一种纵轴式掘进机截割模拟试验系统的制作方法

本发明涉及掘进机截割性能测试技术领域，特别涉及一种纵轴式掘进机截割模拟试验系统。

背景技术：

掘进和开采是煤炭生产的重要环节，其方针是：采掘并重，掘进先行。如何快速、安全的进行巷道掘进是保证煤矿高产的前提，掘进机的截割头是截割与破碎煤岩体的工作机构，其设计是否合理将直接影响到掘进机整机的可靠性、截割效率以及截齿消耗率，此外在复杂工况下，掘进机截割煤岩时，将产生剧烈的振动，过于强烈的振动和摆动不仅造成截齿的超前磨损和合金头的脱落，而且易造成关键零部件过度疲劳、液压系统失效、电气设备误动作及损坏等现象，影响掘进机的工作可靠性，降低其生产效率。

为提高掘进机的工作性能，煤机设计生产单位需要进行截割试验来对掘进机截割性能进行评估，根据试验结果对截割头及其他结构进行二次优化，但由于掘进工作面环境恶劣、工况复杂的特点，进行井下截割试验时测试数据易受环境干扰难以采集，多因素影响下的数据参数识别难度增大、当工作面来压时，井下安全难以保证。现有的掘进机截割试验主要有以下两种：一种是在整机上进行截割测试，但在整机上试验需要的配套设备较为复杂，需要大量的资金和时间来完成整套测试，使得测试成本较高；另一种是建立简单的传动系统，并配有简化的截割头进行截割，但该方法无法模拟掘进机悬臂纵向和横向摆动截割时的运动状态，且无法对截割时悬臂、回转台等结构件的受力及振动等信息的测试，影响测试结果，测试精度较差。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的整机测试成本较高的问题，以及简单的传动系统无法模拟掘进机悬臂纵向和横向摆动截割时的运动状态，影响测试结果的问题，如图1所示，本发明提供了一种纵轴式掘进机截割模拟试验系统，所述纵轴式掘进机截割模拟试验系统包括掘进机截割部、纵向滑道、纵向推拉机构、模拟煤岩壁、支撑平台和控制系统；

掘进机截割部包括悬臂、截割头和转动机构，悬臂的一端与截割头连接，悬臂的另一端与转动机构转动连接，转动机构安装在支撑平台上且能够带动悬臂进行上下摆动和左右摆动，支撑平台安装在纵向滑道上，纵向推拉机构与支撑平台连接，纵向推拉机构能够带动掘进机截割部在纵向滑道上滑动使得掘进机截割部向模拟煤岩壁运动，控制系统与所述纵向推拉机构连接。

所述转动机构包括回转台、调高油缸、回转轴承和回转油缸；

回转台设有两个前上耳、两个前下耳和两个后上耳，所述悬臂的另一端与两个前上耳铰接，两个前下耳各连接一个调高油缸，两个调高油缸的输出端与所述悬臂的底部铰接；

回转台的回转中心安装有所述回转轴承，所述支撑平台上设有凸台，所述回转轴承安装在所述凸台上，每个所述后上耳均铰接一个回转油缸，每个所述回转油缸铰接在所述支撑平台上，调高油缸和回转油缸均与所述控制系统连接。

所述纵向滑道包括第一导轨、第二导轨和滑轨；

滑轨安装在所述支撑平台的底部两侧，位于所述支撑平台底部一侧的滑轨在第一导轨上滑动，位于所述支撑平台底部另一侧的滑轨在第二导轨上滑动，第一导轨和第二导轨平行布置。

所述悬臂的中部和所述回转台的前下耳处均安装有振动传感器，所述振动传感器与数据分析装置连接。

所述回转台上和所述支撑平台的后端均安装有粉尘检测仪，粉尘检测仪与数据分析装置连接。

所述回转油缸上安装有压力传感器，压力传感器与数据分析装置连接。

所述悬臂内部设有水路，悬臂的中部设有多个喷嘴，多个喷嘴与水路连通，水路与供水系统连接。

所述纵向推拉机构为推拉油缸。

所述纵轴式掘进机截割模拟试验系统还包括上挤压板、左侧挤压板、右侧挤压板和多个固定三脚架；

左侧挤压板和右侧挤压板分别位于所述模拟煤岩壁的两个侧面，上挤压板位于所述模拟煤岩壁的顶面，多个固定三脚架并列布置且抵压所述模拟煤岩壁的后面。

所述纵轴式掘进机截割模拟试验系统还包括脉冲锤和脉冲锤固定架；

所述脉冲锤固定架包括两个立柱和一个顶梁，两个立柱固定在所述模拟煤岩壁的两侧，顶梁固定在两个立柱的顶部，所述脉冲锤安装在所述顶梁接近所述模拟煤岩壁的一侧且能够沿着顶梁来回移动。

在本发明的纵轴式掘进机截割模拟试验系统中，掘进机截割部可以沿着纵向滑道进行滑动，从而实现掘进机截割部的钻进截割，通过两个回转油缸的配合实现掘进机的左右横摆截割，通过两个调高油缸的配合实现掘进机的上下摆动截割，因此本发明中的模拟试验系统能够模拟实际掘进机的截割运动；本发明中的模拟试验系统还包括振动传感器、压力传感器和粉尘检测仪，通过振动传感器、压力传感器和粉尘检测仪采集数据，通过数据分析装置对采集的数据进行分析统计，可以全面了解掘进机截割时的动态特性，进而实现对掘进机截割头性能的综合评价；本发明中的模拟试验系统还包括脉冲锤，用来模拟实际开采过程中的矿压及开采动应力等外部扰动，提高了测试结果的精度；另一方面，该试验系统结构简单、配套设备较少，可在短时间、低成本条件下完成对掘进机性能的测试；同时截割头可与截割头驱动装置的传动轴之间实现快速更换，以完成对不同型号截割头截割性能的测试；模拟煤岩壁制作和安装方便，只需要较小的成本便能快速制作出不同掘进工作面对应的模拟煤壁。

附图说明

为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的纵轴式掘进机截割模拟试验系统的结构示意图；

图2是本发明提供的掘进机在纵向滑道上的结构示意图；

图3是本发明提供的纵轴式掘进机截割模拟试验系统的局部结构示意图；

图4是本发明提供的纵轴式掘进机截割模拟试验系统的局部结构示意图。

其中，

1掘进机截割部，2纵向滑道，3纵向推拉机构，4模拟煤岩壁，5悬臂，6截割头，7转动机构，8支撑平台，9第一导轨，10第二导轨，11滑轨，12回转台，13调高油缸，14回转轴承，15回转油缸，16振动传感器，17压力传感器，18粉尘检测仪，19喷嘴，20上挤压板，21左侧挤压板，22右侧挤压板，23固定三脚架，24脉冲锤，25立柱，26顶梁；

a前上耳，b前下耳，c后上耳。

具体实施方式

为了解决现有技术存在的整机测试成本较高的问题，以及简单的传动系统无法模拟掘进机悬臂横向和纵向摆动截割时的运动状态，影响测试结果的问题，如图1所示，本发明提供了一种纵轴式掘进机截割模拟试验系统，该系统包括掘进机截割部1、纵向滑道2、纵向推拉机构3、模拟煤岩壁4、支撑平台8和控制系统；

掘进机截割部1包括悬臂5、截割头6和转动机构7，悬臂5的一端与截割头6连接，悬臂5的另一端与转动机构7转动连接，转动机构7安装在支撑平台8上且能够带动悬臂5进行上下摆动和左右摆动，支撑平台8安装在纵向滑道2上，纵向推拉机构3与支撑平台8连接，纵向推拉机构3能够带动掘进机截割部1在纵向滑道2上滑动使得掘进机截割部1向模拟煤岩壁4运动，控制系统与纵向推拉机构3连接。

在本发明中，纵向推拉机构3可以为推拉油缸，控制系统可以包括液压泵和控制器，其中控制系统未在图中示出，推拉油缸与液压泵连接，控制器可以控制推拉油缸做伸缩运动，从而使得掘进机截割部1在纵向滑道2上来回移动，使截割头6对模拟煤岩壁4进行钻进截割，转动机构7能够带动悬臂5上下和左右摆动，使掘进机截割部1对模拟煤岩壁4进行纵向和横向截割，在本发明中，纵向推拉机构3还可以为多个杆件连接而成的能够进行伸缩运动的机械臂。本发明中，悬臂5内布置有截割头驱动装置，能够带动截割头6旋转，为截割头6截割模拟煤岩壁4提供动力，截割头驱动装置包括电机、减速器和传动轴，传动轴与截割头6连接，电机的输出端经过减速器减速后通过传动轴带动截割头6旋转，其中传动轴与截割头6之间可以实现快速更换。

在本发明中，模拟煤岩壁4以煤为主，辅以水泥、水、减水剂等原料，将选用的煤、水泥通过水混合，并加入适量的减水剂，配制成试验所需的模拟煤岩壁4。

如图1、图2和图3所示，在本发明中，纵向滑道2包括第一导轨9、第二导轨10和滑轨11；

滑轨11安装在支撑平台8的底部两侧，位于支撑平台8底部一侧的滑轨11在第一导轨9上滑动，位于支撑平台8底部另一侧的滑轨11在第二导轨10上滑动，第一导轨9和第二导轨10平行布置。

在本发明中，支撑平台8的底部两侧均设有两个滑轨11，当纵向推拉机构3推动支撑平台8时，使得支撑平台8沿着第一导轨9和第二导轨10滑动，从而实现掘进机截割部1对模拟煤岩壁4的钻进。

如图1、图2和图3所示，在本发明中，转动机构7包括回转台12、调高油缸13、回转轴承14和回转油缸15；

回转台12设有两个前上耳a、两个前下耳b和两个后上耳c，悬臂5的另一端与两个前上耳a铰接，两个前下耳b各连接一个调高油缸13，两个调高油缸13的输出端与悬臂5的底部铰接；

回转台12的回转中心安装有回转轴承14，支撑平台8上设有凸台，回转轴承14安装在凸台上，每个后上耳c均铰接一个回转油缸15，每个回转油缸15铰接在支撑平台8上，调高油缸13和回转油缸15均与控制系统连接。

通过控制系统可以控制两个调高油缸13伸长和回缩，因为悬臂5与回转台12的前上耳a为铰接，因此可以实现悬臂5带动截割头6进行上下摆动；控制系统还可以控制两个回转油缸15，因为回转油缸15与回转台12连接，通过两个回转油缸15的配合，使得回转台12围绕凸台进行旋转，进而实现悬臂5带动截割头6进行左右摆动。

如图2所示，在本发明中，还可以在悬臂5的中部和回转台12的前下耳b处均安装振动传感器16，振动传感器16与数据分析装置连接。本发明中的数据分析装置可以为计算机，位于悬臂5中部和回转台12前下耳b的振动传感器16可以检测出在悬臂5在采用不同的横摆速度和钻进速度对模拟煤岩壁4钻进时，悬臂5以及回转台12前下耳b的振动数据，数据分析装置可以记录下悬臂5在不同的横摆速度和钻进速度下所对应的振动数据，并进行分析对比，可以得出不同工况下掘进机截割部1的振动情况，并对截割头6的结构进行合理的改进，使其达到最佳的截割性能。在本发明中，可以根据实际的试验情况，在掘进机截割部1的其他位置也安装振动传感器16，从而了解截割过程中掘进机截割部1其他部位的振动情况。

如图2所示，在本发明中，还可以在回转油缸15上安装压力传感器17，压力传感器17与数据分析装置连接。通过安装在回转油缸15上的压力传感器17测得的数据，可以获取回转油缸15压力的动态变化，还可以根据实际情况在转动机构7的调高油缸13上也安装压力传感器17，当本发明中的纵向推拉机构3采用推拉油缸时，也可以在纵向推拉机构3上也安装压力传感器17。

如图2所示，在本发明中，还可以在回转台12上和支撑平台8的后端均安装粉尘检测仪18，粉尘检测仪18与数据分析装置连接。在实际的掘进过程中，掘进机截割部1的截割头6在截割煤岩壁时，会产生大量的粉尘进而对掘进机驾驶人员和井下工作人员产生一定的影响，因此本发明中的模拟试验系统通过分别在回转台12上以及支撑平台8的后端安装粉尘检测仪18，可以根据粉尘检测仪18返回给数据分析装置的数据得知距离截割工作面不同位置处的粉尘浓度，以及截割头6的结构参数和掘进机截割部1的运动参数对粉尘浓度的影响，可以更好的模拟实际的截割过程。

在本发明中，根据振动传感器16测得的振动数据、压力传感器17测得的压力数据以及粉尘检测仪18测得的粉尘浓度可以全面了解截割头6截割时的动态特性，进而实现对截割头6截割性能的综合评价。

如图2所示，在本发明中，还可以在悬臂5内部设有水路，在悬臂5的中部设有多个喷嘴19，多个喷嘴19与水路连通，水路与供水系统连接。由于本发明中的模拟试验系统是在实验室内进行模拟试验的，因此在截割头6截割模拟煤岩壁4的过程中产生的粉尘会对实验室的环境产生一定影响，因此，当实验过程中产生的粉尘浓度较大时，供水系统提供的水可以流经水路通过多个喷嘴19形成喷雾，以降低空气中的粉尘浓度。在本发明中，也可以在喷嘴19进行喷雾的过程中，通过粉尘检测仪18检测粉尘浓度，根据实验数据的分析结果，可以在实际的掘进过程中在掘进机的悬臂上设置喷嘴，用以改善工作人员的工作环境。

在本发明中，如图1和图4所示，在本发明中，纵轴式掘进机截割模拟试验系统还包括上挤压板20、左侧挤压板21、右侧挤压板22和多个固定三脚架23；

左侧挤压板21和右侧挤压板22分别位于模拟煤岩壁4的两个侧面，上挤压板20位于模拟煤岩壁4的顶面，多个固定三脚架23并列布置且抵压模拟煤岩壁4的后面。

通过在模拟煤岩壁4的左右两个侧面和顶面固定挤压板，可以保证掘进过程中模拟煤岩壁4的稳定性，同时在模拟煤岩壁4的后面固定三脚架23，用以对模拟煤岩壁4进行支撑，避免截割头6截割时模拟煤岩壁4的移动，其中，固定三脚架23的个数可以根据实际情况进行设计，在本发明的实施例中，设置了三个固定三脚架23。

在本发明中，如图1和图4所示，纵轴式掘进机截割模拟试验系统还包括脉冲锤24和脉冲锤固定架；

脉冲锤固定架包括两个立柱25和一个顶梁26，两个立柱25固定在模拟煤岩壁4的两侧，顶梁26固定在两个立柱25的顶部，脉冲锤24安装在顶梁26接近模拟煤岩壁4的一侧且能够沿着顶梁26来回移动。

由于掘进机在实际的截割过程中，矿压、开采动应力等外部扰动会造成掘进工作面煤岩体内应力场重分布、煤岩性质发生一定的改变，对掘进机的截割过程产生影响，因此，在本发明中设置了一个脉冲锤24，并将脉冲锤24固定在脉冲锤固定架上，当进行模拟时，可以设定脉冲锤24的脉冲频率以及振幅的大小来模拟不同的外部扰动，如此使得实验过程更加贴近实际情况，提高了实验检测数据的精度。

在本发明的纵轴式掘进机截割模拟试验系统中，掘进机截割部1可以沿着纵向滑道2进行滑动，从而实现截割头6的钻进截割，通过两个回转油缸15的配合实现掘进机截割部1的左右横摆截割，通过两个调高油缸13的配合实现掘进机截割部1的上下摆动截割，因此本发明中的模拟试验系统能够模拟实际掘进机的截割运动；本发明中的模拟试验系统还包括振动传感器16、压力传感器17和粉尘检测仪18，通过振动传感器16、压力传感器17和粉尘检测仪18采集数据，通过数据分析装置对采集的数据进行分析统计，可以全面了解掘进机截割部1截割时的动态特性，进而实现对截割头6性能的综合评价；本发明中的模拟试验系统还包括脉冲锤24，用来模拟实际开采过程中的矿压及开采动应力等外部扰动，提高了测试结果的精度；另一方面，该试验系统结构简单、配套设备较少，可在短时间、低成本条件下完成对掘进机性能的测试；同时截割头可与截割头驱动装置的传动轴之间实现快速更换，以完成对不同型号截割头截割性能的测试；模拟煤岩壁制作和安装方便，只需要较小的成本便能快速制作出不同掘进工作面对应的模拟煤壁。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。