一种可模拟运煤工况的刮板机摩擦阻力试验装置及方法与流程

本发明涉及一种可模拟运煤工况的刮板机摩擦阻力试验装置及方法，属于矿井运输技术领域。

背景技术：

随着我国经济的持续稳步增长，能源需求不断上升，煤炭作为主体能源的地位在短时间内不会改变。刮板输送机作为采煤工作面关键设备“三机”之一，在很大程度上决定了煤炭的生产能力和作业效率，其正常运行与否直接决定着煤炭生产的经济效益。刮板输送机靠链条带动刮板在溜槽内运动,从而实现矿物的运输。中部槽内以煤为介质的刮板、链与中底板之间的多体摩擦力约占运行阻力的30％～40％，是造成能量消耗的重要原因。煤的湿度与粒度、中部槽的加工精度、铺设质量等是影响摩擦系数的重要因素，复杂工况下摩擦系数波动范围较大。如果对刮板机运行阻力评估不准，运行阻力大于超过电机负载，导致电机烧毁。此外运行链条的张紧力必须保持在一定范围内，运行阻力没有准确预估，预设的张紧力过大或过小，会导致跳链、卡链或断齿等事故的发生。因此，对刮板输送机运行阻力评估，对各部位摩擦阻力分析和减摩设计具有重要的意义。

刮输送机的总运行阻力绝大部分为摩擦阻力，摩擦阻力包括链、底板、刮板与槽帮等部位之间的相互摩擦。目前对刮板机运行摩擦阻力有一定程度的研究，但大多借助经验系数，不能应对各种复杂变化的工况；现阶段计算运行阻力的方法是用载货时电机输出减去空载时电机输出得到总运行阻力，这并不能揭示各种工况对不同部位运行摩擦阻力的影响关系；在运行阻力摩擦系数的研究上，采用的是当量摩擦系数，并没有把链与底板、刮板与槽帮等多体摩擦的摩擦系数分离开来。刮板输送机相关的试验装置有：专利号cn201610852686.6公开了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，通过模拟重载冲击下的工况，对刮板链的摩擦腐蚀进行监测；专利号cn201610621174.9公开了一种刮板输送机复杂运行工况的检测系统及方法，利用安装在刮板机上的惯性测量装置测量惯性力来分析刮板机的工况。刮板输送机的专利集中在新式刮板输送机、工况分析以及摩擦磨损试验上，暂未有人提出模拟刮板机各种工况下的各部位摩擦阻力试验装置，因此本发明提出一种刮板机摩擦阻力试验装置，能够模拟各种运煤工况，测出其运行阻力，并且能将刮板机各部位的摩擦阻力区分开来。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种可模拟运煤工况的刮板机摩擦阻力试验装置及方法，通过模拟出刮板输送机运煤时的各种工况，测得总运行阻力、刮板与中部板摩擦阻力、刮板与上槽帮摩擦阻力、刮板与下槽帮摩擦阻力等，进而分析刮板机运行时不同工况对运行阻力的影响以及摩擦阻力的分布情况，为刮板机的设计及摩擦学研究提供试验依据。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种可模拟运煤工况的刮板机摩擦阻力试验装置及方法，包括落煤模拟系统、倾斜模拟系统、张紧模拟系统、运输模拟系统、驱动系统及控制系统：

所述落煤模拟系统包括固定于地面上的起重支架、设于起重机架上可水平竖直移动的起重电机组、设于卷筒转轴上的角度传感器、设于钢丝绳上的力传感器、通过挂钩吊起的落煤仓、设于落煤仓下端的物料流量计、设于落煤仓底部的卸料闸门及设于实验台落煤处的落煤收集仓；

所述倾斜模拟系统包括实验台支架、千斤顶、与千斤顶对称安装的可锁导杆、安装在实验台转轴上的角度传感器，所述两个实验台支架、设于实验台右端的千斤顶及设于实验台左端的可锁导杆构成的四个支撑部件呈菱形布置，所述千斤顶一端固定于地面，另一端固定于实验台底部；

所述张紧模拟系统包括焊接固定在实验台上的张紧支架、安装在实验台上的矩形导轨、固定在张紧支架上的同步千斤顶，所述同步千斤顶上贴有应变片，所述同步千斤顶顶端顶入链轮支座的槽中。

所述运输模拟系统包括链轮支座、链轮、刮板链、刮板、上槽帮、中板及下槽帮，所述上槽帮、中板及下槽帮为中部槽的拆分，所述上槽帮支架、中板支架及下槽帮支架设有三维力传感器，所述上槽帮支架、中板支架及下槽帮支架通过焊接固定于实验台底座上，所述上槽帮和中板有很小的间隙，所述刮板凹槽中嵌入无线应力传感器。

所述驱动系统包括电动机、联轴器a、减速器、联轴器b、转矩转速传感器、制动器，所述电动机、联轴器b、减速器、联轴器a、转矩转速传感器b、主动链轮依次连接，所述制动器、转矩转速传感器、从动链轮依次连接。

所述的控制系统主要包括计算机、工控软件，计算机处理显示各传感器所采集的参数，在计算机上通过操作工控软件控制电动机的转速、同步千斤顶的张紧力、千斤顶的伸出长度、落煤仓卸料闸门的开度及起重机组的启停，进而改变各传感器的读数。

进一步，所述角度传感器a、角传感器b、力传感器、物料流量计、应变片、三维力传感器、转矩转速传感器a、转矩转速传感器b通过各自的信号采集器连接计算机，无线应力传感器通过无线信号接收器连接计算机。

进一步，包括如下环节：

a)计算机控制的同步千斤顶伸出，顶住两个链轮支座在矩形导轨上滑动实现同步张紧，当千斤顶上应变片测得张紧力达到预设值后，同步千斤顶自锁。

b)计算机控制的千斤顶顶住实验台底座，使实验台底座以实验台支架上部转轴为圆心转动，当角度传感器测得实验台倾斜角度达到预设值以后，千斤顶与可锁导杆自锁，实验台固定住，可模拟刮板机的运行倾斜角度。

c)运行驱动电机使链轮转动，通过转速转矩传感器可测得链轮的转速和转矩，计算可得刮板链空载或满载时的运行阻力；利用变频调速器可调节主动链轮的转速，利用制动器可进行制动。

d)计算机控制的起重机组可实现落煤仓的竖直与水平方向移动，可以模拟出不同的落煤位置与高度，当落煤仓煤耗尽时可以与收集仓交换；角度传感器、力传感器和物料流量计通过信号采集器连接计算机，可测得落煤的高度、重量与流量。

e)安装在上槽帮支架、中板支架、下槽帮支架上的三维力传感器通过信号采集器连接计算机，可测得各部件所受的竖直方向压力与水平方向的摩擦力；刮板上嵌入的无线应力传感器通过无线信号接收器连接计算机，可测得刮板所受的压力与摩擦力。

改变a)-d)中的参数，可实现对不同工况的模拟，然后利用e)可测得不同工况下的刮板机各部位所受的摩擦力。

有益效果

本发明可模拟出落煤位置、高度、大小、运行倾斜角度、张紧、转速等不同工况下的刮板链运行状况，对于研究不同工况对刮板输送机摩擦阻力的影响具有重要意义；采用分体式的中部槽，能够分别测得刮板输送机的上行阻力与下行阻力，和链刮板对中板的摩擦、煤刮板对上槽帮的摩擦，以及煤对刮板的摩擦，所得数据可用来分析各部位摩擦力在总运行阻力所占据的比例，为刮板链的多体摩擦学研究和减摩设计提供试验依据。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为本发明的实验台部位半剖视图；

图3为本发明的实验台部位俯视图；

图4为图2中a-a的剖视图；

图5为控制结构示意图；

图中：1、起重支架；2、千斤顶；3、角度传感器a；4、试验台支架；5、可锁导杆；6、落煤收集仓；7、起重机组；8、角度传感器b；9、力传感器；10、落煤仓；11、物料流量计；12、卸料闸门；13、实验台底座；14、矩形导轨；15、应变片；16、同步千斤顶；17、张紧支架；18、刮板链；19、刮板；20、链轮支座；21、制动器；22、转矩转速传感器a；23、链轮；24、转矩转速传感器b；25、联轴器a；26、减速器；27、联轴器b；28、电动机；29、上槽帮；30、上槽帮支架；31、三维力传感器；32、中板支架；33、下槽帮支架；34、下槽帮；35、中板；36、无线应力传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3、图4及图5所示的一种可模拟运煤工况的刮板机摩擦阻力试验装置及方法，包括落煤模拟系统、倾斜模拟系统、张紧模拟系统、运输模拟系统、驱动系统、控制系统：

所述落煤模拟系统包括固定于地面上的起重支架1、设于起重机架上可水平竖直移动的起重电机组7、设于卷筒转轴上的角度传感器8、设于钢丝绳上的力传感器9、通过挂钩吊起的落煤仓10、设于落煤仓下端的物料流量计11、设于落煤仓10底部的卸料闸门12及设于实验台落煤处的落煤收集仓6；

所述倾斜模拟系统包括实验台支架4、千斤顶2、与千斤顶2对称安装的可锁导杆5、安装在实验台转轴上的角度传感器3，所述两个实验台支架4、设于实验台右端的千斤顶2及设于实验台左端的可锁导杆5构成的四个支撑部件呈菱形布置，所述千斤顶2一端固定于地面，另一端固定于实验台底部13；

所述张紧模拟系统包括焊接固定在实验台上的张紧支架17、安装在实验台上的矩形导轨14、固定在张紧支架17上的同步千斤顶16，所述同步千斤顶上16贴有应变片15，所述同步千斤顶16顶端顶入链轮支座20的槽中。

所述运输模拟系统包括链轮支座20、链轮23、刮板链18、刮板19、上槽帮29、中板35及下槽帮34，所述上槽帮29、中板35及下槽帮34为刮板链18中部槽的拆分，所述上槽帮支架30、中板支架32及下槽帮支架33设有三维力传感器31，所述上槽帮支架30、中板支架32及下槽帮支架33通过焊接固定于实验台底座13上，所述上槽帮29和中板35有很小的间隙，所述刮板19凹槽中嵌入无线应力传感器36。

所述驱动系统包括电动机28、联轴器27、减速器26、转矩转速传感器24、制动器21，所述电动机28、联轴器b27、减速器26、联轴器a25、转矩转速传感器b24、主动链轮23依次连接，所述制动器21、转矩转速传感器22、从动链轮23依次连接。

所述的控制系统主要包括计算机、工控软件，计算机处理显示各传感器所采集的参数，在计算机上通过操作工控软件控制电动机28的转速、同步千斤顶16的张紧力、千斤顶2的伸出长度、落煤仓卸料闸门12的开度及起重机组7的启停，进而改变各传感器的读数。

进一步，所述角度传感器a3、角传感器b8、力传感器9、物料流量计11、应变片15、三维力传感器31、转矩转速传感器a22、转矩转速传感器b24通过各自的信号采集器连接计算机，无线应力传感器36通过无线信号接收器连接计算机。

实施例1：

该可模拟运煤工况的刮板机摩擦阻力试验装置及方法，其操作环节如下：

a)计算机控制的同步千斤顶16伸出，顶住两个链轮23支座20在矩形导轨14上滑动实现同步张紧，当千斤顶2上应变片15测得张紧力达到预设值后，同步千斤顶16自锁。

b)计算机控制的千斤顶2顶住实验台底座13，使实验台底座13以实验台支架4上部转轴为圆心转动，当角度传感器3测得实验台倾斜角度达到预设值以后，千斤顶2与可锁导杆5自锁，实验台固定住，可模拟刮板机的运行倾斜角度。

c)运行驱动电机28使链轮23转动，通过转速转矩传感器24可测得链轮23的转速和转矩，计算可得刮板链18空载或满载时的运行阻力；利用变频调速器可调节主动链轮23的转速，利用制动器21可进行制动。

d)计算机控制的起重机组7可实现落煤仓10的竖直与水平方向移动，可以模拟出不同的落煤位置与高度，当落煤仓10煤耗尽时可以与收集仓6交换；角度传感器8、力传感器9和物料流量计11通过信号采集器连接计算机，可测得落煤的高度、重量与流量。

e)安装在上槽帮支架30、中板支架32、下槽帮支架33上的三维力传感器31通过信号采集器连接计算机，可测得各部件所受的竖直方向压力与水平方向的摩擦力；刮板19上嵌入的无线应力传感器36通过无线信号接收器连接计算机，可测得刮板19所受的压力与摩擦力。

改变a)-d)中的参数，可实现对不同工况的模拟，然后利用e)可测得不同工况下的刮板机各部位所受的摩擦力。

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。