一种刮板输送机健康监测系统及监测方法

本发明属于井下设备监测技术领域，更具体地说，涉及一种刮板输送机健康监测系统及监测方法。

背景技术：

综采工作面的设备在运行过程中,刮板输送机的液压支架不断推移中部槽，因此哑铃销会受到两相邻中部槽的拉力，由于两相邻中部槽推移不同步，哑铃销在推移的过程中，除了受到轴向拉力外，还要受到因相邻两节溜槽推移不同步而产生的剪应力，这些作用力极易造成中部槽和哑铃销的磨损和断裂，严重时会导致中部槽连接错位或脱开，造成中部槽连接失效，给刮板运输机的正常工作带来隐患。

由于中部槽之间的不同步、非直线或存大错位等情况会导致哑铃销的受力或者位置同步变化，因此，通过哑铃销形变的监测，可以实现对刮板机健康状态进行监测分析，提高煤矿井下刮板机使用的安全性和可靠性。

目前，综采工作面矿井生产过程，对于中部槽联接哑铃销断裂故障的检测依然沿用传统的人工辨别的方式，中部槽无明显的错位或脱开时，很难通过人工辨别出并及时更换断裂的哑铃销，存在巨大安全隐患。

经检索，中国专利公开号：cn105509693a；公开日：2016年4月20日；公开了一种移动式中部溜槽检测装置及其应用，该装置在保护壳的一侧设置信息处理装置和电动机，保护壳的一端连接行走装置，另一端连接基座，在基座上设置垂直偏移检测机构、哑铃销检测机构及水平偏移检测机构，电动机与行走装置连接，垂直偏移检测机构、水平偏移检测机构及哑铃销检测机构均与信息处理装置电连接。该申请案通过垂直偏移检测机构、水平偏移检测机构及哑铃销检测机构对溜槽的偏移量及哑铃销的脱落断裂情况进行检测，相比于人工辨别，检测结果增加准确，但该申请案检测时，需要在刮板机相应位置上加装诸多检测机构，安装、布线麻烦，且刮板机使用时复杂的工况环境，容易使该申请案的各检测机构产生误判，导致得出错误结论。

另，中国专利公开号：cn105059869a；公开日：2015年11月18日；公开了一种刮板输送机哑铃销断裂检测系统及方法，该系统包括刮板输送机、无线测距装置、无线通讯设备、支架控制器和监控中心；无线测距装置安装在刮板输送机溜槽铲煤板槽帮上，有激光测距仪和反射靶板，检测任意两相邻溜槽的相对位移；无线通讯设备实现无线测距装置和支架控制器的通信，将激光测距仪的位移数据以无线传输方式传至支架控制器；支架控制器控制刮板输送机溜槽的动作；监控中心与支架控制器电气连接，可将任意相邻溜槽相对位移数据进行存储处理。该申请案实现检测功能在刮板机加装的结构件不多，实现相对容易，检测周期短，但仍无法有效排除井下复杂环境及刮板机使用时的振动等因素对检测结果准确性的影响。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题至少之一，根据本发明的一方面，提供了一种刮板输送机健康监测系统，包括：

哑铃销，其两端均沿径向凸起形成有圆环凸台；

还包括：

固定座一，其固定于哑铃销一端圆环凸台上；

点光源模块，其与固定座一连接，点光源模块发出点光照；

固定座二，其固定于哑铃销另一端圆环凸台旁侧，固定座二上设有遮光板，其正对点光源模块，遮光板上贯穿开设若干通光孔；

监测模块，其包括下位机处理单元和光敏电阻，下位机处理单元与固定座二固定连接，光敏电阻有若干个，分别设于遮光板远离点光源模块一侧的各通光孔处，各光敏电阻与下位机处理单元电连接；

下位机处理单元监测各光敏电阻对应电路的通断。

根据本发明实施例的刮板输送机健康监测系统，可选地，所述固定座一包括：

基座一，其固定连接于哑铃销一端圆环凸台边缘；

防爆盒，其于基座一连接；

电池一，其固定连接于防爆盒中。

根据本发明实施例的刮板输送机健康监测系统，可选地，所述点光源模块包括：

led发光二极管，其发出光照，通过绝缘电线与电池一电连接；

遮光套筒，其套设于led发光二极管四周，遮光套筒朝向遮光板的一端留有开口。

根据本发明实施例的刮板输送机健康监测系统，可选地，所述点光源模块还包括：

长圆筒，其为两端开口的中空圆柱状，一端可拆卸插接于防爆盒上，另一端朝向遮光板布置；

所述led发光二极管固定于长圆筒另一端，绝缘电线穿过长圆筒内部与电池一电连接。

根据本发明实施例的刮板输送机健康监测系统，可选地，所述遮光板远离点光源模块的一侧固定有防爆透明玻璃，各光敏电阻固定于防爆透明玻璃上。

根据本发明实施例的刮板输送机健康监测系统，可选地，所述固定座二还包括保护罩，其罩设于遮光套筒外侧，保护罩一端与遮光板固定，另一端开设有供长圆筒穿过的让位孔。

根据本发明实施例的刮板输送机健康监测系统，可选地，所述长圆筒另一端的端部径向凸起形成有限位凸起，限位凸起的直径大于保护罩上让位孔孔径。

根据本发明实施例的刮板输送机健康监测系统，可选地，所述监测模块还包括：

电池二，其固定于固定座二上，为监测模块其他用电结构供电；

信号传输模块，其传输下位机处理单元监测的信息；

声光报警器，其与下位机处理单元信号连接，下位机处理单元监测到所有光敏电阻电路均断开时，声光报警器启动，发出警报。

根据本发明的另一方面，提供了一种刮板输送机健康监测方法，步骤如下：

一、系统安装调试，将刮板输送机健康监测系统安装固定，打开电池一电源开关，点光源模块的led发光二极管发出光照，选择合适的遮光套筒直径及长圆筒长度，使遮光板上产生的圆形光斑直径d大于任意两相邻两通光孔间的直线间距l，并调节使圆形光斑对准遮光板正中心；

二、哑铃销断裂监测：哑铃销拉长变形断裂会导致点光源发生模块与遮光板的距离变大，哑铃销断裂后，在保护罩与限位凸起限位下，长圆筒与防爆盒脱离连接，绝缘电线与电池一脱离连接，led发光二极管失电，圆形光斑消失，各光敏电阻处均无光照，下位机处理单元监测到各光敏电阻处电路断开，通过信号传输模块发送哑铃销断裂信号至信号接收模块，进而反馈给上位机，同时触发声光报警器，进行报警；

三、哑铃销异常弯曲监测：哑铃销受到弯曲应力变形后，两端圆环凸台相对位置发生变化，导致点光源发生模块在遮光板上产生的圆形光斑位置改变，从而导通圆形光斑对应通光孔位置处的光敏电阻电路，下位机处理单元监测导通电路获取对应光敏电阻的位置信息，从而对哑铃销的弯曲状态进行判断，通过信号传输模块发送哑铃销弯曲状态信号至信号接收模块，进而反馈给上位机系统。

根据本发明实施例的刮板输送机健康监测方法，可选地，在进行哑铃销异常弯曲监测时，下位机处理单元监测到电路连续导通时长超过三秒后，获取对应光敏电阻位置信息，对哑铃销的弯曲状态进行判断，若电路连续导通时长不足三秒，则下位机处理单元不做响应。

有益效果

相比于现有技术，本发明的方案至少具备如下有益效果：

本发明的刮板输送机健康监测系统，结构简单，可以方便快速的对刮板输送机相应位置处进行改装，本发明的刮板输送机健康监测系统，通过对哑铃销的形变的监测，可以实现对中部槽的水平和竖直两个维度的直线度自动监测，同时还可以实现对哑铃销断裂的自动监测和预警；且本发明的监测系统耗能少，提高了各电池的工作时长，降低了更换电池的频率，监测和维护成本低；本发明的监测方法进行监测时，采用了机械触碰触发，及延时判别，可以有效消除误判断，减少误动作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。

图1示出了本发明的刮板输送机健康监测系统示意图；

图2示出了本发明的遮光板平面示意图；

图3示出了本发明的光敏电阻电路及接线示意图；

图4示出了本发明的刮板输送机健康监测系统工作流程图；

附图标记：

1、哑铃销；10、圆环凸台；

2、固定座一；20、基座一；21、防爆盒；22、电池一；

3、点光源模块；30、led发光二极管；300、绝缘电线；31、遮光套筒；32、长圆筒；33、限位凸起；

4、固定座二；40、基座二；41、遮光板；410、通光孔；42、防爆透明玻璃；43、保护罩；430、让位孔；

5、监测模块；50、下位机处理单元；51、光敏电阻；52、电池二；53、信号传输模块；54、声光报警器；

6、信号接收模块；

7、上位机系统。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“一”、“二”、“另一”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。

实施例1

本实施例的刮板输送机健康监测系统，包括：

哑铃销1，其两端均沿径向凸起形成有圆环凸台10；

还包括：

固定座一2，其固定于哑铃销1一端圆环凸台10上；

点光源模块3，其与固定座一2连接，点光源模块3发出点光照；

固定座二4，其固定于哑铃销1另一端圆环凸台10旁侧，固定座二4上设有遮光板41，其正对点光源模块3，遮光板41上贯穿开设若干通光孔410；

监测模块5，其包括下位机处理单元50和光敏电阻51，下位机处理单元50与固定座二4固定连接，光敏电阻51有若干个，分别设于遮光板41远离点光源模块3一侧的各通光孔410处，各光敏电阻51与下位机处理单元50电连接；

下位机处理单元50监测各光敏电阻51对应电路的通断。

刮板输送机上哑铃销1的两端分别安装于两相邻的中部槽中，哑铃销1的状态反映出了两相邻中部槽间的连接位置关系，进而决定着刮板输送机是否能正常工作，仅通过人工辨识哑铃销是否弯曲变形或断裂，效率低，且辨识结果可靠性差；在刮板输送机上加装相应的监测设备，监测效率会远高于人工辨识，但是监测设备的成本、安装难易程度，以及复杂工况环境下对监测结果的影响，均是目前的哑铃销监测系统所面临的问题，针对此，本申请设计了一种刮板输送机健康监测系统，旨在解决上述问题。

如图1所示，本实施例中，固定座一2固定在非铲煤板侧的哑铃销1一端圆环凸台10上，固定座二4固定在另一侧圆环凸台10上，哑铃销1形变时，两端圆环凸台10的相对位置会发生变化，从而固定在圆环凸台10的固定座一2位置相对于哑铃销1另一侧的固定座二4发生位置变化，此时，连接在固定座一2上的点光源模块3发出的点光照在固定座二4遮光板41上的位置会发生变化。

固定座二4包括基座二40，基座二40呈一端开口的箱式结构，侧面与哑铃销1另一端的圆环凸台10的侧面固定连接，遮光板41固定于基座二40的开口端；监测模块5固定在固定座二4的基座二40中，与基座二40及遮光板41保持相对静止，其中下位机处理单元50固定连接在基座二40内部壁面，光敏电阻51固定在遮光板41的各通光孔410处，每个光敏电阻51都对应配有一个光感电路，每个光感电路都与下位机处理单元50连接，进一步地，监测模块5还包括电池二52，其对下位机处理单元50及光感电路供电。

光敏电阻51的特性是有光照时电阻减小，无光照时电阻趋于无限大，利用此特性，通光孔410中有光照通过时，对应位置的光敏电阻51所对应的光感电路导通，哑铃销1形变时，光照在遮光板41上的位置会发生变化，进而会使不同位置的光敏电阻51受到光照，下位机处理单元50可监测各路光感电路的导通情况，从而获知光照通过通光孔410的位置，进而对比初始光照位置，判断出哑铃销1的形变状态，根据哑铃销1的形变状态即可判断出两个中部槽是否错位，是水平错位还是竖直错位。

进一步地，监测模块5还包括信号传输模块53，用于将下位机处理单元50的监测信息传输发送；本实施例的监测系统还包括信号接收模块6与上位机系统7，信号接收模块6接收监测模块5发出的信息并呈现至上位机系统7中，上位机系统7为计算机，且具有显示界面，能将监测结果呈现给用户，便于用户明确得知被监测刮板输送机的健康状态。

实施例2

本实施例的刮板输送机健康监测系统，在实施例1的基础上做进一步改进，所述固定座一2包括：

基座一20，其固定连接于哑铃销1一端圆环凸台10边缘；

防爆盒21，其于基座一20连接；

电池一22，其固定连接于防爆盒21中。

如图1所示，本实施例中，基座一20呈板状，防爆盒21为中空盒体，一侧面与基座一20连接，电池一22固定连接在防爆盒21中，本实施例中电池一22为常开防爆蓄电电源，能够持续为与之连接的点光源模块3供电，防爆盒21结构能对其中的电池一22及电连接结构提供有效的防护。

实施例3

本实施例的刮板输送机健康监测系统，在实施例2的基础上做进一步改进，所述点光源模块3包括：

led发光二极管30，其发出光照，通过绝缘电线300与电池一22电连接；

遮光套筒31，其套设于led发光二极管30四周，遮光套筒31朝向遮光板41的一端留有开口。

如图1所示，点光源模块3由一个低功耗的led发光二极管30配合遮光套筒31，实现了在遮光板41处圆形点光斑的产生，以减少光线发散，降低对非正对点光斑处光敏电阻51电路的导通，电池一22通过两根绝缘电线300对led发光二极管30供电。

进一步地，本实施例中遮光套筒31初始位置时距离遮光板41两厘米，可有效减少光线发散，初始位置时，圆形点光斑正对遮光板41中心。

如图2所示，本实施例的遮光板41上的通光孔410有十六个，呈4×4的方形阵列布置，每个通光孔410处的光敏电阻51均进行编号，每个通光孔410处的光敏电阻51的一端加有5v电压的正极，另一端连接到下位机处理单元50的p0.1~p0.7和p1.0~p1.7对应的16个输入端口，如图3所示，下位机处理单元50通过高低电平的判断即可实现对导通电路光敏电阻51编号的获取，从而得知点光斑位置，进而判断哑铃销1的形变状态。

实施例4

本实施例的刮板输送机健康监测系统，在实施例3的基础上做进一步改进，所述光敏电阻51的敏感阈值为led发光二极管直射光照强度的1/3，超过此阈值的光照强度，光敏电阻51所处感光电路导通，低于此阈值的光照强度，处理为无光照，感光电路不导通。

通过本实施例的设置，能有效减少光照发散对监测结果的影响，使得监测模块5能更准确有效的监测判断哑铃销1的形变信息。

实施例5

本实施例的刮板输送机健康监测系统，在实施例4的基础上做进一步改进，所述点光源模块3还包括：

长圆筒32，其为两端开口的中空圆柱状，一端可拆卸插接于防爆盒21上，另一端朝向遮光板41布置；

所述led发光二极管30固定于长圆筒32另一端，绝缘电线300穿过长圆筒32内部与电池一22电连接。

如图1所示，在防爆盒21朝向遮光板41的侧面中部开设插接孔，长圆筒32的一端可拆卸插接于插接孔中，led发光二极管30固定在长圆筒32另一端悬空端，绝缘电线300穿过长圆筒32内部中空后与电池一22连接，保护连接电路，更具体地说，本实施例中长圆筒32轴线与哑铃销1中心轴线相互平行，遮光板41与哑铃销1中心轴线垂直，长圆筒32悬空端端面初始时距遮光板41五厘米。

通过长圆筒32的设置，利用了杠杆原理，哑铃销1的形变在长圆筒32的作用下，会使长圆筒32悬空端的点光源模块3产生较大范围的移动，从而实现对微小形变的感知和放大，使监测模块5能有效及时的监测到形变信息，从而对刮板输送机的健康状态进行及时监测。

实施例6

本实施例的刮板输送机健康监测系统，在实施例5的基础上做进一步改进，所述遮光板41远离点光源模块3的一侧固定有防爆透明玻璃42，各光敏电阻51固定于防爆透明玻璃42上。

如图1所示，防爆透明玻璃42设于遮光板41与基座二40之间，防爆透明玻璃42与遮光板41无缝紧贴，光敏电阻51固定在防爆透明玻璃42上，防爆透明玻璃42能在不阻挡光线情况下与基座二40配合将监测模块5封闭防护，避免刮板输送机处的恶劣环境影响监测模块5有效使用寿命。

实施例7

本实施例的刮板输送机健康监测系统，在实施例6的基础上做进一步改进，所述固定座二4还包括保护罩43，其罩设于遮光套筒31外侧，保护罩43一端与遮光板41固定，另一端开设有供长圆筒32穿过的让位孔430。

如图1所示，点光源模块3的遮光套筒31距遮光板41距离两厘米，长圆筒32的悬空端端面距遮光板41距离五厘米，保护罩43的长度大于五厘米，将长圆筒32的悬空端及点光源模块3的遮光套筒31和led发光二极管30均包裹在内，能对其提供有效的保护，避免其它环境因素对点光斑形成的影响，确保点光源模块3的有效使用寿命，同时保护罩43也防止其他光源对光敏电阻51感光电路的影响，增加监测结果的准确性。

实施例8

本实施例的刮板输送机健康监测系统，在实施例7的基础上做进一步改进，所述长圆筒32另一端的端部径向凸起形成有限位凸起33，限位凸起33的直径大于保护罩43上让位孔430孔径。

如图1所示，在限位凸起33的限位下，长圆筒32相对于保护罩43的移动距离受到限位。

当哑铃销1受到拉应力时，会产生拉长变形，两圆环凸台10的距离增大，因此点光源模块3与遮光板41的距离会增大，当拉长变形到一定程度后，哑铃销1出现断裂；哑铃销1拉长变形时，限位凸起33会不断靠近保护罩43开设让位孔430的一面，直至限位凸起33与保护罩43内壁面接触，此时哑铃销1再出现拉长时，长圆筒32的插接在防爆盒21的一端逐渐与防爆盒21脱离连接，与此同时，led发光二极管30与电池一22连接的绝缘电线300也逐渐拉紧，哑铃销1出现断裂后在限位凸起33限位下，长圆筒32与防爆盒21彻底脱离连接，led发光二极管30与电池一22的连接也断开，失电停止产生点光斑，所有的光敏电阻51均无光照，所有感光电路断开，此时下位机处理单元50监测到所有感光电路断开，即发出哑铃销断裂的信号，通过信号传输模块53最终传输至上位机系统7。

实施例9

本实施例的刮板输送机健康监测系统，在实施例8的基础上做进一步改进，所述监测模块5还包括：

电池二52，其固定于固定座二4上，为监测模块5其他用电结构供电；

信号传输模块53，其传输下位机处理单元50监测的信息；

声光报警器54，其与下位机处理单元50信号连接，下位机处理单元50监测到所有光敏电阻51电路均断开时，声光报警器54启动，发出警报。

本实施例中电池二52为点开防爆蓄电电源，给下位机处理单元50、感光电路、信号传输模块53及声光报警器54供电；当下位机处理单元50监测到所有光敏电阻51电路均断开时，会发出信号给声光报警器54，声光报警器54启动，发出声光信息提示预警，便于用户及时发现并作出处理。

实施例10

本实施例的刮板输送机健康监测方法，基于实施例1~9的刮板输送机健康监测系统，步骤如下，如图4所示：

一、系统安装调试，将刮板输送机健康监测系统安装固定，打开电池一22电源开关，点光源模块3的led发光二极管30发出光照，选择合适的遮光套筒31直径及长圆筒32长度，使遮光板41上产生的圆形光斑直径d大于任意两相邻两通光孔410间的直线间距l，确保在点光源模块3正常发光时，任一时刻都有至少一个通光孔410处有光照通过，避免误判哑铃销1断裂情况出现，并调节使圆形光斑对准遮光板41正中心；

二、哑铃销断裂监测：哑铃销1拉长变形断裂会导致点光源发生模块3与遮光板41的距离变大，哑铃销1断裂后，在保护罩43与限位凸起33限位下，长圆筒32与防爆盒21脱离连接，绝缘电线300与电池一22脱离连接，led发光二极管30失电，圆形光斑消失，各光敏电阻51处均无光照，下位机处理单元50监测到各光敏电阻51处电路断开，通过信号传输模块53发送哑铃销1断裂信号至信号接收模块6，进而反馈给上位机7，同时触发声光报警器54，进行报警，以便于用户能及时发现异常并作出处理；

三、哑铃销异常弯曲监测：刮板输送机的中部槽推移过程中，如果相邻两节中部槽推移错位超过正常范围时，哑铃销1会受到弯曲应力变形，两端圆环凸台10相对位置发生变化，导致点光源发生模块3在遮光板41上产生的圆形光斑位置改变，从而导通圆形光斑对应通光孔410位置处的光敏电阻51电路，本实施例的遮光板41上呈方形阵列式开设有4×4共十六个通光孔410，每个光敏电阻51对应一个通光孔410，下位机处理单元50上设有十六个输入端口，每个光敏电阻51对应的感光电路与下位机处理单元50的不同输入端口连接，当圆形光斑位置偏移后，下位机处理单元50会监测导通电路从而获取对应光敏电阻51所在的位置信息，进而得知圆形光斑的偏移位置，从而对哑铃销1的弯曲状态进行判断，通过信号传输模块53发送哑铃销1弯曲状态信号至信号接收模块6，进而反馈给上位机系统7。

进一步地，在进行哑铃销异常弯曲监测时，下位机处理单元50监测到导通感光电路后，即能得知导通的光敏电阻51所处位置，如果只有一处感光电路导通，则将对应光敏电阻51的位置记为哑铃销1的弯曲表征量a，若监测到的是多处导通，则将多处导通感光电路对应的各光敏电阻51的几何中心位置记为哑铃销1的弯曲表征量a，下位机处理单元50传输监测到的光敏电阻51所处的位置编号及弯曲表征量信息，用户即可通过这些信息判断相邻两个中部槽是否有错位情况，以及是水平错位还是竖直错位。

实施例11

本实施例的刮板输送机健康监测方法，在实施例10的基础上做进一步改进，在进行哑铃销异常弯曲监测时，下位机处理单元50监测到电路连续导通时长超过三秒后，获取对应光敏电阻51位置信息，对哑铃销1的弯曲状态进行判断，若电路连续导通时长不足三秒，则下位机处理单元50不做响应。

本实施例设置延迟触发的目的是为了避免刮板输送机运行时振动等因素对于监测结果的影响，振动引起点光源模块3形成光斑位置的移动，不会在同一偏移位置连续停留三秒以上，因此，本实施例在在进行哑铃销异常弯曲监测时，下位机处理单元50监测到感光电路连续导通三秒以上后，才会获取对应光敏电阻51的位置信息并发送弯曲表征量信息，对于感光电路连续导通时长不足三秒的，下位机处理单元50不会发出相应信息至上位机系统7，有效的避免了误判断情况发生。

本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。