刮板输送机中部槽摩擦力监测系统

552 编辑：中冶有色技术网来源：中国矿业大学

2023-11-24 10:33:55

权利要求书： 1.一种刮板输送机中部槽摩擦力监测系统，其特征在于，所述刮板输送机的每一节中部槽上，以中部槽中心线为基准，沿行进方向等间距的加工有三个贯穿矩形孔，在中部槽的底部加工有未贯穿的线路安装孔，其中，所加工的贯穿矩形孔与线路安装孔连通；

每个贯穿矩形孔内安装有一个矩形受力模块，矩形受力模块与所述贯穿矩形孔形状像匹配，并且，矩形受力模块的上表面与中部槽上表面重合；

三维力传感器，设置在受力模块和中部槽底部之间，每个所述受力模块的上表面设有沉头孔，沉头孔内通过六角螺栓与底部的三维力传感器连接，沉头孔上部设置密封盖，密封盖的上表面与受力模块的上表面重合；

温度传感器，预埋在每个受力模块的内部；

控制器，通过数据采集卡与所述三维力传感器和温度传感器信号连接；

通过这种多点互联监测，实时获取刮板输送机运行过程中部槽的热-力数据，并且根据数据的异常判断出刮板机的故障位置，判断方式如下，

对每组传感装置进行编号，并标记位置，根据三维力传感器所测的切向摩擦力与预埋温度传感器所测的温度数据，若在某一位置处出现数据过大或者过小，根据数据异常组的编号与位置，则系统即可判定刮板输送机在该位置处出现故障；

根据所布置的多个受力模块的监测数据，通过计算机可以实现对刮板机整机承载量、摩擦力、平均摩擦系数以及中部槽摩擦面温度的推算，计算方式如下，

整机摩擦力推算公式：

其中：

F——整机摩擦力；

n——刮板机节数；

s——每节刮板有效输送面积；

s1——每块受力模块的面积；

fx1、fx2、fx3——三维力传感器输出的切向摩擦力；

整机承载量推算公式：

其中：

M——整机承载量；

n——刮板机节数；

s——每节刮板有效输送面积；

s1——每块受力模块的面积；

Fx1、Fx2、Fx3——传感器输出的正压力；

在刮板机的每一节上，均沿行进方向开了侧-中-侧三个贯穿矩形孔，用来布置传感监测系统，通过这种多点互联监测，实时获取刮板输送机运行过程中部槽的热-力数据，并且根据数据的异常判断出刮板机的故障位置。

2.根据权利要求1所述的刮板输送机中部槽摩擦力监测系统，其特征在于，所述

平均摩擦系数推算：

摩擦面的推算温度为所有预埋温度传感器所测的平均温度。

3.根据权利要求1所述的刮板输送机中部槽摩擦力监测系统，其特征在于，所述受力模块为与所述中部槽相同材料的矩形钢块。

4.根据权利要求1所述的刮板输送机中部槽摩擦力监测系统，其特征在于，所述刮板输送机系统包括刮板、双链条、链轮、减速器、电动机以及变频器，其中，变频器与电动机连接，电动机与链轮之间连接有一个减速器，链轮与双链条啮合，双链条的上表面等距安装刮板；

变频器与所述控制器电连接。

说明书：一种刮板输送机中部槽摩擦力监测系统技术领域

本发明涉及一种刮板输送机中部槽摩擦力监测系统，特别是复杂恶劣运行工况下刮板输送机中部槽摩擦力的多点监测系统，属于刮板输送机测试技术领域。

背景技术

刮板输送机作为煤矿综采工作面关键输送装备，承担着运煤、为采煤机提供运行轨道、为液压支架提供推移支点的重要任务。刮板输送机利用链传动原理，在驱动电机、液力耦合器和减速机驱动下，以刮板链(包括圆环链、刮板和接链器)和中部槽分别作为牵引机构和支撑机构，链轮带动无极闭合的刮板链在中部槽上做连续循环运动，将中部槽上煤炭由机尾处运至机头处卸载。在刮板输送机运行过程中，圆环链直线段与中部槽存在相对运动，同时链轮-圆环链传动多边形效应、满载或超载时频繁开机或停机以及煤壁片帮和煤壁垮落等异常载荷均将导致圆环链-中部槽冲击接触特性以及圆环链的时变动张力特性，因此，圆环链- 中部槽的冲击接触和相对运动以及时变动张力的耦合作用导致圆环链-中部槽的摩擦疲劳作用，引发圆环链、中部槽的摩擦磨损和疲劳裂纹扩展，当链环磨损量超限或裂纹扩展到一定程度而无法继续承受动载荷作用将发生断链事故。为此，动态实时监测刮板机运行过程中圆环链、煤炭散料颗粒、中部槽之间的动态接触载荷、摩擦力和摩擦系数等参数，为揭示圆环链和中部槽的摩擦磨损和疲劳断裂机理奠定参数基础，对保障刮板输送机可靠运行、提高综采成套装备开机率、提高大型煤矿生产效率有重要意义。

然而，煤矿综采工作面处于高温、煤粉以及淋水和矿井水等复杂恶劣环境中，且刮板输送机频繁承受煤块掉落的冲击作用，使得各项监测设备不利于布置与维护(例如，不能在圆环链上开口破坏安装传感器或应变测试装置，因圆环链-煤- 中部槽以及圆环链-链轮的作用以及无极闭合的刮板链会破坏测量装置，且圆环链破坏会造成圆环链承载能力下降，影响输运能力；如采用非接触式测量装置，因刮板输送机恶劣服役工况会破坏测量装置或阻碍测量等)；同时，开采过程中，如采煤量控制不均，易导致刮板输送机过载现象，甚至会引起溜压死现象，给煤矿的安全生产带来巨大的安全隐患。因此，克服现有的刮板机中部槽监测技术功能性差、缺乏实时性以及不能对刮板机中部槽的摩擦磨损数据进行监测和分析的问题，对了解刮板输送机运行过程中服役工况条件、实时监测圆环链-煤散料- 中部槽之间的摩擦信息、揭示圆环链和中部槽失效机理具有重要意义。

中国专利CN104609133A公布了一种用于刮板运输机中部槽中板磨损的检测方法及其检测系统，该方法可实现磨损的监测。然而该方法只能对中部槽是否磨损进行定性监测，并不能对动载或冲击载荷工况下刮板输送机中部槽与煤散料之间的摩擦力进行监测。

中国专利CN106865156A公布了一种刮板输送机中部槽磨损检测装置及其检测系统，该装置可以利用超声波对中部槽进行磨损检测，然而该装置仅仅是通过超声波对中部槽厚度进行监测，从而判断磨损情况，并不能对刮板输送机运行过程中的摩擦力进行监测，并且在井下环境中，由于煤粉的附着，超声波监测中部槽厚度会产生很大的误差。

因此，针对复杂恶劣工况下刮板输送机圆环链-煤散料-中部槽之间摩擦力监测系统尚未见报道。

发明内容

为了克服背景技术中的问题，本发明提供了一种刮板输送机中部槽摩擦力监测系统，该系统能够在复杂恶劣工况下刮板输送机圆环链-煤散料-中部槽之间冲击载荷、摩擦力、摩擦系数和温度等进行监测的系统，为刮板输送机的设计、安全预警、健康评价提供技术手段，同时可以为刮板机中部槽的摩擦磨损和疲劳断裂机理研究提供数据基础。

本发明的目的是这样实现的：

技术方案：

一种刮板输送机中部槽摩擦力监测系统，所述刮板输送机的每一节中部槽上，以中部槽中心线为基准，沿行进方向等间距的加工有三个贯穿矩形孔，在中部槽的底部加工有未贯穿的线路安装孔，其中，所加工的贯穿矩形孔与线路安装孔连通；

每个贯穿矩形孔内安装有一个矩形受力模块，矩形受力模块与所述贯穿矩形孔形状像匹配，并且，矩形受力模块的上表面与中部槽上表面重合；

三维力传感器，设置在受力模块和中部槽底部之间，每个所述受力模块的上表面设有沉头孔，沉头孔内通过六角螺栓与底部的三维力传感器连接，沉头孔上部设置密封盖，密封盖的上表面与受力模块的上表面重合；

温度传感器，预埋在每个受力模块的内部；

控制器，通过数据采集卡与所述三维力传感器和温度传感器信号连接；

通过这种多点互联监测，实时获取刮板输送机运行过程中部槽的热-力数据，并且根据数据的异常判断出刮板机的故障位置，判断方式如下，

对每组传感装置进行编号，并标记位置，根据三维力传感器所测的切向摩擦力与预埋温度传感器所测的温度数据，若在某一位置处出现数据过大或者过小，根据数据异常组的编号与位置，则系统即可判定刮板输送机在该位置处出现故障；

根据所布置的多个受力模块的监测数据，通过计算机可以实现对刮板机整机承载量、摩擦力、平均摩擦系数以及中部槽摩擦面温度的推算，计算方式如下，

整机摩擦力推算公式：

其中：

F——整机摩擦力；

n——刮板机节数；

s——每节刮板有效输送面积；

s1——每块受力模块的面积；

fx1、fx2、fx3——三维力传感器输出的切向摩擦力；

整机承载量推算公式：

其中：

M——整机承载量；

n——刮板机节数；

s——每节刮板有效输送面积；

s1——每块受力模块的面积；

Fx1、Fx2、Fx3——传感器输出的正压力。

所述平均摩擦系数推算：

摩擦面的推算温度为所有预埋温度传感器所测的平均温度。

所述受力模块为与所述中部槽相同材料的矩形钢块。

所述刮板输送机系统包括刮板、双链条、链轮、减速器、电动机以及变频器，其中，变频器与电动机连接，电动机与链轮之间连接有一个减速器，链轮与双链条啮合，双链条的上表面等距安装刮板；

变频器与所述控制器电连接。

有益效果：

本发明能够实时监测刮板输送机中部槽的摩擦状况，使用三维力传感器与预埋式温度传感器，通过这种多点互联监测，可以实时获取刮板输送机运行过程中部槽的热-力数据，通过已编号的传感装置，根据数据的异常点判断出刮板机的故障位置。当刮板机过载或者中部槽摩擦面温度异常时，PLC控制系统控制变频器13，从而使电动机8停止运行。此外，通过推算出的摩擦系数对刮板机的运行进行健康评价，当摩擦系数较大或者其波动范围较大时，表明中部槽的工作状况比较恶劣，需要及时对刮板机中部槽进行检修或者更换，防止工作事故的发生。

另外，通过计算机可以实现对刮板机整机承载量、摩擦力、摩擦系数以及中部槽摩擦面温度的推算，从而建立过载保护系统、实现对刮板机运行健康状况进行评价以及对刮板机中部槽摩擦磨损和疲劳断裂机理研究提供数据基础。

附图说明

图1为本发明试验台的结构示意图；

图2为图1的正视图；

图3为图2中A向断面图；

图4为本发明矩形受力模块和受力模块的连接结构示意图；

图5为本发明的工作原理图；

图6为本发明的测试系统结构示意图；

图中：1.受力模块；2.推移耳；3.刮板；4.双链条；5.中部槽；6.减速器； 7.链轮；8.电动机；9.机身；10.沉头孔密封盖；11.温度传感器；12.三维力传感器；13.变频器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种刮板输送机中部槽摩擦力监测系统，包括刮板输送机系统和传感检测系统。刮板输送机系统由机身、中部槽、推移耳、刮板、双链条、链轮、减速器、电动机与变频器组成；传感监测系统由受力模块、三维力传感器、预埋温度传感器组成。

变频器13与电动机8连接，电动机8与链轮7之间连接有一个减速器6，链轮7与双链条4啮合，刮板3等距安装在双链条4上，在每节刮板机中部槽5 的中间及两侧共开有三个贯穿矩形孔。

如图2与图3所示，受力模块1在贯穿矩形孔内，上表面与中部槽上表面重合，受力模块1与三维力传感器12连接，三维力传感器12固定在中部槽5底部。

再结合图4所示，传感监测装置由三维力传感器12、预埋温度传感器11与受力模块1组成。预埋温度传感器11安装在受力模块1内部，在受力模块1的上表面有沉头孔，受力模块1在沉头孔内通过六角螺栓与三维力传感器12连接，沉头孔密封盖10连接在沉头孔内，其上表面与受力模块1的上表面重合。

再结合图5与图6所示，通过计算机与PLC控制系统对电动机8进行调节，控制启停，电动机8带动减速器6，减速器6输出与链轮7连接，带动链轮7与双链条4运转，刮板运输机开始工作。利用预埋温度传感器11监测刮板机运行过程中部槽的温度动态变化，利用三维力传感器12监测刮板机运行过程中的摩擦力动态变化与正压力的动态变化。所测的数据通过由滤波器、A/D转换器、放大器组成的数据采集系统经过滤波、放大、转换传入数据处理系统，经过数据处理后，可以得到刮板输送机运行过程中部槽温度、摩擦力、正压力数据及其随运行时间的动态变化。

在刮板机的每一节上，均沿行进方向开了侧-中-侧三个贯穿矩形孔，用来布置传感监测系统，通过这种多点互联监测，可以实时获取刮板输送机运行过程中部槽的热-力数据，并且可以根据数据的异常判断出刮板机的故障位置。每块受力模块的面积规格为60mm×70mm，根据所布置的多个受力模块的监测数据，通过计算机可以实现对刮板机整机承载量、摩擦力、平均摩擦系数以及中部槽摩擦面温度的推算，计算方式如下。

整机摩擦力推算公式：

其中：

F——整机摩擦力；

n——刮板机节数；

s——每节刮板有效输送面积；

s1——每块受力模块的面积；

fx1、fx2、fx3——传感器输出的切向摩擦力。

整机承载量推算公式：

其中：

M——整机承载量；

n——刮板机节数；

s——每节刮板有效输送面积；

s1——每块受力模块的面积；

Fx1、Fx2、Fx3——传感器输出的正压力。

平均摩擦系数推算：

摩擦面的推算温度为所有预埋温度传感器所测的平均温度。

当刮板机过载或者中部槽摩擦面温度异常时，PLC控制系统控制变频器13，从而使电动机8停止运行。此外，通过推算出的摩擦系数对刮板机的运行进行健康评价，当摩擦系数较大或者其波动范围较大时，表明中部槽的工作状况比较恶劣，需要及时对刮板机中部槽进行检修或者更换。

基于数据处理系统推算出的整机承载量、整机摩擦力、摩擦系数、摩擦面温度可以为刮板机中部槽与煤散料的磨粒磨损研究提供数据基础。