專利名稱：襯墊與鋼絲繩的滑動摩擦溫度與應(yīng)變測量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溫度與應(yīng)變測量方法及裝置，尤其是一種適用于襯墊與鋼絲繩滑
動時襯墊溫度與應(yīng)變測量方法及裝置。
背景技術(shù)：
摩擦提升機(jī)依靠提升鋼絲繩與襯墊之間的摩擦力來傳遞動力；因此，襯墊與鋼絲 繩之間存在著相對滑動的危險，一旦發(fā)生高速打滑，大量摩擦熱將引起襯墊(尤其是接觸 表面)的溫度急劇升高，從而使襯墊力學(xué)性能降低，進(jìn)而導(dǎo)致襯墊摩擦學(xué)性能急劇降低，引 發(fā)惡性打滑事故；不但破壞礦井設(shè)備，而且還危及工作人員的生命安全，給國家和人民帶來 巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，準(zhǔn)確掌握滑動摩擦?xí)r襯墊的溫度與應(yīng)變變化規(guī)律將為高性能襯墊 研制和礦井摩擦提升安全可靠設(shè)計提供重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。目前，研究襯墊與鋼絲繩之間的摩 擦學(xué)行為都在模擬試驗臺上開展，中國專利申請?zhí)枮?00510134988. 1公開了一種"鋼絲 繩與襯墊高速摩擦試驗機(jī)"，該試驗機(jī)僅能測量滑動摩擦過程中的摩擦因數(shù)、滑動速度和比 壓。對于襯墊與鋼絲繩滑動時襯墊溫度和應(yīng)變的測量，至今還沒有效的檢測方法和測量裝 置。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種方法簡便，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，測量準(zhǔn)確度 高的襯墊與鋼絲繩的滑動摩擦溫度與應(yīng)變測量方法及裝置。
技術(shù)方案本發(fā)明的襯墊與鋼絲繩的滑動摩擦溫度與應(yīng)變測量方法 a、在鋼絲繩部位上下設(shè)置與其直徑相對應(yīng)、內(nèi)部為圓弧形繩槽的上襯墊和下襯
墊； b、在上襯墊的內(nèi)圓弧形繩槽端面上布設(shè)多個絲狀熱電偶，同時在下襯墊的內(nèi)圓弧 形繩槽端面上布設(shè)多個應(yīng)變片； c、在多個絲狀熱電偶上聯(lián)接與多個絲狀熱電偶對應(yīng)的多個溫度變送器，同時在多 個應(yīng)變片聯(lián)接與多個應(yīng)變片對應(yīng)的多個應(yīng)變信號調(diào)理模塊；
d、工作運(yùn)行前，通過應(yīng)變信號調(diào)理模塊進(jìn)行調(diào)零； e、工作運(yùn)行時，上襯墊內(nèi)圓弧形繩槽與鋼絲繩之間摩擦產(chǎn)生的溫度通過多個絲狀 熱電偶和多個溫度變送器將溫度信號轉(zhuǎn)換成電壓信號；下襯墊內(nèi)圓弧形繩槽與鋼絲繩之間 摩擦產(chǎn)生的應(yīng)變通過多個應(yīng)變片和多個應(yīng)變信號調(diào)理模塊將應(yīng)變信號轉(zhuǎn)換成電壓信號；
f、用數(shù)據(jù)采集卡采集多個溫度變送器和多個應(yīng)變信號調(diào)理模塊的輸出信號，將采 集到的信號傳輸給計算機(jī)，通過計算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理程序?qū)﹄妷盒盘栠M(jìn)行分析、存儲和 顯示，得到襯墊溫度和應(yīng)變隨滑動時間變化規(guī)律。 本發(fā)明襯墊與鋼絲繩的滑動摩擦溫度與應(yīng)變測量裝置，它包括扣合在鋼絲繩上的 上襯墊、下襯墊，上襯墊的圓弧形繩槽端面上開有多個小孔，多個小孔內(nèi)埋設(shè)有多個絲狀熱 電偶，多個絲狀熱電偶分別對應(yīng)連接有多個溫度變送器；下襯墊的圓弧形繩槽端面上設(shè)有多個應(yīng)變片，多個應(yīng)變片分別對應(yīng)連接有多個應(yīng)變信號調(diào)理模塊，多個溫度變送器與多個 應(yīng)變信號調(diào)理模塊分別連接有數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡連接有計算機(jī)。 所述的多個絲狀熱電偶和多個溫度變送器分別為3 10個；所述的多個應(yīng)變片為 3 5個，多個應(yīng)變信號調(diào)理模塊分別為6 10個。 有益效果本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)滑動摩擦過程中襯墊溫度與應(yīng)變的動態(tài)實(shí)時測量、以及 多點(diǎn)同步測量，為該技術(shù)領(lǐng)域提供了一種新的測量方法，并為掌握提升機(jī)滑動工況下襯墊 的溫度和應(yīng)力特性提供了有效手段，適用于高低速滑動摩擦工況下襯墊溫度與應(yīng)變的檢 測，工作性能穩(wěn)定可靠。其裝置結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，方法簡便，測試結(jié)果精確，安裝方便，易實(shí) 施，具有廣泛的實(shí)用性。


圖1是本發(fā)明的溫度與應(yīng)變測試原理示意圖。
圖2是襯墊與鋼絲繩滑動摩擦示意圖。
圖3是圖2的A-A剖面原理示意圖。
圖4是本發(fā)明的接觸區(qū)域示意圖。 圖中l(wèi)-上襯墊，2-鋼絲繩，3-下襯墊，4-絲狀熱電偶，5-溫度變送器，6-應(yīng)變片， 7_應(yīng)變信號調(diào)理模塊，8-數(shù)據(jù)采集卡，9-計算機(jī)。 f-摩擦力，N-正壓力，a「第一接觸區(qū)域角度，a2-第二接觸區(qū)域角度，af第三 接觸區(qū)域角度。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖中對本發(fā)明的一個實(shí)施例作進(jìn)一步的描述 本發(fā)明襯墊與鋼絲繩的滑動摩擦溫度與應(yīng)變測量裝置，主要由上襯墊1、下襯墊 3、絲狀熱電偶4、溫度變送器5、應(yīng)變片6、應(yīng)變信號調(diào)理模塊7、數(shù)據(jù)采集卡8和計算機(jī)9構(gòu) 成。其中，上襯墊1、下襯墊3對稱扣合在鋼絲繩2上，上襯墊1的圓弧形繩槽端面上開有 3 10個小孔，3 10個小孔中對應(yīng)埋設(shè)3 10個絲狀熱電偶4，圖1中所示的絲狀熱電 偶4分別為6個，即第一絲狀熱電偶L、第二絲狀熱電偶L、第三絲狀熱電偶T^第四絲狀熱 電偶L、第五絲狀熱電偶T^第六絲狀熱電偶T6 ;6個絲狀熱電偶4與相對應(yīng)6個溫度變送 器5相連；下襯墊3的圓弧形繩槽端面上設(shè)有3 5個應(yīng)變片6，圖1中所示的應(yīng)變片6為 3個，應(yīng)變片6為雙軸互成90°方向的應(yīng)變片，即第一對應(yīng)變片S工和S^第二對應(yīng)變片S3和 S4、、第三對應(yīng)變片S5和S6，第一對應(yīng)變片中S工和S2互成90°分布，第二對應(yīng)變片中S3和S4 互成90°分布，第三對應(yīng)變片中S5和S6互成90°分布，3個應(yīng)變片6與其對應(yīng)的6個應(yīng)變 信號調(diào)理模塊7相連；溫度變送器5與應(yīng)變信號調(diào)理模塊7同時與數(shù)據(jù)采集卡8相連；數(shù)據(jù) 采集卡8與計算機(jī)9相連。 本發(fā)明襯墊與鋼絲繩的滑動摩擦溫度與應(yīng)變測量方法 圖2圖3所示，首先根據(jù)鋼絲繩螺旋結(jié)構(gòu)和上、下襯墊繩槽角度范圍確定襯墊溫度
和應(yīng)變檢測點(diǎn)位置，檢測點(diǎn)位置確定根據(jù)滑動過程中鋼絲繩2截面的六個繩股外圈鋼絲
角度變化規(guī)律可得
<formula>formula see original document page 5</formula> 式中，W .二 ' v為相對滑速，d為鋼絲繩直徑，S為鋼絲繩繩股捻角，i = I，II， III， IV， V， VI。 此外，上襯墊1和下襯墊3繩槽角度范圍分別為((f2n Ji ， (j^+(^+2nJi)、(Ji+(f2nJi ， ji+(^+小2+2nJi)，其中小2+2c^ = ji 。當(dāng)A角度值在上襯墊1和下襯墊3的繩槽角度范圍內(nèi)，鋼絲繩2繩股與襯墊處于接觸狀態(tài)，并將上襯墊1和下襯墊3繩槽分為三個周期性接觸區(qū)域，如圖4所示圖4a所示鋼絲繩繩股與襯墊接觸范圍處于第一接觸區(qū)域，第一接觸區(qū)域角度= 0.22 ;接著，鋼絲繩繩股與襯墊接觸范圍進(jìn)入第二接觸區(qū)域，第二接觸區(qū)域角度a2 = 0.6，如圖4b所示；然后，鋼絲繩繩股與襯墊接觸范圍進(jìn)入第三接觸區(qū)域，第三接觸區(qū)域角度a3 = 0. 22，如圖4c所示；依此順序循環(huán)周期接觸。下襯墊3上應(yīng)變檢測點(diǎn)共6處，分別位于繩槽底部、距離繩槽中心角度為13和Y處，如圖4b所示；為了避免滑動時急劇溫升引起的繩槽表面大變形對應(yīng)變片6的破壞，應(yīng)變片6粘帖位置距離下襯墊3繩槽表面約為3mm ;上襯墊1上溫度檢測點(diǎn)位置與應(yīng)變檢測點(diǎn)位置對稱，如圖1所示。 在鋼絲繩2部位上下設(shè)置與其直徑相對應(yīng)、內(nèi)部為圓弧形繩槽的上襯墊1和下襯墊3 ;在上襯墊1側(cè)面溫度測點(diǎn)位置鉆直徑為lmm、深度為3mm的3 10個孔，將3 10個絲狀熱電偶3埋入孔中，然后用上襯墊1的碎屑填滿，圖1中所示的絲狀熱電偶3為6個；將3個雙軸互成90°方向的應(yīng)變片6粘帖在下襯墊3的應(yīng)變檢測點(diǎn)，靜置2小時后進(jìn)行試驗； 工作運(yùn)行前，通過應(yīng)變信號調(diào)理模塊7進(jìn)行調(diào)零； 工作運(yùn)行時，上襯墊1內(nèi)圓弧形繩槽與鋼絲繩之間摩擦產(chǎn)生的溫度通過6個絲狀熱電偶4分別經(jīng)6個溫度變送器5將溫度信號轉(zhuǎn)換成電壓信號；下襯墊3內(nèi)圓弧形繩槽與鋼絲繩之間摩擦產(chǎn)生的應(yīng)變通過3個應(yīng)變片6分別經(jīng)6個應(yīng)變信號調(diào)理模塊7將應(yīng)變信號轉(zhuǎn)換成電壓信號； 采用數(shù)據(jù)采集卡8采集6個溫度變送器5和6個應(yīng)變信號調(diào)理模塊7的輸出信號，數(shù)據(jù)采集卡8將所采集到的溫度和應(yīng)變電壓信號通過USB接口將數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)9 ;計算機(jī)9內(nèi)的數(shù)據(jù)處理程序采用VB編程語言進(jìn)行開發(fā)，首先，數(shù)據(jù)處理程序通過下述計算公式將采集的電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)闇囟群蛻?yīng)變的實(shí)際值<formula>formula see original document page 5</formula> 式中T為襯墊溫度，VT為溫度電壓，e為襯墊應(yīng)變，VE為應(yīng)變電壓，K。為應(yīng)變片靈敏度系數(shù)，K。 = 2，V。。為激勵電壓，V。。 = 2. 5V。接著，數(shù)據(jù)處理程序?qū)⒉煌瑫r刻對應(yīng)的溫度和應(yīng)變實(shí)際值繪制在坐標(biāo)系統(tǒng)中，并保存襯墊溫度和應(yīng)變數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時分析、存儲和顯示，得到襯墊溫度和應(yīng)變隨滑動時間變化規(guī)律。
權(quán)利要求
一種襯墊與鋼絲繩的滑動摩擦溫度與應(yīng)變測量方法，其特征在于a、在鋼絲繩(2)部位上下設(shè)置與其直徑相對應(yīng)、內(nèi)部為圓弧形繩槽的上襯墊(1)和下襯墊(3)；b、在上襯墊(1)的內(nèi)圓弧形繩槽端面上布設(shè)多個絲狀熱電偶(4)，同時在下襯墊(3)的內(nèi)圓弧形繩槽端面上布設(shè)多個應(yīng)變片(6)；c、在多個絲狀熱電偶(4)上聯(lián)接與多個絲狀熱電偶(4)對應(yīng)的多個溫度變送器(5)，同時在多個應(yīng)變片(6)聯(lián)接與多個應(yīng)變片(6)對應(yīng)的多個應(yīng)變信號調(diào)理模塊(7)；d、工作運(yùn)行前，通過應(yīng)變信號調(diào)理模塊(7)進(jìn)行調(diào)零；e、工作運(yùn)行時，上襯墊(1)內(nèi)圓弧形繩槽與鋼絲繩之間摩擦產(chǎn)生的溫度通過多個絲狀熱電偶(4)和多個溫度變送器(5)將溫度信號轉(zhuǎn)換成電壓信號；下襯墊(3)內(nèi)圓弧形繩槽與鋼絲繩之間摩擦產(chǎn)生的應(yīng)變通過多個應(yīng)變片(6)和多個應(yīng)變信號調(diào)理模塊(7)將應(yīng)變信號轉(zhuǎn)換成電壓信號；f、用數(shù)據(jù)采集卡(8)采集多個溫度變送器(5)和多個應(yīng)變信號調(diào)理模塊(7)的輸出信號，將采集到的信號傳輸給計算機(jī)(9)，通過計算機(jī)(9)內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理程序?qū)﹄妷盒盘栠M(jìn)行分析、存儲和顯示，得到襯墊溫度和應(yīng)變隨滑動時間變化規(guī)律。
2. —種如權(quán)利要求1所述方法的襯墊與鋼絲繩的滑動摩擦溫度與應(yīng)變測量裝置，其特 征在于它包括扣合在鋼絲繩(2)上的上襯墊(1)、下襯墊(3)，上襯墊(1)的圓弧形繩槽端 面上開有多個小孔，多個小孔內(nèi)埋設(shè)有多個絲狀熱電偶(4)，多個絲狀熱電偶(4)分別對應(yīng) 連接有多個溫度變送器(5);下襯墊(3)的圓弧形繩槽端面上設(shè)有多個應(yīng)變片(6)，多個應(yīng) 變片(6)分別對應(yīng)連接有多個應(yīng)變信號調(diào)理模塊(7)，多個溫度變送器(5)與多個應(yīng)變信號 調(diào)理模塊(7)分別連接有數(shù)據(jù)采集卡(8)，數(shù)據(jù)采集卡(8)連接有計算機(jī)(9)。
3. 如權(quán)利要求2所述的襯墊與鋼絲繩的滑動摩擦溫度與應(yīng)變測量裝置，其特征在于 所述的多個絲狀熱電偶(4)和多個溫度變送器(5)分別為3 10個。
4. 如權(quán)利要求2所述的襯墊與鋼絲繩的滑動摩擦溫度與應(yīng)變測量裝置，其特征在于 所述的多個應(yīng)變片(6)為3 5個，多個應(yīng)變信號調(diào)理模塊(7)為6 10個。
全文摘要
一種襯墊與鋼絲繩的滑動摩擦溫度與應(yīng)變測量方法及裝置，包括襯墊、鋼絲繩、絲狀熱電偶、溫度變送器、應(yīng)變片、應(yīng)變信號調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集卡和計算機(jī)。其特征是該測量方法首先根據(jù)鋼絲繩繩股外圈鋼絲角度變化規(guī)律和襯墊繩槽角度范圍確定襯墊溫度和應(yīng)變檢測點(diǎn)位置，接著在襯墊上布設(shè)絲狀熱電偶和應(yīng)變片，然后通過絲狀熱電偶和應(yīng)變片分別測量溫度和應(yīng)變，最后通過數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)完成滑動摩擦過程中襯墊溫度和應(yīng)變的采集、分析處理和保存。該方法能實(shí)現(xiàn)滑動摩擦過程中襯墊溫度與應(yīng)變的動態(tài)實(shí)時測量以及多點(diǎn)同步測量；測試結(jié)果精確，適用于高低速滑動摩擦工況下襯墊溫度與應(yīng)變的檢測；其工作性能穩(wěn)定可靠，測量方法簡便，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便。
文檔編號G01B7/16GK101793567SQ20101012180
公開日2010年8月4日 申請日期2010年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月11日
發(fā)明者劉玢玢, 彭玉興, 徐蕾, 朱真才, 李一磊, 王重秋, 邵杏國, 陳國安 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)