滾筒采煤機綜采成套裝備力學(xué)特性的測試系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤礦機械領(lǐng)域，具體地說是一種滾筒采煤機綜采成套裝備力學(xué)特性的測試系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]為保證滾筒采煤作業(yè)的順利進行，常需要對采煤機各部件的受力情況進行實時監(jiān)測與記錄，并將記錄結(jié)果分析后指導(dǎo)新型采煤機的生產(chǎn)制造，為此需要在采煤機的相應(yīng)部位安裝相應(yīng)的監(jiān)測裝置。采煤機參數(shù)檢測系統(tǒng)主要用于截割齒、滾筒、導(dǎo)向滑靴、平滑靴、刮板輸送機等主要部位的檢測。
[0003]采煤機截齒組件是采煤及巷道掘進機械中的易損件之一，是落煤及碎煤的主要工具。截齒在切割煤巖時周期性受到壓應(yīng)力、切應(yīng)力以及沖擊負荷的影響，常發(fā)生截齒摩擦磨損和斷齒現(xiàn)象，如要提高截齒的使用壽命，需對截齒工作過程的受力進行測試和分析?，F(xiàn)有的測試平臺均為實驗臺上的模擬測試，無法獲得工況下截齒的實際受力數(shù)據(jù)，因此存在一定誤差，并不能直接用于指導(dǎo)改進截齒的生產(chǎn)工藝。如申請公布號為CN102941626A的發(fā)明專利申請公開了“一種截齒對巖石截割機理試驗平臺”，其包括基座，基座上設(shè)置石料移動導(dǎo)軌和刀架移動導(dǎo)軌，石料移動導(dǎo)軌上設(shè)置石料移動裝置，石料移動裝置包括石料臺，石料臺外側(cè)通過石料臺驅(qū)動絲杠連接石料臺驅(qū)動電機，石料臺上設(shè)置石料裝夾裝置，刀架移動導(dǎo)軌上設(shè)置刀架移動裝置以及截齒驅(qū)動機構(gòu)。該技術(shù)方案雖然在一定程度上逼近真實的現(xiàn)場工況，但是其仍舊局限在實驗室環(huán)境下，并且僅是針對單一截割頭的測量，控制精度仍需改進，數(shù)據(jù)可靠性仍無法滿足實際需要。
[0004]平滑靴作為采煤機的主要承載件，與導(dǎo)向滑靴共同承擔(dān)采煤機重量及滾筒截割力對機身的沖擊。由于采煤機的工作環(huán)境及受力狀態(tài)極為復(fù)雜，常引起平滑靴與刮板底板間發(fā)生嚴重的干摩擦，導(dǎo)致平滑靴損壞，通過檢測采煤機平滑靴在實際工況下的受力狀態(tài)，可為研宄平滑靴的磨損和壽命預(yù)測提供依據(jù)。
[0005]導(dǎo)向滑靴對采煤機起到了支撐和行走導(dǎo)向作用，實際工作過程中受滾筒截割載荷、刮板機線路彎曲的影響，會引起導(dǎo)向滑靴與安裝在刮板機上的銷排之間產(chǎn)生較大沖擊載荷，加之兩者處于干摩擦狀態(tài)，常引起導(dǎo)向滑靴發(fā)生底鉤部分斷裂、導(dǎo)向側(cè)壁全部斷裂、耐磨層嚴重磨損等事故，此外，導(dǎo)向滑靴的損壞還會對銷排造成一定程度破壞，通過對導(dǎo)向滑靴的受力進行檢測，能夠揭示導(dǎo)向滑靴的受力機理，為導(dǎo)向滑靴的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、提高使用壽命提供研宄數(shù)據(jù)。
[0006]采煤機滾筒主要完成截煤和裝煤任務(wù)，現(xiàn)有的方法通過檢測電動機運行過程中的電參數(shù)，從而確定滾筒的工作扭矩。由于電參數(shù)在采煤過程中波動小，根本無法用電動機的電參數(shù)計算得到，因此采用該方法所得到的測量結(jié)果誤差極大，無法用于指導(dǎo)實際生產(chǎn)。在作業(yè)過程中常遇到不同硬度的煤巖，在遇到硬度較高的煤炭、巖石時，傳動系統(tǒng)的扭矩會突然增大，如不及時調(diào)整扭矩和轉(zhuǎn)速，極易使零部件受到損壞，為避免機械傳動系統(tǒng)工況下嚴重超載，往往選擇安全系數(shù)(最大扭矩/額定扭矩)較高的電動機，勢必提高了制造成本。
[0007]對于滾筒扭矩的測試，現(xiàn)有的扭矩測試方法主要分為接觸式和非接觸式兩種。接觸式扭矩傳感器是在被測軸上粘貼電阻應(yīng)變片或在被測軸間安裝聯(lián)軸器，通過應(yīng)變片電阻值的變化測量扭矩；非接觸式扭矩傳感器一類是基于光學(xué)方法利用扭矩和扭轉(zhuǎn)角關(guān)系測量，一類是基于磁學(xué)原理利用扭應(yīng)力產(chǎn)生磁效應(yīng)測量。以上扭矩測試傳感器的共同點是需要對動力輸出軸進行改裝或在軸上安裝相應(yīng)工具。
[0008]刮板輸送機是煤礦井下采煤重要的運輸設(shè)備，在礦井惡劣的工作環(huán)境下，鏈條牽引刮板群推移物料時不僅會引起鏈條的縱向振動，還會引起刮板群的扭擺振動等問題，當(dāng)刮板輸送機的刮板一端發(fā)生卡鏈故障或者由于載荷不均等情況造成刮板扭擺振動時，常會引起鏈輪斷裂，所以對刮板鏈條的扭擺振動進行檢測十分重要。
[0009]授權(quán)公告號為CN101692015B的發(fā)明專利公開了一種“刮板輸送機鏈條的張緊力測量裝置”，采用力矩測試扳手形式，測量刮板輸送機張緊后靜止?fàn)顟B(tài)時鏈條的張力，這種測試只能檢測鏈條靜止?fàn)顟B(tài)下的張力，無法實現(xiàn)鏈條工況下張力檢測；授權(quán)公告號為CN202575327U的實用新型專利公開了一種“刮板輸送機鏈條監(jiān)測裝置”，采用鏈條帶動刮板前移，經(jīng)過帶有霍爾元件的凸塊，只有當(dāng)刮板觸碰凸塊時檢測鏈條，信號間斷，無法實現(xiàn)實時監(jiān)控檢測；申請公布號為CN103771109A的發(fā)明專利申請公開了一種“刮板輸送機張力檢測裝置”，通過刮板和固定在刮板上的橫梁、張力檢測系統(tǒng)及加速度檢測系統(tǒng)實現(xiàn)工作時對刮板輸送機鏈環(huán)張力的檢測。
[0010]綜采工作面井下采煤機設(shè)計需要測試煤巖截割力、采煤機與煤壁沖擊力、應(yīng)力波傳播范圍及傳播速度的測量，但由于井下環(huán)境復(fù)雜，根本不可能于開采前在煤壁中安裝傳感器，即使不考慮資金、施工安全、施工難度的問題，在原有煤壁內(nèi)增設(shè)傳感器，勢必會影響原有的煤壁內(nèi)結(jié)構(gòu)，根本無法得到準(zhǔn)確的測量結(jié)果，為此，建立一個與實際煤壁在空間上滿足1:1比例、物理性能參數(shù)與實際煤巖相同、內(nèi)部按矩陣形式布置多組三向力傳感器的模擬煤壁，并建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集、處理平臺，以實現(xiàn)對煤壁沖擊力、煤壁內(nèi)應(yīng)波傳遞、煤壁內(nèi)應(yīng)波傳播速度、煤壁內(nèi)應(yīng)波傳播范圍等進行檢測，檢測結(jié)果可為采煤工藝參數(shù)確定和相關(guān)安全管理措施的制定提供指導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是提供一種滾筒采煤機綜采成套裝備力學(xué)特性的測試系統(tǒng)，從根本上解決了無法檢測滾筒式采煤機工況下力學(xué)特性數(shù)據(jù)的問題，其具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、易于操控、數(shù)據(jù)檢測直觀、檢測結(jié)果可靠等優(yōu)點。
[0012]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:該滾筒采煤機綜采成套裝備力學(xué)特性的測試系統(tǒng)包括與數(shù)據(jù)采集終端相連的采煤機數(shù)據(jù)采集平臺、模擬煤壁數(shù)據(jù)采集平臺、液壓支架數(shù)據(jù)采集平臺、刮板輸送機數(shù)據(jù)采集平臺；液壓支架數(shù)據(jù)采集平臺包括銷軸/耳座應(yīng)力檢測系統(tǒng)、液壓支架頂板載荷檢測系統(tǒng)、推溜拉架位移檢測系統(tǒng)、液壓支架姿態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、液壓支架定位檢測系統(tǒng)，其技術(shù)要點是:采煤機數(shù)據(jù)采集平臺包括截割齒受力檢測系統(tǒng)、滾筒轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng)、采煤機振動檢測系統(tǒng)、平滑靴受力檢測系統(tǒng)、導(dǎo)向滑靴受力檢測系統(tǒng)、采煤機定位檢測系統(tǒng)、搖臂和液壓拉桿受力檢測系統(tǒng)、滾筒扭矩檢測系統(tǒng)；
[0013]截割齒受力檢測系統(tǒng)包括截割組件、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)存儲器、發(fā)射模塊、接收模塊、顯示屏等部件；其中，截割組件包括螺旋滾筒以及沿周向固定在滾筒上的截齒單元，截齒單元包括硬質(zhì)合金頭、卡環(huán)、齒套、齒座、卡塊等零件，截齒單元通過卡塊固定在滾筒的螺旋葉片上；硬質(zhì)合金頭末端插入齒座內(nèi)，并通過外部套接卡環(huán)與齒套固定；齒座底部設(shè)有圓盤結(jié)構(gòu)，圓盤底部車出直徑小于圓盤的圓柱結(jié)構(gòu)，圓柱結(jié)構(gòu)中部銑出內(nèi)接在圓柱圓形截面內(nèi)的正八邊形柱結(jié)構(gòu)，圓柱結(jié)構(gòu)下部外壁上加工位于正八邊形柱各側(cè)面中線上的導(dǎo)線槽，在正八邊形柱的相同位置上分別間隔安裝應(yīng)變片和應(yīng)變花；卡塊為帶有內(nèi)腔的半封閉結(jié)構(gòu)，卡塊上加工一對與內(nèi)腔相通的卡塊銷孔及導(dǎo)線孔，圓柱結(jié)構(gòu)底部加工安裝塊，安裝塊上設(shè)有一對與卡塊銷孔相配合的安裝塊銷孔，齒座底部的安裝塊插入卡塊內(nèi)腔中，并通過固定銷限位，另一端通過圓盤結(jié)構(gòu)限位將卡塊內(nèi)腔密封；應(yīng)變片與應(yīng)變花的導(dǎo)線沿導(dǎo)線槽向下布線，匯總后由卡塊的導(dǎo)線孔引出與位于滾筒內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器相連；
[0014]平滑靴受力檢測系統(tǒng)包括支撐腿、軸套、平滑靴、壓板、全橋電路、數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換裝置，平滑靴通過銷軸鉸接在支撐腿上，并通過壓板將平滑靴銷軸限位，銷軸與平滑靴之間設(shè)有軸套，銷軸為筒狀結(jié)構(gòu)，銷軸外壁上設(shè)有兩個環(huán)形槽，凹槽內(nèi)各安裝一應(yīng)變片組，應(yīng)變片組的一部分安裝在銷軸截面的水平方向，應(yīng)變片組的令一部分安裝在銷軸截面的豎直方向；支撐腿內(nèi)壁與銷軸外壁之間、平滑靴內(nèi)壁與銷軸外壁之間剛好吻合，防止平滑靴銷軸在軸孔內(nèi)移動或轉(zhuǎn)動；數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換裝置包括用數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)換的PLC裝置以及顯示屏；
[0015]導(dǎo)向滑靴受力檢測系統(tǒng)包括安裝座、導(dǎo)向板、驅(qū)動齒輪、與驅(qū)動齒輪嚙合的銷排，安裝座與導(dǎo)向板通過導(dǎo)向滑靴銷軸鉸接，導(dǎo)向滑靴銷軸為五級階梯筒狀結(jié)構(gòu)，銷軸通過第一級和第五級限位在安裝座上，通過第二級和第四級限位在導(dǎo)向板上，驅(qū)動齒輪通過兩端的軸承限位在第三級上，各級階梯筒狀的連接處分別對應(yīng)安裝有位于銷軸兩端應(yīng)變片組I?IV，應(yīng)變片組I?IV的一部分安裝在銷軸截面的水平方向，應(yīng)變片組的令一部分安裝在銷軸截面的豎直方向；導(dǎo)向滑靴銷軸內(nèi)限位有測力螺栓，測力螺栓一端通過螺紋連接在導(dǎo)向滑靴銷軸內(nèi)，另一端通過固定在安裝座上的端板密封，導(dǎo)向滑靴銷軸的內(nèi)壁與測力螺栓的外壁之間、安裝座內(nèi)壁與導(dǎo)向板外壁之間、導(dǎo)向板內(nèi)壁與驅(qū)動齒輪外壁之間剛好吻合，防止導(dǎo)向滑靴銷軸在安裝座的軸孔內(nèi)移動或轉(zhuǎn)動；采煤工作時，導(dǎo)向滑靴與刮板機上的銷排間產(chǎn)生相互作用，這時導(dǎo)向滑靴上的各零件所受的力均作用在測力銷軸上，從而使銷軸產(chǎn)生變形，測力銷軸變形的同時引起各應(yīng)變片和測力螺栓變形；
[0016]滾筒扭矩檢測系統(tǒng)包括截割電機、電機輸出軸齒輪、與電機輸出軸齒輪順次嗤合的主動輪I和主動輪I1、與主動輪II同軸設(shè)置的主動輪II1、與主動輪III順次嚙合的惰輪I?II1、與惰輪III嚙合的行星輪、與行星輪同軸設(shè)置的滾筒齒輪、由滾筒齒輪驅(qū)動的滾筒等部分；其中，惰輪III的轉(zhuǎn)軸為銷軸傳感器，銷軸傳感器外設(shè)有軸承，軸承限位在蓋板內(nèi)，銷軸傳感器的一端通過銷軸定位螺桿限位在蓋板上；
[0017]刮板輸送機數(shù)據(jù)采集平臺包括鏈條受力檢測系統(tǒng)、刮板鏈條速度檢測系統(tǒng)、刮板輸送機電壓/電流/功率檢測系統(tǒng)、刮板輸送機振動檢測系統(tǒng)、刮板輸送機中部槽受力檢測系統(tǒng)、刮板輸送機啞鈴受力檢測系統(tǒng)、刮板輸送機定位檢測系統(tǒng)；刮板輸送機振動檢測系統(tǒng)包括刮