超深礦井提升系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于，該試驗(yàn)臺(tái)為雙繩拖拽，在水平導(dǎo)軌(3)兩端設(shè)置了兩對(duì)變頻電機(jī)(I)，變頻電機(jī)轉(zhuǎn)向的不同對(duì)應(yīng)著提升容器的提升與下放。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超深礦井提升系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于，所述張緊輪(14)下安裝有張緊彈簧(15)，通過(guò)調(diào)節(jié)張緊彈簧的預(yù)伸長(zhǎng)長(zhǎng)度或更換不同彈性系數(shù)的彈簧來(lái)改變鋼絲繩所受拉力，即模擬提升系統(tǒng)提升負(fù)載的不同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超深礦井提升系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于，所述伺服液壓缸控制器包括AD板卡PCI1716、張力控制器、DA板卡ACL6126和伺服放大器，AD板卡PCI1716接收鋼絲繩張力信號(hào)、提升容器的位姿角信號(hào)以及液壓缸的位移信號(hào)，液壓缸位移反饋信號(hào)、兩根鋼絲繩的張力差值及兩根鋼絲繩張力信號(hào)反饋給張力控制器，張力控制器將信號(hào)用算法進(jìn)行處理后傳輸給DA板卡ACL6126，信號(hào)進(jìn)入伺服放大器，進(jìn)而傳遞給比例伺服閥，對(duì)伺服液壓缸進(jìn)行控制，進(jìn)行鋼絲繩拉力的平衡。
7.應(yīng)用權(quán)利要求1-6任一所述的超深礦井提升系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)方法，其特征在于，當(dāng)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，首先給定速度信號(hào)和位姿信號(hào)，使兩對(duì)變頻電機(jī)同速運(yùn)轉(zhuǎn)，一對(duì)卷筒纏繞鋼絲繩，一對(duì)卷筒松放鋼絲繩；速度信號(hào)通過(guò)變頻電機(jī)控制器控制提升機(jī)卷筒速度，進(jìn)而控制鋼絲繩纏繞速度，調(diào)節(jié)提升容器速度；通過(guò)位姿監(jiān)測(cè)裝置(13)實(shí)現(xiàn)提升容器姿態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；拉力傳感器(6)獲得的鋼絲繩張力信號(hào)反饋給伺服液壓缸控制器(12)，進(jìn)而通過(guò)調(diào)節(jié)伺服液壓缸(7)來(lái)平衡鋼絲繩張力；鋼絲繩在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，一旦鋼絲繩發(fā)生斷絲斷股，鋼絲繩斷絲斷股檢測(cè)裝置(11)發(fā)出的信號(hào)反饋到變頻電機(jī)控制器(10)，進(jìn)而通過(guò)變頻器對(duì)變頻電機(jī)進(jìn)行制動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的試驗(yàn)方法，其特征在于，當(dāng)進(jìn)行固定模擬測(cè)試鋼絲繩時(shí)，兩對(duì)變頻電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)張緊彈簧(15)的預(yù)伸長(zhǎng)長(zhǎng)度或更換不同彈性系數(shù)的張緊彈簧(15)來(lái)改變鋼絲繩所受拉力，來(lái)模擬不同負(fù)重時(shí)對(duì)鋼絲繩性能的影響。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的試驗(yàn)方法，其特征在于，當(dāng)模擬強(qiáng)擾動(dòng)下的提升工況時(shí)，采用不同角度木楔塊貼裝在水平導(dǎo)軌(3)表面來(lái)模擬；當(dāng)模擬罐道彎曲和傾斜時(shí)，采用不同直徑萬(wàn)向輪(16)或者在萬(wàn)向輪(16)上附加額外激勵(lì)來(lái)模擬。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的試驗(yàn)方法，其特征在于，還可以通過(guò)外部對(duì)提升容器進(jìn)行加載來(lái)模擬提升容器在實(shí)際工況中的沖擊震動(dòng)；還可以在卷筒上貼上應(yīng)變片進(jìn)行卷筒扭矩變形切應(yīng)力應(yīng)變的測(cè)量；還可以在卷筒主軸上安裝編碼器進(jìn)行提升深度的測(cè)量。
【文檔編號(hào)】B66B5/02GK104261225SQ201410528414
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月10日
【發(fā)明者】沈剛, 朱真才, 滕文想, 李翔, 周公博, 李偉, 曹?chē)?guó)華, 彭玉興, 盧昊 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)