[发明专利]千米深井提升机主轴弯扭复合疲劳损伤监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及千米深井提升机主轴弯扭复合疲劳损伤监测装置及方法，能够模拟千米深井提升过程中不同振动和冲击工况下提升机主轴的弯扭复合疲劳行为，动态监测提升机主轴的弯扭复合疲劳损伤(裂纹萌生和扩展)演化机制以及各种载荷的演化规律(集中载荷、弯矩和扭矩)。

背景技术

在已探明煤炭资源中，53％煤炭深埋在千米地层以下，我国超千米深井已达47个，且其数量在逐年增加。多绳摩擦式提升系统(包括提升机、提升钢丝绳、提升容器等)以提升能力大、提升高度大、提升速度快、安全系数高和机器尺寸小等优点，被广泛应用于千米立井提升中，是连接地面和井下的咽喉设备，担负着提升煤炭、下放材料、升降人员和设备的任务。在摩擦式提升系统中，电动机通过主轴装置(包括主轴、主轴轴承、轴承座、卷筒等，其中主轴与卷筒通过高强度螺栓连接)驱动卷筒转动，通过卷筒上摩擦衬垫与提升钢丝绳之间的摩擦力实现提升容器(箕斗或罐笼)的上提和下放。因此，提升机主轴作为提升机承受载荷和传递动力的关键部件，一旦发生失效断裂，将造成严重的经济损失和重大的人员伤亡。

在矿井提升过程中，提升机加速、匀速和减速特性以及时变的悬垂绳长导致提升过程中提升系统的横向-纵向耦合振动和卷筒两侧提升钢丝绳横向-纵向耦合动力学特性，进而导致作用于主轴上载荷的动态特性(交变拉力、交变扭矩和交变弯矩)，而千米深井的大提升距离、大提升载荷和高提升速度导致提升机主轴承受的动态交变载荷幅值增大。这些载荷的共同作用会导致提升机主轴产生疲劳裂纹萌生、扩展和最终突发性断裂，即弯扭复合疲劳。然而，不同的提升系统运动学参数和动力学参数导致差异的主轴承载状况，进而造成不同的主轴弯扭复合疲劳断裂机制。因此，结合千米深井提升特殊工况，定量揭示提升机主轴的疲劳裂纹萌生与扩展演化，构建提升机主轴的弯扭复合疲劳寿命预测模型，获得降低提升机主轴弯扭复合疲劳失效的最佳提升系统运动学和动力学参数，对提高千米深井提升装备的安全性、减少恶性事故的发生、避免人员伤亡或设备损坏、保障我国能源供应具有重要意义。因此，需要一种振动与冲击工况下矿井提升机主轴弯扭复合疲劳损伤监测实验装置，用于定量监测和分析不同提升工况中提升机主轴的弯扭疲劳损伤演化。

有关矿井提升机主轴方面的实验装置包括：专利号为ZL201310676760.X公布的一种主轴疲劳试验装置，采用偏心旋转方式产生离心载荷，近而在主轴端部施加恒定弯曲载荷，以模拟实际运行中主轴承受的弯矩情况；专利号为ZL201410028404.1公布的一种轴向差动式矿井提升机主轴扭矩检测装置，可通过光感器件对矿井提升机主轴扭矩实时检测，测量不同转速时扭矩；上述专利中试验装置均不能同时施加动态的集中载荷、弯曲载荷和扭矩。专利号为ZL200820220208.4公布的一种单卷筒矿井提升机主轴装置，主轴上设有法兰盘，卷筒与法兰盘通过高强度螺栓连接，改善了主轴系统结构及其强度；专利号为ZL200820016120.0公布的一种矿井提升机主轴与轮毂无键过盈联接结构，获得简化的提升机主轴与轮毂的装配结构；上述专利中涉及的装置或结构并不能够模拟千米深井提升过程中不同振动和冲击工况下提升机主轴的弯扭复合疲劳失效行为。因此，针对千米深井提升过程中不同振动和冲击工况下提升机主轴弯扭复合疲劳损伤演化以及各种载荷的动态实时监测实验装置还是空白。

发明内容

发明目的：本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种结构紧凑、功能齐全、方法简便、易操作的千米深井提升机主轴弯扭复合疲劳损伤监测装置及方法，能够模拟千米深井提升过程中不同振动和冲击工况下提升机主轴的弯扭复合疲劳行为，并且动态监测提升机主轴弯扭复合疲劳裂纹演化机制。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种千米深井提升机主轴弯扭复合疲劳损伤监测装置，包括基架、主轴装置、加载系统和状态监测系统，主轴装置和加载系统设置在基架上，状态监测系统设置在主轴装置上；

所述主轴装置包括主轴，主轴中部设有主卷筒，主轴上设有法兰盘，主卷筒两侧连接法兰盘，主卷筒绳槽中卷绕钢丝绳，主轴一端设有A轴承，主轴另一端设有B轴承，A轴承置于A轴承座内，B轴承置于B轴承座内；