刨煤机刨刀力学特性在线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，具体地说是一种刨煤机刨刀力学特性在线测试系统。
【背景技术】
[0002]随着我国经济社会的快速发展，对煤炭资源的需求量也越来越大，许多薄煤层煤炭资源之前由于各种原因未能进行有效利用。而在煤炭资源日渐珍贵的今天，薄煤层煤炭资源的有效利用就成为了煤炭企业增产增效、国家资源有效利用的利国利民的必经之路。刨煤机工作面可实现薄煤层、极薄煤层的机械化采煤，工人不必跟机操作，可在顺槽进行控制，对薄煤层、极薄煤层采煤机械化和实现遥控控制具有重要意义。
[0003]刨刀是刨煤机的常用易损配件，通常是由热锻压的齿体和硬质合金组成并通过钎焊连接。刨刀与煤层直接接触，煤层对刨刀的前、后刀面都会产生强烈的摩擦。由于煤层截割属脆性、断续切削，刨刀所受的截割力是高频、间断或周期性的。硬质合金刀头和焊接区在高频、交变截割力的作用下极易损坏。特别是当刨刀遇到煤层中的硬夹石和矸石时，截割力会急剧增加，造成刀头崩刃、脱落、刀杆折断等刨刀过早失效现象，严重影响了刨刀的寿命及刨煤机的采煤效率。因此，精确测量刨刀工况下的受力情况可估算刨刀在不同工作环境下的使用寿命，并以此为依据设计新型刨刀。
[0004]申请号为CN201120351157.6的中国专利“一种刨煤机刨头位置监测控制装置”，通过分别安装于工作面端头的刨头位置监测主控制器和安装于工作面端尾的刨头位置监测辅助控制器对刨头位置的实时监测。然而目前还没有一个直观的，对硬质合金刀头工作时受到的三向力、振动加速度值以及温度变化值实时监测的装置，针对硬质合金刀头实时三向力、振动加速度值以及温度变化值的测试技术我国还属科研空白。
[0005]此外，井下采煤作业过程通常会涉及到煤壁垮落范围、采煤机与煤壁冲击力、应力波传播范围及传播速度的测量等参数，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，亟需一种煤矿井下环境的煤壁模型。
[0006]目前，对于刨煤机综采装备的力学特性测试手段仍停留在局部测试和模拟测试阶段，由于成套装备力学特性测试设备系统庞大，需要的资金数额巨大，目前尚无完善的测试方法。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型的目的是提供一种刨煤机刨刀力学特性在线测试系统，从根本上解决了无法检测刨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。
[0008]本实用新型的目的是这样实现的:该刨煤机刨刀力学特性在线测试系统包括刨煤机刀头、与刨煤机刀头的信号输出端相连的检测单元，其技术要点是:所述刨煤机刀头包括刀座、设置在刀座前端的硬质合金刀头、装配在刀座上的保护罩以及设置在刀座底部的刀杆，刀座中部设有方孔，振动传感器通过强磁底座放置在方孔中；刀座的尾部与刀杆之间设有缝隙；方孔与刀座前端为四方体柱，在其四面加工应变片槽，并在左右两侧应变片槽的相对应的角上开通导线孔；刀座上设有一直延伸到刀杆背部的导线槽，刀座前部安装应变片I;与方孔同高度的刀座左右两侧外壁上安装应变片II;方孔前内壁上安装应变片III ;保护罩为带有钩形结构的U形壳体，通过刀座前部嵌于刀座外壁上，其钩形结构卡在刀座后部，并用沉头螺钉紧固。
[0009]所述刨煤机刨刀力学特性在线测试系统，还包括模拟煤壁数据采集平台，其包括位于模拟煤壁顶部的压板、用于驱动压板的液压缸、呈矩阵式分布在模拟煤壁内的三向内应力传感器，模拟煤壁为根据煤矿井下煤岩硬度浇筑而成的煤岩混合物。
[0010]可全面测试刨煤机综采成套装备力学特性测试方法，系统检测实时性好，并且可真实地测试刨煤机综采成套装备各个设备在实验过程中的真实力学特性数据。该测试系统不但可用于工况下采煤机相关参数的实时监测，而且配合模拟煤壁数据采集平台可在井上模拟井下复杂的作业环境。为生产厂家在研发采煤机综采成套装备过程中，提供发数据参考和理论指导。
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型的系统结构框图；
[0012]图2为本实用新型刨刀的主视结构示意图；
[0013]图3为本实用新型刨刀的外观结构示意图；
[0014]图4为本实用新型刨刀的俯视结构示意图；
[0015]图5为本实用新型保护罩的安装位置结构示意图；
[0016]图6为本实用新型刨刀与检测模块的连接关系示意图；
[0017]图7为本实用新型刨刀的透视结构示意图；
[0018]图8为本实用新型刨刀检测装置的电路原理结构示意图；
[0019]图9为本实用新型刨链拉力检测系统的结构示意图；
[0020]图10为本实用新型刮板组件的剖视结构示意图；
[0021]图11为本实用新型扭摆振动检测装置的装配结构示意图；
[0022]图12为模拟煤壁内的传感器分布位置示意图；
[0023]图13为模拟煤壁的主视结构示意图。
[0024]附图标记说明:1硬质合金刀头、2导线孔、3导线槽、4应变片111、5应变片11、6应变片1、7应变片11、8保护罩、9刀座、10刀杆、11检测模块、12温度传感器、13振动传感器、14应变片、15A/D转换器、16数据存储器、17信号发射装置、18电源、19温度传感器导线孔、20贯穿孔1、21方孔、22贯穿孔11、23变速箱24转速传感器、25左感应板、22中部槽、26刨头前侧链条张力传感器、27刨头前侧链条张力传感器、28左位置传感器、29三向加速度传感器、30刨头、31刨头后侧链条张力传感器、32松边链条张紧传感器1、33松边链条张紧传感器I1、34右感应板、35右位置传感器、36螺栓、37螺母、38链环槽、39张力检测装置、40刮板、41横梁、42扭摆振动检测装置、43检测挡板、44三轴加速度传感器、45充电孔、46数据传输口、47密封塞、48空槽、49加速度采集模块、50三向内应力传感器、51模拟煤壁、52压板、53液压缸、54右压板、55右液压缸、56左压板、57左液压缸、58左底板、59左滑座、60左支撑板、61右底板、62右滑座、63右支撑板、64右拉移油缸65上支撑板、66左拉移油缸、67数据处理与显示单元。
【具体实施方式】
[0025]以下结合图1?13，通过实施例详细说明本实用新型的具体内容。该刨煤机综采成套力学特性的测试系统包括分别与数据采集终端相连的刨煤机数据采集平台、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。
[0026]其中，刨煤机数据采集平台包括刨刀应力检测系统、刨刀速度检测系统、刨刀振动检测系统、刨煤机定位检测系统、刨头振动检测系统、刨链拉力检测系统；
[0027]分别用于监测刨刀，机身和刨链在工况下的应力参数、振动参数和位置信息，向刨煤机数据采集平台实时发送，数据采集平台将采集的参数信息进行存储，并发送至数据采集终端计算机。
[0028]模拟煤壁数据采集平台包括煤壁冲击力检测系统、煤壁内应力波传递检测系统、煤壁内应波传播速度检测系统、煤壁内应波传播范围检测系统。
[0029]用于模拟井下煤壁内应力测试系统对实验截割过程中煤壁各项参数的变化分别进行监测和记录，并发送至数据采集终端计算机。
[0030]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。
[0031]分别用于监测液压支架在实验支护过程中的受载情况，以及对液压支架姿态进行监测，各部分系统可以将支护过程中的载荷数据实时传送至液压支架数据采集平台，通过该平台进行储存并发送至数据采集终端计算机。
[0032]液压支架数据传输系统其特征在于通过在液压支架销轴、耳座，顶板，推移液压缸等位置安装位移传感器，将前述各部分的位移参数传送到液压支架数据采集平台，最终传送到数据采集终端计算机，通过数据采集终端计算机计算获得液压支架姿态及受载情况。
[0033]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。
[0034]分别用于监测工作过程中刮板输送机各部分的运行状态以及受载情况，前述各部分检测系统将监测数据实时传送至刮板输送机数据采集平台，并通过该平台进行监测数据存储和发送，最终发送至数据采集终端计算机。
[0035]I)刨煤机刨刀力学特性在线测试系统
[0036]该系统包括刨刀应力检测系统、刨刀速度检测系统、刨刀振动检测系统、刨煤机定位检测系统、刨头振动检测系统、刨链拉力检测系统。
[0037]其中，刨刀应力检测系统包括刨煤机刀头、检测单元11，刨煤机刀头包括刀座9、设置在刀座9前端的硬质合金刀头1、装配在刀座9上的保护罩8以及设置在刀座9底部的刀杆10，刀座9中部设有方孔21，振动传感器13通过强磁底座放置在方孔21中，用于测量刨刀在工作时的振动加速度。刀座的尾部与刀杆之间设有缝隙，保证刀座尾部呈悬空状态。方孔21与刀座前端为四方体柱，在其四面加工尺寸为25_X 15mmX4mm的应变片槽用于安装应变片I?III，并在左右两侧应变片槽的相对应的角上开通直径为5mm的导线孔2。刀座上设有一直延伸到刀杆10背部的导线槽3，刀座9前部安装应变片I 6，方孔21与刀座前端之间设置贯穿孔I 20。与方孔21同高度的刀座9左右两侧外壁上安装应变片II (5、7)，刀座中部设有与贯穿孔I 20相垂直的贯穿孔II 22 (或导线孔2)。贯穿孔II 22、贯穿孔I 20用于将应变片14的导线穿过通孔汇集在导线槽3—侧。方孔21前内壁上安装应变片III 4 (便于手工贴合应变片III 4)，刀座9顶部安装温度传感器12，用于实时精确测量刨刀温度变化，贯穿孔I 20与刀座9顶部之间设置温度传感器导线孔19，用于将温度传感器导线引入导线槽3。导线槽3的设计极大方便了线路的布置，刀座9上的导线孔相互连通，也方便了线路的引出，避免了线路的凌乱及对刨刀检测装置的干扰，提高了测量准确度，降低了装配难度。各应变片以及传感器的导线汇总后沿导线槽