一种检测刮板输送机动态特性的实验装置及方法与流程

本发明涉及一种检测刮板输送机动态特性的实验装置及方法，属于机械领域。

背景技术：

刮板输送机是煤矿综采工作面重要的运输设备，正向着大功率、大倾角、大运量、长距离以及高速方向发展，刮板输送机能否正常运行直接决定着煤炭生产的经济效益。由于刮板输送机工作环境恶劣，且链轮由于存在轮齿，不可避免地会使链传动速度存在波动，存在多变效应，刮板输送动态特性非常明显。由刮板输送机在回采工作面上运行数据统计表明，约63%的故障发生在牵引机构上，41.5%的停机时间是由刮板链断链造成的。由于输送机体积庞大，造价昂贵，目前大多数学者在研究刮板输送机动态特性时，都是基于仿真软件进行简化后的仿真模拟，所以建立一种模拟实验装置，既可以减少在测量刮板输送机力学特性时的实验费用，还可以更好地与实际工况相吻合，从而可以更好地方便学者研究刮板输送机的动态特性。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种检测刮板输送机动态特性的实验装置及方法，该装置既可以更好地与刮板输送机实际工况相吻合，还可以更好地研究刮板输送机不同负载、不同张紧力和卡链等多种工况下的动态特性，可有效地降低研究刮板输送机动态特性试验阶段的费用。

本发明提供了一种检测刮板输送机动态特性的实验装置，包括机架、链传动机构、档杆和复位电机；

机架是承载各个部件的主体，机架上设有信号采集器、感应器、链传动机构、档杆机构、复位电机和导轨；导轨设置在机架中部上方，模拟刮板输送机中部槽；信号采集器为无线采集系统，用于采集传感器采集的数据；感应器的作用是：当第一刮板经过感应器时，档杆机构启动，当第二刮板经过时卡住第二刮板；

所述链传动机构包括链轮、链轮轴、刮板链、刮板、驱动变速电机、有载段阻尼装置、张力变速电机和复位电机，链轮与驱动变速电机相连，刮板固定在刮板链上，刮板链平动部分（指刮板链水平部分）铺设在机架导轨上，刮板链转动部分（指刮板链缠绕在链轮部分）缠绕在链轮上；在刮板上设有速度传感器和加速度传感器，在刮板链上设有应变片，用于传输刮板输送机的速度、加速度和张力特性；

有载段阻尼装置包括磁粉制动器、齿轮箱、第一线圈、第一钢丝绳，磁粉制动器与齿轮箱串联，第一钢丝绳的一端与有载段刮板链（刮板输送机为中双链，载运货物的一侧为有载段，另一侧为无载段）相连，另一端缠绕在第一线圈上；有载段阻尼装置模拟刮板输送机有载段阻尼，并通过磁粉制动器调节阻尼的大小，模拟不同负载工况；

无载段张力装置提供刮板链无载段所需的张力，包括变速电机、第二线圈、第二钢丝绳，变速电机与第二线圈相连，第二钢丝绳一端与无载段刮板链（与有载段相对的一侧）相连，另一端缠绕在第二线圈上。

所述档杆机构包括驱动缸连接轴、档杆连接轴、档杆驱动液压缸、档杆，所述驱动缸连接轴和档杆连接轴都设置在机架上，且两个连接轴平行设置，档杆驱动液压缸一端与驱动缸连接轴相连，另一端与档杆中部相连，档杆一端与档杆连接轴相连，另一端设有压力传感器；档杆机构用于阻挡刮板，模拟刮板输送机卡链工况，在挡板上设有压力传感器，用于保护该实验装置；

所述复位电机与第一线圈相连，在完成一组实验后，使该实验装置恢复到原位；

在刮板链有载段靠近链轮的第二刮板的前后平环上都设有应变片，应变片为焊接式应变片，点焊在平环上，以供长期使用，在第二刮板上设有速度传感器和加速度传感器，速度传感器和加速度传感器直接安装在刮板上，信号采集器为无线采集系统，安装在挂板上。

上述装置中，所述驱动变速电机设置在链轮轴侧面，与链轮轴连接，通过驱动变速电机调整链轮的转速，从而测量不同链速时，刮板链的动态特性。

上述装置中，所述有载段阻尼装置，通过磁粉制动器可调节阻尼的大小，从而模拟刮板输送机空载、重载、过载等不同负载工况。磁粉制动器原理与刹车片原理相近，通过增大自身的转动阻尼，来达到目的。

上述装置中，所述张紧液压缸有2个，缸筒部分固定在机架上，活塞杆部分与第一线圈相连，通过液压缸可调节刮板链预紧力的大小。

上述装置中，所述齿轮箱与磁粉制动器串联，能增大磁粉制动器的阻力值。

上述装置中，所述应变片贴在第二刮板两侧铣平的刮板链平环上，并焊接钢片做保护处理。

上述装置中，所述压力传感器，当测量值大于刮板输送机最大安全张力值时，压力传感器控制刮板输送机停止运行。

本发明提供了一种采用上述检测刮板输送机动态特性的实验装置进行的实验方法，包括以下步骤：

（1）在测量不同负载工况下刮板输送机的动态特性时，先调节张紧液压缸，使刮板链的预紧力达到实验要求，然后调节磁粉制动器，通过改变阻尼大小，来模拟刮板输送机空载工况，启动驱动变速电机和张力变速电机，通过安装在刮板链上的应变片和刮板上的速度传感器、加速度传感器得到所需的实验数据，测得数据后，用复位电机复位；同理调节磁粉制动器，改变阻尼大小来测得重载、过载工况下的实验数据；

（2）在测量不同预紧力下刮板输送机的动态特性时，启动驱动变速电机，在刮板输送机正常运行时，调节张紧液压缸，使刮板链具有不同的预紧力，通过安装在刮板链上的应变片和刮板上的速度传感器、加速度传感器得到所需的实验数据，测得数据后，用复位电机复位，进行下一组试验；

（3）在测量不同链速下刮板输送机的动态特性时，通过调节驱动变速电机的输出速度，得到不同的链速。通过安装在刮板链上的应变片和刮板上的速度传感器、加速度传感器得到所需的实验数据，测得数据后，用复位电机复位，进行下一组试验；测得刮板输送机不同链速下的动态特性；

（4）在测量卡链工况下刮板输送机的动态特性时，把刮板链有载段靠近链轮的第二个刮板设为被卡刮板（用档杆挡住第二刮板，模拟卡链），在被卡刮板前后平环上都设有应变片，在被卡刮板上设有速度传感器和加速度传感器；

启动驱动变速电机，使该实验装置正常运行，当第一刮板与链轮接触后，启动档杆驱动液压缸，使第二刮板被卡住，测量所需数据，当档杆上压力传感器传输的数据大于最大安全张力范围时，驱动变速电机停止工作。

本发明的有益效果：本发明研究了刮板输送机不同负载、不同张紧力和卡链等多种工况下的动态特性：（1）通过驱动调速电机可以实现速度的精确调节，以检测刮板输送机不同链速下的动态特性；（2）通过张力液压缸可以精确调节刮板链的预紧力，以检测不同预紧力下刮板输送机的动态特性；（3）通过有载段阻尼装置可以精确调节有载段阻尼的大小，以检测不同负载工况下刮板输送机的动态特性；（4）通过档杆部分机构可以模拟刮板输送机卡链工况，以检测卡链工况下刮板输送机的动态特性；（5）通过复位电机可以使该实验装置复位，重复实验。本发明提供的装置可以很好地模拟刮板输送机实际工况，可大大减小实验成本，且结构简单。

附图说明

图1为本发明检测刮板输送机动态特性的实验装置的结构图。

图2为本发明装置的俯视图。

图3为图2的左视图。

图中：1、驱动变速电机；2、机架；3、加速度传感器；4、导轨；5、张紧液压缸；6、磁粉制动器；7、变速电机；8、齿轮箱；9、第一线圈；10、第二钢丝绳；11、第二线圈；12、第一钢丝绳；13、复位电机；14、第一刮板；15、刮板链；16、应变片；17、第二刮板；18、速度传感器；19、第三刮板；20、压力传感器；21、档杆；22、链轮；23、档杆连接轴；24、档杆驱动液压缸；25、驱动缸连接轴。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例：

一种检测刮板输送机动态特性的实验装置，包括机架、链传动机构、档杆机构和复位电机；

机架2是承载各个部件的主体，机架2上设有信号采集器、感应器、链传动机构、档杆机构、复位电机13和导轨4；导轨4设置在机架2中部上方；信号采集器为无线采集系统，用于采集传感器采集的数据；感应器的作用是：当第一刮板经过感应器时，档杆机构启动，当第二刮板经过时卡住第二刮板；

所述链传动机构包括链轮22、链轮轴、刮板链15、刮板、驱动变速电机1、有载段阻尼装置；、张力变速电机7和复位电机13，链轮22与驱动变速电机1相连，刮板固定在刮板链15上，刮板链15平动部分（指刮板链水平部分）铺设在机架导轨4上，刮板链转动部分（指刮板链缠绕在链轮部分）缠绕在链轮22上；

有载段阻尼装置包括磁粉制动器6、齿轮箱8、第一线圈9、第一钢丝绳12，磁粉制动器6与齿轮箱8串联，第一钢丝绳12的一端与有载段刮板链（刮板输送机为中双链，载运货物的一侧为有载段，另一侧为无载段）相连，另一端缠绕在第一线圈9上；

无载段张力装置包括变速电机7、第二线圈11、第二钢丝绳10，变速电机7与第二线圈11相连，第二钢丝绳10一端与无载段刮板链（与有载段相对的一侧）相连，另一端缠绕在第二线圈11上。

所述档杆机构包括驱动缸连接轴25、档杆连接轴23、档杆驱动液压缸24、档杆21，所述驱动缸连接轴25和档杆连接轴23都设置在机架2上，且两个连接轴平行设置，档杆驱动液压缸24一端与驱动缸连接轴25相连，另一端与档杆21中部相连，档杆21一端与档杆连接轴23相连，另一端设有压力传感器20；

所述复位电机13与第一线圈9相连，在完成一组实验后，使该实验装置恢复到原位；

在刮板链15有载段靠近链轮22的第二刮板17的前后平环上都设有应变片16，应变片16为焊接式应变片，点焊在平环上，以供长期使用，在第二刮板17上设有速度传感器18和加速度传感器3，速度传感器18和加速度传感器3直接安装在第二刮板17上，信号采集器为无线采集系统，安装在第二刮板17上。

上述装置中，所述驱动变速电机1设置在链轮轴侧面与链轮轴连接，通过驱动变速电机调整链轮的转速，从而测量不同链速时，刮板链的动态特性。

上述装置中，所述有载段阻尼装置，通过磁粉制动器6可调节阻尼的大小，从而模拟刮板输送机空载、重载、过载等不同负载工况。磁粉制动器原理与刹车片原理相近，通过增大自身的转动阻尼，来达到目的。

上述装置中，所述张紧液压缸5设有两个，缸筒部分固定在机架2上，活塞杆部分与第一线圈9相连，通过液压缸可调节刮板链预紧力的大小。

上述装置中，所述齿轮箱8与磁粉制动器6串联，能增大磁粉制动器的阻力值。

上述装置中，所述应变片16贴在第二刮板17两侧铣平的刮板链15平环上，并焊接钢片做保护处理。

上述装置中，所述压力传感器20，当测量值大于刮板输送机最大安全张力值时，压力传感器控制刮板输送机停止运行。

本发明提供了一种采用上述检测刮板输送机动态特性的实验装置进行的实验方法，包括以下步骤：

（1）在测量不同负载工况下刮板输送机的动态特性时，先调节张紧液压缸5，使刮板链15的预紧力达到实验要求，然后调节磁粉制动器6，通过改变阻尼大小，来模拟刮板输送机空载工况，启动驱动变速电机和张力变速电机，通过安装在刮板链上的应变片16和刮板上的速度传感器18、加速度传感器3得到所需的实验数据，测得数据后，用复位电机13复位；同理调节磁粉制动器6，改变阻尼大小来测得重载、过载工况下的实验数据；

（2）在测量不同预紧力下刮板输送机的动态特性时，启动驱动变速电机1前，调节张紧液压缸5，使刮板链具有不同的预紧力，通过安装在刮板链上的应变片16和刮板上的速度传感器18、加速度传感器3得到所需的实验数据，测得数据后，用复位电机复位13，进行下一组试验；

（3）在测量不同链速下刮板输送机的动态特性时，通过调节驱动变速电机1的输出速度，得到不同的链速。通过安装在刮板链上的应变片16和刮板上的速度传感器18、加速度传感器3得到所需的实验数据，测得数据后，用复位电机1复位，进行下一组试验；可以实测刮板输送机不同链速下的动态特性；

（4）在测量卡链工况下刮板输送机的动态特性时，把刮板链有载段靠近链轮的第二个刮板设为被卡刮板（用档杆挡住第二刮板，模拟卡链），在被卡刮板前后平环上都设有应变片，在被卡刮板上设有速度传感器和加速度传感器；

先调节张紧液压缸5，使刮板链15的预紧力达到实验要求，启动驱动变速电机1，使该实验装置正常运行，当第三刮板19与链轮22接触后，启动档杆驱动液压缸24，使第二刮板17被卡住，测量所需数据，当档杆上压力传感器20传输的数据大于最大安全张力范围时，驱动变速电机1停止工作。