振动冲击下重载刮板输送机链轮摩擦疲劳监测装置及方法与流程

本发明涉及矿业技术领域，具体涉及一种振动冲击工况下重载刮板输送机链轮摩擦疲劳断裂实验监测装置及方法。

背景技术：

综采技术是当今最先进的井下开采技术，而刮板输送机是关键的综采设备之一，它不仅起着煤炭运输作用，同时也是采煤机的运行轨道。随着综采技术的不断发展，以及矿井的大型化与深层化，刮板输送机不断向大功率、长运距以及高链速方向发展，即重载刮板输送机。一旦重载刮板输送机因故障失效，将导致采煤工作面的停产，进而导致大型煤矿的重大经济损失。

作为重载刮板输送机的核心部件，链轮处于时变、耦合、重载等复杂恶劣工作环境中。与链轮等共同组成刮板输送机传动系统的圆环链由于链传动的多边形效应导致链速变化，进而导致惯性引起的动载荷；刮板输送机运行过程中货载量变化(空载、满载或超载)也会引起圆环链上的动载荷；采煤过程中由于溜槽对口错位或煤块落在圆环链上等原因，导将致圆环链的冲击载荷或者卡链，因此圆环链承受动载荷及冲击载荷，进而使与之配合的链轮承受振动与冲击载荷；过大的冲击载荷将会导致链轮过载断齿，长时间工作在振动冲击载荷下链轮将发生疲劳断齿。刮板输送机链轮与圆环链相配合时，由于链与链轮间存在煤粒等颗粒形成三体磨损；在摩擦条件较差环境下，平环会与链窝产生摩擦进而导致磨损。在刮板输送机超载、链轮制造时淬火差将会导致链轮齿面压溃。断齿、磨损、齿面压溃是实际工况下重载刮板输送机链轮主要失效形式，一旦链轮出现以上问题，刮板输送机必须停产，从而影响整个煤矿经济效益。因此，研究重载刮板输送机链轮在振动冲击工况下的摩擦磨损、断裂和疲劳寿命对重载刮板输送机设计及维护具有重要意义。

刮板输送机相关的实验装置有：专利号CN201410503491.1公开了一种刮板输送机断链检测方法，能够判定刮板输送机圆环链是否发生断链,专利号CN201520570177.5公开了一种链轮材料磨损实验装置,能够完成多次横向磨损,更接近于实际生产中与圆环链的磨损关系。专利号CN201420187267.1公开了一种监测链条错位和刮板歪斜以及尾轮转动速度不均匀的实验装置，然而，暂未有人提出一种能够模拟振动冲击工况下，刮板输送机链轮摩擦疲劳断裂实验监测装置及方法。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种振动冲击工况下重载刮板输送机链轮摩擦疲劳断裂实验监测装置及方法，模拟实际刮板输送机链轮振动冲击工作环境，能够测量链轮磨损，同时动态监测链轮轮齿应力、链轮是否断裂、链轮转速及转矩、圆环链张紧力。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种振动冲击下重载刮板输送机链轮摩擦疲劳监测装置，包括基架、驱动系统、圆环链张紧系统、冲击加载系统、煤泥洒落系统和监测系统：

所述基架包括底板、固定在底板上的低速伺服电动机支座、机头架、第一矩形导轨、第二矩形导轨、煤泥洒落系统支架、与第一导轨配合的滑块、固定在滑块上的冲击加载系统支架、与第二导轨配合的机尾架；

所述驱动系统包括固定于电动机支座上的低速伺服电动机、调控低速伺服电动机转速的变频器、连接低速伺服电动机输出轴与扭矩传感器的第一低速联轴器、连接扭矩传感器与传动轴一端的第二低速联轴器、设置在机头架上并与传动轴另一端连接的滚筒A、与滚筒A通过键连接的主动链轮、设置在机尾架上的滚筒B、与滚筒B通过键连接的从动链轮、缠绕在主动链轮和从动链轮上的圆环链；

所述圆环链张紧系统包括设置在机头架与机尾架之间的圆环链张紧系统支架、水平电动缸，圆环链张紧系统支架顶面设有衬垫，衬垫贴近圆环链内侧面，水平电动缸活塞杆连接机尾架；

所述冲击加载系统包括固定于冲击加载系统支架上的垂直电动缸，垂直电动缸活塞杆连接冲击板，冲击板贴近圆环链外侧面；

所述煤泥洒落系统包括固定于煤泥洒落系统支架上的筛网、固定在筛网上的激振器；

所述监测系统包括连接第一低速联轴器、第二低速联轴器的扭矩传感器、贴近第二低速联轴器的霍尔传感器、设置在主动链轮一侧的超声波探头、设置在主动链轮齿根处的第一应变片组、由胶带固定在滚筒A上并与主动链轮同步转动的无线发射元件、设置在水平电动缸活塞杆上的第二应变片组。

进一步的，所述电动缸活塞杆上套有圆盘，圆盘一侧与冲击板固定，圆盘一侧与电动缸之间设有弹簧。

进一步的，所述低速伺服电动机输出轴与第一低速联轴器之间通过第一平键连接，第一低速联轴器与扭矩传感器之间通过第二平键连接，扭矩传感器与第二低速联轴器之间通过第三平键连接，第二低速联轴器与传动轴之间通过第四平键连接。

根据上述监测装置的振动冲击下重载刮板输送机链轮摩擦疲劳监测方法，包括如下步骤：

a)由计算机控制圆环链张紧系统的水平电动缸活塞杆伸出，通过第二应变组测出圆环链张紧力，达到预先设定张紧力值后停止水平电动缸活塞杆动作；

b)运行低速伺服电动机带动主动链轮转动，经由霍尔传感器测得主动链轮转速，通过变频器控制低速伺服电动机，使主动链轮达到预期转速；

c)开启激振器，使筛网内煤泥水混合物落至主动链轮上；

d)开启冲击加载系统的垂直电动缸，通过垂直电动缸活塞杆伸出对圆环链施加载荷，通过控制其加载频率，实现对主动链轮不同频率冲击载荷的施加；

e)通过扭矩传感器测得主动链轮驱动力矩，由第一应变片组测得主动链轮齿根受力，若测得结果小于设定值，则判断主动链轮齿根处出现断裂；

f)一段时间后停止低速伺服电动机、水平电动缸、激振器、垂直电动缸，由超声波探头对主动链轮进行探伤，检测主动链轮疲劳损伤情况，通过测量主动链轮相邻两链窝间距离，实现主动链轮磨损监测；

g)移动滑块至不同位置，重复步骤a)～f)，对不同冲击位置处刮板输送机链轮进行摩擦疲劳断裂实验监测。

有益效果：本发明可以模拟重载刮板输送机链轮在工作环境下的摩擦疲劳断裂行为，能够监测链轮疲劳损伤及链轮磨损情况，同时动态监测链轮上的驱动力矩、链轮齿根处应力，从而实现重载刮板输送机链轮摩擦疲劳断裂的定量表征和寿命预测，对复杂运行环境中重载刮板输送机链轮的安全可靠运行具有重要的指导意义。

附图说明

图1为本发明监测装置的主视图；

图2为本发明监测装置的俯视图；

图3为第一应变片组、无线发射元件的安装示意图；

图4为图1中A-A剖视图；

图中1—底座；2—煤泥洒落系统支架；3—激振器；4—筛网；5—衬垫；6—冲击板；7—圆盘；8—弹簧；9—垂直电动缸；10—冲击加载系统支架；11—圆环链；12—第二应变片组；13—机尾架；14—第二矩形导轨；15—圆环链张紧系统支架；16—滑块；17—水平电动缸；18—第一矩形导轨；19—低速伺服电动机支座；20—机头架；21—超声波探头；22—第一应变片组；23—滚筒A；24—主动链轮；25—扭矩传感器；26—第二平键；27—第三平键；28—第四平键；29—霍尔传感器；30—从动链轮；31—滚筒B；32—胶带；33—无线发射元件；34—传动轴；35—第二低速联轴器；36—第一低速联轴器；37—低速伺服电动机；38—第一平键。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1至4所示，本发明的一种振动冲击下重载刮板输送机链轮摩擦疲劳监测装置，包括基架、驱动系统、圆环链张紧系统、冲击加载系统、煤泥洒落系统和监测系统。

所述基架包括底板1、固定在底板1上的低速伺服电动机支座19、机头架20、第一矩形导轨18、第二矩形导轨14、煤泥洒落系统支架2、与第一导轨配合18的滑块16、固定在滑块16上的冲击加载系统支架10、与第二导轨14配合的机尾架13。

所述驱动系统包括固定于电动机支座19上的低速伺服电动机37、调控低速伺服电动机37转速的变频器、连接低速伺服电动机37输出轴与扭矩传感器25的第一低速联轴器36、连接扭矩传感器25与传动轴34一端的第二低速联轴器35、设置在机头架20上并与传动轴34另一端连接的滚筒A23、与滚筒A23通过键连接的主动链轮24、设置在机尾架13上的滚筒B31、与滚筒B31通过键连接的从动链轮30、缠绕在主动链轮24和从动链轮30上的圆环链11。其中，所述低速伺服电动机输出轴37与第一低速联轴器36之间通过第一平键38连接，第一低速联轴器36与扭矩传感器25之间通过第二平键26连接，扭矩传感器25与第二低速联轴器35之间通过第三平键27连接，第二低速联轴器35与传动轴34之间通过第四平键28连接。

所述圆环链张紧系统包括设置在机头架20与机尾架13之间的圆环链张紧系统支架15、水平电动缸17，圆环链张紧系统支架15顶面设有衬垫5，衬垫5贴近圆环链11内侧面，水平电动缸17活塞杆连接机尾架13。

所述冲击加载系统包括固定于冲击加载系统支架10上的垂直电动缸9，垂直电动缸9活塞杆连接冲击板6，冲击板6贴近圆环链11外侧面。所述电动缸17活塞杆上套有圆盘7，圆盘7一侧与冲击板6固定，圆盘7一侧与电动缸17之间设有弹簧8。通过弹簧8、圆盘7防止冲击板6发生偏斜；通过计算机控制垂直电动缸9活塞杆的伸缩实现对圆环链29的冲击，进而对主动链轮24产生冲击载荷。

所述煤泥洒落系统包括固定于煤泥洒落系统支架2上的筛网4、固定在筛网4上的激振器3。

所述监测系统包括连接第一低速联轴器36、第二低速联轴器35的扭矩传感器25、贴近第二低速联轴器35的霍尔传感器29、设置在主动链轮24一侧的超声波探头21、设置在主动链轮24齿根处的第一应变片组22、由胶带32固定在滚筒A23上并与主动链轮24同步转动的无线发射元件33、设置在水平电动缸17活塞杆上的第二应变片组12。扭矩传感器25可实现动态监测低速伺服电动机37传递至主动链轮24扭矩大小；霍尔传感器29可实现滚筒A23转速动态监测，进而动态监测链轮主动24转速；第一应变片组22可实现对主动链轮24齿根处动态应力监测，监测结果由无线发射元件33发送至接收器；第二应变片组12可实现圆环链11张紧力的实时监测；超声波探头21可实现对主动链轮24裂纹检测。

根据上述监测装置的振动冲击下重载刮板输送机链轮摩擦疲劳监测方法，包括如下步骤：

a)由计算机控制圆环链张紧系统的水平电动缸17活塞杆伸出，通过第二应变组12测出圆环链29张紧力，达到预先设定张紧力值后停止水平电动缸17活塞杆动作；

b)运行低速伺服电动机37带动主动链轮24转动，经由霍尔传感器29测得主动链轮24转速，通过变频器控制低速伺服电动机37，使主动链轮24达到预期转速；

c)开启激振器3，使筛网4内煤泥水混合物落至主动链轮24上；

d)开启冲击加载系统的垂直电动缸9，通过垂直电动缸9活塞杆伸出对圆环链11施加载荷，通过控制其加载频率，实现对主动链轮24不同频率冲击载荷的施加；

e)通过扭矩传感器25测得主动链轮24驱动力矩，由第一应变片组22测得主动链轮24齿根受力，若测得结果小于设定值，则判断主动链轮24齿根处出现断裂；

f)一段时间后停止低速伺服电动机37、水平电动缸17、激振器3、垂直电动缸9，由超声波探头21对主动链轮24进行探伤，检测主动链轮24疲劳损伤情况，通过测量主动链轮24相邻两链窝间距离，实现主动链轮24磨损监测；

g)移动第一滑块16至不同位置，重复步骤a)～f)，对不同冲击位置处刮板输送机链轮进行摩擦疲劳断裂实验监测。

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和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。