刨煤機刨刀力學特性在線測試系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及煤礦機械領域，具體地說是一種刨煤機刨刀力學特性在線測試系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著我國經濟社會的快速發(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)增產增效、國家資源有效利用的利國利民的必經之路。刨煤機工作面可實現(xiàn)薄煤層、極薄煤層的機械化采煤，工人不必跟機操作，可在順槽進行控制，對薄煤層、極薄煤層采煤機械化和實現(xiàn)遙控控制具有重要意義。
[0003]刨刀是刨煤機的常用易損配件，通常是由熱鍛壓的齒體和硬質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、后刀面都會產生強烈的摩擦。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，嚴重影響了刨刀的壽命及刨煤機的采煤效率。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，并以此為依據設計新型刨刀。
[0004]申請?zhí)枮镃N201120351157.6的中國專利“一種刨煤機刨頭位置監(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時監(jiān)測。然而目前還沒有一個直觀的，對硬質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時監(jiān)測的裝置，針對硬質合金刀頭實時三向力、振動加速度值以及溫度變化值的測試技術我國還屬科研空白。
[0005]此外，井下采煤作業(yè)過程通常會涉及到煤壁垮落范圍、采煤機與煤壁沖擊力、應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，在原有煤壁內增設傳感器，勢必會影響原有的煤壁內結構，根本無法得到準確的測量結果。為此，亟需一種煤礦井下環(huán)境的煤壁模型。
[0006]目前，對于刨煤機綜采裝備的力學特性測試手段仍停留在局部測試和模擬測試階段，由于成套裝備力學特性測試設備系統(tǒng)龐大，需要的資金數(shù)額巨大，目前尚無完善的測試方法。
【實用新型內容】
[0007]本實用新型的目的是提供一種刨煤機刨刀力學特性在線測試系統(tǒng)，從根本上解決了無法檢測刨煤機工況下力學特性數(shù)據的問題，其具有結構簡單、使用方便、易于操控、數(shù)據檢測直觀、檢測結果可靠等優(yōu)點。
[0008]本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的:該刨煤機刨刀力學特性在線測試系統(tǒng)包括刨煤機刀頭、與刨煤機刀頭的信號輸出端相連的檢測單元，其技術要點是:所述刨煤機刀頭包括刀座、設置在刀座前端的硬質合金刀頭、裝配在刀座上的保護罩以及設置在刀座底部的刀桿，刀座中部設有方孔，振動傳感器通過強磁底座放置在方孔中；刀座的尾部與刀桿之間設有縫隙；方孔與刀座前端為四方體柱，在其四面加工應變片槽，并在左右兩側應變片槽的相對應的角上開通導線孔；刀座上設有一直延伸到刀桿背部的導線槽，刀座前部安裝應變片I;與方孔同高度的刀座左右兩側外壁上安裝應變片II;方孔前內壁上安裝應變片III ;保護罩為帶有鉤形結構的U形殼體，通過刀座前部嵌于刀座外壁上，其鉤形結構卡在刀座后部，并用沉頭螺釘緊固。
[0009]所述刨煤機刨刀力學特性在線測試系統(tǒng)，還包括模擬煤壁數(shù)據采集平臺，其包括位于模擬煤壁頂部的壓板、用于驅動壓板的液壓缸、呈矩陣式分布在模擬煤壁內的三向內應力傳感器，模擬煤壁為根據煤礦井下煤巖硬度澆筑而成的煤巖混合物。
[0010]可全面測試刨煤機綜采成套裝備力學特性測試方法，系統(tǒng)檢測實時性好，并且可真實地測試刨煤機綜采成套裝備各個設備在實驗過程中的真實力學特性數(shù)據。該測試系統(tǒng)不但可用于工況下采煤機相關參數(shù)的實時監(jiān)測，而且配合模擬煤壁數(shù)據采集平臺可在井上模擬井下復雜的作業(yè)環(huán)境。為生產廠家在研發(fā)采煤機綜采成套裝備過程中，提供發(fā)數(shù)據參考和理論指導。
【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型的系統(tǒng)結構框圖；
[0012]圖2為本實用新型刨刀的主視結構示意圖；
[0013]圖3為本實用新型刨刀的外觀結構示意圖；
[0014]圖4為本實用新型刨刀的俯視結構示意圖；
[0015]圖5為本實用新型保護罩的安裝位置結構示意圖；
[0016]圖6為本實用新型刨刀與檢測模塊的連接關系示意圖；
[0017]圖7為本實用新型刨刀的透視結構示意圖；
[0018]圖8為本實用新型刨刀檢測裝置的電路原理結構示意圖；
[0019]圖9為本實用新型刨鏈拉力檢測系統(tǒng)的結構示意圖；
[0020]圖10為本實用新型刮板組件的剖視結構示意圖；
[0021]圖11為本實用新型扭擺振動檢測裝置的裝配結構示意圖；
[0022]圖12為模擬煤壁內的傳感器分布位置示意圖；
[0023]圖13為模擬煤壁的主視結構示意圖。
[0024]附圖標記說明:1硬質合金刀頭、2導線孔、3導線槽、4應變片111、5應變片11、6應變片1、7應變片11、8保護罩、9刀座、10刀桿、11檢測模塊、12溫度傳感器、13振動傳感器、14應變片、15A/D轉換器、16數(shù)據存儲器、17信號發(fā)射裝置、18電源、19溫度傳感器導線孔、20貫穿孔1、21方孔、22貫穿孔11、23變速箱24轉速傳感器、25左感應板、22中部槽、26刨頭前側鏈條張力傳感器、27刨頭前側鏈條張力傳感器、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)據傳輸口、47密封塞、48空槽、49加速度采集模塊、50三向內應力傳感器、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)據處理與顯示單元。
【具體實施方式】
[0025]以下結合圖1?13，通過實施例詳細說明本實用新型的具體內容。該刨煤機綜采成套力學特性的測試系統(tǒng)包括分別與數(shù)據采集終端相連的刨煤機數(shù)據采集平臺、模擬煤壁數(shù)據采集平臺、液壓支架數(shù)據采集平臺、刮板輸送機數(shù)據采集平臺。
[0026]其中，刨煤機數(shù)據采集平臺包括刨刀應力檢測系統(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，機身和刨鏈在工況下的應力參數(shù)、振動參數(shù)和位置信息，向刨煤機數(shù)據采集平臺實時發(fā)送，數(shù)據采集平臺將采集的參數(shù)信息進行存儲，并發(fā)送至數(shù)據采集終端計算機。
[0028]模擬煤壁數(shù)據采集平臺包括煤壁沖擊力檢測系統(tǒng)、煤壁內應力波傳遞檢測系統(tǒng)、煤壁內應波傳播速度檢測系統(tǒng)、煤壁內應波傳播范圍檢測系統(tǒng)。
[0029]用于模擬井下煤壁內應力測試系統(tǒng)對實驗截割過程中煤壁各項參數(shù)的變化分別進行監(jiān)測和記錄，并發(fā)送至數(shù)據采集終端計算機。
[0030]液壓支架數(shù)據采集平臺包括銷軸/耳座應力檢測系統(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)測液壓支架在實驗支護過程中的受載情況，以及對液壓支架姿態(tài)進行監(jiān)測，各部分系統(tǒng)可以將支護過程中的載荷數(shù)據實時傳送至液壓支架數(shù)據采集平臺，通過該平臺進行儲存并發(fā)送至數(shù)據采集終端計算機。
[0032]液壓支架數(shù)據傳輸系統(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)據采集平臺，最終傳送到數(shù)據采集終端計算機，通過數(shù)據采集終端計算機計算獲得液壓支架姿態(tài)及受載情況。
[0033]刮板輸送機數(shù)據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)。
[0034]分別用于監(jiān)測工作過程中刮板輸送機各部分的運行狀態(tài)以及受載情況，前述各部分檢測系統(tǒng)將監(jiān)測數(shù)據實時傳送至刮板輸送機數(shù)據采集平臺，并通過該平臺進行監(jiān)測數(shù)據存儲和發(fā)送，最終發(fā)送至數(shù)據采集終端計算機。
[0035]I)刨煤機刨刀力學特性在線測試系統(tǒng)
[0036]該系統(tǒng)包括刨刀應力檢測系統(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，刨刀應力檢測系統(tǒng)包括刨煤機刀頭、檢測單元11，刨煤機刀頭包括刀座9、設置在刀座9前端的硬質合金刀頭1、裝配在刀座9上的保護罩8以及設置在刀座9底部的刀桿10，刀座9中部設有方孔21，振動傳感器13通過強磁底座放置在方孔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的應變片槽用于安裝應變片I?III，并在左右兩側應變片槽的相對應的角上開通直徑為5mm的導線孔2。刀座上設有一直延伸到刀桿10背部的導線槽3，刀座9前部安裝應變片I 6，方孔21與刀座前端之間設置貫穿孔I 20。與方孔21同高度的刀座9左右兩側外壁上安裝應變片II (5、7)，刀座中部設有與貫穿孔I 20相垂直的貫穿孔II 22 (或導線孔2)。貫穿孔II 22、貫穿孔I 20用于將應變片14的導線穿過通孔匯集在導線槽3—側。方孔21前內壁上安裝應變片III 4 (便于手工貼合應變片III 4)，刀座9頂部安裝溫度傳感器12，用于實時精確測量刨刀溫度變化，貫穿孔I 20與刀座9頂部之間設置溫度傳感器導線孔19，用于將溫度傳感器導線引入導線槽3。導線槽3的設計極大方便了線路的布置，刀座9上的導線孔相互連通，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，提高了測量準確度，降低了裝配難度。各應變片以及傳感器的導線匯總后沿導線槽