CN112798316A

CN112798316A - 一种掘进机综合性能测试系统

Info

Publication number: CN112798316A
Application number: CN202110142748.5A
Authority: CN
Inventors: 苗祥云; 李文亮; 张加永; 庞晴晴; 汤东旭; 李琳; 高启章; 张庆良; 郭靖; 张凯
Original assignee: Yankuang Donghua Heavy Industry Co ltd
Current assignee: Yankuang Donghua Heavy Industry Co ltd
Priority date: 2021-02-02
Filing date: 2021-02-02
Publication date: 2021-05-14

Abstract

本申请公开了一种掘进机综合性能测试系统，包括具有预设硬度的岩壁，还包括设置于掘进机上的用于在截割所述岩壁时获得所述掘进机参数的第一参数获取装置，以及与所述第一参数获取装置连接的数据采集装置，所述数据采集装置还连接有数据分析处理装置，所述数据分析处理装置的另一端连接有数据输出装置。上述掘进机综合性能测试系统能够在多种工况下，对掘进机各关键测试点进行多种参数的检测，根据这些掘进机的性能表现，对设计生产的不足之处进行优化和改进，降低矿井下采掘机械液压元件的故障率，减少硬件故障损失，减少工序，优化采掘机械的工作程序。

Description

一种掘进机综合性能测试系统

技术领域

本发明属于机械测试技术领域，特别是涉及一种掘进机综合性能测试系统。

背景技术

掘进机在实际使用过程中会出现多种多样的问题，而硬岩掘进工况比较复杂，设备的整机重量较大，单部件的重量可达20吨至30吨，下井投入使用后，由于巷道条件复杂多变，一旦产品出现问题，井下排查故障、拆卸、起吊和运输等工作都非常困难，给用户带来很大麻烦，而后续的改进也比较被动，这也会耽误用户的掘进进尺。然而，现有技术中并没有一种掘进机综合性能测试系统来对掘进机进行出厂检验和型式试验，并且针对截割、爬坡和运输这些关键的项目进行检测试验，以及分别测试在空载和负载工况下的各项参数。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种掘进机综合性能测试系统，能够在多种工况下，对掘进机各关键测试点进行多种参数的检测，根据这些掘进机的性能表现，对设计生产的不足之处进行优化和改进，降低矿井下采掘机械液压元件的故障率，减少硬件故障损失，减少工序，优化采掘机械的工作程序。

本发明提供的一种掘进机综合性能测试系统，包括具有预设硬度的岩壁，还包括设置于掘进机上的用于在截割所述岩壁时获得所述掘进机参数的第一参数获取装置，以及与所述第一参数获取装置连接的数据采集装置，所述数据采集装置还连接有数据分析处理装置，所述数据分析处理装置的另一端连接有数据输出装置。

优选的，在上述掘进机综合性能测试系统中，还包括可容纳所述掘进机的具有预设角度的斜坡，以及用于在所述掘进机沿所述斜坡上坡时获得所述掘进机参数的第二参数获取装置，所述第二参数获取装置也连接至所述数据采集装置。

优选的，在上述掘进机综合性能测试系统中，所述第一参数获取装置包括震动加速度传感器和/或温度传感器和/或粉末浓度传感器和/或噪声仪和/或压力传感器。

优选的，在上述掘进机综合性能测试系统中，所述第一参数获取装置为无线传感器，利用无线方式将第一参数传输到所述数据采集装置。

优选的，在上述掘进机综合性能测试系统中，所述第二参数获取装置包括秒表和/或智能电表。

优选的，在上述掘进机综合性能测试系统中，所述第二参数获取装置为无线传感器。

优选的，在上述掘进机综合性能测试系统中，所述岩壁为利用混凝土和石子制成的普氏硬度为f6、f8或f10级别的岩壁。

优选的，在上述掘进机综合性能测试系统中，所述斜坡的预设角度为8°、16°或18°。

优选的，在上述掘进机综合性能测试系统中，所述数据采集装置为无线传感器接收终端，所述数据分析处理装置为工控机，所述数据输出装置为液晶显示器。

优选的，在上述掘进机综合性能测试系统中，还包括用于容纳所述数据采集装置、所述数据分析处理装置和所述数据输出装置的移动房屋。

通过上述描述可知，本发明提供的上述掘进机综合性能测试系统，由于包括具有预设硬度的岩壁，还包括设置于掘进机上的用于在截割所述岩壁时获得所述掘进机参数的第一参数获取装置，以及与所述第一参数获取装置连接的数据采集装置，所述数据采集装置还连接有数据分析处理装置，所述数据分析处理装置的另一端连接有数据输出装置，因此在矿井以上就能够模拟岩壁并且做各种测试，无需在矿井以下进行测试了，这样更加方便参数的获取以及后续的应对处理，从而能够在多种工况下，对掘进机各关键测试点进行多种参数的检测，根据这些掘进机的性能表现，对设计生产的不足之处进行优化和改进，降低矿井下采掘机械液压元件的故障率，减少硬件故障损失，减少工序，优化采掘机械的工作程序。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种掘进机综合性能测试系统的实施例的示意图；

图2为掘进机综合性能测试系统的斜坡的示意图；

图3为截割试验的模型图；

图4为本申请提供的一种掘进机综合性能系统的具体结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种掘进机综合性能测试系统，能够在多种工况下，对掘进机各关键测试点进行多种参数的检测，根据这些掘进机的性能表现，对设计生产的不足之处进行优化和改进，降低矿井下采掘机械液压元件的故障率，减少硬件故障损失，减少工序，优化采掘机械的工作程序。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

关于掘进机，其地质适应性是一个重要的参数，现有的数学和力学模型难以准确描述掘进机在掘进过程中的结构和力学参数的变化，而在井下施工现场进行实物样机试验的经济代价昂贵，并且需要承担较高的技术和安全风险，因此，在掘进机出厂前进行截割试验是提高掘进机系统可靠性的有效手段。

为此，本发明提供的一种掘进机综合性能测试系统的实施例如图1所示，图1为本发明提供的一种掘进机综合性能测试系统的实施例的示意图，该系统包括具有预设硬度的岩壁1，还包括设置于掘进机2上的用于在截割岩壁1时获得掘进机2参数的第一参数获取装置201，可以是各种传感器，以及与第一参数获取装置201连接的数据采集装置202，这里的第一参数获取装置优选为与数据采集装置无线连接，数据采集装置202还连接有数据分析处理装置203，数据分析处理装置203的另一端连接有数据输出装置204，该数据输出装置能够将实时参数和分析出来的结果显示出来以供人参考和辅助决策。

需要说明的是，上述岩壁可以是具有多种硬度等级的岩壁，在进行截割试验时，就可以截割与机型设计相对应硬度的岩壁，通过振动、噪声及温度等传感器对试验关键位置的温升、粉末浓度、截割噪声、振动等相关数据进行检测和采集，再进行数据处理、记录和显示，最后整理试验结果，判定掘进机的性能是否符合设计的要求。该实施例提供的系统重点在于单独制作了岩壁来代替实际矿井下的岩壁，从而方便的进行数据采集，即使掘进过程中出现了故障也能方便的进行相关处理，而且，该系统采集的第一参数包括但不限于掘进过程中的温度、压力、振动、噪声和应力，而数据采集装置用于将这些掘进过程中的掘进机参数收集起来，传输到数据分析处理装置进行分析，并且将分析结果用数据输出装置展示给用户，这样就能够模拟掘进机的掘进过程，并且分析掘进时各种问题出现的原因，这种方式无需掘进机进入矿井下，因此分析过程更加方便，也减少了掘进机出现问题而无法退出的风险。具体的，在截割岩壁及运输试验时，可在钻进、横扫、竖扫以及变换截割深度和截割宽度等多种工况下，对各关键测试点进行应力、振动、温度、噪声和电气运行参数等方面的测试。

通过上述描述可知，本发明提供的上述掘进机综合性能测试系统的实施例中，由于包括具有预设硬度的岩壁，还包括设置于掘进机上的用于在截割岩壁时获得掘进机参数的第一参数获取装置，以及与第一参数获取装置连接的数据采集装置，数据采集装置还连接有数据分析处理装置，数据分析处理装置的另一端连接有数据输出装置，因此在矿井上面就能够模拟岩壁并且做各种测试，无需在矿井以下进行测试了，这样更加方便参数的获取以及后续的应对处理，从而能够在多种工况下，对掘进机各关键测试点进行多种参数的检测，根据这些掘进机的性能表现，对设计生产的不足之处进行优化和改进，降低矿井下采掘机械液压元件的故障率，减少硬件故障损失，减少工序，优化采掘机械的工作程序。

在上述掘进机综合性能测试系统的一个具体实施例中，还可以包括可容纳掘进机的具有预设角度的斜坡，以及用于在掘进机沿斜坡上坡时获得掘进机参数的第二参数获取装置，该第二参数获取装置也连接至上述数据采集装置，也就是说，这种第二参数是与掘进机爬坡相关的性能参数，也是利用数据采集装置收集起来之后统一进行分析，为掘进机爬坡性能的改进提供数据支持。

需要说明的是，这种斜坡上可以让掘进机在其上面行走，向上爬行，也就是进行爬坡试验，在爬坡试验时，可采集的第二参数包括行走履带的振动冲击、行走速度和功率等参数，最终得到掘进机在各工况试验后的功率、牵引力、振动振幅、振动频率、温升和噪声曲线图，以检验掘进机的性能是否符合设计要求。还需要说明的是，不同型号掘进机的爬坡角度可以是不同的，例如，EBZ132、EBZ220、EBZ160A、EBZ260、矸石填充机等型号的爬坡角度为±18°，EBH320型号的爬坡角度为纵向±18°，MG400/940-WD和MG2×70/325-BWD等型号爬坡角度为±16°，基于上述爬坡角度，可以制作总长度为28m左右、宽7.3m、高5.3m以及总体积约600m³的坡，将地基夯实，道路两侧设置步行梯，平台地上部分采用毛石混凝土砌筑，基础的下部设有素混凝土垫层。

而且，在上述掘进机综合性能测试系统的又一个优选实施例中，斜坡的预设角度为8°、16°或18°。也就是说，依据掘进机的设计爬坡能力来确定坡度，角度依次可以为8°、16°和18°，这样制作出的斜坡可以如图2所示，图2为掘进机综合性能测试系统的斜坡的示意图，可见这种斜坡从下往上的倾斜角度依次为10°、16°和18°，可依据实际需要在相应角度的斜坡上进行试验。为使试验场地能模拟掘进机井下行走的实际环境，根据MT/T238.3-2006标准的要求，掘进机行驶和爬坡路面用水泥和煤矸石混合制作。另外，为了进一步确保掘进机的安全，防止操作人员操作失误而导致掘进机掉落爬坡平台，在斜坡及平台上可以制作防撞台，防撞台高度可以为0.5米，在步行楼梯周边砌设围栏，以确保人员安全，围栏可以高1.3米。

在上述掘进机综合性能测试系统的另一个具体实施例中，第一参数获取装置可以包括震动加速度传感器和/或温度传感器和/或粉末浓度传感器和/或噪声仪和/或压力传感器。也就是说，可以根据实际需要选择这些传感器中的任意种类，其中，震动加速度传感器可以设置在截割部、回转台、司机座椅区、转载机马达以及电控箱的位置，而粉末浓度传感器可以设置在司机座椅区，噪声仪可以设置在司机座椅区，温度传感器可以设置在回转台、油泵油箱的位置，压力传感器可以设置在油泵油箱和转载机马达的位置。进一步的，上述第一参数获取装置可以为无线传感器，并且利用无线方式将第一参数传输到数据采集装置，这样就无需连接很多条线，掘进机无论如何移动，只要在一定的信号范围内，就能够利用这些无线传感器将采集的实时参数传输到指定位置，而且这种无线方式可以是任意的类型，例如LoRa、Wi-Fi、4G或5G等等，都可以将各测试数据利用任一种无线方式传输至PLC和工控机进行程序处理。

在上述掘进机综合性能测试系统的一个优选实施例中，第二参数获取装置可以包括秒表和/或智能电表。具体的，行走速度可以用秒表计算，功率可以用功率传感器采集行走时的平均电流值，根据功率＝电压×电流计算后，无线传输给工控机得出的。进一步的，第二参数获取装置优选为无线传感器，，这样就无需连接很多条线，掘进机无论如何移动，只要在一定的信号范围内，就能够利用这些无线传感器将采集的实时参数传输到指定位置，而且这种无线方式可以是任意的类型，同样可以采用LoRa、Wi-Fi、4G或5G等方式将各种参数无线传输到数据采集装置。

在上述掘进机综合性能测试系统的另一个优选实施例中，岩壁为利用混凝土和石子制成的普氏硬度为f6、f8或f10级别的岩壁。具体的，EBZ220、EBZ160A型号对应的煤岩硬度≤f8，经济切割硬度≤80MPa，最大截割硬度90MPa；EBZ260型号的煤岩硬度≤f8，经济切割硬度≤85MPa，最大截割硬度90MPa；EBH320型号的煤岩硬度f≤10，局部f≤12，经济切割单向抗压强度≤100MPa(局部≤120MPa)的煤岩；EBZ220型号的最大切割高度5.2m，最大切割宽度6.6m，截割断面34m²；EBZ160A型号的最大切割高度4.8m，最大切割宽度5.5m，截割断面24m²；EBZ260型号的最大切割高度5m，最大切割宽度6.2m，截割断面34m²；EBH320型号的可掘巷道最大宽度(定位时)7.01/6.57m，最大高度5.825/5.459m。具体的，可以通过不同标号混凝土和不同硬度矸石或岩石混合(青石、砂岩及花岗岩等)，制造硬度分为普氏系数f6、f8、f10级别的模拟岩壁以及变硬度模拟岩壁，充分模拟井下真实截割岩壁。岩体大小(长、宽、高)根据各机型可掘断面宽度和高度设计，试验岩体长约10m，宽6m，高4.8m，岩体截割损耗后需重新修筑，试验岩体左右、上部及后方建设挡墙，建筑总体积为150m³左右，可以参考图3，图3为截割试验的模型图，可见其中包括挡墙301、掘进机303以及包围在掘进机外部的防尘网302，还可以看出挡墙301从左至右依次为f＝6、f＝8和f＝10的三种硬度，可根据掘进机的型号来选择相应硬度的挡墙而进行试验。

本领域技术人员可以理解的是，在上述掘进机综合性能测试系统中，数据采集装置可以为无线传感器接收终端，数据分析处理装置为工控机，数据输出装置为液晶显示器。具体的，工控机运行的计算机辅助测控软件可以是基于Windows操作系统，以LabWindows作为编程环境开发的图形化测控软件。其人机界面友好，易于掌握，操作使用方便，系统稳定性与容错性好，为了便于维护，软件在设计开发时采用模块化结构和容错技术。LabWindows/CVI可以提供丰富的虚拟仪器控件，能够方便的设计出各式各样的仪器面板，并且能自动生成代码，在相应的回调函数里加入想要实现的功能，软件采用标准的C语言进行编程，支持多线程技术，能够实现复杂的控制逻辑。使用LabWindows/CVI结合工控机搭建试验登录界面。系统数据存储采用Microsoft Access2003数据库格式，支持ODBC和ADO两种数据库驱动引擎，借助于NI提供的SQL Toolkit工具并使用标准的SQL语句进行数据的存储、查询等操作，还可以读取数据库中指定记录行数进行列表显示，并将曲线图绘制于Graph控件中。PLC控制系统可以通过接收各传感器传输的4mA至20mA的信号，对掘进机运行过程中的振动、温度和压力等参数进行统一的处理，通过RS485通讯传输到工控机上，经过软件处理显示到液晶显示屏上。

还有，为了进一步实现集成化，方便数据采集和处理，在上述掘进机综合性能测试系统的基础上，还可以包括用于容纳数据采集装置、数据分析处理装置和数据输出装置的移动房屋，这样就便于实验时随着掘进机的移动而同步移动，显示屏、工控机和PLC控制中心等关键元器件均安装在定制的移动小屋内，其他传感器、摄像头全部采用无线传输方式安装在掘进机的待测部位。

具体的，可以如图4所示，图4为本申请提供的一种掘进机综合性能系统的具体结构示意图，该系统由设置在掘进机上面的摄像机、集线器、温度传感器、振动传感器、压力传感器、声强变送器、粉尘传感器、智能电表以及集成在上述移动房屋内的移动工作平台上的工控机、液晶显示器、无线传感器接收终端、数据在线监测单元、交换机、无线路由器、移动工作站和打印机组成，各传感器测得的数据传到工控机，经工控机处理分析，绘制分析结果，经显示器显示，并可打印出图表，该图表作为试验结果来分析掘进机的各项性能。

下面对软件开发系统及环境进行详细说明：

测试系统软件可基于Labview或gilent-vee及组太软件开发完成，实现数据的监测、查询、曲线、报表打印等功能。

(一)系统组成

软件平台主要包括数据接口中间件、数据监控软件、工业实时数据库软件等多个各自独立又紧密集成的组件组成，实现数据的监测、查询、曲线和报表打印等功能。

(1)数据接口中间件

这是用来连接现场设备和支持远程通讯，为每个独立数据点提供质量信息和时间标识，支持OPC、DDE、NetDDE和标准MODBUS等通讯协议。

(2)数据监控软件

通过使用其向导，新的智能符号使用户可以快速创建并部署自定义的应用程序，连接并传递实时信息，其灵活架构可确保应用程序满足客户目前的需求，并可根据将来的需求进行扩展，同时还能保留原来的工程投资和成果。这些通用应用程序可以从移动设备、瘦客户端、计算机节点甚至通过Internet进行访问。此外，数据监控软件具备开放性和可扩展性，提供更好的连接功能，可与同行业内的各种自动化设备相连接，适用范围广泛，系统界面具有开放性、强大的图形组态功能、数据库功能和易用性。

(3)工业数据库

工业历史数据库包含全面的系统信息，可以将这些信息与配置、报警、事件、摘要、实验室数据以及从其它服务器产品上获取的数据集成到一起。工业数据库将微软SQLServer的功能融入自己的过滤、结合及处理功能之中，通过加入所有数据类型的时间段过滤功能，扩展SQL语言的功能，工业数据库的查询引擎让客户端应用程序更容易使用，工业数据库扮演着信息系统服务器的角色，可使用成百上千的现成软件包来查看、分析及报告生产过程。工业数据库实时获取准确细致的现场数据，并提供无缝融合非实时、手工或离线数据的功能，获取生产数据的速度比关系型数据库快几百倍，存储空间也只占传统数据库的一小部分，同时将关系型数据库带入工业环境。

(二)系统功能

(1)数据实时集中监测功能

系统通过InComm、OPC采集数据，经数据处理后，根据现场实际需要，开发自动化监控人机界面，集中监测掘进机运行数据，为技术人员提供设备整体运行工况。监控画面根据系统具体监控要求实现对某一特定子系统的实时监测，一般规划为整体工况、整体操作画面等，各画面之间可通过单击导航标签快速切换，画面主要采用动画和图形显示，实现良好的人机互动。

(2)实时历史数据查询功能

系统维护人员可在工控机、移动工作站上实现对掘进机的实时/历史数据的查询和统计，可以按单条件或组合条件快速定位，实时数据可按用户设定的刷新频率进行动态更新，查询结果可实时页面打印。

(3)实时历史曲线

对于系统的实时和历史数据，授权用户可以以曲线的方式查询相应监测数据，可以按单条件或组合条件快速定位，可同时绘制多条曲线，各曲线颜色可任意指定，曲线提供报警门限设定功能，历史曲线时间间隔可任意指定，快速录入，历史曲线提供2条游标，可提供鼠标快速拖动，可精确显示查询时刻的数据和报警状态。

(4)报表打印功能

对于系统的实时和历史数据，可根据实际需要，对数据进行统计和分析，形成各种统计报告，如设备功耗统计等，并根据实际需求进行报表定制。

(三)试验中心抗干扰设计

液压元件综合试验中心各种设备工作时处于较复杂的电磁环境中，信号种类多，测试点分散，传输距离长，测试现场的各种大功率强电设备在工作过程中会伴随较强的电磁辐射，对计算机数据自动采集与处理系统产生不利影响。为了提高测试精度和可靠性，在计算机数据自动采集与处理系统的硬件与软件设计中将采用如下抗干扰技术。

a.接地技术

采用计算机、信号源、机壳分别接地的多点接地方案，降低和消除共地线阻抗产生的噪声压降，避免形成地环路而产生磁场和地电位差，还提供了静电的泄放回路，保护系统中的静电敏感设备不受损坏。

b.光电隔离技术

在模拟量输入通道前设置专用的模拟量隔离模块，实现信号输入通道与工控计算机的隔离。

c.屏蔽技术

采用抗干扰性强的Thum485智能无线适配器，具有以下显著特点：支持RS485输出的智能仪表(从设备)；采用常用的Modbus RTU协议，能够为几乎任何种类的传统智能仪表(RS485输出)增加无线能力；支持SIA无线工业网，实时监控信号强度及连接质量，输出具有>98％的数据可靠性；支持24V直流供电或110～220V交流供电仪表；支持快速采样，无线通信不会受到4-20mA环路电流变化的影响；除PV值外，可最多查询配套智能仪表的16个参数，提供诊断信息或多变量；在有防爆性要求的现场，可使用隔爆型天线时；一台Thum485适配器，通过常见的多路4-20mA采集模块，可将多达16台传统4-20mA变送器的数据上传到无线网关；通过SIA工业无线网络，可以将DCS、PLC的优势进一步延伸，用户可以监控更广泛，更全面的设备数据。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种掘进机综合性能测试系统，其特征在于，包括具有预设硬度的岩壁，还包括设置于掘进机上的用于在截割所述岩壁时获得所述掘进机参数的第一参数获取装置，以及与所述第一参数获取装置连接的数据采集装置，所述数据采集装置还连接有数据分析处理装置，所述数据分析处理装置的另一端连接有数据输出装置。

2.根据权利要求1所述的掘进机综合性能测试系统，其特征在于，还包括可容纳所述掘进机的具有预设角度的斜坡，以及用于在所述掘进机沿所述斜坡上坡时获得所述掘进机参数的第二参数获取装置，所述第二参数获取装置也连接至所述数据采集装置。

3.根据权利要求1所述的掘进机综合性能测试系统，其特征在于，所述第一参数获取装置包括震动加速度传感器和/或温度传感器和/或粉末浓度传感器和/或噪声仪和/或压力传感器。

4.根据权利要求3所述的掘进机综合性能测试系统，其特征在于，所述第一参数获取装置为无线传感器，利用无线方式将第一参数传输到所述数据采集装置。

5.根据权利要求2所述的掘进机综合性能测试系统，其特征在于，所述第二参数获取装置包括秒表和/或智能电表。

6.根据权利要求5所述的掘进机综合性能测试系统，其特征在于，所述第二参数获取装置为无线传感器。

7.根据权利要求1-6任一项所述的掘进机综合性能测试系统，其特征在于，所述岩壁为利用混凝土和石子制成的普氏硬度为f6、f8或f10级别的岩壁。

8.根据权利要求2-6任一项所述的掘进机综合性能测试系统，其特征在于，所述斜坡的预设角度为8°、16°或18°。

9.根据权利要求1-6任一项所述的掘进机综合性能测试系统，其特征在于，所述数据采集装置为无线传感器接收终端，所述数据分析处理装置为工控机，所述数据输出装置为液晶显示器。

10.根据权利要求9所述的掘进机综合性能测试系统，其特征在于，还包括用于容纳所述数据采集装置、所述数据分析处理装置和所述数据输出装置的移动房屋。