CN108534948A - 一种矿用压力传感器的在线检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿井提升机天轮轴处压力传感器的在线检测装置，包括壳体、传力装置和数据收集装置。传力装置设于壳体内，传力装置主要由弹簧缓压装置、双液压缸主传力结构和液压油通道组成。通过两液压缸内液压油压强不变的性质，利用液压油实现传力动作。作用在矿井提升机天轮处的力作用于缓冲弹簧，推动左侧液压缸的液压杆向下运动，压动缸内液压油流向右侧液压缸，液压油推动右侧液压缸的液压杆向上运动，经传力板作用在定标压力传感器上。通过外界数据采集器比较两条压力曲线差异值，从而实现通过定标压力传感器来在线检测工作压力传感器。根据左右液压缸的缸体直径比来控制传力比例，采用缩小传力比例，减小高精度压力传感器的量程。本发明结构紧凑，安装方便，能够实现高精度在线检测。

Description

一种矿用压力传感器的在线检测装置及方法

技术领域

本发明涉及压力传感器的检测装置及方法，尤其是一种适用于矿井提升机压力在线检测的矿用压力传感器的在线检测装置及方法。

背景技术

矿井提升机广泛应用于煤炭、有色金属等矿山的竖井和斜井提升系统，在采矿生产活动中具有重要地位。钢丝绳是矿井提升机的重要组成部分，直接承受提升物料的重量，因此钢丝绳的安全性对提升机的可靠性起着决定作用。在矿井提升机的工作过程中，钢丝绳可能会因超载、受力不均原因造成卡罐、断绳等事故，危害煤矿安全生产。目前，矿井提升机钢丝绳所承受的拉力，是通过提升机天轮轴处所承受的压力来转化检测的。提升机钢丝绳所承受拉力的在线检测，对于保障矿井提升机的安全运行具有重要作用。因此，提升机天轮轴处压力传感器需要高精度与高可靠性，该压力传感器是提升机钢丝绳拉力在线检测的重要设备。但是，由于使用过程中的磨损、震动和外界干扰等原因，造成压力传感器产生使用误差，需要对传感器进行在线检测或重新标定。

在现有的传感器标定技术中，一种是机械标定装置，这种标定装置主要是定标压力传感器通过传力板来测量待标压力传感器，但是这种标定装置标定过程复杂，需要将待标测压力传感器拆下放置在标定装置中来进行标定，其中待标测压力传感器拆装不方便，且不适用于矿井提升机上压力传感器的标定；另外一种是智能监测系统来检测钢丝绳张力，这种系统能够直观、方便、有效的监测钢丝绳张力，但受干扰性强，由于钢丝绳在工作中会受到极大的扰动，会对监测系统造成干扰。

发明内容

技术问题：本发明的目是为了克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单、操作方便、使用效果好的矿用压力传感器的在线检测装置。

技术方案：本发明的矿用压力传感器的在线检测装置，包括数据收集装置、天轮轮轴、承载天轮轮轴压力的轴承、扣合在轴承上的上轴承瓦座和下轴承瓦座、安装在天轮轮轴上的天轮，所述的下轴承瓦座上设有正对天轮轮轴轴心的待测压力传感器,下轴承瓦座的下部设有压力传力装置和压力缓冲装置；所述的压力传力装置由双液压缸和双液压缸基板构成，双液压缸的左液压缸和右液压缸设在双液压缸基板上，左液压缸位于天轮轮轴的正下方，左液压杆的轴心线与天轮轮轴的轴心线垂直相交，右液压缸位于天轮轮轴的外侧，双液压缸基板内开有一条用于液压油在两缸间流动的液压油通道，所述的右液压缸经承力支架固定在双液压缸基板上，承力支架内设有与右液压杆相配合的传力板，传力板上设有定标压力传感器，承力支架的顶部设有固定传力板的挡板；所述的压力缓冲装置由对称设在左液压缸两侧的两个弹簧缓冲器构成，所述的弹簧缓冲器包括套筒、设在套筒内的承压弹簧和传力杆，套筒用于承载弹簧和传力杆。

所述的右液压缸与左侧液压缸的直径不同，右液压缸缸体直径是左侧液压缸的缸体直径的2-5倍，以此实现缩小比例传力。

所述的双液压缸的左右两个液压缸与双液压缸基板为过盈配合，连接处均设有防尘密封圈。

所述的待测压力传感器位于左液压杆和下轴承瓦座之间，定标压力传感器设于传力板和挡板之间。

所述的液压杆接触液压缸底端设有作为缓冲的锥状V型槽，用于液压杆所受压力突变增大时起到缓冲的作用。

所述的轴承瓦座、压力缓冲装置和压力传力装置均内置于壳体内。

使用上述矿用压力传感器的在线检测装置的检测方法，包括如下步骤：

a.当提升机工作时，罐笼处于下放状态时，钢丝绳所受拉力逐渐增大，则天轮处压力逐渐增大，天轮受到的压力直接作用于下轴承瓦座上，作用于待标测压力传感器上，此时，数据采集装置采集到一条待标测压力传感器的压力曲线1，由于压力缓冲装置处于受压状态，弹簧缓冲器中的弹簧被压缩，天轮上压力通过下轴承瓦座作用在左侧液压缸的液压杆上，左侧液压缸因受力而推动缸内液压油向下运动，液压油经液压油管道流向右侧液压缸，同时推动右侧液压缸的右液压杆向上运动，右液压杆向上的推力通过传力板作用于定标压力传感器，此时，数据采集装置采集到一条定标压力传感器的压力曲线2；

b.矿井提升机下降时，钢丝绳所受的拉力逐渐增大，作用在滚动轴承处的压力也逐渐增大，压力曲线1和压力曲线2均同曲率上升；

当压力曲线1和压力曲线2变化趋势均为上升时，表示矿井提升机正常工作；

当压力曲线1和压力曲线2变化趋势均由上升趋势变化为下降趋势时，表示罐笼处于卡罐状态；

当压力曲线1的变化趋势与压力曲线2的变化趋势不同时，表示待标测压力传感器出现测量误差，需要对待标测压力传感器重新标定或更换工作；

c.当罐笼装有物料上升时，钢丝绳所受的拉力逐渐减小，滚动轴承所受的压力为逐渐减小的状态；

当所受压力减少时，弹簧缓冲器中的传力杆会向上运动，液压油会由右液压缸流向左液压缸，左液压缸的液压推杆作用于待标测压力传感器上，数据采集装置会采集到一条待测压力传感器的压力曲线a，与此同时右液压杆有向下运动的趋势，由传力板作用在定标压力传感器上的压力减小，数据采集装置会采集到一条定标压力传感器的压力曲线b；

d.矿井提升机上升时，压力逐渐减小；

当压力曲线a和压力曲线b变化趋势均为下降趋势时，表示矿井提升机正常工作；

当压力曲线a和压力曲线b的变化趋势均由下降趋势变化为上升趋势，表示罐笼处于阻罐状态；

当压力曲线a的变化趋势和压力曲线b的变化趋势不同时，表示待测压力传感器出现测量误差，需要对待测压力传感器进行重新标定或更换工作。

当系统检测到测力警告的信号时，先对定标压力传感器进行检测，用检测标准压力传感器来验证待测压力传感器对传感器进行检测。

有益效是：本发明采用传力测力装置与数据采集装置分离结构，数据采集装置可以独立外置，方便工作人员直观在线监测。并采用的液压传力结构，减少了钢丝绳扰动带来的测量误差。其中，右液压缸缸体直径是左侧液压缸缸体直径的倍数放大，实现缩小比例传力。连接装置和双液压缸传力装置全部放置于壳体内，壳体具有隔离灰尘，保护装置的作用。采用液压缸结构，缸体组件与活塞组件形成的密封容腔承受油压作用，较高的表面精度可靠的密封性。采用的双液压缸传力结构中，除液压杆活塞处，油缸两端均有密封结构，可保证双液压缸传力结构的密封性，还具有防尘装置。本发明采用在线数据采集装置，采集待标测压力传感器和定标压力传感器上传出的信号，通过光纤与压力传感器建立连接，实现了数据采集和传输。数据采集装置包括工控机、显示器、通信控制PLC和单片机。当提升机工作时，定标压力传感器和待标测压力传感器会同时产生两条压力曲线，通过通信控制PLC数据分析处理后在显示器显示出来。在显示器上，可以直观的观察到两条压力曲线的变化情况，当待标测压力传感器压力曲线变化率与定标压力传感器压力曲线变化率不同时，会产生警告，提示待标测压力传感器存在误差，即待标测压力传感器出现测量误差，需要对待标测传感器进行重新标定、更换或是其他检测工作。当矿井提升机在下降或是上升过程中，压力曲线变化趋势发生改变，即矿井提升机会发生卡罐或是阻罐现象。在线数据采集装置安装在地面工作台处，方便工作人员观测。采用液压传力原理，精度高，能应对干扰较大的工作环境；并采用了缩小比例液压传力，能有效减少高精度压力传感器的量程，降低压力在线检测装置的成本。能够保障矿井提升机的安全运行，解决了工作压力传感器拆装不便的问题。其结构简单，安装方便，使用效果好，能够实现高精度在线检测，在本技术领域内具有广泛的实用性。

附图说明

图1为本发明的提升机压力传感器在线检测和标定装置的结构示意图；

图2为本发明的运用位置结构示意图；

图3为本发明的工作原理结构示意图；

图4为本发明的待测压力传感器安装位置的结构示意图；

图5为本发明的轴承瓦座与承力装置部分的结构示意图；

图6为本发明的液压杆V型槽结构示意图。

图中：1-天轮轮轴，2-滚动轴承，3-连接螺栓，4-上轴承瓦座，5-下轴承瓦座，6-弹簧缓冲器，7-左液压杆，8-左液压缸，9-双液压缸基板，10-右液压缸，11-承力支架，12-传力板，13-壳体，14-数据收集装置，15-天轮，16-待测压力传感器，17-定标压力传感器，18-右液压杆，19-挡板。

具体实施方式

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的说明：

如图1、图2和图3所示，本发明的矿用压力传感器的在线检测装置，包括数据收集装置14、天轮轮轴1、承载天轮轮轴1压力的轴承2、扣合在轴承2上的上轴承瓦座4和下轴承瓦座5、安装在天轮轮轴1上的天轮15，所述的下轴承瓦座5上设有正对天轮轮轴轴心的待测压力传感器16,如图4所示；下轴承瓦座5的下部设有压力传力装置和压力缓冲装置；所述的轴承瓦座、压力缓冲装置和压力传力装置均内置于壳体13内。所述的压力传力装置由双液压缸和双液压缸基板9构成，双液压缸的左液压缸8和右液压缸10设在双液压缸基板9上，左液压缸8位于天轮轮轴1的正下方，所述的双液压缸的左右两个液压缸与双液压缸基板9为过盈配合，连接处均设有防尘密封圈。所述的右液压缸10与左侧液压缸8的直径不同，经计算，右液压缸10缸体直径是左侧液压缸8的缸体直径的2-5倍数最优，以此实现缩小比例传力。左液压杆7的轴心线与天轮轮轴1的轴心线垂直相交，右液压缸10位于天轮轮轴1的外侧，双液压缸基板9内开有一条用于液压油在两缸间流动的液压油通道，所述的右液压缸10经承力支架11固定在双液压缸基板9上，承力支架11内设有与右液压杆18相配合的传力板12，传力板12上设有定标压力传感器17，承力支架11的顶部设有固定传力板12的挡板19；所述的压力缓冲装置由对称设在左液压缸8两侧的两个弹簧缓冲器6构成，所述的弹簧缓冲器6包括套筒、设在套筒内的承压弹簧和传力杆，套筒用于承载弹簧和传力杆。所述的待测压力传感器16位于左液压杆7和下轴承瓦座5之间，定标压力传感器17设于传力板12和挡板19之间。

如图5所示，下轴承瓦座5与弹簧缓冲器6的连接处采用双头螺柱连接，以保证弹簧缓冲结构受到的压力为垂直下压，并且拆装方便。

如图6所示，所述的液压杆接触液压缸底端设有作为缓冲的锥状V型槽，用于液压杆所受压力突变增大时起到缓冲的作用。

本发明的矿用压力传感器的在线检测方法，具体步骤如下：

a.提升机天轮通过下轴承瓦座2与压力缓冲装置、压力传力装置连接，压力缓冲装置已提前预紧。当提升机工作时，罐笼处于下放状态时，钢丝绳所受拉力逐渐增大，则天轮处压力逐渐增大，天轮受到的压力直接作用于下轴承瓦座5上，作用于待标测压力传感器16上，此时，数据采集装置14采集到一条待标测压力传感器的压力曲线1，由于压力缓冲装置处于受压状态，弹簧缓冲器6中的弹簧被压缩，天轮15上压力通过下轴承瓦座5作用在左侧液压缸8的液压杆7上，左侧液压缸8因受力而推动缸内液压油向下运动，液压油经液压油管道流向右侧液压缸10，同时推动右侧液压缸10的右液压杆18向上运动，右液压杆18向上的推力通过传力板12作用于定标压力传感器17，此时，数据采集装置14采集到一条定标压力传感器的压力曲线2；

b.矿井提升机下降时，钢丝绳所受的拉力逐渐增大，作用在滚动轴承处的压力也逐渐增大，压力曲线1和压力曲线2均同曲率上升；

当压力曲线1和压力曲线2变化趋势均为上升时，表示矿井提升机正常工作；

当压力曲线1和压力曲线2变化趋势均由上升趋势变化为下降趋势时，表示罐笼处于卡罐状态；

当压力曲线1的变化趋势与压力曲线2的变化趋势不同时，表示待标测压力传感器16出现测量误差，需要对待标测压力传感器16重新标定或更换工作；

c.当罐笼装有物料上升时，钢丝绳所受的拉力逐渐减小，滚动轴承所受的压力为逐渐减小的状态；

当所受压力减少时，弹簧缓冲器6中的传力杆会向上运动，液压油会由右液压缸10流向左液压缸8，左液压缸8的液压推杆7作用于待标测压力传感器16上，数据采集装置14会采集到一条待测压力传感器的压力曲线a，与此同时右液压杆有向下运动的趋势，由传力板12作用在定标压力传感器上的压力减小，数据采集装置14会采集到一条定标压力传感器的压力曲线b；

d.矿井提升机上升时，压力逐渐减小；

当压力曲线a和压力曲线b变化趋势均为下降趋势时，表示矿井提升机正常工作；

当压力曲线a和压力曲线b的变化趋势均由下降趋势变化为上升趋势，表示罐笼处于阻罐状态；

当压力曲线a的变化趋势和压力曲线b的变化趋势不同时，表示待测压力传感器16出现测量误差，需要对待测压力传感器进行重新标定或更换工作。

当系统检测到测力警告的信号时，先对定标压力传感器17进行检测，用检测标准压力传感器17来验证待测压力传感器16对传感器进行检测。

Claims (8)

1.一种矿用压力传感器的在线检测装置，包括数据收集装置(14)、天轮轮轴(1)、承载天轮轮轴(1)压力的轴承(2)、扣合在轴承(2)上的上轴承瓦座(4)和下轴承瓦座(5)、安装在天轮轮轴(1)上的天轮(15)，其特征在于：所述的下轴承瓦座(5)上设有正对天轮轮轴轴心的待测压力传感器(16),下轴承瓦座(5)的下部设有压力传力装置和压力缓冲装置；所述的压力传力装置由双液压缸和双液压缸基板(9)构成，双液压缸的左液压缸(8)和右液压缸(10)设在双液压缸基板(9)上，左液压缸(8)位于天轮轮轴(1)的正下方，左液压杆(7)的轴心线与天轮轮轴(1)的轴心线垂直相交，右液压缸(10)位于天轮轮轴(1)的外侧，双液压缸基板(9)内开有一条用于液压油在两缸间流动的液压油通道，所述的右液压缸(10)经承力支架(11)固定在双液压缸基板(9)上，承力支架(11)内设有与右液压杆(18)相配合的传力板(12)，传力板(12)上设有定标压力传感器(17)，承力支架(11)的顶部设有固定传力板(12)的挡板(19)；所述的压力缓冲装置由对称设在左液压缸(8)两侧的两个弹簧缓冲器(6)构成，所述的弹簧缓冲器(6)包括套筒、设在套筒内的承压弹簧和传力杆，套筒用于承载弹簧和传力杆。

2.根据权利要求1所述的一种矿用压力传感器的在线检测装置，其特征在于：所述的右液压缸(10)与左侧液压缸(8)的直径不同，右液压缸(10)缸体直径是左侧液压缸(8)的缸体直径的2-5倍数，以此实现缩小比例传力。

3.根据权利要求1所述的一种矿用压力传感器的在线检测装置，其特征在于：所述的双液压缸的左右两个液压缸与双液压缸基板(9)为过盈配合，连接处均设有防尘密封圈。

4.根据权利要求1所述的一种矿用压力传感器的在线检测装置，其特征在于：所述的待测压力传感器(16)位于左液压杆(7)和下轴承瓦座(5)之间，定标压力传感器(17)设于传力板(12)和挡板(19)之间。

5.根据权利要求1所述的一种矿用压力传感器的在线检测装置，其特征在于：所述的液压杆接触液压缸底端设有作为缓冲的锥状V型槽，用于液压杆所受压力突变增大时起到缓冲的作用。

6.根据权利要求1所述的一种矿用压力传感器的在线检测装置，其特征在于：所述的轴承瓦座、压力缓冲装置和压力传力装置均内置于壳体(13)内。

7.一种使用权利要求1所述矿用压力传感器的在线检测装置的检测方法，其特征在于包括如下步骤：

a.当提升机工作时，罐笼处于下放状态时，钢丝绳所受拉力逐渐增大，则天轮处压力逐渐增大，天轮受到的压力直接作用于下轴承瓦座(5)上，作用于待标测压力传感器(16)上，此时，数据采集装置(14)采集到一条待标测压力传感器的压力曲线1，由于压力缓冲装置处于受压状态，弹簧缓冲器(6)中的弹簧被压缩，天轮(15)上压力通过下轴承瓦座(5)作用在左侧液压缸(8)的液压杆(7)上，左侧液压缸(8)因受力而推动缸内液压油向下运动，液压油经液压油管道流向右侧液压缸(10)，同时推动右侧液压缸(10)的右液压杆(18)向上运动，右液压杆(18)向上的推力通过传力板(12)作用于定标压力传感器(17)，此时，数据采集装置(14)采集到一条定标压力传感器的压力曲线2；

b.矿井提升机下降时，钢丝绳所受的拉力逐渐增大，作用在滚动轴承处的压力也逐渐增大，压力曲线1和压力曲线2均同曲率上升；

当压力曲线1和压力曲线2变化趋势均为上升时，表示矿井提升机正常工作；

当压力曲线1和压力曲线2变化趋势均由上升趋势变化为下降趋势时，表示罐笼处于卡罐状态；

当压力曲线1的变化趋势与压力曲线2的变化趋势不同时，表示待标测压力传感器(16)出现测量误差，需要对待标测压力传感器(16)重新标定或更换工作；

c.当罐笼装有物料上升时，钢丝绳所受的拉力逐渐减小，滚动轴承所受的压力为逐渐减小的状态；

当所受压力减少时，弹簧缓冲器(6)中的传力杆会向上运动，液压油会由右液压缸(10)流向左液压缸(8)，左液压缸(8)的液压推杆(7)作用于待标测压力传感器(16)上，数据采集装置(14)会采集到一条待测压力传感器的压力曲线a，与此同时右液压杆有向下运动的趋势，由传力板(12)作用在定标压力传感器上的压力减小，数据采集装置(14)会采集到一条定标压力传感器的压力曲线b；

d.矿井提升机上升时，压力逐渐减小；

当压力曲线a和压力曲线b变化趋势均为下降趋势时，表示矿井提升机正常工作；

当压力曲线a和压力曲线b的变化趋势均由下降趋势变化为上升趋势，表示罐笼处于阻罐状态；

当压力曲线a的变化趋势和压力曲线b的变化趋势不同时，表示待测压力传感器(16)出现测量误差，需要对待测压力传感器进行重新标定或更换工作。

8.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：当系统检测到测力警告的信号时，先对定标压力传感器(17)进行检测，用检测标准压力传感器(17)来验证待测压力传感器(16)对传感器进行检测。