腐蝕-交變載荷耦合作用下鋼絲繩彎曲疲勞損傷監測系統的制作方法
【技術領域】
[0001]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】
[0002]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，探宄腐蝕-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，以探宄復雜運行工況下(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。
[0003]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，可以研宄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宄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。
[0004]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】
[0005]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。
[0006]技術方案:為實現上述目的，本發明采用的技術方案為:
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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；
[0010]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；
[0011]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；
[0012]進一步的，在本發明中，所述驅動系統包括電動機，所述電動機的輸出軸依次連接聯軸器和主動輪；所述電動機的轉向受到變頻器的控制。
[0013]進一步的，在本發明中，所述A接近開關每動作一次，與所述A接近開關連接的計數器計數一次，即為一個彎曲疲勞周期；所述換向控制系統還包括A限位開關和B限位開關;
[0014]進一步的，在本發明中，所述交變力加載系統的伺服電動缸的電動推桿通過壓力傳感器與受力支架連接，所述受力支架上端套在所述B實驗輪的軸上，下端固定在楔形滑臺上；所述加載輪設置在所述楔形滑臺上；所述伺服電動缸通過推桿對加載輪施加交變的作用力，所述作用力的大小變化通過所述壓力傳感器傳遞給計算機。
[0015]進一步的，在本發明中，所述圍包角調整系統包括A實驗輪、B實驗輪、A調整輪、B調整輪；所述A實驗輪、B實驗輪、A調整輪、B調整輪的軸線位于同一水平面上；所述A實驗輪、B實驗輪分別對稱安裝在A實驗輪滑臺和B實驗輪滑臺上，所述實驗輪相對于實驗輪滑臺滑動；所述調整輪、B調整輪分別對稱安裝在A調整輪滑臺和B調整輪滑臺上，所述調整輪相對于調整輪滑臺滑動。
[0016]進一步的，在本發明中，所述腐蝕液添加系統包括存儲腐蝕液的耐腐蝕水槽、耐腐蝕電動泵、耐腐蝕導管和內部帶有海綿的橡膠管；所述耐腐蝕水槽與所述耐腐蝕電動泵連接，所述耐腐蝕導管的下端與所述耐腐蝕電動泵連接，所述耐腐蝕導管的上端出口處對準所述鋼絲繩，耐腐蝕導管用于抽取所述耐腐蝕水槽中的pH?的腐蝕液體；所述內部帶有海綿的橡膠管通過橡膠管固定支架固定貫穿在鋼絲繩上。
[0017]進一步的，在本發明中，所述A接近開關和B接近開關安裝在A接近開關支架和B接近開關支架上，所述A限位開關和B限位開關分別安裝在A限位開關支架和B限位開關支架上，所述A接近開關支架、B接近開關支架、A限位開關支架和B限位開關支架的側面開有若干個螺紋孔，與所述A機架上不同的螺紋孔固連，調節所述A接近開關、B接近開關和A限位開關、B限位開關與對應側的A感應片、B感應片間的間距。
[0018]進一步的，在本發明中，所述A三點式張力傳感器和B三點式張力傳感器設置在A張力傳感器滑臺上，C三點式張力傳感器和D三點式張力傳感器設置在B張力傳感器滑臺上，所述張力傳感器可在滑臺上滑動。
[0019]進一步的，在本發明中，所述鋼絲繩分別穿過所述鋼絲繩張力監測裝置的沿縱向直線布置的A三點式張力傳感器、B三點式張力傳感器、C三點式張力傳感器和D三點式張力傳感器，根據鋼絲繩對所述張力傳感器上的三個滑輪的作用力的不同推算出鋼絲繩張力進行鋼絲繩張力監測；所述鋼絲繩損傷探測裝置的TCK鋼絲繩無損探傷儀固定貫穿在所述鋼絲繩上；所述微滑移監測裝置包括設置在A實驗輪或B實驗輪外側的高速攝像儀和激光位移傳感器，與鋼絲繩處于同一水平位置；所述鋼絲繩徑向變形測量裝置通過所述激光位移傳感器監測鋼絲繩頂部鋼絲表面的初始位移值，實現動態監測鋼絲繩徑向變形量。
[0020]有益效果:本發明提供的一種腐蝕-交變載荷耦合作用下鋼絲繩彎曲疲勞損傷監測系統，能夠實現腐蝕與交變載荷耦合作用下鋼絲繩彎曲疲勞試驗，并且定量監測鋼絲繩內部損傷和揭示鋼絲繩彎曲疲勞損傷失效機理。該試驗機可用于探宄模擬礦井提升工況下鋼絲繩與摩擦輪摩擦襯墊之間的動態接觸、局部微滑移幅值和鋼絲繩的動張力演化。這為定量分析復雜運行工況下鋼絲繩彎曲疲勞失效特性提供了有效的實驗設備；其操作簡便、功能齊全、效果好，在本技術領域內具有廣泛的實用性。