CN110821509A - 一种自主激振式辅助截割掘进模拟试验装置 - Google Patents
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Abstract
一种自主激振式辅助截割掘进模拟试验装置,包括模拟煤岩组件和模拟掘进机组件;模拟煤岩组件包括煤岩支撑底座、煤岩型架及煤岩体;模拟掘进机组件包括掘进机支撑底座、动力箱、回转台、截割臂、截割头、截割臂摆转电动伺服缸及截割臂俯仰电动伺服缸;回转台包括回转台静盘及回转台动盘;动力箱借助导轨、滑块及液压缸可在掘进机支撑底座上直线移动;回转台动盘可绕静盘转动,截割臂摆转电动伺服缸一端铰接在动力箱上,另一端铰接在回转台动盘上;截割臂一端铰接在回转台动盘上,截割头位于截割臂另一端;截割臂俯仰电动伺服缸一端铰接在回转台动盘上,另一端铰接在截割臂中部;动力箱内部设有变频电机,变频电机通过万向联轴器与截割头传动连接。
Description
技术领域
本发明属于煤矿机械试验设备技术领域,特别是涉及一种自主激振式辅助截割掘进模拟试验装置。
背景技术
悬臂式掘进机作为煤炭开采的重要综掘装备之一,受到复杂地质条件的影响,在对煤岩进行破碎过程中,所产生的多路径强载荷会反作用于截割头上,进而使悬臂式掘进机产生剧烈震荡,特别是在悬臂式掘进机受力薄弱的位置,振动和冲击更为强烈,并会引起悬臂式掘进机机身产生纵、横摆动,导致悬臂式掘进机回转台等关键部件受力不均,严重时会导致连接螺钉断裂、焊道开裂等情况的发生,最终诱发悬臂式掘进机中的关键结构件频繁出现损坏和失效现象,从而严重影响了综掘效率。因此,有必要针对悬臂式掘进机开展激振条件下相关试验,用以提前发现悬臂式掘进机可能存在的设计缺陷,为悬臂式掘进机的设计改进提供理论依据。
但是,悬臂式掘进机的真机尺寸庞大,其难以在实验室环境下进行试验,这也成为了限制悬臂式掘进机真机开展激振条件下相关试验的重要因素之一。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提供一种自主激振式辅助截割掘进模拟试验装置,可以真实模拟悬臂式掘进机的掘进过程,以满足在实验室环境下开展激振条件下相关试验的要求,为悬臂式掘进机的设计改进提供理论依据。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:一种自主激振式辅助截割掘进模拟试验装置,包括模拟煤岩组件和模拟掘进机组件;所述模拟煤岩组件包括煤岩支撑底座、煤岩型架及煤岩体,所述煤岩型架固装在煤岩支撑底座上,煤岩体固设在煤岩型架内,煤岩体的截割面采用内凹圆弧形;在所述煤岩型架顶部固设有吊环;所述模拟掘进机组件包括掘进机支撑底座、动力箱、回转台、截割臂、截割头、截割臂摆转电动伺服缸及截割臂俯仰电动伺服缸;所述回转台包括回转台静盘及回转台动盘;在所述掘进机支撑底座顶部水平固设有导轨,导轨采用平行双轨结构,在导轨上设置有滑块,所述动力箱固设在滑块上,动力箱可沿导轨直线移动,动力箱沿导轨进行直线移动的驱动力由液压缸提供;所述回转台静盘水平固设在动力箱顶部,所述回转台动盘同心安装在回转台静盘上,回转台动盘可绕回转台静盘圆心进行水平转动,所述截割臂摆转电动伺服缸一端铰接在动力箱上,截割臂摆转电动伺服缸另一端铰接在回转台动盘上;所述截割臂一端铰接在回转台动盘上,所述截割头安装在截割臂另一端,所述截割臂俯仰电动伺服缸一端铰接在回转台动盘上,截割臂俯仰电动伺服缸另一端铰接在截割臂中部;在所述动力箱内部设置有变频电机,变频电机的电机轴通过万向联轴器与截割头进行传动连接,万向联轴器采用可伸缩式结构。
在所述煤岩支撑底座上设置有电控箱,电控箱采用PLC控制方式,所述截割臂摆转电动伺服缸及截割臂俯仰电动伺服缸均由电控箱进行控制,通过截割臂摆转电动伺服缸或截割臂俯仰电动伺服缸向截割臂辅助施加自主激振。
所述截割头采用空心结构,截割头连接法兰上固设有十字形支架,十字形支架位于截割头内部,十字形支架上用于布设传感器,在截割头连接法兰上开设有穿线孔,传感器的数据接线通过穿线孔穿出截割头,传感器的数据接线外接有无线信号发射器。
所述动力箱和截割臂的壁板均采用打孔壁板。
所述煤岩支撑底座和掘进机支撑底座均通过地脚螺栓固定在地面上,在所述截割头下方的掘进机支撑底座上安装有挡煤板。
本发明的有益效果:
本发明的自主激振式辅助截割掘进模拟试验装置,可以真实模拟悬臂式掘进机的掘进过程,以满足在实验室环境下开展激振条件下相关试验的要求,为悬臂式掘进机的设计改进提供理论依据。
附图说明
图1为本发明的一种自主激振式辅助截割掘进模拟试验装置(截割臂处于抬起状态)的立体图;
图2为本发明的一种自主激振式辅助截割掘进模拟试验装置(截割臂处于水平状态)的正视图;
图3为本发明的截割臂与截割头的装配示意图;
图4为本发明的动力箱与回转台静盘的装配示意图;
图5为本发明的回转台动盘的结构示意图;
图6为本发明的截割头的结构示意图;
图7为本发明的截割头连接法兰的结构示意图;
图中,1—煤岩支撑底座,2—煤岩型架,3—煤岩体,4—掘进机支撑底座,5—动力箱,6—截割臂,7—截割头,8—截割臂摆转电动伺服缸,9—截割臂俯仰电动伺服缸,10—回转台静盘,11—回转台动盘,12—导轨,13—滑块,14—万向联轴器,15—电控箱,16—截割头连接法兰,17—十字形支架,18—挡煤板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1~7所示,一种自主激振式辅助截割掘进模拟试验装置,包括模拟煤岩组件和模拟掘进机组件;所述模拟煤岩组件包括煤岩支撑底座1、煤岩型架2及煤岩体3,所述煤岩型架2固装在煤岩支撑底座1上,煤岩体3固设在煤岩型架2内,煤岩体3的截割面采用内凹圆弧形,由于截割臂的摆动路径也是圆弧形,截割面为内凹圆弧形的煤岩体3即可以节省试验材料,避免不必要的浪费,又可以完全满足试验要求;在所述煤岩型架2顶部固设有吊环;所述模拟掘进机组件包括掘进机支撑底座4、动力箱5、回转台、截割臂6、截割头7、截割臂摆转电动伺服缸8及截割臂俯仰电动伺服缸9;所述回转台包括回转台静盘10及回转台动盘11;在所述掘进机支撑底座4顶部水平固设有导轨12,导轨12采用平行双轨结构,在导轨12上设置有滑块13,所述动力箱5固设在滑块13上,动力箱5可沿导轨12直线移动,动力箱5沿导轨12进行直线移动的驱动力由液压缸提供;所述回转台静盘10水平固设在动力箱5顶部,所述回转台动盘11同心安装在回转台静盘10上,回转台动盘11可绕回转台静盘10圆心进行水平转动,所述截割臂摆转电动伺服缸8一端铰接在动力箱5上,截割臂摆转电动伺服缸8另一端铰接在回转台动盘11上;所述截割臂6一端铰接在回转台动盘11上,所述截割头7安装在截割臂6另一端,所述截割臂俯仰电动伺服缸9一端铰接在回转台动盘11上,截割臂俯仰电动伺服缸9另一端铰接在截割臂6中部;在所述动力箱5内部设置有变频电机,变频电机的电机轴通过万向联轴器14与截割头7进行传动连接,万向联轴器14采用可伸缩式结构。与传统的将截割电机置于截割臂的结构形式相比,截割电机置于截割臂的结构形式会导致截割臂上下摆动时负重过大,不但会导致电动伺服缸的载荷过大,容易烧毁电机,同时过重的截割臂也会影响截割试验结果的准确性。
在所述煤岩支撑底座1上设置有电控箱15,电控箱15采用PLC控制方式,所述截割臂摆转电动伺服缸8及截割臂俯仰电动伺服缸9均由电控箱15进行控制,通过截割臂摆转电动伺服缸8或截割臂俯仰电动伺服缸9向截割臂6辅助施加自主激振。
所述截割头7采用空心结构,截割头连接法兰16上固设有十字形支架17,十字形支架17位于截割头7内部,十字形支架17上用于布设传感器,在截割头连接法兰16上开设有穿线孔,传感器的数据接线通过穿线孔穿出截割头7,传感器的数据接线外接有无线信号发射器。
所述动力箱5和截割臂6的壁板均采用打孔壁板。打孔壁板不但可以保证强度,也可以大幅度降低重量。
所述煤岩支撑底座1和掘进机支撑底座4均通过地脚螺栓固定在地面上,在所述截割头7下方的掘进机支撑底座4上安装有挡煤板18。通过挡煤板18可以防止截割试验时煤粉四处崩落。
下面结合附图说明本发明的一次使用过程:
启动动力箱5内部的变频电机,变频电机通过万向联轴器14带动截割头7转动,通过变频电机对截割头7进行变频调速驱动,使截割头7的转速范围处于3~150r/min;根据试验需要,设定一个试验转速,在设定转速下,控制动力箱5沿导轨12向前移动,设定转速下的截割头7开始截割煤岩体3。
接下来,根据设定好的截割路径,控制截割臂摆转电动伺服缸8或截割臂俯仰电动伺服缸9动作,进而控制截割臂6进行水平摆转运动或上下俯仰运动,此时截割头6内部的十字形支架17上布设的传感器(应变片)会将采集到的数据通过无线方式直接传输到电控箱15的数据采集终端,数据采集终端会将事先标定好的系数与采集到的应变量数据进行对应计算,之后可以自动得出截割头6截齿的三向力,此时再根据试验需要,控制截割臂摆转电动伺服缸8或截割臂俯仰电动伺服缸9向截割臂6辅助施加自主激振,再对数据进行采集和分析,用于研究各参数之间的相互关系,为悬臂式掘进机的设计改进提供理论依据。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围,凡未脱离本发明所为的等效实施或变更,均包含于本案的专利范围中。
Claims (5)
1.一种自主激振式辅助截割掘进模拟试验装置,其特征在于:包括模拟煤岩组件和模拟掘进机组件;所述模拟煤岩组件包括煤岩支撑底座、煤岩型架及煤岩体,所述煤岩型架固装在煤岩支撑底座上,煤岩体固设在煤岩型架内,煤岩体的截割面采用内凹圆弧形;在所述煤岩型架顶部固设有吊环;所述模拟掘进机组件包括掘进机支撑底座、动力箱、回转台、截割臂、截割头、截割臂摆转电动伺服缸及截割臂俯仰电动伺服缸;所述回转台包括回转台静盘及回转台动盘;在所述掘进机支撑底座顶部水平固设有导轨,导轨采用平行双轨结构,在导轨上设置有滑块,所述动力箱固设在滑块上,动力箱可沿导轨直线移动,动力箱沿导轨进行直线移动的驱动力由液压缸提供;所述回转台静盘水平固设在动力箱顶部,所述回转台动盘同心安装在回转台静盘上,回转台动盘可绕回转台静盘圆心进行水平转动,所述截割臂摆转电动伺服缸一端铰接在动力箱上,截割臂摆转电动伺服缸另一端铰接在回转台动盘上;所述截割臂一端铰接在回转台动盘上,所述截割头安装在截割臂另一端,所述截割臂俯仰电动伺服缸一端铰接在回转台动盘上,截割臂俯仰电动伺服缸另一端铰接在截割臂中部;在所述动力箱内部设置有变频电机,变频电机的电机轴通过万向联轴器与截割头进行传动连接,万向联轴器采用可伸缩式结构。
2.根据权利要求1所述的一种自主激振式辅助截割掘进模拟试验装置,其特征在于:在所述煤岩支撑底座上设置有电控箱,电控箱采用PLC控制方式,所述截割臂摆转电动伺服缸及截割臂俯仰电动伺服缸均由电控箱进行控制,通过截割臂摆转电动伺服缸或截割臂俯仰电动伺服缸向截割臂辅助施加自主激振。
3.根据权利要求1所述的一种自主激振式辅助截割掘进模拟试验装置,其特征在于:所述截割头采用空心结构,截割头连接法兰上固设有十字形支架,十字形支架位于截割头内部,十字形支架上用于布设传感器,在截割头连接法兰上开设有穿线孔,传感器的数据接线通过穿线孔穿出截割头,传感器的数据接线外接有无线信号发射器。
4.根据权利要求1所述的一种自主激振式辅助截割掘进模拟试验装置,其特征在于:所述动力箱和截割臂的壁板均采用打孔壁板。
5.根据权利要求1所述的一种自主激振式辅助截割掘进模拟试验装置,其特征在于:所述煤岩支撑底座和掘进机支撑底座均通过地脚螺栓固定在地面上,在所述截割头下方的掘进机支撑底座上安装有挡煤板。
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