權(quán)利要求書： 1.一種刮板輸送機(jī)中部槽摩擦力監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述刮板輸送機(jī)的每一節(jié)中部槽上，以中部槽中心線為基準(zhǔn)，沿行進(jìn)方向等間距的加工有三個(gè)貫穿矩形孔，在中部槽的底部加工有未貫穿的線路安裝孔，其中，所加工的貫穿矩形孔與線路安裝孔連通；

每個(gè)貫穿矩形孔內(nèi)安裝有一個(gè)矩形受力模塊，矩形受力模塊與所述貫穿矩形孔形狀像匹配，并且，矩形受力模塊的上表面與中部槽上表面重合；

三維力傳感器，設(shè)置在受力模塊和中部槽底部之間，每個(gè)所述受力模塊的上表面設(shè)有沉頭孔，沉頭孔內(nèi)通過六角螺栓與底部的三維力傳感器連接，沉頭孔上部設(shè)置密封蓋，密封蓋的上表面與受力模塊的上表面重合；

溫度傳感器，預(yù)埋在每個(gè)受力模塊的內(nèi)部；

控制器，通過數(shù)據(jù)采集卡與所述三維力傳感器和溫度傳感器信號(hào)連接；

通過這種多點(diǎn)互聯(lián)監(jiān)測，實(shí)時(shí)獲取刮板輸送機(jī)運(yùn)行過程中部槽的熱-力數(shù)據(jù)，并且根據(jù)數(shù)據(jù)的異常判斷出刮板機(jī)的故障位置，判斷方式如下，

對每組傳感裝置進(jìn)行編號(hào)，并標(biāo)記位置，根據(jù)三維力傳感器所測的切向摩擦力與預(yù)埋溫度傳感器所測的溫度數(shù)據(jù)，若在某一位置處出現(xiàn)數(shù)據(jù)過大或者過小，根據(jù)數(shù)據(jù)異常組的編號(hào)與位置，則系統(tǒng)即可判定刮板輸送機(jī)在該位置處出現(xiàn)故障；

根據(jù)所布置的多個(gè)受力模塊的監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對刮板機(jī)整機(jī)承載量、摩擦力、平均摩擦系數(shù)以及中部槽摩擦面溫度的推算，計(jì)算方式如下，

整機(jī)摩擦力推算公式：



其中：

F——整機(jī)摩擦力；

n——刮板機(jī)節(jié)數(shù)；

s——每節(jié)刮板有效輸送面積；

s1——每塊受力模塊的面積；

fx1、fx2、fx3——三維力傳感器輸出的切向摩擦力；

整機(jī)承載量推算公式：



其中：

M——整機(jī)承載量；

n——刮板機(jī)節(jié)數(shù)；

s——每節(jié)刮板有效輸送面積；

s1——每塊受力模塊的面積；

Fx1、Fx2、Fx3——傳感器輸出的正壓力；

在刮板機(jī)的每一節(jié)上，均沿行進(jìn)方向開了側(cè)-中-側(cè)三個(gè)貫穿矩形孔，用來布置傳感監(jiān)測系統(tǒng)，通過這種多點(diǎn)互聯(lián)監(jiān)測，實(shí)時(shí)獲取刮板輸送機(jī)運(yùn)行過程中部槽的熱-力數(shù)據(jù)，并且根據(jù)數(shù)據(jù)的異常判斷出刮板機(jī)的故障位置。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刮板輸送機(jī)中部槽摩擦力監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述

平均摩擦系數(shù)推算：



摩擦面的推算溫度為所有預(yù)埋溫度傳感器所測的平均溫度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刮板輸送機(jī)中部槽摩擦力監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述受力模塊為與所述中部槽相同材料的矩形鋼塊。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刮板輸送機(jī)中部槽摩擦力監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述刮板輸送機(jī)系統(tǒng)包括刮板、雙鏈條、鏈輪、減速器、電動(dòng)機(jī)以及變頻器，其中，變頻器與電動(dòng)機(jī)連接，電動(dòng)機(jī)與鏈輪之間連接有一個(gè)減速器，鏈輪與雙鏈條嚙合，雙鏈條的上表面等距安裝刮板；

變頻器與所述控制器電連接。

說明書： 一種刮板輸送機(jī)中部槽摩擦力監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種刮板輸送機(jī)中部槽摩擦力監(jiān)測系統(tǒng)，特別是復(fù)雜惡劣運(yùn)行工況下刮板輸送機(jī)中部槽摩擦力的多點(diǎn)監(jiān)測系統(tǒng)，屬于刮板輸送機(jī)測試技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

刮板輸送機(jī)作為煤礦綜采工作面關(guān)鍵輸送裝備，承擔(dān)著運(yùn)煤、為采煤機(jī)提供運(yùn)行軌道、為液壓支架提供推移支點(diǎn)的重要任務(wù)。刮板輸送機(jī)利用鏈傳動(dòng)原理，在驅(qū)動(dòng)電機(jī)、液力耦合器和減速機(jī)驅(qū)動(dòng)下，以刮板鏈(包括圓環(huán)鏈、刮板和接鏈器)和中部槽分別作為牽引機(jī)構(gòu)和支撐機(jī)構(gòu)，鏈輪帶動(dòng)無極閉合的刮板鏈在中部槽上做連續(xù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)，將中部槽上煤炭由機(jī)尾處運(yùn)至機(jī)頭處卸載。在刮板輸送機(jī)運(yùn)行過程中，圓環(huán)鏈直線段與中部槽存在相對運(yùn)動(dòng)，同時(shí)鏈輪-圓環(huán)鏈傳動(dòng)多邊形效應(yīng)、滿載或超載時(shí)頻繁開機(jī)或停機(jī)以及煤壁片幫和煤壁垮落等異常載荷均將導(dǎo)致圓環(huán)鏈-中部槽沖擊接觸特性以及圓環(huán)鏈的時(shí)變動(dòng)張力特性，因此，圓環(huán)鏈- 中部槽的沖擊接觸和相對運(yùn)動(dòng)以及時(shí)變動(dòng)張力的耦合作用導(dǎo)致圓環(huán)鏈-中部槽的摩擦疲勞作用，引發(fā)圓環(huán)鏈、中部槽的摩擦磨損和疲勞裂紋擴(kuò)展，當(dāng)鏈環(huán)磨損量超限或裂紋擴(kuò)展到一定程度而無法繼續(xù)承受動(dòng)載荷作用將發(fā)生斷鏈?zhǔn)鹿?。為此，?dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測刮板機(jī)運(yùn)行過程中圓環(huán)鏈、煤炭散料顆粒、中部槽之間的動(dòng)態(tài)接觸載荷、摩擦力和摩擦系數(shù)等參數(shù)，為揭示圓環(huán)鏈和中部槽的摩擦磨損和疲勞斷裂機(jī)理奠定參數(shù)基礎(chǔ)，對保障刮板輸送機(jī)可靠運(yùn)行、提高綜采成套裝備開機(jī)率、提高大型煤礦生產(chǎn)效率有重要意義。

然而，煤礦綜采工作面處于高溫、煤粉以及淋水和礦井水等復(fù)雜惡劣環(huán)境中，且刮板輸送機(jī)頻繁承受煤塊掉落的沖擊作用，使得各項(xiàng)監(jiān)測設(shè)備不利于布置與維護(hù)(例如，不能在圓環(huán)鏈上開口破壞安裝傳感器或應(yīng)變測試裝置，因圓環(huán)鏈-煤- 中部槽以及圓環(huán)鏈-鏈輪的作用以及無極閉合的刮板鏈會(huì)破壞測量裝置，且圓環(huán)鏈破壞會(huì)造成圓環(huán)鏈承載能力下降，影響輸運(yùn)能力；如采用非接觸式測量裝置，因刮板輸送機(jī)惡劣服役工況會(huì)破壞測量裝置或阻礙測量等)；同時(shí)，開采過程中，如采煤量控制不均，易導(dǎo)致刮板輸送機(jī)過載現(xiàn)象，甚至?xí)鹆飰核垃F(xiàn)象，給煤礦的安全生產(chǎn)帶來巨大的安全隱患。因此，克服現(xiàn)有的刮板機(jī)中部槽監(jiān)測技術(shù)功能性差、缺乏實(shí)時(shí)性以及不能對刮板機(jī)中部槽的摩擦磨損數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測和分析的問題，對了解刮板輸送機(jī)運(yùn)行過程中服役工況條件、實(shí)時(shí)監(jiān)測圓環(huán)鏈-煤散料- 中部槽之間的摩擦信息、揭示圓環(huán)鏈和中部槽失效機(jī)理具有重要意義。

中國專利CN104609133A公布了一種用于刮板運(yùn)輸機(jī)中部槽中板磨損的檢測方法及其檢測系統(tǒng)，該方法可實(shí)現(xiàn)磨損的監(jiān)測。然而該方法只能對中部槽是否磨損進(jìn)行定性監(jiān)測，并不能對動(dòng)載或沖擊載荷工況下刮板輸送機(jī)中部槽與煤散料之間的摩擦力進(jìn)行監(jiān)測。

中國專利CN106865156A公布了一種刮板輸送機(jī)中部槽磨損檢測裝置及其檢測系統(tǒng)，該裝置可以利用超聲波對中部槽進(jìn)行磨損檢測，然而該裝置僅僅是通過超聲波對中部槽厚度進(jìn)行監(jiān)測，從而判斷磨損情況，并不能對刮板輸送機(jī)運(yùn)行過程中的摩擦力進(jìn)行監(jiān)測，并且在井下環(huán)境中，由于煤粉的附著，超聲波監(jiān)測中部槽厚度會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。

因此，針對復(fù)雜惡劣工況下刮板輸送機(jī)圓環(huán)鏈-煤散料-中部槽之間摩擦力監(jiān)測系統(tǒng)尚未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服背景技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了一種刮板輸送機(jī)中部槽摩擦力監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在復(fù)雜惡劣工況下刮板輸送機(jī)圓環(huán)鏈-煤散料-中部槽之間沖擊載荷、摩擦力、摩擦系數(shù)和溫度等進(jìn)行監(jiān)測的系統(tǒng)，為刮板輸送機(jī)的設(shè)計(jì)、安全預(yù)警、健康評(píng)價(jià)提供技術(shù)手段，同時(shí)可以為刮板機(jī)中部槽的摩擦磨損和疲勞斷裂機(jī)理研究提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

技術(shù)方案：

一種刮板輸送機(jī)中部槽摩擦力監(jiān)測系統(tǒng)，所述刮板輸送機(jī)的每一節(jié)中部槽上，以中部槽中心線為基準(zhǔn)，沿行進(jìn)方向等間距的加工有三個(gè)貫穿矩形孔，在中部槽的底部加工有未貫穿的線路安裝孔，其中，所加工的貫穿矩形孔與線路安裝孔連通；

每個(gè)貫穿矩形孔內(nèi)安裝有一個(gè)矩形受力模塊，矩形受力模塊與所述貫穿矩形孔形狀像匹配，并且，矩形受力模塊的上表面與中部槽上表面重合；

三維力傳感器，設(shè)置在受力模塊和中部槽底部之間，每個(gè)所述受力模塊的上表面設(shè)有沉頭孔，沉頭孔內(nèi)通過六角螺栓與底部的三維力傳感器連接，沉頭孔上部設(shè)置密封蓋，密封蓋的上表面與受力模塊的上表面重合；

溫度傳感器，預(yù)埋在每個(gè)受力模塊的內(nèi)部；

控制器，通過數(shù)據(jù)采集卡與所述三維力傳感器和溫度傳感器信號(hào)連接；

通過這種多點(diǎn)互聯(lián)監(jiān)測，實(shí)時(shí)獲取刮板輸送機(jī)運(yùn)行過程中部槽的熱-力數(shù)據(jù)，并且根據(jù)數(shù)據(jù)的異常判斷出刮板機(jī)的故障位置，判斷方式如下，

對每組傳感裝置進(jìn)行編號(hào)，并標(biāo)記位置，根據(jù)三維力傳感器所測的切向摩擦力與預(yù)埋溫度傳感器所測的溫度數(shù)據(jù)，若在某一位置處出現(xiàn)數(shù)據(jù)過大或者過小，根據(jù)數(shù)據(jù)異常組的編號(hào)與位置，則系統(tǒng)即可判定刮板輸送機(jī)在該位置處出現(xiàn)故障；

根據(jù)所布置的多個(gè)受力模塊的監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對刮板機(jī)整機(jī)承載量、摩擦力、平均摩擦系數(shù)以及中部槽摩擦面溫度的推算，計(jì)算方式如下，

整機(jī)摩擦力推算公式：



其中：

F——整機(jī)摩擦力；

n——刮板機(jī)節(jié)數(shù)；

s——每節(jié)刮板有效輸送面積；

s1——每塊受力模塊的面積；

fx1、fx2、fx3——三維力傳感器輸出的切向摩擦力；

整機(jī)承載量推算公式：



其中：

M——整機(jī)承載量；

n——刮板機(jī)節(jié)數(shù)；

s——每節(jié)刮板有效輸送面積；

s1——每塊受力模塊的面積；

Fx1、Fx2、Fx3——傳感器輸出的正壓力。

所述平均摩擦系數(shù)推算：



摩擦面的推算溫度為所有預(yù)埋溫度傳感器所測的平均溫度。

所述受力模塊為與所述中部槽相同材料的矩形鋼塊。

所述刮板輸送機(jī)系統(tǒng)包括刮板、雙鏈條、鏈輪、減速器、電動(dòng)機(jī)以及變頻器，其中，變頻器與電動(dòng)機(jī)連接，電動(dòng)機(jī)與鏈輪之間連接有一個(gè)減速器，鏈輪與雙鏈條嚙合，雙鏈條的上表面等距安裝刮板；

變頻器與所述控制器電連接。

有益效果：

本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測刮板輸送機(jī)中部槽的摩擦狀況，使用三維力傳感器與預(yù)埋式溫度傳感器，通過這種多點(diǎn)互聯(lián)監(jiān)測，可以實(shí)時(shí)獲取刮板輸送機(jī)運(yùn)行過程中部槽的熱-力數(shù)據(jù)，通過已編號(hào)的傳感裝置，根據(jù)數(shù)據(jù)的異常點(diǎn)判斷出刮板機(jī)的故障位置。當(dāng)刮板機(jī)過載或者中部槽摩擦面溫度異常時(shí)，PLC控制系統(tǒng)控制變頻器13，從而使電動(dòng)機(jī)8停止運(yùn)行。此外，通過推算出的摩擦系數(shù)對刮板機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行健康評(píng)價(jià)，當(dāng)摩擦系數(shù)較大或者其波動(dòng)范圍較大時(shí)，表明中部槽的工作狀況比較惡劣，需要及時(shí)對刮板機(jī)中部槽進(jìn)行檢修或者更換，防止工作事故的發(fā)生。

另外，通過計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對刮板機(jī)整機(jī)承載量、摩擦力、摩擦系數(shù)以及中部槽摩擦面溫度的推算，從而建立過載保護(hù)系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)對刮板機(jī)運(yùn)行健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)以及對刮板機(jī)中部槽摩擦磨損和疲勞斷裂機(jī)理研究提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的正視圖；

圖3為圖2中A向斷面圖；

圖4為本發(fā)明矩形受力模塊和受力模塊的連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明的工作原理圖；

圖6為本發(fā)明的測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1.受力模塊；2.推移耳；3.刮板；4.雙鏈條；5.中部槽；6.減速器； 7.鏈輪；8.電動(dòng)機(jī)；9.機(jī)身；10.沉頭孔密封蓋；11.溫度傳感器；12.三維力傳感器；13.變頻器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，一種刮板輸送機(jī)中部槽摩擦力監(jiān)測系統(tǒng)，包括刮板輸送機(jī)系統(tǒng)和傳感檢測系統(tǒng)。刮板輸送機(jī)系統(tǒng)由機(jī)身、中部槽、推移耳、刮板、雙鏈條、鏈輪、減速器、電動(dòng)機(jī)與變頻器組成；傳感監(jiān)測系統(tǒng)由受力模塊、三維力傳感器、預(yù)埋溫度傳感器組成。

變頻器13與電動(dòng)機(jī)8連接，電動(dòng)機(jī)8與鏈輪7之間連接有一個(gè)減速器6，鏈輪7與雙鏈條4嚙合，刮板3等距安裝在雙鏈條4上，在每節(jié)刮板機(jī)中部槽5 的中間及兩側(cè)共開有三個(gè)貫穿矩形孔。

如圖2與圖3所示，受力模塊1在貫穿矩形孔內(nèi)，上表面與中部槽上表面重合，受力模塊1與三維力傳感器12連接，三維力傳感器12固定在中部槽5底部。

再結(jié)合圖4所示，傳感監(jiān)測裝置由三維力傳感器12、預(yù)埋溫度傳感器11與受力模塊1組成。預(yù)埋溫度傳感器11安裝在受力模塊1內(nèi)部，在受力模塊1的上表面有沉頭孔，受力模塊1在沉頭孔內(nèi)通過六角螺栓與三維力傳感器12連接，沉頭孔密封蓋10連接在沉頭孔內(nèi)，其上表面與受力模塊1的上表面重合。

再結(jié)合圖5與圖6所示，通過計(jì)算機(jī)與PLC控制系統(tǒng)對電動(dòng)機(jī)8進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制啟停，電動(dòng)機(jī)8帶動(dòng)減速器6，減速器6輸出與鏈輪7連接，帶動(dòng)鏈輪7與雙鏈條4運(yùn)轉(zhuǎn)，刮板運(yùn)輸機(jī)開始工作。利用預(yù)埋溫度傳感器11監(jiān)測刮板機(jī)運(yùn)行過程中部槽的溫度動(dòng)態(tài)變化，利用三維力傳感器12監(jiān)測刮板機(jī)運(yùn)行過程中的摩擦力動(dòng)態(tài)變化與正壓力的動(dòng)態(tài)變化。所測的數(shù)據(jù)通過由濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器、放大器組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)經(jīng)過濾波、放大、轉(zhuǎn)換傳入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，可以得到刮板輸送機(jī)運(yùn)行過程中部槽溫度、摩擦力、正壓力數(shù)據(jù)及其隨運(yùn)行時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化。

在刮板機(jī)的每一節(jié)上，均沿行進(jìn)方向開了側(cè)-中-側(cè)三個(gè)貫穿矩形孔，用來布置傳感監(jiān)測系統(tǒng)，通過這種多點(diǎn)互聯(lián)監(jiān)測，可以實(shí)時(shí)獲取刮板輸送機(jī)運(yùn)行過程中部槽的熱-力數(shù)據(jù)，并且可以根據(jù)數(shù)據(jù)的異常判斷出刮板機(jī)的故障位置。每塊受力模塊的面積規(guī)格為60mm×70mm，根據(jù)所布置的多個(gè)受力模塊的監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對刮板機(jī)整機(jī)承載量、摩擦力、平均摩擦系數(shù)以及中部槽摩擦面溫度的推算，計(jì)算方式如下。

整機(jī)摩擦力推算公式：



其中：

F——整機(jī)摩擦力；

n——刮板機(jī)節(jié)數(shù)；

s——每節(jié)刮板有效輸送面積；

s1——每塊受力模塊的面積；

fx1、fx2、fx3——傳感器輸出的切向摩擦力。

整機(jī)承載量推算公式：



其中：

M——整機(jī)承載量；

n——刮板機(jī)節(jié)數(shù)；

s——每節(jié)刮板有效輸送面積；

s1——每塊受力模塊的面積；

Fx1、Fx2、Fx3——傳感器輸出的正壓力。

平均摩擦系數(shù)推算：



摩擦面的推算溫度為所有預(yù)埋溫度傳感器所測的平均溫度。

當(dāng)刮板機(jī)過載或者中部槽摩擦面溫度異常時(shí)，PLC控制系統(tǒng)控制變頻器13，從而使電動(dòng)機(jī)8停止運(yùn)行。此外，通過推算出的摩擦系數(shù)對刮板機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行健康評(píng)價(jià)，當(dāng)摩擦系數(shù)較大或者其波動(dòng)范圍較大時(shí)，表明中部槽的工作狀況比較惡劣，需要及時(shí)對刮板機(jī)中部槽進(jìn)行檢修或者更換。

基于數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)推算出的整機(jī)承載量、整機(jī)摩擦力、摩擦系數(shù)、摩擦面溫度可以為刮板機(jī)中部槽與煤散料的磨粒磨損研究提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。