一种多丝杠协同驱动的提升机钢丝绳张力调节装置

摘要

本发明属于矿井提升技术领域，尤其是一种多丝杠协同驱动的提升机钢丝绳张力调节装置，包括提升容器、丝杠、多丝杠联结装置，提升容器上平均分布有若干多丝杠联结装置，多丝杠联结装置包括中心腔以及周围的活塞腔，活塞腔内具有活塞，一个活塞腔的上油腔与其他活塞腔的上油腔之间连通设有上油路，一个活塞腔的下油腔与其他活塞腔的下油腔之间连通设有下油路，活塞上部设有上活塞杆，下部设有下活塞杆，上活塞杆与下活塞杆之间设有丝杠，丝杠底端连接于提升容器，每个多丝杠联结装置上吊装有一根钢丝绳。本发明通过多丝杠协同作用，以实现对提升机钢丝绳张力高负载、大行程的实时高精度调节，确保提升机的安全运行。

权利要求

1.一种多丝杠协同驱动的提升机钢丝绳张力调节装置，其特征在于：包括提升容器（1）、丝杠（2）、多丝杠联结装置（3）、钢丝绳（4），所述提升容器（1）上平均分布有若干多丝杠联结装置（3），多丝杠联结装置（3）包括中心腔（31）以及设置在中心腔（31）周围的活塞腔（32），活塞腔（32）内具有活塞（38），活塞（38）与活塞腔（32）上部空间为上油腔，与活塞腔（32）下部空间为下油腔，一个活塞腔（32）的上油腔与其他活塞腔（32）的上油腔之间连通设有上油路（33），一个活塞腔（32）的下油腔与其他活塞腔（32）的下油腔之间连通设有下油路（34），所述活塞（38）上部设有贯穿活塞腔（32）上部的上活塞杆（35），活塞（38）下部设有贯穿活塞腔（32）下部的下活塞杆（36），所述上活塞杆（35）与下活塞杆（36）之间设有丝杠滑块（37），所述丝杠（2）穿过丝杠滑块（37）与其螺纹连接，所述丝杠（2）呈纵向设置；所述提升容器（1）上具有若干用于驱动丝杠（2）转动的伺服电机，伺服电机上具有伺服驱动器，丝杠（2）底部连接伺服电机，一根丝杠（2）对应一个伺服电机；每个多丝杠联结装置（3）上吊装有一根钢丝绳（4）。

2.根据权利要求1所述的一种多丝杠协同驱动的提升机钢丝绳张力调节装置，其特征在于：所述钢丝绳（4）连接于多丝杠联结装置（3）的几何中心位置。

3.根据权利要求1所述的一种多丝杠协同驱动的提升机钢丝绳张力调节装置，其特征在于：所述中心腔（31）周围设有四个活塞腔（32），四个活塞腔（32）等距分布于中心腔（31）周围。

4.根据权利要求1所述的一种多丝杠协同驱动的提升机钢丝绳张力调节装置，其特征在于：所述上油路（33）和下油路（34）上均设有调速阀（39）。

5.根据权利要求1所述的一种多丝杠协同驱动的提升机钢丝绳张力调节装置，其特征在于：所述钢丝绳（4）上设有拉力传感器（5），多丝杠联结装置（3）上具有张力调节控制器，拉力传感器（5）信号连接张力调节控制器，张力调节控制器信号连接对应多丝杠联结装置（3）的伺服驱动器。

说明书

一种多丝杠协同驱动的提升机钢丝绳张力调节装置

技术领域

[0001] 本发明属于矿井提升技术领域，尤其涉及一种多丝杠协同驱动的提升机钢丝绳张力调节装置。

背景技术

[0002] 矿山行业内以深度超过1000m的矿井属于超深矿井，各根钢丝绳的均载直接关系到提升系统的安全经济运行。

[0003] 因此本领域需要提供一种既能满足工作生产需要又能实时监测并调节超深立井提升机钢丝绳张力的系统。已有的调节方法大多采用液压缸的伸缩来达到调节绳长以调节
张力的方法，使用液压缸不可避免需要液压站为其提供压力油源，由于液压站体积和供油
管路布置的限制，调节油缸的布置位置选择较少；液压缸在力闭环控制下精度不高，加之液
压系统无法避免存在漏油、渗油等现象，对进一步提高调节系统的精度不利。而传统丝杠由
于作用力限制，无法驱动大型煤矿设备，因此需要一种多丝杠协同驱动的装置来进行钢丝
绳张力调节，避免单根钢丝绳受力过大发生断裂，引发事故。

发明内容

[0004] 本发明的目的是为了解决现有技术中超深矿井中提升机钢丝绳受到过大张力而无法有效实时调节的问题，而提出的一种多丝杠协同驱动的提升机钢丝绳张力调节装置。

[0005] 为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

[0006] 一种多丝杠协同驱动的提升机钢丝绳张力调节装置，包括提升容器、丝杠、多丝杠联结装置、钢丝绳，所述提升容器上平均分布有若干多丝杠联结装置，多丝杠联结装置包括
中心腔以及设置在中心腔周围的活塞腔，活塞腔内具有活塞，活塞与活塞腔上部空间为上
油腔，与活塞腔下部空间为下油腔，一个活塞腔的上油腔与其他活塞腔的上油腔之间连通
设有上油路，一个活塞腔的下油腔与其他活塞腔的下油腔之间连通设有下油路，所述活塞
上部设有贯穿活塞腔上部的上活塞杆，活塞下部设有贯穿活塞腔下部的下活塞杆，所述上
活塞杆与下活塞杆之间设有丝杠滑块，所述丝杠穿过丝杠滑块与其螺纹连接，所述丝杠呈
纵向设置的；所述提升容器上具有若干用于驱动丝杠转动的伺服电机，伺服电机上具有伺
服驱动器，丝杠底部连接伺服电机，一根丝杠对应一个伺服电机；每个多丝杠联结装置上吊
装有一根钢丝绳。

[0007] 作为更进一步的优选方案，所述钢丝绳连接于多丝杠联结装置的几何中心位置。

[0008] 作为更进一步的优选方案，所述中心腔周围设有四个活塞腔，四个活塞腔等距分布于中心腔周围。

[0009] 作为更进一步的优选方案，所述上油路和下油路上均设有调速阀。

[0010] 作为更进一步的优选方案，所述钢丝绳上设有拉力传感器，多丝杠联结装置上具有张力调节控制器，拉力传感器信号连接张力调节控制器，张力调节控制器信号连接对应
多丝杠联结装置的伺服驱动器。

[0011] 本发明通过多丝杠协同作用，实时对张力过大的钢丝绳对应的多丝杠联结装置进行调节，以实现对提升机钢丝绳张力高负载、大行程的实时高精度调节，确保提升机的安全
运行；并且，多丝杠联结装置在联结多个丝杆的同时允许各丝杠间有一定范围内的速度差。

附图说明

[0012] 图1为实施例一的结构示意图；

[0013] 图2为实施例二的结构示意图；

[0014] 图3为本发明整体结构示意图；

[0015] 图4为本发明控制流程图；

[0016] 图5为四根丝杠的联结装置图；

[0017] 图6为联结装置内部结构；

[0018] 图中：1、提升容器，2、丝杠，3、多丝杠联结装置，31、中心腔，32、活塞腔，33、上油路，34、下油路，35、上活塞杆，36、下活塞杆，37、丝杠滑块，38、活塞，39、调速阀，4、钢丝绳，
5、拉力传感器。

具体实施方式

[0019] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

[0020] 本发明的一种多丝杠协同驱动的提升机钢丝绳张力调节装置，主要包括提升容器1、丝杠2、多丝杠联结装置3、钢丝绳4、伺服电机、拉力传感器5、张力调节控制器。

[0021] 伺服电机用于驱动丝杠2动作，通过转动螺杆使丝杠滑块37直线运动，调节提升容器1某一区域的高度位置，使其与调节提升容器1的其他位置高度一致，确保各个钢丝绳4受
力均匀，伺服电机上具有伺服驱动器，用于驱动。

[0022] 丝杠2安装于提升容器1顶部，作为提升容器1与钢丝绳之间的连接装置，通过丝杠2与丝杠滑块37的线性运动调节连接装置的长度，丝杠2间采用多丝杠联结装置3连接，多丝
杠联结装置3与丝杠滑块37相连，使多根丝杠2能协同动作。

[0023] 多丝杠联结装置3上端与钢丝绳4连接，一个多丝杠联结装置3对应一根钢丝绳4安装，钢丝绳4连接于多丝杠联结装置3的几何中心位置。

[0024] 每根钢丝绳上安装拉力传感器5，拉力传感器5连接张力调节控制器，对钢丝绳4张力进行实时检测。

[0025] 伺服电机、伺服驱动器、张力调节控制器均设于多丝杠联结装置3上，拉力传感器5信号传输至张力调节控制器，张力调节控制器信号传输至伺服驱动器，实现对伺服电机的
驱动，调节丝杠2的转动。

[0026] 多丝杠协同动作时通过伺服驱动器来控制伺服电机的转速，使各丝杠2间的丝杆2转速同步匹配，从而使各丝杠滑块37具有相同的速度和位置，以便通过多丝杠联结装置3协
同做功；但由于各丝杠间制造时难以避免有加工误差，单丝杠内各螺纹间也有导程误差，使
得丝杆2具有同步转速时丝杠滑块37的线性运动速度会有细微的误差，如果进行硬连接会
导致剧烈的磨损，此时需要特殊设计的多丝杠联结装置来平衡各丝杠滑块间的速度误差。

[0027] 多丝杠联结装置3，主要包括中心腔31以及设置在中心腔31周围的活塞腔32，活塞腔32内具有活塞38，活塞38与活塞腔32上部空间为上油腔，与活塞腔32下部空间为下油腔，
一个活塞腔32的上油腔与其他活塞腔32的上油腔之间连通设有上油路33，一个活塞腔32的
下油腔与其他活塞腔32的下油腔之间连通设有下油路34，所述活塞38上部设有贯穿活塞腔
32上部的上活塞杆35，活塞38下部设有贯穿活塞腔32下部的下活塞杆36，所述上活塞杆35
与下活塞杆36之间为丝杠滑块37，丝杠2穿过丝杠滑块37与其螺纹连接。

[0028] 实施例一

[0029] 如图1所示，先以双丝杠联结为例，两个丝杠2的丝杠滑块37与各自匹配的上活塞杆35和下活塞杆36相连，上活塞杆35和下活塞杆36相与各自活塞腔32内的活塞38相连；活
塞38上下的油腔内充满液压油，内部空腔如图所示相连；液压油通过内部通路流通，由调速
阀39调节流量。

[0030] 如图1所示，左侧活塞腔32的上活塞杆35和下活塞杆36分别与左侧丝杠2的丝杠滑块37相连，右侧活塞腔32的上活塞杆35和下活塞杆36分别与右侧丝杠2的丝杠滑块37相连，
左侧活塞腔32的上油腔和右侧活塞腔32的上油腔通过上油路33相通；相应的，左侧活塞腔
32的下油腔和右侧活塞腔32的下油腔通过下油路34相通；上油路33和下油路34上均具有调
速阀39，各个上油腔和下油腔中注有液压油，各腔安装有注油口；当两丝杠2运动速度完全
相同时（假设运动方向向上），两根活塞腔32的活塞38同时受到向上的作用力，两个上油腔
压力同时升高，两个下油腔压力同时降低，腔内油液推动基体向上运动，多丝杠联结装置3
整体向上运动；当两丝杠2运动速度有细微差别时（假设同时向上运动，左侧丝杠1速度略大
于右侧丝杠2，由于两丝杠通过伺服电机驱动，动作精度高，不存在长时间、大差值的速度
差，通常这种误差是由丝杠各圈螺纹间的加工误差引起，属于短时间、小差值、循环性交替
出现的速度差），左侧活塞38相对于右侧活塞38有向上移动的速度，使得左侧上油腔的压力
升高大于右侧上油腔，左侧下油腔的压力降低小于右侧下油腔，由于压力差的作用油液通
过上油路从左侧上油腔流入右侧上油腔，右侧下油腔流入左侧下油腔，两个活塞38相对向
上运动，当各腔压力达到平衡时，共同推动基体向上运动。当速度差消除或速度快慢互换后
活塞相对反向运动，便可回到平衡位置。由于制造误差不会单边无限累积，只需活塞行程大
于数个螺纹导程便可保证在运行过程中活塞不会碰到内腔两端导致装置失效。

[0031] 同时，为防止产生速度差时两活塞间相对运动速度过大，分别在上油路33和下油路34上用调速阀39进行节流制造被压，使油液缓慢通过防止冲击。另外设有联结动态控制
器对电磁调速阀进行动态控制，使电磁调速阀开度根据丝杠运行速度进行调节。当丝杠运
行速度小时，相对速度差较小，减小电磁调速阀的开度以保证有足够的被压使两丝杠能同
时做功；当丝杠运行速度大时，相对速度差较大，速度快慢互换的时间也较短，增大电磁调
速阀的开度，减小被压，使油液能快速流通，便于快速切换。

[0032] 实施例二

[0033] 当需要联结的丝杠为三组或更多时，单个多丝杠联结装置3可设置多个活塞腔32，多个活塞腔32中以一个活塞腔32作为中心活塞腔32，其他活塞腔32分别与其连接，中心活
塞腔32与其他活塞腔32之间为中心腔31，如图2所示，基于实施例一的连接原理，中心活塞
腔32分别于周围的多个活塞腔32通过上油路33和下油路34连通，此时各丝杠间产生速度差
时，周围多个活塞腔32中的自油液分别与中心活塞腔32交换，同步驱动联结器向上运动，更
多丝杠协同作用时，其张力感应更迅速，提升容器1的平衡调节更精准，并且提升容器1的承
载力更大。

[0034] 参考图3，为本发明整体结构图，多丝杠协同驱动的钢丝绳张力调节装置通过控制丝杠的动作，调节多丝杠联结装置3的升降带动钢丝绳4长度的变化，从而调节钢丝绳4张
力，当需要更大调节力或更长调节长度时，对丝杠2进行适当的并联、串联便可实现不同调
节力和调节长度的变换。

[0035] 通过拉力传感器5检测钢丝绳4张力，反馈力信号给张力调节控制器，张力调节控制器比较得出张力大小，对张力大的钢丝绳4上的伺服驱动器进行信号调节，伺服驱动器控
制相应的的丝杠向上运动以减小绳的负载，对张力小的钢丝绳对应的丝杠向下运动以适当
增加负载，最终达到各钢丝绳间负载平衡。

[0036] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其
发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。