电铲铲齿监测装置的制作方法

本发明涉及一种电铲铲齿监测装置，尤其是一种适用于双斗杆电铲的电铲铲齿监测装置。

背景技术：

电铲又称绳铲、钢缆铲，即机械式电动挖掘机是利用齿轮、链条、钢索滑轮组等传动件传递动力的单斗挖掘机，其生产已有百年历史，是露天矿（如露天铁矿、露天煤矿、露天铜矿等）主要的采掘设备，其一般和矿用自卸车配套使用，主要用于对矿产表面覆盖物进行剥离和对矿石进行采装作业。世界上首台矿用挖掘机在1835年诞生于美国，由蒸汽驱动，随着技术进步，国内外已有一批著名的挖掘机企业，例如国外的p&h、cat等；国内的太原重工、三一重工等。

斗齿作为主要的易磨损件，在工作过程中要承受强烈的摩擦磨损、很大的弯曲作用力和严重的冲击载荷，除此之外在雨天会受到一定的雨水腐蚀作用，因此斗齿在工作过程中会早于使用寿命期断裂。

当电铲在进行采掘工作时，铲斗在提升力和推力的共同作用下进入矿物料堆，铲斗在提升绳和推压杆的作用下向前并向上运动，矿料在铲斗的动作过程中被斗齿切割。由于岩层情况较复杂，常伴有硬质岩石，斗齿作为最易磨损件，工作时承受冲击和磨损，容易发生断裂或脱落。斗齿脱落后，不但加大了铲斗的工作阻力，对铲斗使用寿命造成影响，而且由于露天矿用设备一般体型较大，工作条件恶劣，铲斗工作时伴随着扬尘、碎石，无疑加大了对铲斗斗齿的监测难度，且驾驶员以及现场工作人员在电铲工作时难以判断斗齿情况，当斗齿混入矿石就难以被及时发现，而斗齿材料多采用高锰钢及一些硬质合金钢，一旦断裂的斗齿进入破碎机将会给设备带来灾难性的损坏，使生产线停产，降低生产效率，还有可能影响的破碎操作员的人身安全，给公司带来巨大的损失，因此电铲斗齿的完整性检测非常重要。

目前，与铲齿检测相关的装置有：专利号cn203096809u公开了一种铲齿脱落检测装置，将工业相机相机安装在大臂上，调整好角度以拍摄铲斗的斗齿，通过相机将采集的信息实时传输到处理系统中，处理系统与声光报警单元连接，处理系统判断铲齿是否脱落，并将报警信息传送到报警系统，实现铲齿的监测；专利号cn104018545a公开了铲齿脱落检测装置，一种将激光扫描装置安装在电铲的天轮下方，并调整好扫描角度，在电铲的每一个工作周期进行扫描，并将信息传输给所述的可编程逻辑控制器控制器的输入端，由控制器解码得到铲齿信息并与其内部预存的完整铲齿信息进行比较进行判断；专利号cn204001040u公开了一种检测脱落检测方法，在铲齿上安装报警脱落装置，铲齿一旦脱落，便触发报警。上述装置中都提供了一种铲齿脱落的检测方法，但第一种侧重在检测系统的构成，且和第二种的装置相似，缺乏灵活性，第三种在铲齿上下功夫，但大型矿用设备的工况十分恶劣，加大了对铲齿上检测装置的测试和维护。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种侧重于监测装置平台的结构，通过自身的结构设计和可编程逻辑控制器的控制，不仅可以实现铲齿的近距离、多角度的监测，还具有一定的自我保护能力，当铲斗和斗杆之间的连接杆断裂后，能及时反应，不至于损坏整个装置的电铲铲齿监测装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供的一种电铲铲齿监测装置，包括运动部分、执行部分及控制部分；

运动部分包括气缸a、气缸b及耳座；气缸a设有磁性开关c、气缸加强环及磁性开关d；气缸a通过单耳环与耳座铰接，耳座固定在斗杆的加强筋上；气缸a下方设有导轨，导轨固定在气缸加强环上，导轨上设有导轨滑块接头；气缸b设有磁性开关a、磁性开关b；气缸b通过双肘接头与导轨滑块接头铰接，气缸b通过气缸基座固定在斗杆的加强筋上；

执行部分包括云台回转部、云台俯仰部、相机架、步进电机a及步进电机b；云台回转部通过云台基座固定在气缸a的前端，这里用螺母和止动垫圈固定防松，云台俯仰部固定在云台回转部的顶部，相机架固定在云台俯仰部的顶部；步进电机a固定于云台俯仰部的电机机座a，步进电机a通过联轴器a与云台俯仰部的输入端连接；步进电机b固定于云台回转部的电机机座b，步进电机b通过联轴器b与云台回转部的输入端连接；

所述控制部分包括电机驱动部分、气动控制部分；所述电机驱动部分包括可编程逻辑控制器、步进电机驱动器、功率放大板；所述可编程逻辑控制器与功率放大板连接，步进电机a、步进电机b分别通过一个步进电机驱动器与可编程逻辑控制器连接；所述气动控制部分包括空气压缩机，三位五通电磁换向阀a、b，单向节流阀a、b、c、d，安全阀a、b、c及气源调节装置；单向节流阀a、b分别连接气缸b的进/出气孔，单向节流阀a、b与三位五通电磁换向阀a连接；单向节流阀c、d分别连接气缸a的进/出气孔，单向节流阀c、d与三位五通电磁换向阀b连接；三位五通电磁换向阀a、b分别与气源调节装置、功率放大板连接；安全阀a位于单向节流阀a与三位五通电磁换向阀a之间，安全阀b位于单向节流阀b与三位五通电磁换向阀b之间；安全阀c位于三位五通电磁换向阀a、b与气源调节装置之间。

作为改进，相机架内设有红外热像仪。

作为改进，还包括辅助部分；辅助部分包括电磁吸盘、弹簧座、限位开关及刚性杆；刚性杆一端固定在气缸a的前端，刚性杆另一端为阶梯轴，阶梯轴的两端装入弹簧座内的滑块中，弹簧座内设有弹簧，限位开关固定在弹簧座上，弹簧座与电磁吸盘固定连接；电磁吸盘吸附在铲斗后壁沿上；限位开关与可编程逻辑控制器连接。

本发明的有益效果在于：本发明侧重于铲斗监测平台的结构，自动化程度较高，能够近距离且多角度的监测斗齿状况；辅助装置保证了装置整体的刚度，还能够应对连接杆断裂的情况，具有一定的自我保护能力，使装置运行更可靠。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为本发明执行部分的俯视图；

图3为本发明的a-a剖视图；

图4为本发明辅助部分的b-b剖视图；

图5为本发明气动控制部分气动回路连接示意图；

图6为本发明电机驱动部分电路连接示意图；

图中：1——云台回转部；2——云台俯仰部；3——相机架；4——步进电机a；5——步进电机b；6——云台基座；7——磁性开关c；8——气缸加强环；9——气缸a；10——磁性开关d；11——耳座；12——斗杆的加强筋；13——导轨；14——气缸基座；15——气缸b；16——磁性开关b；17——双肘接头；18——铲斗后壁沿；19——电磁吸盘；20——弹簧座；21——限位开关；22——刚性杆；23——联轴器a；24——电机机座a；25——电机机座b；26——联轴器b；27——磁性开关a；28——导轨滑块接头；29——弹簧；30——滑块；31——单向节流阀a；32——单向节流阀b；33——单向节流阀c；34——单向节流阀d；35——安全阀b；36——三位五通电磁换向阀b；37——安全阀c；38——气源调节装置；39——空气压缩机；40——安全阀a；41——三位五通电磁换向阀a。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作详细说明。

如图1—6所示，本发明提供的电铲铲齿监测装置，包括运动部分、辅助部分、执行部分及控制部分；

运动部分包括气缸a9、气缸b15及耳座11；所述气缸a9设有磁性开关c7、气缸加强环8及磁性开关d10；气缸a9通过单耳环与耳座11铰接，耳座11通过六角头螺栓、弹簧垫圈、六角螺母固定在双斗杆电铲斗杆的加强筋12上；气缸a9下方设有导轨13，导轨13通过螺栓、垫圈固定在气缸加强环8上，导轨13上设有导轨滑块接头28；所述气缸b15设有磁性开关a27、磁性开关b16；气缸b15通过双肘接头17与导轨滑块接头28铰接，气缸b15尾部设有气缸基座14，气缸基座14通过螺栓、垫圈、螺母固定在双斗杆电铲斗杆的加强筋12上；

辅助部分包括电磁吸盘19、弹簧座20、限位开关21及刚性杆22；刚性杆22一端通过螺母、止动垫圈固定在气缸a9的前端，刚性杆22另一端为阶梯轴，阶梯轴的两端装入弹簧座20内的滑块30中，弹簧座20内设有弹簧29，限位开关21通过螺钉固定在弹簧座20上，弹簧座20通过螺栓、弹簧垫圈固定在电磁吸盘19上；弹簧29起缓冲作用；电磁吸盘19通电后吸附在铲斗后壁沿18上；

所述执行部分包括云台回转部1、云台俯仰部2、相机架3、步进电机a4及步进电机b5；所述云台回转部1通过云台基座8固定在气缸a9的前端，云台俯仰部2固定在云台回转部1的顶部，相机架3固定在云台俯仰部2的顶部；所述步进电机a4通过螺栓固定于云台俯仰部2的电机机座a24，步进电机a4通过联轴器a23与云台俯仰部2的输入端连接；所述步进电机b5通过螺栓固定于云台回转部1的电机机座b25，步进电机b5通过联轴器b26与云台回转部1的输入端连接；相机架3内设有红外热像仪；

控制部分包括电机驱动部分、气动控制部分；电机驱动部分包括可编程逻辑控制器s7-200dc224、步进电机驱动器mad545e；步进电机a4、步进电机b5分别通过一个步进电机驱动器mad545e与可编程逻辑控制器s7-200dc224连接；气动控制部分包括空气压缩机39，三位五通电磁换向阀a41、b36，单向节流阀a31、b32、c33、d34，安全阀a40、b35、c37，气源调节装置38；单向节流阀a31与气缸b15的进气孔连接，单向节流阀b32与气缸b15的出气孔连接；单向节流阀a31、b32分别与三位五通电磁换向阀a41连接；单向节流阀c33与气缸a9的进气孔连接，单向节流阀d34与气缸a9的出气孔连接，单向节流阀c33、d34分别与三位五通电磁换向阀b36连接；三位五通电磁换向阀a41、b36分别与气源调节装置38连接，三位五通电磁换向阀a41、b36的电磁输入端1y、2y、3y、4y与功率放大板连接；安全阀a40位于单向节流阀a31与三位五通电磁换向阀a41之间，安全阀b35位于单向节流阀b33与三位五通电磁换向阀b36之间；安全阀c37位于三位五通电磁换向阀a41、b36与气源调节装置38之间；

可编程逻辑控制器通过输入信息输出到功率放大板去驱动三位五通电磁换向阀a41、b36换向；可编程逻辑控制器作为控制主机，需对使用的输入、输出端口进行供电，如图6所示，将l+、1l+、2l+和输入端的1m接入电源，将m、1m和2m端接地；按照使用情况将启动开关sb1和停止开关sb2与输入端i0.0和i0.1相接；将磁性开关a27、b16、c7、d10和限位开关21分别与可编程逻辑控制器的输入端i0.2、i0.3、i0.4、i0.5和i0.6相接；将q0.0和q0.2分别与步进电机a4的步进电机驱动器的pul+和dir+相接，中间接限流电阻防止电流过大，pul+接收脉冲信号，dir+接收方向信号，pul-和dir-接地；将q0.1和q0.3分别与步进电机b5的步进电机驱动器的pul+和dir+相接，中间接限流电阻防止电流过大，pul-和dir-接地；拨码开关用于细分调节，事先根据需要调节；两个步进电机驱动器电源端的v+接正极，gnd接负极；步进电机驱动器a+、b+、c+和d+按要求与步进电机a4和步进电机b5的a+、b+、c+和d+端相接；将q0.4、q0.5、q0.6和q0.7分别与功率放大板的i1、i2、i3和i4相接；功率放大板的com端接入电源用于驱动输入端；功率放大板的vcc和gnd按要求接入电源；三位五通电磁换向阀a41、b36的电磁输入端1y、2y、3y和4y接入功率放大板的o1、o2、o3和o4。

本发明电铲铲齿监测装置的工作过程如下：

（a）可编程逻辑控制器各输入/输出如图6所示与各部分接口相接。工作时先打开空气压缩机39，使气动回路通气，接着按下sb1启动装置，此时可编程逻辑控制器q0.5输出经功率放大板到2y，使三位五通电磁换向阀a41执行右位机能，气缸b15活塞杆伸出；当气缸b15到达行程后触发磁性开关a27，输入到i0.2，此时可编程逻辑控制器q0.7输出经功率放大板到4y三位五通换向阀b36执行右位机能，气缸a9活塞杆伸出；当气缸a9到达行程后触发磁性开关c7，输入到i0.4，此时可编程逻辑控制器q0.4输出功率放大板到1y，使三位五通换向阀a41执行左位机能，气缸b15活塞杆收回，于此同时由于气缸a9前端下降，辅助部分的电磁吸盘19靠近并附在铲斗后壁沿18处；当气缸b15活塞杆收回并触发磁性开关b16，输入到i0.3，此时可编程逻辑控制器q1.0输出到继电器，闭合电磁吸盘19的线圈使辅助部分固定与铲斗后壁沿18处，此时电铲监测装置完成工作状态，由于前端的支撑，气缸a9的活塞杆的径向受力大大减小，使装置的可靠性大大提高；

（b）sb2为结束工作控制键，按下后，输出端q1.0不再输出，继电器断电，延时后，可编程逻辑控制器q0.5输出经功率放大板到2y，使三位五通电磁换向阀a41执行右位机能，气缸b15活塞杆伸出；当气缸b15到达行程后触发磁性开关a27，输入到i0.2，此时可编程逻辑控制器q0.4输出经功率放大版到1y，使三位五通电磁换向阀b36执行左位机能，气缸a9活塞杆收回；当气缸a9活塞杆收回并触发磁性开关d10时，输入到i0.5，可编程逻辑控制器q0.4输出经功率放大板到1y，使三位五通电磁换向阀a41执行左位机能，气缸b15活塞杆收回；当气缸b15收回并触发磁性开关b16，输入到i0.3，此时可编程逻辑控制器输出端断电，装置收回工作完成；

（c）辅助部分如图4所示，考虑到铲斗工作时与斗杆的上连接杆可能会发生折断，导致铲斗下掉，此时，电磁吸盘19连着刚性杆22下拉，弹簧座20中有弹簧29，具有一定刚度，起到缓冲作用，当下拉到一定程度时，触发限位开关21，输入到i0.6，可编程逻辑控制器开始动作，其工作过程同步骤（b）按下sb2后的工作状况。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。