一种立井凿井井架模型试验系统及试验方法
一种立井凿井井架模型试验系统及试验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及钢结构井架的试验系统和试验方法，具体是一种立井凿井井架模型试验系统及试验方法。
【背景技术】
[0002]随着目前矿井开采深度和井筒直径的不断加大，超千米立井的数量不断增多，原有的定型立井凿井井架已经不能满足使用要求，必须进行大型立井凿井井架的选型和设计。为了适应凿井装备的发展，提高凿井时的凿井速度以及生产时的生产效率，大型立井凿井井架的悬吊能力和提升能力必须得到提高，这就对井架的承载能力和安全性能提出了更高的要求。由于我国目前尚没有关于立井凿井井架的设计规范，实验室中的模拟试验是大型立井凿井井架设计定型的必须环节。而大型立井凿井井架属于矿山特种结构，特种结构由于工作荷载的不确定性、工作条件的特殊性等方面因素，必须开展相关的试验研宄，确保产品研发的成功。建立实验室的大型立井凿井井架模拟试验系统，充分考虑立井凿井井架结构受力特点，最不利的工况组合、复杂的应用条件等因素、对井架的设计计算成果进行验证，是大型立井凿井井架研宄的必要内容。构建大型立井凿井井架模型试验系统，可以实现对井架结构试验的加载稳定控制、断绳荷载控制等试验控制工作，同时实现试验中的变形、荷载、应变等参数的自动测试，有利于特种结构理论和试验研宄工作的不断深入和发展。现有技术缺少能够准确分析立井井架模型的试验系统。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种立井凿井井架模型试验系统及试验方法，能便捷地实现对立井井架模型进行各种工况下受力的加载，并能实时监测试验中的变形、荷载、应变等参数，可实现对立井井架模型结构加载试验、断绳荷载试验的稳定控制，有利于特种结构理论和试验研宄工作的不断深入和发展。
[0004]本发明提供一种立井凿井井架模型试验系统，包括立井井架模型，钢结构台架系统、加载系统和采集系统，所述立井井架模型为平顶四棱锥体，其顶端设有至少一个天轮平台，所述天轮平台上设有至少两个相互对称的天轮I和天轮II ;
所述钢结构台架系统主要由立柱、边角底座和中心基座组成，所述边角底座包括第一底座、第二底座、第三底座和第四底座，上述四个底座呈方形地分布在立井井架模型的四个底脚处，所述中心基座设置在四个底座的中心区域并分别与四个底座固定连接，所述四个底座所形成方形的四个边与立井井架模型的四个底边相互平行，所述立柱包括立柱1、立柱I1、立柱III和立柱IV，所述立柱I和立柱III相互对称的设置在第一底座和第三底座上，所述立柱II和立柱IV相互对称的设置在第二底座和第四底座上，所述立柱I的上部和立柱II的上部之间、立柱III的上部和立柱IV的上部之间各至少设有一根第一水平支撑，所述立柱I的上部和立柱III的上部之间、立柱II的上部和立柱IV的上部之间各设有至少一根第一上横梁，所述立柱I的下部和立柱III的下部之间、立柱II的下部和立柱IV的下部之间各设有至少一个下横梁；
所述加载系统主要包括至少一根钢丝绳1、至少一根钢丝绳I1、至少一根拉力传感器1、至少一根拉力传感器I1、至少一个转向器I和至少一个转向器II，所述转向器I设置在立柱I和立柱III之间的第一上横梁上，所述转向器II设置在立柱II和立柱IV之间的第一上横梁上，所述钢丝绳I的一端固定在中心基座上，其另一端从立井井架模型中穿过后依次绕过天轮1、转向器I并与位于立柱I和立柱III之间的下横梁上的紧绳器I连接；所述钢丝绳II的一端固定在中心基座上，其另一端从立井井架模型中穿过后依次绕过天轮I1、转向器II并与位于立柱II和立柱IV之间的下横梁上的紧绳器II连接，所述拉力传感器1、拉力传感器II分别设置在钢丝绳1、钢丝绳II上，所述拉力传感器I位于天轮I和中心基座之间，所述拉力传感器位于天轮II和中心基座之间；
所述采集系统包括数据采集仪，应变传感器和位移传感器，所述应变传感器和位移传感器均设置在立井井架模型上，所述数据采集仪用于接收来自于应变传感器和位移传感器的信号。
[0005]作为本发明的改进，还包括立柱V、立柱V1、立柱VE和立柱麗，所述立柱V和立柱VI相互对称的设置在第一底座和第二底座上，所述立柱Vn和立柱VID相互对称的设置在第三底座和第四底座上，所述立柱V的上部和立柱VE的上部之间、立柱VI的上部和立柱VID的上部之间各至少设有一根第二水平支撑，所述立柱V的上部和立柱VI的上部之间、立柱VE的上部和立柱VID的上部之间各设有至少一根第二上横梁，所述立柱V的下部和立柱VI的下部之间、立柱VE的下部和立柱VID的下部之间各设有至少一根下横梁。
[0006]作为本发明的进一步改进，所述立柱I和第一底座之间、立柱V和第一底座之间、立柱II和第二底座之间、立柱VI和第二底座之间、立柱III和第三底座之间、立柱VE和第三底座之间、立柱IV和第四底座之间、立柱VID和第四底座之间均设有斜支撑。
[0007]本发明通过加载系统的紧绳器对钢丝绳施加预定拉力即可实现对立井架模型受力的加载，试验过程中钢丝绳所承受的拉力大小由加载系统中的拉力传感器实时测量并通过与其相连的显示器读取，在试验过程中产生的对立柱的水平方向的推力由水平支撑来承担，这样能保证试验数据的准确性和可靠性；通过多根上横梁的设置，能便捷地实现力的多点加载，从而可实现各工况下的受力施加、监测与分析，能更好的完成立井井架模型的设计定型，这样就能保证立井井架产品有着更好的承载能力和安全性，另外，该系统可提供自反力，不需要将底座与地面进行锚固就可以进行试验，同时，该系统通过转向器转向角度的调整即可完成各种角度受力的加载，该系统结构简单、操作方便、可重复拆装使用，加载点多，并且其整体的占地面积小，节省了试验所需空间。
[0008]一种立井凿井井架模型试验系统的试验方法，包括收下步骤:
(1)将第一底座、第二底座、第三底座和第四底座设置在对应立井井架模型的四个底脚处，在上述四个底座的中心区域设置中心基座；
(2)将立井井架模型的四个底脚分别与上述四个底座固定连接；
(3)利用立柱、边角底座、第一水平支撑、第一上横梁和下横梁进行钢结构台架系统的组装；
(4)先将拉力传感器1、拉力传感器II分别设置在钢丝绳1、钢丝绳II的中部，将转向器I设置在立柱I和立柱III之间的第一上横梁上，将转向器II设置在立柱II和立柱IV之间的第一上横梁上，将紧绳器I设置于立柱I和立柱III之间的下横梁上，将紧绳器II设置于立柱II和立柱IV之间的下横梁上，再将钢丝绳1、钢丝绳II的一端分别与中心基座进行固定连接，使钢丝绳I的另一端从立井井架模型中穿过后依次绕过天轮1、转向器I并与紧绳器I进行连接，使钢丝绳II的另一端从立井井架模型中穿过后依次绕过天轮I1、转向器II并与紧绳器II进行连接；
(5)将多个应变传感器、多个位移传感器设置在立井井架模型的关键杆件上，并使其与数据采集仪进行电连接；
(6)调整好转向器1、转向器II的转向角度，通过紧绳器I和紧绳器II分别对钢丝绳I和钢丝绳II施加预定拉力，这样就可实现对井架模型进行加载力的施加，通过拉力传感器1、拉力传感器II实时测量出钢绳I和钢丝绳II的在试验过程中所承受的拉力大小；
(7)通过数据分析仪读取并记录立井井架模型在各个工况下的受力及变形情况。
[0009]该方法能实时、准确地采集到立井井架模型的各受力工况下的应变、荷载、位移等试验所需参数。
【附图说明】
[0010]图1是本发明中钢结构台架系统的俯视图；
图2是图1的左视图；
图3是本发明中的立井井架模型进行试验的装配图。
[0011]图中:1、第一底座，2、第二底座，3、第三底座，4、第四底座，5、立柱I，6、立柱11，7、立柱III，8、立柱IV，9-1、第一水平支撑，9-2、第二水平支撑，10-1、第一上横梁，1 0-2、第二上横梁，11、下横梁，12、钢丝绳I，13、钢丝绳II，14、拉力传感器I，15、拉力传感器II，16、天轮I，17、天轮II，18、紧绳器I，19、紧绳器II，20、中心基座，21、立柱V，22、立柱VI，23、立柱VE，24、立柱麗，25、立井井架模型，26、斜支撑，27、转向器I，28、转向器II，29、天轮平台。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0013]如图1至图3所示，一种立井凿井井架模型试验系统，包括立井井架模型25，该立井井架模型25可根据所要生产的大型立井凿井井架的尺寸按照一定比例缩放得到，钢结构台架系统、加载系统和采集系统，所述立井井架模型25为平顶四棱锥体，其顶端设有至少一个天轮平台29，所述天轮平台29上设有至少两个相互对称的天轮I 16和天轮II 17 ;
所述钢结构台架系统主要由立柱、边角底座和中心基座20组成，所述边角底座包括第一底座1、第二底座2、第三底座3和第四底座4，上述四个底座呈方形地分布在立井井架模型25的四个底脚处，所述中心基座20设置在四个底座的中心区域并分别与四个底座固定连接，所述四个底座所形成方形的四个边与立井井架模型25的四个底边相互平行，所述立柱包括立柱I 5、立柱II 6、立柱III 7和立柱IV 8，所述立柱I 5和立柱III 7相互对称的设置在第一底座I和第三底座3上，所述立柱II 6和立柱IV 8相互对称的设置在第二底座2和第四底座4上，所述立柱I 5的上部和立柱II 6的上部之间、立柱III 7的上部和立柱IV 8的上部之间各至少设有一根第一水平支撑9-1，第一水平支撑9-1可以承担在试验过程中产生的对立柱的水平方向的推力，这样可以确保实验过程中所获得数据的准确性，所述立柱I 5的上部和立柱III 7的上部之间、立柱II 6的上部和立柱IV 8的上部之间各设有至少一根第一上横梁10-1，可以使第一上横梁10-1的数量为多根，这样能根据需要在多根第一上横梁10-1上分别设置转向器，从而可以便于实现力的多点加载，这样能够更方便地进行试验，所述立柱I 5的下部和立柱III 7的下部之间、立柱II 6的下部和立柱IV 8的下部之间各设有至少一个下横梁11 ;可以使下横梁11的数量为多根，这样能便于实现力的多点加载。
[0014]所述加载系统主要包括至少一根钢丝绳I 12、至少一根钢丝绳II 13、至少一根拉力传感器I 14、至少一根拉力传感器II 15、至少一个转向器I 27和至少一个转向器II 28，所述转向器I 27设置在立柱I 5和立柱III 7之间的第一上横梁10-1上，所述转向器II 28设置在立柱II 6和立柱IV 8之间的第一上横梁10-1上，所述钢丝绳I 12的一端固定在中心基座20上，其另一端从立井井架模型25中穿过后依次绕过天轮I 16、转向器I 27并与位于立柱I 5和立柱III 7之间的下横梁11上的紧绳器I 18连接；所述钢丝绳II 19的一端固定在中心基座20上，其另一端从立井井架模型25中穿过后依次绕过天轮II 17、转向器II 28并与位于立柱II 6和立柱IV 8之间的下横梁11上的紧绳器II 19连接，所述拉力传感器I 14、拉力传感器II 15分别设置在钢丝绳I 12、钢丝绳II 13上，所述拉力传感器I 14位于天轮I 16和中心基座20之间，所述拉力传感器15位于天轮II 17和中心基座20之间；
所述采集系统包括数据采集仪，应变传感器和位移传感器，所述应变传感器和位移传感器均设置在立井井架模型25上，所述数据采集仪用于接收来自于应变传感器和位移传感器的信号。
[0015]为了使立井井架模型25的纵向和横向同时能实现力的加载，该系统还包括立柱V 21、立柱VI 22、立柱VE 23和立柱VID 24，所述立柱V 21和立柱VI 22相互对称的设置在第一底座I和第二底座2上，所述立柱VE 23和立柱VID 24相互对称的设置在第三底座3和第四底座4上，所述立柱V 21的上部和立柱VE 23的上部之间、立柱VI 22的上部和立柱VID 24的上部之间各至少设有一根第二水平支撑9-2，第二水平支撑9-2可以承担在试验过程中产生的对立柱的水平方向的推力，这样可以确保实验过程中所获得数据的准确性，所述立柱V 21的上部和立柱VI 22的上部之间、立柱VE 23的上部和立柱VID 24的上部之间各设有至少一根第二上横梁10-2，可以使第二上横梁10-2的数量为多根，这样能根据需要在多根第二上横梁10-2上分别设置转向器，从而可以便于实现力的多点加载，这样能够更方便地进行试验，所述立柱V 21的下部和立柱VI 22的下部之间、立柱VE 23的下部和立柱VID 24的下部之间各设有至少一根下横梁11，可以使下横梁11的数量为多根，这样能便于实现力的多点加载。
[0016]所述立柱I 5和第一底座I之间、立柱V 21和第一底座I之间、立柱II 6和第二底座2之间、立柱VI 22和第二底座2之间、立柱III 7和第三底座3之间、立柱VE 23和第三底座3之间、立柱IV 8和第四底座4之间、立柱VID 23和第四底座4之间均设有斜支撑26。
[0017]通过加载系统的紧绳器对钢丝绳施加预定拉力即可实现对立井架模型受力的加载，试验过程中钢丝绳所承受的拉力大小由加载系统中的拉力传感器实时测量并通过与其相连的显示器读取，在试验过程中产生的对立柱的水平方向的推力由水平支撑来承担，这样能保证试验数据的准确性和可靠性；通过多根上横梁的设置，能便捷地实现力的多点加载，从而可实现各工况下的受力施加、监测与分析，能更好的完成立井井架模型的设计定型，这样就能保证立井井架产品有着更好的承载能力和安全性，另外，该系统可提供自反力，不需要将底座与地面进行锚固就可以进行试验，同时，该系统通过转向器转向角度的调整即可完成各种角度受力的加载，该系统结构简单、操作方便、可重复拆装使用，加载点多，并且其整体的占地面积小，节省了试验所需空间。
[0018]一种立井凿井井架模型试验系统的试验方法，包括收下步骤:
(1)将第一底座1、第二底座2、第三底座3和第四底座4设置在对应立井井架模型25的四个底脚处，在上述四个底座的中心区域设置中心基座20 ；
(2)将立井井架模型25的四个底脚分别与上述四个底座固定连接；
(3)利用立柱、边角底座、第一水平支撑9-1、第一上横梁10-1和下横梁11进行钢结构台架系统的组装；
(4)先将拉力传感器I14、拉力传感器II 15分别设置在钢丝绳I 12、钢丝绳II 13的中部，将转向器I 27设置在立柱I 5和立柱III7之间的第一上横梁10-1上，将转向器II 28设置在立柱II 6和立柱IV 8之间的第一上横梁10-1上，将紧绳器I 18设置于立柱I 5和立柱III 7之间的下横梁11上，将紧绳器II 19设置于立柱II 6和立柱IV 8之间的下横梁11上，再将钢丝绳I 12、钢丝绳II 13的一端分别与中心基座20进行固定连接，使钢丝绳I 12的另一端从立井井架模型25中穿过后依次绕过天轮I 16、转向器I 27并与紧绳器I 18进行连接，使钢丝绳II 13的另一端从立井井架模型25中穿过后依次绕过天轮II 17、转向器II 28并与紧绳器II 19进行连接；
(5)将多个应变传感器、多个位移传感器设置在立井井架模型25的关键杆件上，并使其与数据采集仪进行电连接；
(6)调整好转向器I27、转向器II 28的转向角度，通过紧绳器I 18和紧绳器II 19分别对钢丝绳I 12和钢丝绳II 13施加预定拉力，这样就可实现对井架模型25进行加载力的施加，通过拉力传感器I 14、拉力传感器II 15实时测量出钢绳I 12和钢丝绳II 13的在试验过程中所承受的拉力大小；
(7)通过数据分析仪读取并记录立井井架模型25在各个工况 下的受力及变形情况。
[0019]该方法能实时、准确地采集到立井井架模型的各受力工况下的应变、荷载、位移等试验所需参数。该方法便于通过有限元分析软件对试验台的受力进行分析，能确定出试验台中的不利杆件，这样有利于根据分析结果对试验台架不断地进行重新优化设计。
【主权项】
1.一种立井凿井井架模型试验系统，包括立井井架模型(25)，钢结构台架系统，其特征在于，还包括加载系统和采集系统，所述立井井架模型(25)为平顶四棱锥体，其顶端设有至少一个天轮平台(29)，所述天轮平台(29)上设有至少两个相互对称的天轮I (16)和天轮II (17)； 所述钢结构台架系统主要由立柱、边角底座和中心基座(20)组成，所述边角底座包括第一底座(I)、第二底座(2)、第三底座(3)和第四底座(4)，上述四个底座呈方形地分布在立井井架模型(25)的四个底脚处，所述中心基座(20)设置在四个底座的中心区域并分别与四个底座固定连接，所述四个底座所形成方形的四个边与立井井架模型(25)的四个底边相互平行，所述立柱包括立柱I (5)、立柱II (6)、立柱111(7)和立柱IV (8)，所述立柱I (5)和立柱111(7)相互对称的设置在第一底座(I)和第三底座(3)上，所述立柱II (6)和立柱IV(8)相互对称的设置在第二底座(2)和第四底座(4)上，所述立柱I (5)的上部和立柱II(6)的上部之间、立柱111(7)的上部和立柱IV(S)的上部之间各至少设有一根第一水平支撑(9-1)，所述立柱I (5)的上部和立柱111(7)的上部之间、立柱II (6)的上部和立柱IV(8)的上部之间各设有至少一根第一上横梁(10-1)，所述立柱I (5)的下部和立柱111(7)的下部之间、立柱II (6)的下部和立柱IV(S)的下部之间各设有至少一个下横梁(11)； 所述加载系统主要包括至少一根钢丝绳I (12)、至少一根钢丝绳II (13)、至少一根拉力传感器I (14)、至少一根拉力传感器II (15)、至少一个转向器I (27)和至少一个转向器II (28)，所述转向器I (27)设置在立柱I (5)和立柱111(7)之间的第一上横梁(10-1)上，所述转向器II (28)设置在立柱II (6)和立柱IV(S)之间的第一上横梁(10-1)上，所述钢丝绳I (12)的一端固定在中心基座(20)上，其另一端从立井井架模型(25)中穿过后依次绕过天轮I (16)、转向器I (27)并与位于立柱I (5)和立柱111(7)之间的下横梁(11)上的紧绳器I (18)连接；所述钢丝绳II (19)的一端固定在中心基座(20)上，其另一端从立井井架模型(25)中穿过后依次绕过天轮II (17)、转向器II (28)并与位于立柱II (6)和立柱IV (8)之间的下横梁(11)上的紧绳器II (19)连接，所述拉力传感器I (14)、拉力传感器II (15)分别设置在钢丝绳I (12)、钢丝绳II (13)上，所述拉力传感器I (14)位于天轮I (16)和中心基座(20 )之间，所述拉力传感器(15 )位于天轮II (17 )和中心基座(20 )之间； 所述采集系统包括数据采集仪，应变传感器和位移传感器，所述应变传感器和位移传感器均设置在立井井架模型(25 )上，所述数据采集仪用于接收来自于应变传感器和位移传感器的信号。2.根据权利要求1所述的一种立井凿井井架模型试验系统，其特征在于，还包括立柱V(21)、立柱VI(22),立柱VE(23)和立柱VID(24),所述立柱V (21)和立柱VI(22)相互对称的设置在第一底座(I)和第二底座(2)上，所述立柱VE(23)和立柱VDK24)相互对称的设置在第三底座(3)和第四底座(4)上，所述立柱V (21)的上部和立柱VIK23)的上部之间、立柱VK22)的上部和立柱VDK24)的上部之间各至少设有一根第二水平支撑(9-2)，所述立柱V (21)的上部和立柱VK22)的上部之间、立柱VE(23)的上部和立柱VDK24)的上部之间各设有至少一根第二上横梁(10-2)，所述立柱V (21)的下部和立柱VK22)的下部之间、立柱VE(23)的下部和立柱VDK24)的下部之间各设有至少一根下横梁(11)。3.根据权利要求2所述的一种立井凿井井架模型试验系统，其特征在于，所述立柱I(5)和第一底座(I)之间、立柱V (21)和第一底座(I)之间、立柱II (6)和第二底座(2)之间、立柱VI (22)和第二底座(2)之间、立柱III (7)和第三底座(3)之间、立柱VE (23)和第三底座(3)之间、立柱IV (8)和第四底座(4)之间、立柱VID (23)和第四底座(4)之间均设有斜支撑(26)。4.一种利用权利要求1所述的一种立井凿井井架模型试验系统进行试验的方法，其特征在于，包括收下步骤: (1)将第一底座(I)、第二底座(2)、第三底座(3)和第四底座(4)设置在对应立井井架模型(25)的四个底脚处，在上述四个底座的中心区域设置中心基座(20)； (2)将立井井架模型(25)的四个底脚分别与上述四个底座固定连接； (3)利用立柱、边角底座、第一水平支撑(9-1)、第一上横梁(10-1)和下横梁(11)进行钢结构台架系统的组装； (4)先将拉力传感器I(14)、拉力传感器II (15)分别设置在钢丝绳I (12)、钢丝绳II(13)的中部，将转向器I (27)设置在立柱I (5)和立柱111(7)之间的第一上横梁(10-1)上，将转向器II (28)设置在立柱II (6)和立柱IV(S)之间的第一上横梁(10-1)上，将紧绳器I (18)设置于立柱I (5)和立柱111(7)之间的下横梁(11)上，将紧绳器II (19)设置于立柱II (6)和立柱IV(8)之间的下横梁(11)上，再将钢丝绳I (12)、钢丝绳II (13)的一端分别与中心基座(20)进行固定连接，使钢丝绳I (12)的另一端从立井井架模型(25)中穿过后依次绕过天轮I (16)、转向器I (27)并与紧绳器I (18)进行连接，使钢丝绳II (13)的另一端从立井井架模型(25)中穿过后依次绕过天轮II (17)、转向器II (28)并与紧绳器II(19)进行连接； (5 )将多个应变传感器、多个位移传感器设置在立井井架模型(25 )的关键杆件上，并使其与数据采集仪进行电连接； (6)调整好转向器I(27)、转向器II (28)的转向角度，通过紧绳器I (18)和紧绳器II(19)分别对钢丝绳I (12)和钢丝绳II (13)施加预定拉力，这样就可实现对井架模型(25)进行加载力的施加，通过拉力传感器I (14)、拉力传感器II (15)实时测量出钢绳I (12)和钢丝绳II (13)的在试验过程中所承受的拉力大小； (7)通过数据分析仪读取并记录立井井架模型(25)在各个工况下的受力及变形情况。
【专利摘要】本发明提供一种立井凿井井架模型试验系统及试验方法，钢结构台架系统主要由立柱、边角底座和中心基座组成，加载系统包括钢丝绳和拉力传感器，采集系统包括数据采集仪，应变传感器和位移传感器，应变传感器和位移传感器均设置在立井井架模型上，数据采集仪用于接收来自于应变传感器和位移传感器的信号。方法：设置四个底座和中心基座；将立井井架模型与上述四个底座固定连接；组装钢结构台架系统；设置钢丝绳Ⅰ、钢丝绳Ⅱ；安装应变传感器、位移传感器，并使其与数据采集仪进行连接；通过紧绳器Ⅰ和紧绳器Ⅱ分别对钢丝绳Ⅰ和钢丝绳Ⅱ施加预定拉力；通过数据分析仪读取并记录数据。本发明能便捷地实现对立井井架模型进行各种工况下受力的加载。
【IPC分类】G01M13/00
【公开号】CN104897383
【申请号】CN201510216954
【发明人】杜健民, 王帅, 刘志强, 王博
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月30日
【技术领域】
[0001]本发明涉及钢结构井架的试验系统和试验方法，具体是一种立井凿井井架模型试验系统及试验方法。
【背景技术】
[0002]随着目前矿井开采深度和井筒直径的不断加大，超千米立井的数量不断增多，原有的定型立井凿井井架已经不能满足使用要求，必须进行大型立井凿井井架的选型和设计。为了适应凿井装备的发展，提高凿井时的凿井速度以及生产时的生产效率，大型立井凿井井架的悬吊能力和提升能力必须得到提高，这就对井架的承载能力和安全性能提出了更高的要求。由于我国目前尚没有关于立井凿井井架的设计规范，实验室中的模拟试验是大型立井凿井井架设计定型的必须环节。而大型立井凿井井架属于矿山特种结构，特种结构由于工作荷载的不确定性、工作条件的特殊性等方面因素，必须开展相关的试验研宄，确保产品研发的成功。建立实验室的大型立井凿井井架模拟试验系统，充分考虑立井凿井井架结构受力特点，最不利的工况组合、复杂的应用条件等因素、对井架的设计计算成果进行验证，是大型立井凿井井架研宄的必要内容。构建大型立井凿井井架模型试验系统，可以实现对井架结构试验的加载稳定控制、断绳荷载控制等试验控制工作，同时实现试验中的变形、荷载、应变等参数的自动测试，有利于特种结构理论和试验研宄工作的不断深入和发展。现有技术缺少能够准确分析立井井架模型的试验系统。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种立井凿井井架模型试验系统及试验方法，能便捷地实现对立井井架模型进行各种工况下受力的加载，并能实时监测试验中的变形、荷载、应变等参数，可实现对立井井架模型结构加载试验、断绳荷载试验的稳定控制，有利于特种结构理论和试验研宄工作的不断深入和发展。
[0004]本发明提供一种立井凿井井架模型试验系统，包括立井井架模型，钢结构台架系统、加载系统和采集系统，所述立井井架模型为平顶四棱锥体，其顶端设有至少一个天轮平台，所述天轮平台上设有至少两个相互对称的天轮I和天轮II ;
所述钢结构台架系统主要由立柱、边角底座和中心基座组成，所述边角底座包括第一底座、第二底座、第三底座和第四底座，上述四个底座呈方形地分布在立井井架模型的四个底脚处，所述中心基座设置在四个底座的中心区域并分别与四个底座固定连接，所述四个底座所形成方形的四个边与立井井架模型的四个底边相互平行，所述立柱包括立柱1、立柱I1、立柱III和立柱IV，所述立柱I和立柱III相互对称的设置在第一底座和第三底座上，所述立柱II和立柱IV相互对称的设置在第二底座和第四底座上，所述立柱I的上部和立柱II的上部之间、立柱III的上部和立柱IV的上部之间各至少设有一根第一水平支撑，所述立柱I的上部和立柱III的上部之间、立柱II的上部和立柱IV的上部之间各设有至少一根第一上横梁，所述立柱I的下部和立柱III的下部之间、立柱II的下部和立柱IV的下部之间各设有至少一个下横梁；
所述加载系统主要包括至少一根钢丝绳1、至少一根钢丝绳I1、至少一根拉力传感器1、至少一根拉力传感器I1、至少一个转向器I和至少一个转向器II，所述转向器I设置在立柱I和立柱III之间的第一上横梁上，所述转向器II设置在立柱II和立柱IV之间的第一上横梁上，所述钢丝绳I的一端固定在中心基座上，其另一端从立井井架模型中穿过后依次绕过天轮1、转向器I并与位于立柱I和立柱III之间的下横梁上的紧绳器I连接；所述钢丝绳II的一端固定在中心基座上，其另一端从立井井架模型中穿过后依次绕过天轮I1、转向器II并与位于立柱II和立柱IV之间的下横梁上的紧绳器II连接，所述拉力传感器1、拉力传感器II分别设置在钢丝绳1、钢丝绳II上，所述拉力传感器I位于天轮I和中心基座之间，所述拉力传感器位于天轮II和中心基座之间；
所述采集系统包括数据采集仪，应变传感器和位移传感器，所述应变传感器和位移传感器均设置在立井井架模型上，所述数据采集仪用于接收来自于应变传感器和位移传感器的信号。
[0005]作为本发明的改进，还包括立柱V、立柱V1、立柱VE和立柱麗，所述立柱V和立柱VI相互对称的设置在第一底座和第二底座上，所述立柱Vn和立柱VID相互对称的设置在第三底座和第四底座上，所述立柱V的上部和立柱VE的上部之间、立柱VI的上部和立柱VID的上部之间各至少设有一根第二水平支撑，所述立柱V的上部和立柱VI的上部之间、立柱VE的上部和立柱VID的上部之间各设有至少一根第二上横梁，所述立柱V的下部和立柱VI的下部之间、立柱VE的下部和立柱VID的下部之间各设有至少一根下横梁。
[0006]作为本发明的进一步改进，所述立柱I和第一底座之间、立柱V和第一底座之间、立柱II和第二底座之间、立柱VI和第二底座之间、立柱III和第三底座之间、立柱VE和第三底座之间、立柱IV和第四底座之间、立柱VID和第四底座之间均设有斜支撑。
[0007]本发明通过加载系统的紧绳器对钢丝绳施加预定拉力即可实现对立井架模型受力的加载，试验过程中钢丝绳所承受的拉力大小由加载系统中的拉力传感器实时测量并通过与其相连的显示器读取，在试验过程中产生的对立柱的水平方向的推力由水平支撑来承担，这样能保证试验数据的准确性和可靠性；通过多根上横梁的设置，能便捷地实现力的多点加载，从而可实现各工况下的受力施加、监测与分析，能更好的完成立井井架模型的设计定型，这样就能保证立井井架产品有着更好的承载能力和安全性，另外，该系统可提供自反力，不需要将底座与地面进行锚固就可以进行试验，同时，该系统通过转向器转向角度的调整即可完成各种角度受力的加载，该系统结构简单、操作方便、可重复拆装使用，加载点多，并且其整体的占地面积小，节省了试验所需空间。
[0008]一种立井凿井井架模型试验系统的试验方法，包括收下步骤:
(1)将第一底座、第二底座、第三底座和第四底座设置在对应立井井架模型的四个底脚处，在上述四个底座的中心区域设置中心基座；
(2)将立井井架模型的四个底脚分别与上述四个底座固定连接；
(3)利用立柱、边角底座、第一水平支撑、第一上横梁和下横梁进行钢结构台架系统的组装；
(4)先将拉力传感器1、拉力传感器II分别设置在钢丝绳1、钢丝绳II的中部，将转向器I设置在立柱I和立柱III之间的第一上横梁上，将转向器II设置在立柱II和立柱IV之间的第一上横梁上，将紧绳器I设置于立柱I和立柱III之间的下横梁上，将紧绳器II设置于立柱II和立柱IV之间的下横梁上，再将钢丝绳1、钢丝绳II的一端分别与中心基座进行固定连接，使钢丝绳I的另一端从立井井架模型中穿过后依次绕过天轮1、转向器I并与紧绳器I进行连接，使钢丝绳II的另一端从立井井架模型中穿过后依次绕过天轮I1、转向器II并与紧绳器II进行连接；
(5)将多个应变传感器、多个位移传感器设置在立井井架模型的关键杆件上，并使其与数据采集仪进行电连接；
(6)调整好转向器1、转向器II的转向角度，通过紧绳器I和紧绳器II分别对钢丝绳I和钢丝绳II施加预定拉力，这样就可实现对井架模型进行加载力的施加，通过拉力传感器1、拉力传感器II实时测量出钢绳I和钢丝绳II的在试验过程中所承受的拉力大小；
(7)通过数据分析仪读取并记录立井井架模型在各个工况下的受力及变形情况。
[0009]该方法能实时、准确地采集到立井井架模型的各受力工况下的应变、荷载、位移等试验所需参数。
【附图说明】
[0010]图1是本发明中钢结构台架系统的俯视图；
图2是图1的左视图；
图3是本发明中的立井井架模型进行试验的装配图。
[0011]图中:1、第一底座，2、第二底座，3、第三底座，4、第四底座，5、立柱I，6、立柱11，7、立柱III，8、立柱IV，9-1、第一水平支撑，9-2、第二水平支撑，10-1、第一上横梁，1 0-2、第二上横梁，11、下横梁，12、钢丝绳I，13、钢丝绳II，14、拉力传感器I，15、拉力传感器II，16、天轮I，17、天轮II，18、紧绳器I，19、紧绳器II，20、中心基座，21、立柱V，22、立柱VI，23、立柱VE，24、立柱麗，25、立井井架模型，26、斜支撑，27、转向器I，28、转向器II，29、天轮平台。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0013]如图1至图3所示，一种立井凿井井架模型试验系统，包括立井井架模型25，该立井井架模型25可根据所要生产的大型立井凿井井架的尺寸按照一定比例缩放得到，钢结构台架系统、加载系统和采集系统，所述立井井架模型25为平顶四棱锥体，其顶端设有至少一个天轮平台29，所述天轮平台29上设有至少两个相互对称的天轮I 16和天轮II 17 ;
所述钢结构台架系统主要由立柱、边角底座和中心基座20组成，所述边角底座包括第一底座1、第二底座2、第三底座3和第四底座4，上述四个底座呈方形地分布在立井井架模型25的四个底脚处，所述中心基座20设置在四个底座的中心区域并分别与四个底座固定连接，所述四个底座所形成方形的四个边与立井井架模型25的四个底边相互平行，所述立柱包括立柱I 5、立柱II 6、立柱III 7和立柱IV 8，所述立柱I 5和立柱III 7相互对称的设置在第一底座I和第三底座3上，所述立柱II 6和立柱IV 8相互对称的设置在第二底座2和第四底座4上，所述立柱I 5的上部和立柱II 6的上部之间、立柱III 7的上部和立柱IV 8的上部之间各至少设有一根第一水平支撑9-1，第一水平支撑9-1可以承担在试验过程中产生的对立柱的水平方向的推力，这样可以确保实验过程中所获得数据的准确性，所述立柱I 5的上部和立柱III 7的上部之间、立柱II 6的上部和立柱IV 8的上部之间各设有至少一根第一上横梁10-1，可以使第一上横梁10-1的数量为多根，这样能根据需要在多根第一上横梁10-1上分别设置转向器，从而可以便于实现力的多点加载，这样能够更方便地进行试验，所述立柱I 5的下部和立柱III 7的下部之间、立柱II 6的下部和立柱IV 8的下部之间各设有至少一个下横梁11 ;可以使下横梁11的数量为多根，这样能便于实现力的多点加载。
[0014]所述加载系统主要包括至少一根钢丝绳I 12、至少一根钢丝绳II 13、至少一根拉力传感器I 14、至少一根拉力传感器II 15、至少一个转向器I 27和至少一个转向器II 28，所述转向器I 27设置在立柱I 5和立柱III 7之间的第一上横梁10-1上，所述转向器II 28设置在立柱II 6和立柱IV 8之间的第一上横梁10-1上，所述钢丝绳I 12的一端固定在中心基座20上，其另一端从立井井架模型25中穿过后依次绕过天轮I 16、转向器I 27并与位于立柱I 5和立柱III 7之间的下横梁11上的紧绳器I 18连接；所述钢丝绳II 19的一端固定在中心基座20上，其另一端从立井井架模型25中穿过后依次绕过天轮II 17、转向器II 28并与位于立柱II 6和立柱IV 8之间的下横梁11上的紧绳器II 19连接，所述拉力传感器I 14、拉力传感器II 15分别设置在钢丝绳I 12、钢丝绳II 13上，所述拉力传感器I 14位于天轮I 16和中心基座20之间，所述拉力传感器15位于天轮II 17和中心基座20之间；
所述采集系统包括数据采集仪，应变传感器和位移传感器，所述应变传感器和位移传感器均设置在立井井架模型25上，所述数据采集仪用于接收来自于应变传感器和位移传感器的信号。
[0015]为了使立井井架模型25的纵向和横向同时能实现力的加载，该系统还包括立柱V 21、立柱VI 22、立柱VE 23和立柱VID 24，所述立柱V 21和立柱VI 22相互对称的设置在第一底座I和第二底座2上，所述立柱VE 23和立柱VID 24相互对称的设置在第三底座3和第四底座4上，所述立柱V 21的上部和立柱VE 23的上部之间、立柱VI 22的上部和立柱VID 24的上部之间各至少设有一根第二水平支撑9-2，第二水平支撑9-2可以承担在试验过程中产生的对立柱的水平方向的推力，这样可以确保实验过程中所获得数据的准确性，所述立柱V 21的上部和立柱VI 22的上部之间、立柱VE 23的上部和立柱VID 24的上部之间各设有至少一根第二上横梁10-2，可以使第二上横梁10-2的数量为多根，这样能根据需要在多根第二上横梁10-2上分别设置转向器，从而可以便于实现力的多点加载，这样能够更方便地进行试验，所述立柱V 21的下部和立柱VI 22的下部之间、立柱VE 23的下部和立柱VID 24的下部之间各设有至少一根下横梁11，可以使下横梁11的数量为多根，这样能便于实现力的多点加载。
[0016]所述立柱I 5和第一底座I之间、立柱V 21和第一底座I之间、立柱II 6和第二底座2之间、立柱VI 22和第二底座2之间、立柱III 7和第三底座3之间、立柱VE 23和第三底座3之间、立柱IV 8和第四底座4之间、立柱VID 23和第四底座4之间均设有斜支撑26。
[0017]通过加载系统的紧绳器对钢丝绳施加预定拉力即可实现对立井架模型受力的加载，试验过程中钢丝绳所承受的拉力大小由加载系统中的拉力传感器实时测量并通过与其相连的显示器读取，在试验过程中产生的对立柱的水平方向的推力由水平支撑来承担，这样能保证试验数据的准确性和可靠性；通过多根上横梁的设置，能便捷地实现力的多点加载，从而可实现各工况下的受力施加、监测与分析，能更好的完成立井井架模型的设计定型，这样就能保证立井井架产品有着更好的承载能力和安全性，另外，该系统可提供自反力，不需要将底座与地面进行锚固就可以进行试验，同时，该系统通过转向器转向角度的调整即可完成各种角度受力的加载，该系统结构简单、操作方便、可重复拆装使用，加载点多，并且其整体的占地面积小，节省了试验所需空间。
[0018]一种立井凿井井架模型试验系统的试验方法，包括收下步骤:
(1)将第一底座1、第二底座2、第三底座3和第四底座4设置在对应立井井架模型25的四个底脚处，在上述四个底座的中心区域设置中心基座20 ；
(2)将立井井架模型25的四个底脚分别与上述四个底座固定连接；
(3)利用立柱、边角底座、第一水平支撑9-1、第一上横梁10-1和下横梁11进行钢结构台架系统的组装；
(4)先将拉力传感器I14、拉力传感器II 15分别设置在钢丝绳I 12、钢丝绳II 13的中部，将转向器I 27设置在立柱I 5和立柱III7之间的第一上横梁10-1上，将转向器II 28设置在立柱II 6和立柱IV 8之间的第一上横梁10-1上，将紧绳器I 18设置于立柱I 5和立柱III 7之间的下横梁11上，将紧绳器II 19设置于立柱II 6和立柱IV 8之间的下横梁11上，再将钢丝绳I 12、钢丝绳II 13的一端分别与中心基座20进行固定连接，使钢丝绳I 12的另一端从立井井架模型25中穿过后依次绕过天轮I 16、转向器I 27并与紧绳器I 18进行连接，使钢丝绳II 13的另一端从立井井架模型25中穿过后依次绕过天轮II 17、转向器II 28并与紧绳器II 19进行连接；
(5)将多个应变传感器、多个位移传感器设置在立井井架模型25的关键杆件上，并使其与数据采集仪进行电连接；
(6)调整好转向器I27、转向器II 28的转向角度，通过紧绳器I 18和紧绳器II 19分别对钢丝绳I 12和钢丝绳II 13施加预定拉力，这样就可实现对井架模型25进行加载力的施加，通过拉力传感器I 14、拉力传感器II 15实时测量出钢绳I 12和钢丝绳II 13的在试验过程中所承受的拉力大小；
(7)通过数据分析仪读取并记录立井井架模型25在各个工况 下的受力及变形情况。
[0019]该方法能实时、准确地采集到立井井架模型的各受力工况下的应变、荷载、位移等试验所需参数。该方法便于通过有限元分析软件对试验台的受力进行分析，能确定出试验台中的不利杆件，这样有利于根据分析结果对试验台架不断地进行重新优化设计。
【主权项】
1.一种立井凿井井架模型试验系统，包括立井井架模型(25)，钢结构台架系统，其特征在于，还包括加载系统和采集系统，所述立井井架模型(25)为平顶四棱锥体，其顶端设有至少一个天轮平台(29)，所述天轮平台(29)上设有至少两个相互对称的天轮I (16)和天轮II (17)； 所述钢结构台架系统主要由立柱、边角底座和中心基座(20)组成，所述边角底座包括第一底座(I)、第二底座(2)、第三底座(3)和第四底座(4)，上述四个底座呈方形地分布在立井井架模型(25)的四个底脚处，所述中心基座(20)设置在四个底座的中心区域并分别与四个底座固定连接，所述四个底座所形成方形的四个边与立井井架模型(25)的四个底边相互平行，所述立柱包括立柱I (5)、立柱II (6)、立柱111(7)和立柱IV (8)，所述立柱I (5)和立柱111(7)相互对称的设置在第一底座(I)和第三底座(3)上，所述立柱II (6)和立柱IV(8)相互对称的设置在第二底座(2)和第四底座(4)上，所述立柱I (5)的上部和立柱II(6)的上部之间、立柱111(7)的上部和立柱IV(S)的上部之间各至少设有一根第一水平支撑(9-1)，所述立柱I (5)的上部和立柱111(7)的上部之间、立柱II (6)的上部和立柱IV(8)的上部之间各设有至少一根第一上横梁(10-1)，所述立柱I (5)的下部和立柱111(7)的下部之间、立柱II (6)的下部和立柱IV(S)的下部之间各设有至少一个下横梁(11)； 所述加载系统主要包括至少一根钢丝绳I (12)、至少一根钢丝绳II (13)、至少一根拉力传感器I (14)、至少一根拉力传感器II (15)、至少一个转向器I (27)和至少一个转向器II (28)，所述转向器I (27)设置在立柱I (5)和立柱111(7)之间的第一上横梁(10-1)上，所述转向器II (28)设置在立柱II (6)和立柱IV(S)之间的第一上横梁(10-1)上，所述钢丝绳I (12)的一端固定在中心基座(20)上，其另一端从立井井架模型(25)中穿过后依次绕过天轮I (16)、转向器I (27)并与位于立柱I (5)和立柱111(7)之间的下横梁(11)上的紧绳器I (18)连接；所述钢丝绳II (19)的一端固定在中心基座(20)上，其另一端从立井井架模型(25)中穿过后依次绕过天轮II (17)、转向器II (28)并与位于立柱II (6)和立柱IV (8)之间的下横梁(11)上的紧绳器II (19)连接，所述拉力传感器I (14)、拉力传感器II (15)分别设置在钢丝绳I (12)、钢丝绳II (13)上，所述拉力传感器I (14)位于天轮I (16)和中心基座(20 )之间，所述拉力传感器(15 )位于天轮II (17 )和中心基座(20 )之间； 所述采集系统包括数据采集仪，应变传感器和位移传感器，所述应变传感器和位移传感器均设置在立井井架模型(25 )上，所述数据采集仪用于接收来自于应变传感器和位移传感器的信号。2.根据权利要求1所述的一种立井凿井井架模型试验系统，其特征在于，还包括立柱V(21)、立柱VI(22),立柱VE(23)和立柱VID(24),所述立柱V (21)和立柱VI(22)相互对称的设置在第一底座(I)和第二底座(2)上，所述立柱VE(23)和立柱VDK24)相互对称的设置在第三底座(3)和第四底座(4)上，所述立柱V (21)的上部和立柱VIK23)的上部之间、立柱VK22)的上部和立柱VDK24)的上部之间各至少设有一根第二水平支撑(9-2)，所述立柱V (21)的上部和立柱VK22)的上部之间、立柱VE(23)的上部和立柱VDK24)的上部之间各设有至少一根第二上横梁(10-2)，所述立柱V (21)的下部和立柱VK22)的下部之间、立柱VE(23)的下部和立柱VDK24)的下部之间各设有至少一根下横梁(11)。3.根据权利要求2所述的一种立井凿井井架模型试验系统，其特征在于，所述立柱I(5)和第一底座(I)之间、立柱V (21)和第一底座(I)之间、立柱II (6)和第二底座(2)之间、立柱VI (22)和第二底座(2)之间、立柱III (7)和第三底座(3)之间、立柱VE (23)和第三底座(3)之间、立柱IV (8)和第四底座(4)之间、立柱VID (23)和第四底座(4)之间均设有斜支撑(26)。4.一种利用权利要求1所述的一种立井凿井井架模型试验系统进行试验的方法，其特征在于，包括收下步骤: (1)将第一底座(I)、第二底座(2)、第三底座(3)和第四底座(4)设置在对应立井井架模型(25)的四个底脚处，在上述四个底座的中心区域设置中心基座(20)； (2)将立井井架模型(25)的四个底脚分别与上述四个底座固定连接； (3)利用立柱、边角底座、第一水平支撑(9-1)、第一上横梁(10-1)和下横梁(11)进行钢结构台架系统的组装； (4)先将拉力传感器I(14)、拉力传感器II (15)分别设置在钢丝绳I (12)、钢丝绳II(13)的中部，将转向器I (27)设置在立柱I (5)和立柱111(7)之间的第一上横梁(10-1)上，将转向器II (28)设置在立柱II (6)和立柱IV(S)之间的第一上横梁(10-1)上，将紧绳器I (18)设置于立柱I (5)和立柱111(7)之间的下横梁(11)上，将紧绳器II (19)设置于立柱II (6)和立柱IV(8)之间的下横梁(11)上，再将钢丝绳I (12)、钢丝绳II (13)的一端分别与中心基座(20)进行固定连接，使钢丝绳I (12)的另一端从立井井架模型(25)中穿过后依次绕过天轮I (16)、转向器I (27)并与紧绳器I (18)进行连接，使钢丝绳II (13)的另一端从立井井架模型(25)中穿过后依次绕过天轮II (17)、转向器II (28)并与紧绳器II(19)进行连接； (5 )将多个应变传感器、多个位移传感器设置在立井井架模型(25 )的关键杆件上，并使其与数据采集仪进行电连接； (6)调整好转向器I(27)、转向器II (28)的转向角度，通过紧绳器I (18)和紧绳器II(19)分别对钢丝绳I (12)和钢丝绳II (13)施加预定拉力，这样就可实现对井架模型(25)进行加载力的施加，通过拉力传感器I (14)、拉力传感器II (15)实时测量出钢绳I (12)和钢丝绳II (13)的在试验过程中所承受的拉力大小； (7)通过数据分析仪读取并记录立井井架模型(25)在各个工况下的受力及变形情况。
【专利摘要】本发明提供一种立井凿井井架模型试验系统及试验方法，钢结构台架系统主要由立柱、边角底座和中心基座组成，加载系统包括钢丝绳和拉力传感器，采集系统包括数据采集仪，应变传感器和位移传感器，应变传感器和位移传感器均设置在立井井架模型上，数据采集仪用于接收来自于应变传感器和位移传感器的信号。方法：设置四个底座和中心基座；将立井井架模型与上述四个底座固定连接；组装钢结构台架系统；设置钢丝绳Ⅰ、钢丝绳Ⅱ；安装应变传感器、位移传感器，并使其与数据采集仪进行连接；通过紧绳器Ⅰ和紧绳器Ⅱ分别对钢丝绳Ⅰ和钢丝绳Ⅱ施加预定拉力；通过数据分析仪读取并记录数据。本发明能便捷地实现对立井井架模型进行各种工况下受力的加载。
【IPC分类】G01M13/00
【公开号】CN104897383
【申请号】CN201510216954
【发明人】杜健民, 王帅, 刘志强, 王博
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月30日
最新回复(0)