權(quán)利要求書： 1.一種刮板輸送機中部槽摩擦力監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述刮板輸送機的每一節(jié)中部槽上，以中部槽中心線為基準，沿行進方向等間距的加工有三個貫穿矩形孔，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；

每個貫穿矩形孔內(nèi)安裝有一個矩形受力模塊，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連接；

通過這種多點互聯(lián)監(jiān)測，實時獲取刮板輸送機運行過程中部槽的熱-力數(shù)據(jù)，并且根據(jù)數(shù)據(jù)的異常判斷出刮板機的故障位置，判斷方式如下，

對每組傳感裝置進行編號，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)異常組的編號與位置，則系統(tǒng)即可判定刮板輸送機在該位置處出現(xiàn)故障；

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

整機摩擦力推算公式：



其中：

F——整機摩擦力；

n——刮板機節(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；

整機承載量推算公式：



其中：

M——整機承載量；

n——刮板機節(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；

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

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刮板輸送機中部槽摩擦力監(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所述的刮板輸送機中部槽摩擦力監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述刮板輸送機系統(tǒng)包括刮板、雙鏈條、鏈輪、減速器、電動機以及變頻器，其中，變頻器與電動機連接，電動機與鏈輪之間連接有一個減速器，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中部槽摩擦力監(jiān)測系統(tǒng)，特別是復(fù)雜惡劣運行工況下刮板輸送機中部槽摩擦力的多點監(jiān)測系統(tǒng)，屬于刮板輸送機測試技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

刮板輸送機作為煤礦綜采工作面關(guān)鍵輸送裝備，承擔(dān)著運煤、為采煤機提供運行軌道、為液壓支架提供推移支點的重要任務(wù)。刮板輸送機利用鏈傳動原理，在驅(qū)動電機、液力耦合器和減速機驅(qū)動下，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構(gòu)和支撐機構(gòu)，鏈輪帶動無極閉合的刮板鏈在中部槽上做連續(xù)循環(huán)運動，將中部槽上煤炭由機尾處運至機頭處卸載。在刮板輸送機運行過程中，圓環(huán)鏈直線段與中部槽存在相對運動，同時鏈輪-圓環(huán)鏈傳動多邊形效應(yīng)、滿載或超載時頻繁開機或停機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)鏈的時變動張力特性，因此，圓環(huán)鏈- 中部槽的沖擊接觸和相對運動以及時變動張力的耦合作用導(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展，當(dāng)鏈環(huán)磨損量超限或裂紋擴展到一定程度而無法繼續(xù)承受動載荷作用將發(fā)生斷鏈事故。為此，動態(tài)實時監(jiān)測刮板機運行過程中圓環(huán)鏈、煤炭散料顆粒、中部槽之間的動態(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理奠定參數(shù)基礎(chǔ)，對保障刮板輸送機可靠運行、提高綜采成套裝備開機率、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，且刮板輸送機頻繁承受煤塊掉落的沖擊作用，使得各項監(jiān)測設(shè)備不利于布置與維護(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破壞測量裝置，且圓環(huán)鏈破壞會造成圓環(huán)鏈承載能力下降，影響輸運能力；如采用非接觸式測量裝置，因刮板輸送機惡劣服役工況會破壞測量裝置或阻礙測量等)；同時，開采過程中，如采煤量控制不均，易導(dǎo)致刮板輸送機過載現(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)有的刮板機中部槽監(jiān)測技術(shù)功能性差、缺乏實時性以及不能對刮板機中部槽的摩擦磨損數(shù)據(jù)進行監(jiān)測和分析的問題，對了解刮板輸送機運行過程中服役工況條件、實時監(jiān)測圓環(huán)鏈-煤散料- 中部槽之間的摩擦信息、揭示圓環(huán)鏈和中部槽失效機理具有重要意義。

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

中國專利CN106865156A公布了一種刮板輸送機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行監(jiān)測，從而判斷磨損情況，并不能對刮板輸送機運行過程中的摩擦力進行監(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)和溫度等進行監(jiān)測的系統(tǒng)，為刮板輸送機的設(shè)計、安全預(yù)警、健康評價提供技術(shù)手段，同時可以為刮板機中部槽的摩擦磨損和疲勞斷裂機理研究提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

技術(shù)方案：

一種刮板輸送機中部槽摩擦力監(jiān)測系統(tǒng)，所述刮板輸送機的每一節(jié)中部槽上，以中部槽中心線為基準，沿行進方向等間距的加工有三個貫穿矩形孔，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；

每個貫穿矩形孔內(nèi)安裝有一個矩形受力模塊，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連接；

通過這種多點互聯(lián)監(jiān)測，實時獲取刮板輸送機運行過程中部槽的熱-力數(shù)據(jù)，并且根據(jù)數(shù)據(jù)的異常判斷出刮板機的故障位置，判斷方式如下，

對每組傳感裝置進行編號，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)異常組的編號與位置，則系統(tǒng)即可判定刮板輸送機在該位置處出現(xiàn)故障；

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

整機摩擦力推算公式：



其中：

F——整機摩擦力；

n——刮板機節(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；

整機承載量推算公式：



其中：

M——整機承載量；

n——刮板機節(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。

所述刮板輸送機系統(tǒng)包括刮板、雙鏈條、鏈輪、減速器、電動機以及變頻器，其中，變頻器與電動機連接，電動機與鏈輪之間連接有一個減速器，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監(jiān)測刮板輸送機中部槽的摩擦狀況，使用三維力傳感器與預(yù)埋式溫度傳感器，通過這種多點互聯(lián)監(jiān)測，可以實時獲取刮板輸送機運行過程中部槽的熱-力數(shù)據(jù)，通過已編號的傳感裝置，根據(jù)數(shù)據(jù)的異常點判斷出刮板機的故障位置。當(dāng)刮板機過載或者中部槽摩擦面溫度異常時，PLC控制系統(tǒng)控制變頻器13，從而使電動機8停止運行。此外，通過推算出的摩擦系數(shù)對刮板機的運行進行健康評價，當(dāng)摩擦系數(shù)較大或者其波動范圍較大時，表明中部槽的工作狀況比較惡劣，需要及時對刮板機中部槽進行檢修或者更換，防止工作事故的發(fā)生。

另外，通過計算機可以實現(xiàn)對刮板機整機承載量、摩擦力、摩擦系數(shù)以及中部槽摩擦面溫度的推算，從而建立過載保護系統(tǒng)、實現(xiàn)對刮板機運行健康狀況進行評價以及對刮板機中部槽摩擦磨損和疲勞斷裂機理研究提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明試驗臺的結(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.電動機；9.機身；10.沉頭孔密封蓋；11.溫度傳感器；12.三維力傳感器；13.變頻器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1所示，一種刮板輸送機中部槽摩擦力監(jiān)測系統(tǒng)，包括刮板輸送機系統(tǒng)和傳感檢測系統(tǒng)。刮板輸送機系統(tǒng)由機身、中部槽、推移耳、刮板、雙鏈條、鏈輪、減速器、電動機與變頻器組成；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與電動機8連接，電動機8與鏈輪7之間連接有一個減速器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)刮板機中部槽5 的中間及兩側(cè)共開有三個貫穿矩形孔。

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，通過計算機與PLC控制系統(tǒng)對電動機8進行調(diào)節(jié)，控制啟停，電動機8帶動減速器6，減速器6輸出與鏈輪7連接，帶動鏈輪7與雙鏈條4運轉(zhuǎn)，刮板運輸機開始工作。利用預(yù)埋溫度傳感器11監(jiān)測刮板機運行過程中部槽的溫度動態(tài)變化，利用三維力傳感器12監(jiān)測刮板機運行過程中的摩擦力動態(tài)變化與正壓力的動態(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運行過程中部槽溫度、摩擦力、正壓力數(shù)據(jù)及其隨運行時間的動態(tài)變化。

在刮板機的每一節(jié)上，均沿行進方向開了側(cè)-中-側(cè)三個貫穿矩形孔，用來布置傳感監(jiān)測系統(tǒng)，通過這種多點互聯(lián)監(jiān)測，可以實時獲取刮板輸送機運行過程中部槽的熱-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)所布置的多個受力模塊的監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過計算機可以實現(xiàn)對刮板機整機承載量、摩擦力、平均摩擦系數(shù)以及中部槽摩擦面溫度的推算，計算方式如下。

整機摩擦力推算公式：



其中：

F——整機摩擦力；

n——刮板機節(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。

整機承載量推算公式：



其中：

M——整機承載量；

n——刮板機節(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)刮板機過載或者中部槽摩擦面溫度異常時，PLC控制系統(tǒng)控制變頻器13，從而使電動機8停止運行。此外，通過推算出的摩擦系數(shù)對刮板機的運行進行健康評價，當(dāng)摩擦系數(shù)較大或者其波動范圍較大時，表明中部槽的工作狀況比較惡劣，需要及時對刮板機中部槽進行檢修或者更換。

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