CN110040469A - 一种刮板输送机链条张力监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种刮板输送机链条张力监测系统基方法，系统包括太赫兹波收发器，所述太赫兹波收发器通过支架单元固定在采煤机位于刮板链上方一侧的侧板上，用于生成一个或多个太赫兹波束，对传输中的刮板输送机链条进行探测扫描；防尘罩，设置在太赫兹波收发器外部，用于将外界环境粉尘与太赫兹波收发器隔离，防尘罩上设有一面由透明材料制成的工作面；刮粉机构，用于对防尘罩的工作面外表面的粉尘进行刮除；粉尘检测传感器，用于对防尘罩附近的粉尘量进行实时检测；控制器，所述太赫兹波收发器的信号输出端和所述粉尘检测传感器的信号输出端均与控制器的信号输入端连接，控制器的信号输出端与刮粉机构的信号输入端连接。

Description

一种刮板输送机链条张力监测系统及方法

技术领域

本发明涉及刮板输送机监测及安全保障技术领域，具体涉及一种刮板输送机链条张力监测系统。

背景技术

刮板输送机是煤矿井下综采工作面主要的生产运输设备，承担着运输煤炭、为液压支架提供推移支点以及为采煤机提供行走轨道的重要任务，其可靠性直接影响到现代化煤矿生产的安全和效益。

刮板输送机的刮板链（刮板、圆环链和接链器）具有牵引、导向、传递动力和推移煤炭的功能，是决定刮板输送机正常运转的关键零部件之一。在刮板输送机在运行过程中，由于链传动系统多边形效应、满载或超载时频繁开机或停机以及煤壁片帮和煤壁垮落等异常载荷作用，圆环链呈现振动和冲击特性，一旦张力过大或过小，就会发生断链、松链、链子堆积等现象，据统计，41.5%的刮板输送机停机是由于圆环链断链造成的，严重影响煤矿正常生产和生产效率。同时，刮板输送机长期运行于高温、潮湿、顶板淋水、粉尘等恶劣环境工况下，发明一种能在恶劣环境下工作的圆环链在线张力监测技术至关重要。

目前对于刮板输送机链条张力监测的系统有：申请号为201410060754.6的中国专利“一种刮板输送机张力检测装置”，采用在链条上侧打槽放置传感器的方式实时监测链条的张力；申请号为201532274U的中国专利“刮板输送机链条的张紧力测量装置”，采用力矩测试扳手的形式，主要测试刮板输送机在静止时的链条的张力。

上述方案的缺点是：破坏了刮板链的结构，降低刮板链的承载能力，在放传感器的部位更容易发生断链事故，且该位置通过链轮时由于传感器的影响，会更容易发生卡链等安全事故；只能测试静止状态下的力，不能进行在运行过程中进行实时的监测。上述方案只处于理论阶层，在实际的煤矿中并不适用。

发明内容

发明目的：本发明的目的是克服已有技术存在的不足，提供一种能实际应用的无损刮板输送机链条变形监测系统及应力计算方法，实现无损监测刮板链条的张力大小，并对刮板输送机链条状态进行有效的监测。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种刮板输送机链条张力监测系统，该系统包括：

太赫兹成像单元，用于对传输中的刮板输送机链条进行探测扫描，以生成链条的视频或图像信号，包括：太赫兹波收发器、太赫兹图像处理装置、支架单元以及防尘罩，其中，所述太赫兹波收发器通过支架单元固定在采煤机位于刮板链上方一侧的侧板上，太赫兹波收发器将采集到的链条视频或图像信号发送至太赫兹图像处理装置；

所述防尘罩设置在太赫兹波收发器的外部，用于将外界环境粉尘与太赫兹波收发器隔离，防尘罩上设有一面由透明材料制成的工作面，工作面上设有刮粉机构；

粉尘检测传感器，用于对防尘罩附近的粉尘量进行实时检测；

所述太赫兹图像处理装置、粉尘检测传感器以及刮粉机构分别通过数据线与电脑连接。

所述刮粉机构包括电机、联轴器以及L形刮条，其中，电机通过电机架固定在防尘罩的外侧，电机输出轴通过联轴器与L形刮条的一端连接，L形刮条与太赫兹波收发器的工作面外表面抵触连接。

所述电机为步进电机。

所述L形刮条上与太赫兹波收发器的工作面相接触的部分采用方便更换的软质材料。

所述软质材料为软塑料、橡胶或毛刷。

一种基于所述刮板输送机链条张力监测系统的监测方法，包括以下几个步骤：

S1、选取两个刮板间距离的刮板链在疲劳试验机上进行拉伸实验，测出刮板链的力-变形曲线、刮板链断时的变形S0；

S2、使用太赫兹成像单元拍出刮板输送机在运行过程中的视频，每间隔一段时间t选取一张照片，通过太赫兹图像处理装置识别出两个刮板之间的距离L，减去两个刮板之间的初始距离L0即为刮板链的变形S；

S3、将刮板链的变形S与刮板链的力-变形曲线对应，得到刮板链的张力F，具体是：

当S＜0时，则刮板链处于松弛状态，需要调整刮板输送机的紧链装置；

当0≤S＜0.9S0时，刮板链处于正常工作状态；

当S≥0.9S0时，刮板链处于接近断裂的状态，需要及时减少运煤量；

粉尘检测传感器将检测到的实时粉尘量信号传输给控制器，控制器将实时粉尘量信号与预设的粉尘阈值进行比较，具体是：

若实时粉尘量信号未超过粉尘阈值的最大值，则控制器控制刮粉机构按照第一频率运行；

若实时粉尘量信号超过粉尘阈值的最大值，则控制器控制刮粉机构按照第二频率运行，其中，第二频率是第一频率的1.5~3倍。

步骤S2中的时间t通过以下公式获得：

t=n*S0/(V1-V2)

其中，n为相隔刮板的数量，V1 为刮板输送机运行速度，V2 为采煤机运行速度。

当张力F平稳时，增大n；当张力F波动较大时，减少n。

步骤S3中所述太赫兹图像处理装置识别出两个刮板之间的距离具体包括如下步骤：

首先将太赫兹波收发器获得的图像信息转化为电信号；

然后对电信号进行去噪、平滑、变换操作，以加强图像中刮板的边界特征；

其次进行特征的抽取和选择，将获得的刮板的边界信息提取出来；

最后进行分类器设计，从而获得两个刮板之间的间距L。

有益效果：本发明提供了一种刮板输送机链条张力监测系统，可在不破坏刮板链的情况下监测其张力，实现了对刮板链张力的无损监测，基于张力的数据判断刮板输送机的运行状态，为装备调整运行参数提供依据；同时根据太赫兹成像系统呈现的图像，通过目测观察刮板链的振动情况，当刮板链晃动的幅值超过链环的宽度时，此时刮板机的运行状态不稳定，需及时调整刮板机和采煤机的运行情况。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中Ⅰ部分拆去防尘罩后的示意图。

图3为图1中从Ⅱ方向的视图。

图4太赫兹成像单元的流程图。

图5本发明的实施流程图。

图中包括：1、采煤机，2、防尘罩，3、支架单元，4、中部槽，5、刮板链，6、刮板，7、赫兹波收发器，8、电机，9、联轴器，10、刮粉机构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更近一步说明。

如图1、2和3所示，将支架3通过螺栓固定到采煤机1上，支架3的另一端连接太赫兹波收发器7，太赫兹波收发器7的信号通过布置在支架3上面的无线发射器将信号传输到外部的板级电路和笔记本上，防尘罩2布置在太赫兹波收发器7的外侧，刮粉尘装置10连接在防尘罩2的外侧，通过步进电机8控制其转动，防尘罩2和刮粉尘装置10的电线均通过支架3连接到外部。

在该系统安装时，先将防尘罩2最靠近采煤机1的那侧套在支架3上，将连接部位焊接；其次安装太赫兹波收发器7，使用螺栓固定在支架3上；然后将防尘罩2的四壁装上，四周与预先装上的那面焊接上，最后将最远离采煤机1的那侧装上，使用螺栓固定，方便维修时拆开。

防尘罩2的主体采用钛合金材料，底面采用变性后的聚丙烯材料，这两种材料具有高强度、耐高温、耐腐蚀等特点，可以保护内部的太赫兹波收发器7不受外部的粉尘、掉落的煤块、腐蚀液等的影响，保证其可以正常的工作。

刮粉尘装置10通过步进电机8控制其转动，二者通过联轴器9连接。选用的步进电机具有精度高、可正反转的特点，在外部的控制器上设置步进电机经过正转-反转-停止三个过程，当步进电机的速度不同时，刮粉尘装置的运行速度也随之变化；当停止的时间不同时，该装置的运行频率也将改变，故可通过控制电机的速度和运转，实现不同频率和速度的刮粉尘运动，保证太赫兹成像单元正常高效的运转。

刮粉尘装置10的工作面上加一层方便更换的软塑料，保证将防尘罩上的粉尘刮干净。

如图4所示，太赫兹成像单元通过太赫兹波收发器发射信号和接收反射的信号，通过对接收到的信息进行分析和处理，最后在电脑上显示出刮板和链的图像。

如图5所示，该监测方法包括以下步骤：

选取两个刮板间距离的刮板链在疲劳试验机上进行拉伸实验，测出刮板链的力-变形曲线、刮板链断时的变形S0。

使用太赫兹成像单元拍出刮板输送机在运行过程中的视频。

每间隔一段时间t选取一张照片，通过图像识别系统识别出两个刮板之间的距离L，减去初始距离L0即为刮板链的变形S。

将S与刮板链的力-变形曲线对应，得到刮板链的张力F。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种刮板输送机链条张力监测系统，其特征在于，该系统包括：

太赫兹成像单元，用于对传输中的刮板输送机链条进行探测扫描，以生成链条的视频或图像信号，包括：太赫兹波收发器、太赫兹图像处理装置、支架单元以及防尘罩，其中，所述太赫兹波收发器通过支架单元固定在采煤机位于刮板链上方一侧的侧板上，太赫兹波收发器将采集到的链条视频或图像信号发送至太赫兹图像处理装置；

所述防尘罩设置在太赫兹波收发器的外部，用于将外界环境粉尘与太赫兹波收发器隔离，防尘罩上设有一面由透明材料制成的工作面，工作面上设有刮粉机构；

粉尘检测传感器，用于对防尘罩附近的粉尘量进行实时检测；

所述太赫兹图像处理装置、粉尘检测传感器以及刮粉机构分别通过数据线与电脑连接。

2.根据权利要求1所述的一种刮板输送机链条张力监测系统，其特征在于，所述刮粉机构包括电机、联轴器以及L形刮条，其中，电机通过电机架固定在防尘罩的外侧，电机输出轴通过联轴器与L形刮条的一端连接，L形刮条与太赫兹波收发器的工作面外表面抵触连接。

3.根据权利要求2所述的一种刮板输送机链条张力监测系统，其特征在于，所述电机为步进电机。

4.根据权利要求2所述的一种刮板输送机链条张力监测系统，其特征在于，所述L形刮条上与太赫兹波收发器的工作面相接触的部分采用方便更换的软质材料。

5.根据权利要求4所述的一种刮板输送机链条张力监测系统，其特征在于，所述软质材料为软塑料、橡胶或毛刷。

6.一种基于权利要求1~5中任一所述刮板输送机链条张力监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

S1、选取两个刮板间距离的刮板链在疲劳试验机上进行拉伸实验，测出刮板链的力-变形曲线、刮板链断时的变形S0；

S2、使用太赫兹成像单元拍出刮板输送机在运行过程中的视频，每间隔一段时间t选取一张照片，通过太赫兹图像处理装置识别出两个刮板之间的距离L，减去两个刮板之间的初始距离L0即为刮板链的变形S；

S3、将刮板链的变形S与刮板链的力-变形曲线对应，得到刮板链的张力F，具体是：

当S＜0时，则刮板链处于松弛状态，需要调整刮板输送机的紧链装置；

当0≤S＜0.9S0时，刮板链处于正常工作状态；

当S≥0.9S0时，刮板链处于接近断裂的状态，需要及时减少运煤量；

粉尘检测传感器将检测到的实时粉尘量信号传输给控制器，控制器将实时粉尘量信号与预设的粉尘阈值进行比较，具体是：

若实时粉尘量信号未超过粉尘阈值的最大值，则控制器控制刮粉机构按照第一频率运行；

若实时粉尘量信号超过粉尘阈值的最大值，则控制器控制刮粉机构按照第二频率运行，其中，第二频率是第一频率的1.5~3倍。

7.根据权利要求6所述的刮板输送机链条张力监测系统的监测方法，其特征在于，步骤S2中的时间t通过以下公式获得：

t=n*S0/(V1-V2)

其中，n为相隔刮板的数量，V1 为刮板输送机运行速度，V2 为采煤机运行速度。

8.根据权利要求6所述的刮板输送机链条张力监测系统的监测方法，其特征在于，当张力F平稳时，增大n；当张力F波动较大时，减少n。

9.根据权利要求6所述的刮板输送机链条张力监测系统的监测方法，其特征在于，步骤S3中所述太赫兹图像处理装置识别出两个刮板之间的距离具体包括如下步骤：

首先将太赫兹波收发器获得的图像信息转化为电信号；

然后对电信号进行去噪、平滑、变换操作，以加强图像中刮板的边界特征；

其次进行特征的抽取和选择，将获得的刮板的边界信息提取出来；

最后进行分类器设计，从而获得两个刮板之间的间距L。