模擬井下煤壁內(nèi)應(yīng)力測試系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及煤礦機械領(lǐng)域，具體地說是一種模擬井下煤壁內(nèi)應(yīng)力測試系統(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)果分析后用于指導(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?，F(xiàn)有的采煤機參數(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]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)。
[0004]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(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)，根本無法得到準確的測量結(jié)果。如申請公布號為CN102964143A的發(fā)明專利公開了 “一種多截齒參數(shù)可調(diào)式旋轉(zhuǎn)截割煤巖實驗裝置”，包括液壓系統(tǒng)、電控箱、橫縱向進給機構(gòu)、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩儀、聯(lián)軸器、截割電機、截割機構(gòu)、滑環(huán)、底座、減速器、測力裝置、模擬煤壁等部分。調(diào)整萬能角度齒座內(nèi)截齒空間角度和截割臂幾何參數(shù)至測試要求后，截割電動機經(jīng)減速器、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩儀驅(qū)動截割臂旋轉(zhuǎn)，采用變頻調(diào)速方法改變截割臂轉(zhuǎn)速，由變量泵控制液壓缸實現(xiàn)截割臺架進給運動。被測信號經(jīng)傳感器、無線或多路滑環(huán)傳輸?shù)接嬎銠C，進行記錄存儲，實現(xiàn)采掘機械煤巖截割時的三向力和截割扭矩的測試。該技術(shù)方案雖然在一定程度上解決了多截齒旋轉(zhuǎn)截割、截割幾何參數(shù)和運動參數(shù)難調(diào)整以及信號不易采集等難題。但是，在截割時模擬煤壁所受的力學(xué)特性參數(shù)仍無法測定。為此，亟需一種煤礦井下環(huán)境的煤壁模型。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的是提供一種模擬井下煤壁內(nèi)應(yīng)力測試系統(tǒng)，從根本上解決了上述問題，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。
[0006]本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的:該模擬井下煤壁內(nèi)應(yīng)力測試系統(tǒng)包括截割齒受力檢測系統(tǒng)、滾筒扭矩檢測系統(tǒng)以及模擬煤壁數(shù)據(jù)采集平臺，其技術(shù)要點是:所述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；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，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)的齒套固定；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；
[0007]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；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；
[0008]模擬煤壁數(shù)據(jù)采集平臺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)煤礦井下煤巖硬度饒筑而成的煤巖混合物。
[0009]首先對待實驗采煤區(qū)的地質(zhì)條件進行取樣，然后通過澆筑的方式制備與該地區(qū)地質(zhì)條件極為相近的煤壁層，并將壓力傳感器等間隔的安裝在煤壁內(nèi)，進一步通過液壓泵模擬煤層上方的土層壓力，使試驗結(jié)果更加準確可靠。因此可實現(xiàn)地上模擬井下復(fù)雜的工況環(huán)境。相較于現(xiàn)有的現(xiàn)有技術(shù)的模擬測量裝置，還可通過模擬煤壁內(nèi)的傳感器，進一步測量截齒在截割過程中煤壁垮落范圍、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等參數(shù)，為優(yōu)化采煤機作業(yè)參數(shù)提供可靠依據(jù)。同時，在煤壁內(nèi)應(yīng)力測量的同時，同步測量了截割齒應(yīng)力與滾筒受力的情況，可進一步分析在煤壁內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)力學(xué)特性的同時，截割機構(gòu)的受力情況，為采煤機的優(yōu)化制造提供可靠的依據(jù)。
【附圖說明】
[0010]圖1為本實用新型滾筒的外觀結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2為本實用新型截割組件的爆炸結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3為本實用新型截割頭的信號傳輸原理示意圖；
[0013]圖4為本實用新型截割頭部分信號傳輸電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖5為本實用新型截割傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖6為本實用新型惰輪軸傳感器的受力示例圖；
[0016]圖7為模擬煤壁內(nèi)的傳感器分布位置示意圖；
[0017]圖8為模擬煤壁的主視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]附圖標記說明:1滾筒、2截齒單元、3螺旋葉片、4硬質(zhì)合金頭、5卡環(huán)、6齒套、7齒座、8應(yīng)變花、9應(yīng)變片、10導(dǎo)線槽、11安裝塊銷孔、12固定銷、13卡塊銷孔、14導(dǎo)線孔、15卡士夬、16安裝塊、17發(fā)射模塊、18接收模塊、19顯示屏、20電源模塊、21A/D轉(zhuǎn)換器、22數(shù)據(jù)存儲器、23截割電機、24電機輸出軸齒輪、25主動輪1、26主動輪I1、27主動輪II1、28惰輪1、29惰輪I1、30惰輪II1、31滾筒齒輪、32行星輪、33軸承、34銷軸傳感器、35惰輪軸定位螺桿、36蓋板、37三向內(nèi)應(yīng)力傳感器、38模擬煤壁、39壓板、40液壓缸、41右壓板、42右液壓缸、43左壓板、44左液壓缸、45左底板、46左滑座、47左支撐板、48右底板、49右滑座、50右支撐板、51右拉移油缸、52上支撐板、53左拉移油缸、54數(shù)據(jù)處理與顯示單元。
【具體實施方式】
[0019]以下結(jié)合圖1?8，通過具體實施例詳細說明本實用新型的內(nèi)容。該模擬井下煤壁內(nèi)應(yīng)力測試系統(tǒng)包括截割齒受力檢測系統(tǒng)、滾筒扭矩檢測系統(tǒng)以及模擬煤壁數(shù)據(jù)采集平臺。
[0020]I)截割齒受力檢測系統(tǒng)
[0021]該系統(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17、接收模塊18、顯示屏19等部件。其中，截割組件包括螺旋滾筒I以及沿周向固定在滾筒I上的截齒單元2，截齒單元包括硬質(zhì)合金頭4、卡環(huán)5、齒套6、齒座7、卡塊14等部件，截齒單元通過卡塊固定在滾筒I的螺旋葉片3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)的齒套固定。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10，在正八邊形柱的相同位置上分別間隔安裝應(yīng)變片9和應(yīng)變花8?？▔K15為帶有內(nèi)腔(圖中角度未示出)的半封閉結(jié)構(gòu)，卡塊15上加工一對與內(nèi)腔相通的卡塊銷孔13及導(dǎo)線孔14，圓柱結(jié)構(gòu)底部加工安裝塊16，安裝塊16上設(shè)有一對與卡塊銷孔13相配合的安裝塊銷孔11，齒座底部的安裝塊16插入卡塊15內(nèi)腔中，并通過固定銷15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9與應(yīng)變花8的導(dǎo)線沿導(dǎo)線槽10向下布線，匯總后由卡塊14的導(dǎo)線孔16引出與位于滾筒內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器相連。
[0022]電源模塊20的正負極通過導(dǎo)線分別與A/D轉(zhuǎn)換器21、數(shù)據(jù)存儲器22、發(fā)射模塊17的正負極相連，為A/D轉(zhuǎn)換器21供電、數(shù)據(jù)存儲器22供電、發(fā)射模塊供電。電源模塊20的正極通過導(dǎo)線與應(yīng)變片9或應(yīng)變花8 (圖中未示出，其連接關(guān)系同應(yīng)變片)的正極相連，應(yīng)變片23或應(yīng)變花的負極通過導(dǎo)線與A/D轉(zhuǎn)換器21的信號輸入端負極相連，A/D轉(zhuǎn)換器21的信號輸入端正極與電源模塊20的負極相連，此回路構(gòu)成了三向力檢測的模擬量采集回路。A/D轉(zhuǎn)換器21的信號輸出端正極通過導(dǎo)線與數(shù)據(jù)存儲器22的信號輸入端正極相連，A/D轉(zhuǎn)換器21的信號輸出端負極通過導(dǎo)線與數(shù)據(jù)存儲器22的信號輸入端負極相連，此回路通過A/D轉(zhuǎn)換器21得到的三向力測量值實時存儲到數(shù)據(jù)存儲器22中，數(shù)據(jù)存儲器22的信號輸出端正極通過導(dǎo)線與發(fā)射模塊的信號輸入端正極相連，數(shù)據(jù)存儲器22的信號輸出端負極通過導(dǎo)線與發(fā)射模塊的信號輸入端負極相連，此回路將數(shù)據(jù)存儲器22中的三向力測量值實時傳