刨煤機(jī)刨刀力學(xué)特性在線測試系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤礦機(jī)械領(lǐng)域，具體地說是一種刨煤機(jī)刨刀力學(xué)特性在線測試系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，對煤炭資源的需求量也越來越大，許多薄煤層煤炭資源之前由于各種原因未能進(jìn)行有效利用。而在煤炭資源日漸珍貴的今天，薄煤層煤炭資源的有效利用就成為了煤炭企業(yè)增產(chǎn)增效、國家資源有效利用的利國利民的必經(jīng)之路。刨煤機(jī)工作面可實(shí)現(xiàn)薄煤層、極薄煤層的機(jī)械化采煤，工人不必跟機(jī)操作，可在順槽進(jìn)行控制，對薄煤層、極薄煤層采煤機(jī)械化和實(shí)現(xiàn)遙控控制具有重要意義。
[0003]刨刀是刨煤機(jī)的常用易損配件，通常是由熱鍛壓的齒體和硬質(zhì)合金組成并通過釬焊連接。刨刀與煤層直接接觸，煤層對刨刀的前、后刀面都會產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦。由于煤層截割屬脆性、斷續(xù)切削，刨刀所受的截割力是高頻、間斷或周期性的。硬質(zhì)合金刀頭和焊接區(qū)在高頻、交變截割力的作用下極易損壞。特別是當(dāng)刨刀遇到煤層中的硬夾石和矸石時，截割力會急劇增加，造成刀頭崩刃、脫落、刀桿折斷等刨刀過早失效現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了刨刀的壽命及刨煤機(jī)的采煤效率。因此，精確測量刨刀工況下的受力情況可估算刨刀在不同工作環(huán)境下的使用壽命，并以此為依據(jù)設(shè)計(jì)新型刨刀。
[0004]申請?zhí)枮镃N201120351157.6的中國專利“一種刨煤機(jī)刨頭位置監(jiān)測控制裝置”，通過分別安裝于工作面端頭的刨頭位置監(jiān)測主控制器和安裝于工作面端尾的刨頭位置監(jiān)測輔助控制器對刨頭位置的實(shí)時監(jiān)測。然而目前還沒有一個直觀的，對硬質(zhì)合金刀頭工作時受到的三向力、振動加速度值以及溫度變化值實(shí)時監(jiān)測的裝置，針對硬質(zhì)合金刀頭實(shí)時三向力、振動加速度值以及溫度變化值的測試技術(shù)我國還屬科研空白。
[0005]此外，井下采煤作業(yè)過程通常會涉及到煤壁垮落范圍、采煤機(jī)與煤壁沖擊力、應(yīng)力波傳播范圍及傳播速度的測量等參數(shù)，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，亟需一種煤礦井下環(huán)境的煤壁模型。
[0006]目前，對于刨煤機(jī)綜采裝備的力學(xué)特性測試手段仍停留在局部測試和模擬測試階段，由于成套裝備力學(xué)特性測試設(shè)備系統(tǒng)龐大，需要的資金數(shù)額巨大，目前尚無完善的測試方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種刨煤機(jī)刨刀力學(xué)特性在線測試系統(tǒng)，從根本上解決了無法檢測刨煤機(jī)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(diǎn)。
[0008]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:該刨煤機(jī)刨刀力學(xué)特性在線測試系統(tǒng)包括刨煤機(jī)刀頭、與刨煤機(jī)刀頭的信號輸出端相連的檢測單元，其技術(shù)要點(diǎn)是:所述刨煤機(jī)刀頭包括刀座、設(shè)置在刀座前端的硬質(zhì)合金刀頭、裝配在刀座上的保護(hù)罩以及設(shè)置在刀座底部的刀桿，刀座中部設(shè)有方孔，振動傳感器通過強(qiáng)磁底座放置在方孔中；刀座的尾部與刀桿之間設(shè)有縫隙；方孔與刀座前端為四方體柱，在其四面加工應(yīng)變片槽，并在左右兩側(cè)應(yīng)變片槽的相對應(yīng)的角上開通導(dǎo)線孔；刀座上設(shè)有一直延伸到刀桿背部的導(dǎo)線槽，刀座前部安裝應(yīng)變片I;與方孔同高度的刀座左右兩側(cè)外壁上安裝應(yīng)變片II;方孔前內(nèi)壁上安裝應(yīng)變片III ;保護(hù)罩為帶有鉤形結(jié)構(gòu)的U形殼體，通過刀座前部嵌于刀座外壁上，其鉤形結(jié)構(gòu)卡在刀座后部，并用沉頭螺釘緊固。
[0009]所述刨煤機(jī)刨刀力學(xué)特性在線測試系統(tǒng)，還包括模擬煤壁數(shù)據(jù)采集平臺，其包括位于模擬煤壁頂部的壓板、用于驅(qū)動壓板的液壓缸、呈矩陣式分布在模擬煤壁內(nèi)的三向內(nèi)應(yīng)力傳感器，模擬煤壁為根據(jù)煤礦井下煤巖硬度澆筑而成的煤巖混合物。
[0010]可全面測試刨煤機(jī)綜采成套裝備力學(xué)特性測試方法，系統(tǒng)檢測實(shí)時性好，并且可真實(shí)地測試刨煤機(jī)綜采成套裝備各個設(shè)備在實(shí)驗(yàn)過程中的真實(shí)力學(xué)特性數(shù)據(jù)。該測試系統(tǒng)不但可用于工況下采煤機(jī)相關(guān)參數(shù)的實(shí)時監(jiān)測，而且配合模擬煤壁數(shù)據(jù)采集平臺可在井上模擬井下復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境。為生產(chǎn)廠家在研發(fā)采煤機(jī)綜采成套裝備過程中，提供發(fā)數(shù)據(jù)參考和理論指導(dǎo)。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0012]圖2為本發(fā)明刨刀的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3為本發(fā)明刨刀的外觀結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖4為本發(fā)明刨刀的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖5為本發(fā)明保護(hù)罩的安裝位置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖6為本發(fā)明刨刀與檢測模塊的連接關(guān)系示意圖；
[0017]圖7為本發(fā)明刨刀的透視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖8為本發(fā)明刨刀檢測裝置的電路原理結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖9為本發(fā)明刨鏈拉力檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖10為本發(fā)明刮板組件的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖11為本發(fā)明扭擺振動檢測裝置的裝配結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖12為模擬煤壁內(nèi)的傳感器分布位置示意圖；
[0023]圖13為模擬煤壁的主視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]附圖標(biāo)記說明:1硬質(zhì)合金刀頭、2導(dǎo)線孔、3導(dǎo)線槽、4應(yīng)變片111、5應(yīng)變片11、6應(yīng)變片1、7應(yīng)變片11、8保護(hù)罩、9刀座、10刀桿、11檢測模塊、12溫度傳感器、13振動傳感器、14應(yīng)變片、15A/D轉(zhuǎn)換器、16數(shù)據(jù)存儲器、17信號發(fā)射裝置、18電源、19溫度傳感器導(dǎo)線孔、20貫穿孔1、21方孔、22貫穿孔11、23變速箱24轉(zhuǎn)速傳感器、25左感應(yīng)板、22中部槽、26刨頭前側(cè)鏈條張力傳感器、27刨頭前側(cè)鏈條張力傳感器、28左位置傳感器、29三向加速度傳感器、30刨頭、31刨頭后側(cè)鏈條張力傳感器、32松邊鏈條張緊傳感器1、33松邊鏈條張緊傳感器I1、34右感應(yīng)板、35右位置傳感器、36螺栓、37螺母、38鏈環(huán)槽、39張力檢測裝置、40刮板、41橫梁、42扭擺振動檢測裝置、43檢測擋板、44三軸加速度傳感器、45充電孔、46數(shù)據(jù)傳輸口、47密封塞、48空槽、49加速度采集模塊、50三向內(nèi)應(yīng)力傳感器、51模擬煤壁、52壓板、53液壓缸、54右壓板、55右液壓缸、56左壓板、57左液壓缸、58左底板、59左滑座、60左支撐板、61右底板、62右滑座、63右支撐板、64右拉移油缸65上支撐板、66左拉移油缸、67數(shù)據(jù)處理與顯示單元。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下結(jié)合圖1?13，通過實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的具體內(nèi)容。該刨煤機(jī)綜采成套力學(xué)特性的測試系統(tǒng)包括分別與數(shù)據(jù)采集終端相連的刨煤機(jī)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(jī)數(shù)據(jù)采集平臺。
[0026]其中，刨煤機(jī)數(shù)據(jù)采集平臺包括刨刀應(yīng)力檢測系統(tǒng)、刨刀速度檢測系統(tǒng)、刨刀振動檢測系統(tǒng)、刨煤機(jī)定位檢測系統(tǒng)、刨頭振動檢測系統(tǒng)、刨鏈拉力檢測系統(tǒng)；
[0027]分別用于監(jiān)測刨刀，機(jī)身和刨鏈在工況下的應(yīng)力參數(shù)、振動參數(shù)和位置信息，向刨煤機(jī)數(shù)據(jù)采集平臺實(shí)時發(fā)送，數(shù)據(jù)采集平臺將采集的參數(shù)信息進(jìn)行存儲，并發(fā)送至數(shù)據(jù)采集終端計(jì)算機(jī)。
[0028]模擬煤壁數(shù)據(jù)采集平臺包括煤壁沖擊力檢測系統(tǒng)、煤壁內(nèi)應(yīng)力波傳遞檢測系統(tǒng)、煤壁內(nèi)應(yīng)波傳播速度檢測系統(tǒng)、煤壁內(nèi)應(yīng)波傳播范圍檢測系統(tǒng)。
[0029]用于模擬井下煤壁內(nèi)應(yīng)力測試系統(tǒng)對實(shí)驗(yàn)截割過程中煤壁各項(xiàng)參數(shù)的變化分別進(jìn)行監(jiān)測和記錄，并發(fā)送至數(shù)據(jù)采集終端計(jì)算機(jī)。
[0030]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)。
[0031]分別用于監(jiān)測液壓支架在實(shí)驗(yàn)支護(hù)過程中的受載情況，以及對液壓支架姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，各部分系統(tǒng)可以將支護(hù)過程中的載荷數(shù)據(jù)實(shí)時傳送至液壓支架數(shù)據(jù)采集平臺，通過該平臺進(jìn)行儲存并發(fā)送至數(shù)據(jù)采集終端計(jì)算機(jī)。
[0032]液壓支架數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)其特征在于通過在液壓支架銷軸、耳座，頂板，推移液壓缸等位置安裝位移傳感器，將前述各部分的位移參數(shù)傳送到液壓支架數(shù)據(jù)采集平臺，最終傳送到數(shù)據(jù)采集終端計(jì)算機(jī)，通過數(shù)據(jù)采集終端計(jì)算機(jī)計(jì)算獲得液壓支架姿態(tài)及受載情況。
[0033]刮板輸送機(jī)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(jī)電壓/電流/功率檢測系統(tǒng)、刮板輸送機(jī)振動檢測系統(tǒng)、刮板輸送機(jī)中部槽受力檢測系統(tǒng)、刮板輸送機(jī)啞鈴受力檢測系統(tǒng)、刮板輸送機(jī)定位檢測系統(tǒng)。
[0034]分別用于監(jiān)測工作過程中刮板輸送機(jī)各部分的運(yùn)行狀態(tài)以及受載情況，前述各部分檢測系統(tǒng)將監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時傳送至刮板輸送機(jī)數(shù)據(jù)采集平臺，并通過該平臺進(jìn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲和發(fā)送，最終發(fā)送至數(shù)據(jù)采集終端計(jì)算機(jī)。
[0035]I)刨煤機(jī)刨刀力學(xué)特性在線測試系統(tǒng)
[0036]該系統(tǒng)包括刨刀應(yīng)力檢測系統(tǒng)、刨刀速度檢測系統(tǒng)、刨刀振動檢測系統(tǒng)、刨煤機(jī)定位檢測系統(tǒng)、刨頭振動檢測系統(tǒng)、刨鏈拉力檢測系統(tǒng)。
[0037]其中，刨刀應(yīng)力檢測系統(tǒng)包括刨煤機(jī)刀頭、檢測單元11，刨煤機(jī)刀頭包括刀座9、設(shè)置在刀座9前端的硬質(zhì)合金刀頭1、裝配在刀座9上的保護(hù)罩8以及設(shè)置在刀座9底部的刀桿10，刀座9中部設(shè)有方孔21，振動傳感器13通過強(qiáng)磁底座放置在方孔21中，用于測量刨刀在工作時的振動加速度。刀座的尾部與刀桿之間設(shè)有縫隙，保證刀座尾部呈懸空狀態(tài)。方孔21與刀座前端為四方體柱，在其四面加工尺寸為25_X 15mmX4mm的應(yīng)變片槽用于安裝應(yīng)變片I?III，并在左右兩側(cè)應(yīng)變片槽的相對應(yīng)的角上開通直徑為5mm的導(dǎo)線孔2。刀座上設(shè)有一直延伸到刀桿10背部的導(dǎo)線槽3，刀座9前部安裝應(yīng)變片I 6，方孔21與刀座前端之間設(shè)置貫穿孔I 20。與方孔21同高度的刀座9左右兩側(cè)外壁上安裝應(yīng)變片II (5、7)，刀座中部設(shè)有與貫穿孔I 20相垂直的貫穿孔II 22 (或?qū)Ь€孔2)。貫穿孔II 22、貫穿孔I 20用于將應(yīng)變片14的導(dǎo)線穿過通孔匯集在導(dǎo)線槽3—側(cè)。方孔21前內(nèi)壁上安裝應(yīng)變片III 4 (便于手工貼合應(yīng)變片III 4)，刀座9頂部安裝溫度傳感器12，用于實(shí)時精確測量刨刀溫度變化，貫穿孔I 20與刀座9頂部之間設(shè)置溫度傳感器導(dǎo)線孔19，用于將溫度傳感器導(dǎo)線引入導(dǎo)線槽3。導(dǎo)線槽3的設(shè)計(jì)極大方便了線路的布置，刀座9上的導(dǎo)線孔相互連通，也方便了線路的引出，避免了線路的凌亂及對刨刀檢測裝置的干擾，提高了測量準(zhǔn)確度，降低了裝配難度。各應(yīng)變片以及傳感器的導(dǎo)線匯總后沿導(dǎo)線槽3引出通到刀桿10的尾部。保護(hù)罩