滚筒采煤机综采成套装备力学特性的测试系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及煤矿机械领域，具体地说是一种滚筒采煤机综采成套装备力学特性的测试系统。
【背景技术】
[0002]为保证滚筒采煤作业的顺利进行，常需要对采煤机各部件的受力情况进行实时监测与记录，并将记录结果分析后指导新型采煤机的生产制造，为此需要在采煤机的相应部位安装相应的监测装置。采煤机参数检测系统主要用于截割齿、滚筒、导向滑靴、平滑靴、刮板输送机等主要部位的检测。
[0003]采煤机截齿组件是采煤及巷道掘进机械中的易损件之一，是落煤及碎煤的主要工具。截齿在切割煤岩时周期性受到压应力、切应力以及冲击负荷的影响，常发生截齿摩擦磨损和断齿现象，如要提高截齿的使用寿命，需对截齿工作过程的受力进行测试和分析。现有的测试平台均为实验台上的模拟测试，无法获得工况下截齿的实际受力数据，因此存在一定误差，并不能直接用于指导改进截齿的生产工艺。如申请公布号为CN102941626A的发明专利申请公开了“一种截齿对岩石截割机理试验平台”，其包括基座，基座上设置石料移动导轨和刀架移动导轨，石料移动导轨上设置石料移动装置，石料移动装置包括石料台，石料台外侧通过石料台驱动丝杠连接石料台驱动电机，石料台上设置石料装夹装置，刀架移动导轨上设置刀架移动装置以及截齿驱动机构。该技术方案虽然在一定程度上逼近真实的现场工况，但是其仍旧局限在实验室环境下，并且仅是针对单一截割头的测量，控制精度仍需改进，数据可靠性仍无法满足实际需要。
[0004]平滑靴作为采煤机的主要承载件，与导向滑靴共同承担采煤机重量及滚筒截割力对机身的冲击。由于采煤机的工作环境及受力状态极为复杂，常引起平滑靴与刮板底板间发生严重的干摩擦，导致平滑靴损坏，通过检测采煤机平滑靴在实际工况下的受力状态，可为研究平滑靴的磨损和寿命预测提供依据。
[0005]导向滑靴对采煤机起到了支撑和行走导向作用，实际工作过程中受滚筒截割载荷、刮板机线路弯曲的影响，会引起导向滑靴与安装在刮板机上的销排之间产生较大冲击载荷，加之两者处于干摩擦状态，常引起导向滑靴发生底钩部分断裂、导向侧壁全部断裂、耐磨层严重磨损等事故，此外，导向滑靴的损坏还会对销排造成一定程度破坏，通过对导向滑靴的受力进行检测，能够揭示导向滑靴的受力机理，为导向滑靴的结构优化、提高使用寿命提供研究数据。
[0006]采煤机滚筒主要完成截煤和装煤任务，现有的方法通过检测电动机运行过程中的电参数，从而确定滚筒的工作扭矩。由于电参数在采煤过程中波动小，根本无法用电动机的电参数计算得到，因此采用该方法所得到的测量结果误差极大，无法用于指导实际生产。在作业过程中常遇到不同硬度的煤岩，在遇到硬度较高的煤炭、岩石时，传动系统的扭矩会突然增大，如不及时调整扭矩和转速，极易使零部件受到损坏，为避免机械传动系统工况下严重超载，往往选择安全系数(最大扭矩/额定扭矩)较高的电动机，势必提高了制造成本。
[0007]对于滚筒扭矩的测试，现有的扭矩测试方法主要分为接触式和非接触式两种。接触式扭矩传感器是在被测轴上粘贴电阻应变片或在被测轴间安装联轴器，通过应变片电阻值的变化测量扭矩；非接触式扭矩传感器一类是基于光学方法利用扭矩和扭转角关系测量，一类是基于磁学原理利用扭应力产生磁效应测量。以上扭矩测试传感器的共同点是需要对动力输出轴进行改装或在轴上安装相应工具。
[0008]刮板输送机是煤矿井下采煤重要的运输设备，在矿井恶劣的工作环境下，链条牵引刮板群推移物料时不仅会引起链条的纵向振动，还会引起刮板群的扭摆振动等问题，当刮板输送机的刮板一端发生卡链故障或者由于载荷不均等情况造成刮板扭摆振动时，常会引起链轮断裂，所以对刮板链条的扭摆振动进行检测十分重要。
[0009]授权公告号为CN101692015B的发明专利公开了一种“刮板输送机链条的张紧力测量装置”，采用力矩测试扳手形式，测量刮板输送机张紧后静止状态时链条的张力，这种测试只能检测链条静止状态下的张力，无法实现链条工况下张力检测；授权公告号为CN202575327U的实用新型专利公开了一种“刮板输送机链条监测装置”，采用链条带动刮板前移，经过带有霍尔元件的凸块，只有当刮板触碰凸块时检测链条，信号间断，无法实现实时监控检测；申请公布号为CN103771109A的发明专利申请公开了一种“刮板输送机张力检测装置”，通过刮板和固定在刮板上的横梁、张力检测系统及加速度检测系统实现工作时对刮板输送机链环张力的检测。
[0010]综采工作面井下采煤机设计需要测试煤岩截割力、采煤机与煤壁冲击力、应力波传播范围及传播速度的测量，但由于井下环境复杂，根本不可能于开采前在煤壁中安装传感器，即使不考虑资金、施工安全、施工难度的问题，在原有煤壁内增设传感器，势必会影响原有的煤壁内结构，根本无法得到准确的测量结果，为此，建立一个与实际煤壁在空间上满足1:1比例、物理性能参数与实际煤岩相同、内部按矩阵形式布置多组三向力传感器的模拟煤壁，并建立相应的数据采集、处理平台，以实现对煤壁冲击力、煤壁内应波传递、煤壁内应波传播速度、煤壁内应波传播范围等进行检测，检测结果可为采煤工艺参数确定和相关安全管理措施的制定提供指导。
【实用新型内容】
[0011]本实用新型的目的是提供一种滚筒采煤机综采成套装备力学特性的测试系统，从根本上解决了无法检测滚筒式采煤机工况下力学特性数据的问题，其具有结构简单、使用方便、易于操控、数据检测直观、检测结果可靠等优点。
[0012]本实用新型的目的是这样实现的:该滚筒采煤机综采成套装备力学特性的测试系统包括与数据采集终端相连的采煤机数据采集平台、模拟煤壁数据采集平台、液压支架数据采集平台、刮板输送机数据采集平台；液压支架数据采集平台包括销轴/耳座应力检测系统、液压支架顶板载荷检测系统、推溜拉架位移检测系统、液压支架姿态监测系统、液压支架定位检测系统，其技术要点是:采煤机数据采集平台包括截割齿受力检测系统、滚筒转速检测系统、采煤机振动检测系统、平滑靴受力检测系统、导向滑靴受力检测系统、采煤机定位检测系统、摇臂和液压拉杆受力检测系统、滚筒扭矩检测系统；
[0013]截割齿受力检测系统包括截割组件、A/D转换器、数据存储器、发射模块、接收模块、显示屏等部件；其中，截割组件包括螺旋滚筒以及沿周向固定在滚筒上的截齿单元，截齿单元包括硬质合金头、卡环、齿套、齿座、卡块等零件，截齿单元通过卡块固定在滚筒的螺旋叶片上；硬质合金头末端插入齿座内，并通过外部套接卡环的齿套固定；齿座底部设有圆盘结构，圆盘底部车出直径小于圆盘的圆柱结构，圆柱结构中部铣出内接在圆柱圆形截面内的正八边形柱结构，圆柱结构下部外壁上加工位于正八边形柱各侧面中线上的导线槽，在正八边形柱的相同位置上分别间隔安装应变片和应变花；卡块为带有内腔的半封闭结构，卡块上加工一对与内腔相通的卡块销孔及导线孔，圆柱结构底部加工安装块，安装块上设有一对与卡块销孔相配合的安装块销孔，齿座底部的安装块插入卡块内腔中，并通过固定销限位，另一端通过圆盘结构限位将卡块内腔密封；应变片与应变花的导线沿导线槽向下布线，汇总后由卡块的导线孔引出与位于滚筒内的A/D转换器相连；
[0014]平滑靴受力检测系统包括支撑腿、轴套、平滑靴、压板、全桥电路、数据处理转换装置，平滑靴通过销轴铰接在支撑腿上，并通过压板将平滑靴销轴限位，销轴与平滑靴之间设有轴套，销轴为筒状结构，销轴外壁上设有两个环形槽，凹槽内各安装一应变片组，应变片组的一部分安装在销轴截面的水平方向，应变片组的另一部分安装在销轴截面的竖直方向；支撑腿内壁与销轴外壁之间、平滑靴内壁与销轴外壁之间刚好吻合，防止平滑靴销轴在轴孔内移动或转动；数据处理转换装置包括用于数据处理和转换的PLC装置以及显示屏；
[0015]导向滑靴受力检测系统包括安装座、导向板、驱动齿轮、与驱动齿轮啮合的销排，安装座与导向板通过导向滑靴销轴铰接，导向滑靴销轴为五级阶梯筒状结构，销轴通过第一级和第五级限位在安装座上，通过第二级和第四级限位在导向板上，驱动齿轮通过两端的轴承限位在第三级上，各级阶梯筒状的连接处分别对应安装有位于销轴两端应变片组I?IV，应变片组I?IV的一部分安装在销轴截面的水平方向，应变片组的另一部分安装在销轴截面的竖直方向；导向滑靴销轴内限位有测力螺栓，测力螺栓一端螺合在导向滑靴销轴内，另一端通过固定在安装座上的端板密封，导向滑靴销轴的内壁与测力螺栓的外壁之间、安装座内壁与导向板外壁之间、导向板内壁与驱动齿轮外壁之间刚好吻合，防止导向滑靴销轴在安装座的轴孔内移动或转动；采煤工作时，导向滑靴与刮板机上的销排间产生相互作用，这时导向滑靴上的各零件所受的力均作用在测力销轴上，从而使销轴产生变形，测力销轴变形的同时引起各应变片和测力螺栓变形；
[0016]滚筒扭矩检测系统包括截割电机、电机输出轴齿轮、与电机输出轴齿轮顺次嗤合的主动轮I和主动轮I1、与主动轮II同轴设置的主动轮II1、与主动轮III顺次啮合的惰轮I?II1、与惰轮III啮合的行星轮、与行星轮同轴设置的滚筒齿轮、由滚筒齿轮驱动的滚筒等部分；其中，惰轮III的转轴为销轴传感器，销轴传感器外设有轴承，轴承限位在盖板内，销轴传感器的一端通过销轴定位螺杆限位在盖板上；
[0017]刮板输送机数据采集平台包括链条受力检测系统、刮板链条速度检测系统、刮板输送机电压/电流/功率检测系统、刮板输送机振动检测系统、刮板输送机中部槽受力检测系统、刮板输送机哑铃受力检测系统、刮板输送机定位检测系统；刮板输送机振动检测系统包括刮板、固定