CN108533260B - 采煤机支撑滑靴寿命预警方法及寿命预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采煤机支撑滑靴寿命预警方法及寿命预警系统，所述方法是利用采煤机行走位置编码器自动监测累计行走距离，并根据预设的累计行走距离与支撑滑靴磨损量之间的对应关系得出与当前累计行走距离相对应的支撑滑靴磨损量计算值，当支撑滑靴磨损量计算值达到或超过磨损量安全值fs时，进行寿命预警，以提示进行支撑滑靴实际磨损量的人工测量。所述系统包括采煤机行走位置编码器和传感信号处理装置，前者的信号输出端接入后者的行走距离信号输入端，后者进行采煤机支撑滑靴磨损量的计算、与磨损量安全值fs的对比以及预警信号的生成。本发明能智能预测支撑滑靴的寿命，减少人工检测的次数，降低工作强度，有效避免支撑滑靴过度磨损而带来二次损伤。
Description
技术领域
本发明属于挖掘设备技术领域，涉及一种采煤机支撑滑靴的寿命预测方法和预警系统。
背景技术
采煤机是综采工作面开采煤炭的主要设备。随着矿山装备技术的发展，采煤机越来越朝着智能化、自动化无人工作面或少人工作面的方向发展。采煤机工况比较恶劣，支撑滑靴是采煤机机械系统中薄弱的零件之一。由于支撑滑靴都安装在采煤机的煤壁侧，骑在刮板机槽帮或铲板上，支撑滑靴一旦磨损超标，采煤机重心会严重偏向煤壁侧，影响采煤机行走轮和刮板机销排的正常啮合，降低行走轮与销排的寿命，影响着采煤机的可靠性和开机率，因此有必要实时掌握支撑滑靴的磨损情况，以便及时更换。然而目前对于支撑滑靴耐磨层寿命的判断都是靠人工检测，检测难度大，工作强度高，有一定的危险性，无法实现检测的实时性，因此很难做到支撑滑靴寿命的及时和准确预警。
发明内容
本发明旨在提供一种采煤机支撑滑靴寿命预警方法及寿命预警系统，能智能预测支撑滑靴的寿命，减少人工检测支撑滑靴磨损情况的次数，降低人工检测工作强度，有效避免支撑滑靴由于检修不及时导致过度磨损而带来二次损伤。
本发明的主要技术方案有：
一种采煤机支撑滑靴寿命预警方法，自动监测采煤机的累计行走距离s，并根据预设的采煤机累计行走距离与采煤机支撑滑靴磨损量f之间理论上的一一对应关系得出与当前累计行走距离相对应的采煤机支撑滑靴磨损量计算值，当所述采煤机支撑滑靴磨损量计算值达到或超过磨损量安全值fs时，进行寿命预警，以提示进行采煤机支撑滑靴磨损量的人工测量。
对所述累计行走距离的监测为实时进行，对采煤机支撑滑靴磨损量的计算可以是实时进行的，或者也可以根据设定的间隔时间序列分次进行的。
优选定期或不定期主动发起对采煤机支撑滑靴磨损量的人工测量，连同寿命预警后进行的人工测量，每次会得到采煤机支撑滑靴磨损量测量值，当该测量值小于磨损量安全值fs时，依据该采煤机支撑滑靴磨损量测量值更新累计行走距离与采煤机支撑滑靴磨损量之间理论上的一一对应关系。
所述不定期主动发起采煤机支撑滑靴磨损量的人工测量可以是在采煤机开始下井工作后的第7、21、31、45天进行。
采煤机累计行走距离与采煤机支撑滑靴磨损量之间理论上的一一对应关系优选采用以下模型表示：
其中，的初始表达式是根据前期相应类型的采煤机在相似地质条件下工作时测得的采煤机累计行走距离与支撑滑靴磨损量的至少n+1组原始的基础数据(s，f)，通过拉格朗日插值法得到的累计行走距离s和采煤机支撑滑靴磨损量f的关系式，即确定了多项式系数ai，n为多项式次数，取值越大计算精度越高，计算量越大，根据精度要求以及可接受的计算复杂程度进行平衡取值；
B为偏差补偿量，B的初始值为零。
n优选在3-6之间取值。
每次对采煤机支撑滑靴磨损量的人工测量后，当采煤机支撑滑靴磨损量测量值fc小于75％fs时，可利用此时的(s，fc)数据代替此前基础数据中的一组数据，形成更新的基础数据，再利用更新的基础数据更新所述模型，其中被代替的一组数据是其中累计行走距离与此时的s差值最小的一组数据，当存在两组数据中的累计行走距离与此时的s差值相等的情况时，优先选择累计行走距离较大的一组数据作为被代替的一组数据；当采煤机支撑滑靴磨损量测量值大于或等于75％fs但小于fs时，通过将此时的支撑滑靴剩余耐磨层厚度值(fs-fc)对B赋值更新所述模型；当采煤机支撑滑靴磨损量测量值大于或等于fs时，更换采煤机支撑滑靴。
当所述采煤机支撑滑靴磨损量计算值达到或超过磨损量安全值fs时或者当所述累计行走距离达到或超过设定的支撑滑靴能够行走的最大距离smax时，进行寿命预警。
一种采煤机支撑滑靴寿命预警系统，包括采煤机行走位置编码器和传感信号处理装置，所述采煤机行走位置编码器同轴安装在采煤机煤壁侧牵引部牵三轴处，用于实时监测采煤机的行走距离，所述采煤机行走位置编码器的信号输出端接入所述传感信号处理装置的行走距离信号输入端，所述采煤机行走位置编码器和传感信号处理装置依据前述任意所述采煤机支撑滑靴寿命预警方法分工协作，所述传感信号处理装置利用内置的软件程序，根据预设的累计行走距离与采煤机支撑滑靴磨损量之间理论上的一一对应关系计算出与当前累计行走距离相对应的采煤机支撑滑靴磨损量计算值，并进行采煤机支撑滑靴磨损量计算值与磨损量安全值fs的对比，以及生成和发出预警信号。
所述采煤机行走位置编码器优选采用多圈绝对型光电编码器，所述传感信号处理装置优选采用矿用本安型传感信号处理装置，所述传感信号处理装置通过CAN总线连接采煤机主控系统，所述采煤机主控系统用于接收人工测量的采煤机支撑滑靴磨损量测量值并将其传递给所述传感信号处理装置，相应地，所述传感信号处理装置还用于根据采煤机支撑滑靴磨损量测量值更新累计行走距离与采煤机支撑滑靴磨损量之间理论上的一一对应关系。
本发明的有益效果是：
本发明的支撑滑靴寿命预警方法，实现了实时自动监测采煤机的行走距离，并自动换算成支撑滑靴磨损量计算值，当经过比较判断发现支撑滑靴磨损量计算值达到或超过磨损量安全值fs时能自动生成和发出预警信号，以此提示相关人员人工检测支撑滑靴的实际磨损量，即获取支撑滑靴磨损量测量值，是人工辅助与智能预警相结合的全新预警方式。明显减少了人工检测支撑滑靴的次数，降低了工人经常检测的工作强度，还能避免由于人工检测不及时导致的因支撑滑靴过度磨损而带来二次损伤采煤机行走系统的情况。
本发明还支持同时对采煤机累计行走距离的比较判断，当采煤机累计行走距离达到或超过设定的支撑滑靴能够行走的最大距离smax时，也能自动生成和发出预警信号，进一步提高了预警的可靠性和安全性。
由于采煤机累计行走距离与采煤机支撑滑靴磨损量之间的对应关系模型是根据不同采煤机机型设计的经验以及采高、煤质情况、机身重心相对支撑滑靴的位置等不同情况下测量的支撑滑靴磨损量与行走距离的大量数据统计分析得出的结果，考虑因素全面，因此模型比较精准，并且可以根据实际工作中人工测量的支撑滑靴实际磨损量反过来自动修正、更新模型，使模型能逐渐逼近真实的关系模型，使后续计算结果越来越趋于真实值。
所述传感信号处理装置采用矿用本安型传感信号处理装置，所述传感信号处理装置通过CAN总线连接所述采煤机主控系统，所述寿命预警系统符合煤矿设备安全要求，且设备尺寸小，安装方便。
附图说明
图1为本发明采煤机支撑滑靴寿命预警系统的组成示意图；
图2(1)为本发明行走位置编码器所用传感器示意图；
图2(2)为图2(1)的俯视示意图；
图3为本发明矿用本安型传感信号处理装置的正面结构示意图；
图4是图3的侧视图。
具体实施方式
本发明公开了一种采煤机支撑滑靴寿命预警方法(简称寿命预警方法)，其主要内容是利用采煤机行走位置编码器自动监测采煤机的累计行走距离s，并根据预设的采煤机累计行走距离与采煤机支撑滑靴磨损量f之间理论上的一一对应关系得出与当前累计行走距离相对应的采煤机支撑滑靴磨损量计算值，当所述采煤机支撑滑靴磨损量计算值达到或超过磨损量安全值fs时，进行寿命预警，即发出寿命预警信号。预警形式可以是灯光亮起或闪烁指示，可以是声音提醒，也可以是屏幕显示图文信息。发出预警信号的目的是提示相关人员对支撑滑靴磨损量的人工检测，以确认是否需要更换支撑滑靴。
如果支撑滑靴磨损量未超标，还有一定余量，对上述对应关系进行更新后继续进行监测、计算、比较，直至没有余量甚至已经超标，则直接更换支撑滑靴。
由于该算法的采用，可以省去大量的人工检测操作，降低检测人员的工作强度，还能避免由于人工检测不及时导致的因支撑滑靴过度磨损而带来二次损伤采煤机行走系统的情况，从而提高采煤机工作可靠性。
对所述累计行走距离的监测为实时进行，对采煤机支撑滑靴磨损量的计算可以是实时进行的，或者也可以根据设定的间隔时间序列分次进行的。只要相邻两次计算之间的时间间隔足够小，就能满足及时性要求，但相比实时计算，可明显减少计算量，因此可以降低对相应系统硬件配置的要求，有助于节约成本。
除根据预警信号提示进行支撑滑靴磨损量的人工测量外，还优选定期或不定期主动发起对采煤机支撑滑靴磨损量的人工测量，例如可以在采煤机开始下井工作后的第7、21、31、45天进行不定期的人工检测。
无论是主动发起的人工测量，还是依据寿命预警而发起的人工测量，都会得到采煤机支撑滑靴磨损量测量值，当该测量值小于磨损量安全值fs时，最好依据该采煤机支撑滑靴磨损量测量值和相对应的累计行走距离数据更新采煤机累计行走距离与采煤机支撑滑靴磨损量之间理论上的一一对应关系，以此实现对采煤机累计行走距离与采煤机支撑滑靴磨损量之间对应关系的持续修正，使后续采煤机支撑滑靴磨损量计算值更趋近于真实值。通过与上述人工辅助方式相结合，能持续更新该预警方法的精度，使得不同阶段、不同工作面情况下都能取得较好的预警效果，充分体现了该预警方法的自适应性。
定期或不定期的人工检测，特别是后者，也可以采用与寿命预警的预警形式相同或相近的方式进行提醒，例如可以利用LED灯组的状态显示，提示需要主动发起人工测量。
采煤机累计行走距离与采煤机支撑滑靴磨损量之间理论上的一一对应关系优选采用以下模型(或称公式)表示：
其中，的初始表达式是根据前期相应类型的采煤机在相似地质条件下工作时测得的采煤机累计行走距离与支撑滑靴磨损量的至少n+1组原始的基础数据(s，f)，通过拉格朗日插值法得到的累计行走距离s和采煤机支撑滑靴磨损量f的关系式，即确定了多项式系数ai。具体可以利用matlab软件进行曲线拟合得到。
n为多项式次数，根据所要达到的精度要求以及可接受的编程计算的复杂性取平衡。取值越大计算精度越高，计算量越大。
B为偏差补偿量，B的初始值为零。
n优选在3-6之间取值，使计算结果能够保持令人满意的精度，且计算工作量被限制在一个可以接受的范围内。
上述模型是根据不同采煤机机型设计的经验以及采高、煤质情况、机身重心相对支撑滑靴的位置等不同情况下测量的支撑滑靴磨损量与采煤机累计行走距离的大量数据进行统计分析，通过matlab软件数值拟合以及lagrange插值等方法得出的。由于综合体现了影响支撑滑靴寿命的多种因素，因此具有较高的可信度和准确性，针对性强。并且，这种确定模型的方式还具有普遍适用性，各种机型、各种工况都能采用。
通过采煤机行走位置编码器转动的圈数与采煤机行走传动系统之间换算关系，可以得到采煤机累计行走距离，将采煤机累计行走距离代入上述模型，即可得出支撑滑靴磨损量计算值。随着采煤机累计行走距离的增加，在同一关系模型下支撑滑靴磨损量计算值也在增加，当所述采煤机支撑滑靴磨损量计算值达到或超过磨损量安全值fs时，进行寿命预警。
上述模型与实际情况不可避免会或多或少存在一定的偏差，为此本发明对所述预警方法做了如下进一步优化，即每次对采煤机支撑滑靴磨损量的人工测量后，当采煤机支撑滑靴磨损量测量值fc小于75％fs时，利用此时的(s，fc)值更新所述模型；当采煤机支撑滑靴磨损量测量值大于或等于75％fs但小于fs时，通过将此时的支撑滑靴剩余耐磨层厚度值(fs-fc)对B赋值更新所述模型，以消除所述模型的计算偏差；当采煤机支撑滑靴磨损量测量值大于或等于fs时，直接更换采煤机支撑滑靴。
当采煤机支撑滑靴磨损量测量值小于75％fs时，更新所述模型的具体过程是以此时的(s，fc)值作为已知数据，输入根据lagrange插值多项式算法转换而成的软件程序，计算出lagrange插值多项式的各项系数，再用这些系数的新的计算值给上述模型的相应算法系数赋值。
基于安全性考虑，所述采煤机支撑滑靴寿命预警方法还优选包括同时把测量的采煤机累计行走距离的实时值与设定的支撑滑靴能够行走的最大距离进行对比判断，即当所述采煤机支撑滑靴磨损量计算值达到或超过磨损量安全值fs时或者当所述累计行走距离达到或超过设定的支撑滑靴能够行走的最大距离smax时，都要进行寿命预警。
本发明还公开了一种采煤机支撑滑靴寿命预警系统，如图1、2所示，包括采煤机行走位置编码器和传感信号处理装置，所述采煤机行走位置编码器同轴安装在采煤机煤壁侧牵引部牵三轴处，用于实时监测采煤机的行走距离，所述采煤机行走位置编码器的信号输出端接入所述传感信号处理装置的行走距离信号输入端。所述采煤机行走位置编码器和传感信号处理装置依据所述采煤机支撑滑靴寿命预警方法分工协作，所述传感信号处理装置利用内置的软件程序，根据预设的累计行走距离与采煤机支撑滑靴磨损量之间理论上的一一对应关系计算出与当前累计行走距离相对应的采煤机支撑滑靴磨损量计算值，并进行采煤机支撑滑靴磨损量计算值与磨损量安全值fs的对比，以及生成和发出预警信号。
所述采煤机行走位置编码器优选采用多圈绝对型光电编码器。所述传感信号处理装置优选采用矿用本安型传感信号处理装置。所述传感信号处理装置通过CAN总线连接采煤机主控系统。所述采煤机主控系统可用于接收人工测量的采煤机支撑滑靴磨损量测量值并将其传递给所述传感信号处理装置，相应地，所述传感信号处理装置还用于根据采煤机支撑滑靴磨损量测量值更新累计行走距离与采煤机支撑滑靴磨损量之间理论上的对应关系。
所述传感信号处理装置生成预警信号后，一方面可以通过其自带的LED灯组进行状态显示，可以把累计行走距离数据存储到相应存储器内，另一方面可以同时向采煤机主控系统传输预警信号以及相应的数据，所述数据包括采煤机累计行走距离和采煤机支撑滑靴磨损量计算值等，供采煤机主控系统进行状态预警及故障提示信息的屏幕显示。
本实施例中，如图3、4所示，所述传感信号处理装置可以包含防爆壳体1和设置在所述防爆壳体内的信号处理模块4，所述信号处理模块是所述传感信号处理装置的核心。所述采煤机行走位置编码器的信号输出端接入所述信号处理模块的行走距离信号输入端。所述防爆壳体的开口的一侧采用密封圈加螺丝紧固方式固定盖板3，所述防爆壳体的一侧壁上设有透视窗2。所述信号处理模块用于接收来自采煤机主控系统的参数，处理采煤机行走位置编码器信号并进行数据的计算，计算采煤机支撑滑靴磨损量，进行采煤机支撑滑靴磨损量计算值与磨损量安全值的对比以及生成预警信号。
所述防爆壳体内还可以设有LED灯组5，所述信号处理模块的预警状态显示信号输出端连接所述LED灯组。通过所述透视窗可以方便观察不同LED灯组的显示状态，LED灯组的显示状态即对应了所述信号处理模块的预警状态。通常，当生成了预警信号时，LED灯组点亮。
所述防爆壳体可以通过螺钉紧固件6固定在采煤机壳体老唐侧。
所述传感信号处理装置与采煤机主控系统双向通信连接，所述采煤机主控系统除用于接收预警信号外还用于接收人工测量的采煤机支撑滑靴磨损量测量值并将其传递给所述传感信号处理装置，相应地，所述传感信号处理装置还用于根据采煤机支撑滑靴磨损量测量值更新采煤机累计行走距离与采煤机支撑滑靴磨损量之间理论上的对应关系。
当所述传感信号处理装置采用图3、4所示的装置时，所述信号处理模块与所述采煤机主控系统双向通信连接。所述信号处理模块一方面向所述采煤机主控系统传输预警信号，一般情况下同时还传输一些数据，例如当前累计行走距离、支撑滑靴磨损量计算值以及直至需要更换支撑滑靴时的总累计行走距离数据及其对应的支撑滑靴磨损量计算值。当前累计行走距离、支撑滑靴磨损量计算值主要用作预警时同步显示相关信息的基础数据。所述采煤机主控系统可以设置有显示屏，用于显示警告信息，并进行语音报警，提示相关人员检测支撑滑靴实际磨损量是否超标，如果达到甚至超标应及时更换支撑滑靴。所述显示屏与所述信号处理模块的显示信号输出端电性连接。
所述采煤机主控系统可以设有存储单元SD卡。采煤机主控系统接收的全部数据均优选保存在SD卡中，以方便后续的分析。根据矿方工作面检修的最新数据，如果需要此阶段工作面最新的情况，可把最新(s,fc)赋值给所述传感信号处理装置，程序自动以最新的算法更新算法系数，并把每次测量的坐标值(s,fc)储存到SD卡，以供后续分析。
所述传感信号处理装置优选通过CAN总线连接所述采煤机主控系统。
Claims (7)
1.一种采煤机支撑滑靴寿命预警方法，其特征在于：自动监测采煤机的累计行走距离s，并根据预设的累计行走距离与采煤机支撑滑靴磨损量f之间理论上的一一对应关系得出与当前累计行走距离相对应的采煤机支撑滑靴磨损量计算值，当所述采煤机支撑滑靴磨损量计算值达到或超过磨损量安全值fs时，进行寿命预警，以提示进行采煤机支撑滑靴磨损量的人工测量；累计行走距离与采煤机支撑滑靴磨损量之间理论上的一一对应关系采用以下模型表示：
其中，的初始表达式是根据前期相应类型的采煤机在相似地质条件下工作时测得的采煤机累计行走距离与支撑滑靴磨损量的至少n+1组原始的基础数据(s，f)，通过拉格朗日插值法得到的累计行走距离s和采煤机支撑滑靴磨损量f的关系式，即确定了多项式系数ai，n为多项式次数，n取值在3-6之间，取值越大计算精度越高，计算量越大，根据精度要求以及可接受的计算复杂程度进行平衡取值；
B为偏差补偿量，B的初始值为零。
2.如权利要求1所述的采煤机支撑滑靴寿命预警方法，其特征在于：对所述累计行走距离的监测为实时进行，对采煤机支撑滑靴磨损量的计算是实时进行的或者根据设定的间隔时间序列分次进行的。
3.如权利要求2所述的采煤机支撑滑靴寿命预警方法，其特征在于：定期或不定期主动发起采煤机支撑滑靴磨损量的人工测量，连同寿命预警后进行的人工测量，每次会得到采煤机支撑滑靴磨损量测量值，当该测量值小于磨损量安全值fs时，依据该采煤机支撑滑靴磨损量测量值更新累计行走距离与采煤机支撑滑靴磨损量之间理论上的一一对应关系。
4.如权利要求3所述的采煤机支撑滑靴寿命预警方法，其特征在于：所述不定期主动发起采煤机支撑滑靴磨损量的人工测量是在采煤机开始下井工作后的第7、21、31、45天进行。
5.如权利要求1-4中任意一项权利要求所述的采煤机支撑滑靴寿命预警方法，其特征在于：每次对采煤机支撑滑靴磨损量的人工测量后，当采煤机支撑滑靴磨损量测量值fc小于75％fs时，利用此时的(s，fc)数据代替此前基础数据中的一组数据，形成更新的基础数据，再利用更新的基础数据更新所述模型，其中被代替的一组数据是其中累计行走距离与此时的s差值最小的一组数据；当采煤机支撑滑靴磨损量测量值大于或等于75％fs但小于fs时，通过将此时的支撑滑靴剩余耐磨层厚度值(fs-fc)对B赋值更新所述模型；当采煤机支撑滑靴磨损量测量值大于或等于fs时，更换采煤机支撑滑靴。
6.如权利要求5所述的采煤机支撑滑靴寿命预警方法，其特征在于：当所述采煤机支撑滑靴磨损量计算值达到或超过磨损量安全值fs时或者当所述累计行走距离达到或超过设定的支撑滑靴能够行走的最大距离smax时，进行寿命预警。
7.一种采煤机支撑滑靴寿命预警系统，其特征在于：包括采煤机行走位置编码器和传感信号处理装置，所述采煤机行走位置编码器同轴安装在采煤机煤壁侧牵引部牵三轴处，用于实时监测采煤机的行走距离，所述采煤机行走位置编码器的信号输出端接入所述传感信号处理装置的行走距离信号输入端，所述采煤机行走位置编码器和传感信号处理装置依据权利要求1-6中任意一项权利要求所述的采煤机支撑滑靴寿命预警方法分工协作，所述传感信号处理装置利用内置的软件程序，根据预设的累计行走距离与采煤机支撑滑靴磨损量之间理论上的一一对应关系计算出与当前累计行走距离相对应的采煤机支撑滑靴磨损量计算值，并进行采煤机支撑滑靴磨损量计算值与磨损量安全值fs的对比，以及生成预警信号，所述采煤机行走位置编码器采用多圈绝对型光电编码器，所述传感信号处理装置采用矿用本安型传感信号处理装置，所述传感信号处理装置通过CAN总线连接采煤机主控系统，所述采煤机主控系统用于接收人工测量的采煤机支撑滑靴磨损量测量值并将其传递给所述传感信号处理装置，相应地，所述传感信号处理装置还用于根据采煤机支撑滑靴磨损量测量值更新累计行走距离与采煤机支撑滑靴磨损量之间理论上的一一对应关系。
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