CN112798456B - 一种用于镐型截齿截割含硬核煤岩体的截割试验台 - Google Patents

一种用于镐型截齿截割含硬核煤岩体的截割试验台 Download PDF

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Abstract

本发明属于矿山机械设备试验领域，具体涉及一种用于镐型截齿截割含硬核煤岩体的截割试验台，由试验台架、滑移平台、截割部、煤岩体夹持装置，煤岩体及传感器组成；根据相似原理搭建出在截割含硬核煤岩体在工作过程中可准确测试出截割机构的截割三向力、力矩、截齿加速度、含硬核煤岩体所受应力变化等关键性能参数的试验台，从而获得采掘装备在截割含硬核煤岩过程中硬核煤岩破落规律、截齿振动特性以及影响截齿振动特性因素，为井下实际工况下采掘装备的截齿磨损研究提供依据,为镐型截齿截割硬核煤岩提供设计和优化依据，具有重要的理论意义和实用价值。

Description

一种用于镐型截齿截割含硬核煤岩体的截割试验台
技术领域
本发明属于矿山机械设备试验技术领域，具体涉及一种用于镐型截齿截割含硬核煤岩体的截割试验台。
背景技术
作为煤炭开采的主要设备，采掘机械广泛应用于井下巷道的施工及煤炭开采工程中，镐型截齿作为采掘机械参与煤岩截割的主要部件,在井下巷道的施工及煤炭开采工程中起到极其关键的作用,其截割性能的好坏直接影响到采煤效率、作业成本和井下人员的工作强度；含硬核煤岩体是一种在煤层中夹杂矿物质的岩石，形状不规则且硬度高，截齿在截割过程中易出现截齿磨损严重，可靠性低，振动明显，工作效率低等问题；由于井下工作条件恶劣加之各种因素的影响，使得开展井下试验研究工作困难重重；考虑上述诸多因素，根据相似原理，若能搭建出在截割含硬核煤岩体的工作过程中能准确测试出截割机构的截割三向力、力矩、截齿加速度、含硬核煤岩体所受应力变化等关键性能参数的试验台，从而获得采掘装备在截割含硬核煤岩过程中硬核煤岩破落规律、截齿振动特性以及影响截齿振动特性因素，为井下实际工况下采掘装备的截齿磨损研究提供依据,为镐型截齿截割硬核煤岩提供设计和优化依据，具有重要的理论意义和实用价值。
发明内容
为了很好地解决上述难题，本发明提供了一种用于镐型截齿截割含硬核煤岩体的截割试验台，由试验台架、截割部、滑移平台、煤岩体夹持装置，含硬核煤岩体及传感器组成；所述的试验台架包括截割部支座、操作台支座两部分；所述的截割部由电机支座、截割电机，电机联轴器、动态扭矩传感器支座、动态扭矩传感器、传感器联轴器、减速器支座、减速器、减速器联轴器和截割机构组成，其中的截割机构包括转盘、齿座、镐型截齿、方轴四部分；所述的电机支座、动态扭矩传感器支座及减速器支座通过螺栓与截割部支座连接固定，并且为可径向调整的结构，用于调整截割电机、动态扭矩传感器以及减速器的同轴度；所述的截割电机通过螺栓连接固定在电机支座上，动态扭矩传感器通过螺栓连接固定在动态扭矩传感器支座上，减速器通过螺栓连接固定在减速器支座上；所述的截割电机通过电机联轴器与动态扭矩传感器配合连接，所述减速器的高速轴输入端通过联轴器与动态扭矩传感器配合连接，减速器低速轴通过减速器联轴器与截割机构的转盘上的方轴配合连接，转盘与方轴通过焊接连接，镐型截齿通过齿座与转盘固定连接；所述滑移平台由操作台、传动丝杠、沉头螺钉、螺钉、轴承座、密封圈、滚动轴承、轴承密封盖、步进电机、导轨、滑块、垫块组成；滑移平台的两条导轨通过螺钉与垫块连接固定，垫块由螺栓与操作台支座固定连接，在每条导轨上设置有两个滑块，两条导轨上的四个滑块与操作台连接固定；在导轨两端设置有挡块，挡块由沉头螺钉固定在操作台支座上；步进电机通过螺栓连接固定在操作台支座上，步进电机与传动丝杠通过联轴器配合连接，传动丝杠通过滚动轴承安装在轴承支座中，轴承支座通过螺钉固定在操作台支座上，在轴承支座两端装有密封圈、密封盖；所述夹持装置由前挡板、侧挡板、可移动后挡板、横板组成，前挡板和两个侧挡板通过焊接固定在操作台上，可移动后挡板与操作台通过螺栓配合连接，连接两侧板的上端面焊接有一横板，横板上配有压紧螺钉；所述含硬结合煤岩体由煤粉、岩石粉、水泥、沙子、水等调和而成的块状物体，按照相应比例调和出硬核和煤岩，将硬核和煤岩组合成含硬核煤岩体；所述传感器包括动态扭矩传感器、三向力传感器、加速度传感器，所述动态扭矩传感器安装在截割电机与减速器之间，所述三向力传感器通过螺钉连接固定在镐型截齿的齿座底部，所述加速度传感器粘贴于三向力传感器上；所述应力仪通过导线与煤岩体中的应变片连接，所述应变片以水平和竖直两个方向放置在硬核的四周。
附图说明
图1本发明一种用于稿型截齿截含硬核煤岩体的截割试验台的主视图；
图2本发明一种用于稿型截齿截含硬核煤岩体的截割试验台的左视图；
图3本发明一种用于稿型截齿截含硬核煤岩体的截割试验台的俯视图；
图4本发明一种用于稿型截齿截含硬核煤岩体的截割试验台截齿与三向力传感器装配图；
图5本发明一种用于稿型截齿截含硬核煤岩体的截割试验台截齿三向力转换原理图；
图6本发明用于稿型截齿截含硬核煤岩体的截割试验台的应变片布置图；
图7本发明用于稿型截齿截含硬核煤岩体的截割试验台应力仪与应变片接线图。
图中：1-1截割部支座，1-2操作台支座，2-1电机支座，2-2截割电机，2-3电机联轴器，2-4动态扭矩传感器支座，2-5动态扭矩传感器，2-6传感器联轴器，2-7减速器支座，2-8减速器，2-9减速器联轴器，2-10转盘，2-11方轴，3-1滑块，3-2垫块，3-3前挡板，3-4侧挡板，3-5操作台，3-6压紧螺钉，3-7横板，3-8可移动挡板，3-9螺钉，3-10沉头螺钉，3-11传动丝杠，3-12密封圈，3-13滚动轴承，3-14密封盖，3-15步进电机，3-16轴承支座，3-17挡块，3-18导轨，1硬核，2含硬核煤岩体，3三向力传感器，4加速度传感器，5齿座，6镐型截齿，7应变片。
具体实施方式
本发明提供了一种用于镐型截齿截割含硬核煤岩体的截割试验台，由试验台架、截割部、滑移平台、煤岩体夹持装置，含硬核煤岩体及传感器组成；如图1所示，所述的试验台架包括截割部支座1-1、操作台支座1-2两部分，如图3所示,截割部支座和操作台支座由平板和立柱焊接而成，作为整个试验台的支撑部件，截割部支座和操作台支座成九十度角放置；如图2、图4所示，所述的截割部由电机支座2-1，截割电机2-2，电机联轴器2-3，动态扭矩传感器支座2-4，动态扭矩传感器2-5，传感器联轴器2-6，减速器支座2-7，减速器2-8，减速器联轴器2-9和截割机构组成，其中截割机构包括转盘2-10、齿座5、镐型截齿6、方轴2-11四部分；所述的电机支座2-1、动态扭矩传感器支座2-4及减速器支座2-7通过螺栓与截割部支座1-1连接固定，并且为可径向调整的结构，用于调整截割电机2-2、动态扭矩传感器2-5以及减速器2-8同轴度；所述的截割电机2-2通过螺栓连接固定在电机支座2-1上，动态扭矩传感器2-5通过螺栓连接固定在动态扭矩传感器支座2-4上，减速器2-8通过螺栓连接固定在减速器支座2-7上；截割电机2-2通过电机联轴器2-3与动态扭矩传感器2-5配合连接，将动力传递给动态扭矩传感器2-5，用于测量数据，减速器高速轴通过联轴器2-6与动态扭矩传感器2-5配合连接，将动力传递给减速器，减速器的低速轴通过减速器联轴器2-9与截割机构配合连接，截割机构的转盘2-10与方轴2-11为焊接连接固定，镐型截齿6通过齿座5与转盘2-10固定连接，截割电机2-2动力传传递至方轴2-11，方轴带动转盘转动，转盘上的镐型截齿进行截割煤岩的工作；所述的截割电机2-2选择电机功率为3.0kw,转速为1410r/min，减速器2-8型号为r87,传动比i＝32，转盘转速在48r/min，通过变频器调整电机输出转速，模拟不同截割速度对截齿截割煤岩性能的影响；如图3所示，所述的滑移平台用来实现含硬核煤岩体试件的进给运动，由操作台3-5、传动丝杠3-11、沉头螺钉3-10、螺钉3-9、轴承座3-16、密封圈3-12、滚动轴承3-13、轴承密封盖3-14、步进电机3-15、挡块3-17、导轨3-18、滑块3-1、垫块3-2组成；两条导轨3-18通过螺钉3-9与垫块3-2连接固定，垫块3-2由螺栓与操作台支座1-2固定连接，在每条导轨3-18上设置有两个滑块3-1，两条导轨3-18上的四个滑块3-1与操作台3-5连接固定，步进电机3-15带动传动丝杠3-11转动，传动丝杠3-11上的滑块3-1带动操作台3-5在导轨3-18上做往复移动；在导轨3-18两端设置有挡块3-17，挡块3-17用沉头螺钉3-10固定在操作台支座1-2上，防止滑块3-1从导轨3-18上滑落；步进电机3-15通过螺栓连接固定在操作台支座1-2上，步进电机3-15与传动丝杠3-11通过联轴器配合连接，传动丝杠3-11通过滚动轴承安装在轴承支座3-16中，轴承支座3-16通过螺钉固定在操作台支座1-2上，在轴承支座3-16两端装有密封圈3-12、密封盖3-14；所述夹持装置由前挡板3-3、两个侧挡板3-4、横板3-7、可移动后挡板3-8及操作台组成，靠近截割部的前挡板3-3、夹持煤岩体的两个侧挡板3-4通过焊接固定在操作台3-5上，可移动后挡板3-8与操作台通过螺栓配合连接，根据煤岩体的大小可前后调节，两侧板的上端面焊接有一横板3-7，横板3-7上配有压紧螺钉3-6，用于垂直方向压紧含硬核煤岩体2，夹持装置对所夹持的含硬核煤岩体2实现六个自由度限制；所述含硬核煤岩体2由煤粉、岩石粉、水泥、沙子、水等调和而成的块状物体，按照相应比例调和出硬核1和煤岩，将硬核1和煤岩组合成含硬核煤岩体2；所述传感器包括动态扭矩传感器2-4、三向力传感器3、加速度传感器4，所述动态扭矩传感器2-4安装在截割电机2-2与减速器2-8之间，用于测量截割机构截割过程中电机输出轴的功率、转速、扭矩信息，通过计算得到镐型截齿6受到的动态转矩、镐型截齿6绕转盘2-10回转轴线的转速、功率、扭矩信息；所述三向力传感器3通过螺钉连接固定在镐型截齿的齿座5的底部，三向力传感器3用于测量镐型截齿6在截割过程中截齿局部旋转坐标下三向力数据，其转换关系如图5所示，对转盘旋转角速度ω进行积分处理，得到截割过程中的旋转角θ，通过三向力传感器获得旋转坐标轴下镐型截齿三向力Rx，Ry，Rz，将旋转坐标下的三向力转换为固定坐标系下三向力，利用下列公式可得三向力Fx、Fy、Fz：
Figure BDA0002864602670000041
所述加速度传感器4粘贴在三向力传感器3上，用于测量镐型截齿局部坐标下的三轴加速度，测量数据通过蓝牙传输到上位机中，以此分析镐型截齿在截割过程中截齿振动特性；如图1、图6所示；将应变片7以水平和竖直两个方向放置在硬核1的四周，如图7所示，所述应力仪通过导线与含硬核煤岩体2中的应变片1/2桥连接，用于测量截割煤岩时的煤岩体内部应力、应变情况，当镐型截齿截割含硬核煤岩体2时，硬核1与含硬核煤岩体2受到冲击力后会产生变形，硬核1周围的应变片7也会产生受力变形，而应变片7的电阻是随应变片的变形率而变化，电桥产生的输出信号经放大线路放大后，通过应力仪将电信号转换为数字信号，在应力仪的表盘上所显示的数值就是硬核表面的应力值。

Claims (10)

1.一种用于镐型截齿截割含硬核煤岩体的截割试验台，由试验台架、截割部、滑移平台、煤岩体夹持装置，含硬核煤岩体、传感器及组成；所述的试验台架包括截割部支座(1-1)、操作台支座(1-2)两部分；所述的截割部由电机支座(2-1)、截割电机(2-2)、电机联轴器(2-3)、动态扭矩传感器支座(2-4)、动态扭矩传感器(2-5)、传感器联轴器(2-6)、减速器支座(2-7)、减速器(2-8)、减速器联轴器(2-9)和截割机构组成，其中截割机构包括转盘(2-10)、齿座(5)、镐型截齿(6)、方轴(2-11)四部分；所述的滑移平台由操作台(3-5)、传动丝杠(3-11)、沉头螺钉(3-10)、螺钉(3-9)、轴承座(3-16)、密封圈(3-12)、滚动轴承(3-13)、轴承密封盖(3-14)、步进电机(3-15)、导轨(3-18)、滑块(3-1)、垫块(3-2)组成；所述煤岩体夹持装置由前挡板(3-3)、两个侧挡板(3-4)、横板(3-7)、可移动后挡板(3-8)及操作台组成；所述传感器包括动态扭矩传感器(2-4)、三向力传感器(3)、加速度传感器(4)，所述动态扭矩传感器(2-5)安装在截割电机(2-2)与减速器(2-8)之间，所述三向力传感器(3)通过螺钉连接固定在镐型截齿的齿座(5)的底部，三向力传感器(3)用于测量镐型截齿(6)在截割过程中截齿局部旋转坐标下三向力数据，所述的加速度传感器(4)粘贴在三向力传感器(3)上。
2.如权利要求1所述的一种用于镐型截齿截割含硬核煤岩体的截割试验台，其特征在于：所述的截割部的电机支座(2-1)、动态扭矩传感器支座(2-4)及减速器支座(2-7)通过螺栓与截割部支座1-1连接固定，并且为可径向调整的结构，用于调整截割电机(2-2)、动态扭矩传感器(2-5)以及减速器(2-8)的同轴度；所述的截割电机(2-2)通过螺栓连接固定在电机支座(2-1)上，传感器(2-5)通过螺栓连接固定在动态扭矩传感器支座(2-4)上，减速器(2-8)通过螺栓连接固定在减速器支座(2-7)上；所述的截割电机(2-2)通过电机联轴器(2-3)与动态扭矩传感器(2-5)配合连接，减速器高速轴通过传感器联轴器(2-6)与动态扭矩传感器(2-5)配合连接，减速器的低速轴通过减速器联轴器(2-9)与截割机构配合连接，截割机构的转盘(2-10)与方轴(2-11)为焊接连接固定，镐型截齿(6)通过齿座(5)与转盘(2-10)固定连接，截割电机(2-2)动力传传递至方轴(2-11)，方轴带动转盘转动，转盘上的镐型截齿进行截割煤岩的工作。
3.如权利要求1所述的一种用于镐型截齿截割含硬核煤岩体的截割试验台，其特征在于：所述的滑移平台的两条导轨(3-18)通过螺钉(3-9)与垫块(3-2)连接固定，垫块(3-2)由螺栓与操作台支座(1-2)固定连接，在每条导轨(3-18)上设置有两个滑块(3-1)，两条导轨(3-18)上的四个滑块(3-1)与操作台(3-5)连接固定，步进电机(3-15)带动传动丝杠(3-11)转动，传动丝杠(3-11)上的滑块(3-1)带动操作台(3-5)在导轨(3-18) 上做往复移动；在导轨(3-18)两端设置有挡块(3-17)，挡块(3-17)用沉头螺钉(3-10)固定在操作台支座(1-2)上，防止滑块(3-1)从导轨(3-18)上滑落；步进电机(3-15)通过螺栓连接固定在操作台支座(1-2)上，步进电机(3-15)与传动丝杠(3-11)通过联轴器配合连接，传动丝杠(3-11)通过滚动轴承安装在轴承支座(3-16)中，轴承支座(3-16)通过螺钉固定在操作台支座(1-2)上，在轴承支座(3-16)两端装有密封圈(3-12)、密封盖(3-14)。
4.如权利要求1所述的一种用于镐型截齿截割含硬核煤岩体的截割试验台，其特征在于：所述的煤岩体夹持装置由靠近截割部的前挡板(3-3)、夹持煤岩体的两个侧挡板(3-4)通过焊接固定在操作台(3-5)上，可移动后挡板(3-8)与操作台通过螺栓配合连接，根据煤岩体的大小可前后调节，在两个侧板的上端面焊接有一横板(3-7)，横板(3-7)上配有压紧螺钉(3-6)，用于垂直方向压紧含硬核煤岩体(2)。
5.如权利要求1所述的一种用于镐型截齿截割含硬核煤岩体的截割试验台，其特征在于：所述含硬核 煤岩体(2)由煤粉、岩石粉、水泥、沙子、水调和而成的块状物体，按照相应比例调和出硬核(1)和煤岩，将硬核(1)和煤岩组合成含硬核煤岩体(2)。
6.如权利要求5所述的一种用于镐型截齿截割含硬核煤岩体的截割试验台，其特征在于：在硬核煤岩体中的硬核四周以水平和竖直两个方向放置应变片(7)。
7.如权利要求1所述的一种用于镐型截齿截割含硬核煤岩体的截割试验台，其特征在于：所述的试验台的支撑部件截割部支座(1-1)和操作台支座(1-2)由平板和立柱焊接而成，截割部支座和操作台支座成九十度角放置。
8.如权利要求2所述的一种用于镐型截齿截割含硬核煤岩体的截割试验台，其特征在于：所述的截割电机(2-2)选择电机功率为3.0kw,转速为1410r/min，减速器2-8型号为r87,传动比i＝32，转盘转速在48r/min，通过变频器调整电机输出转速，模拟不同截割速度对截齿截割煤岩性能的影响。
9.如权利要求6所述的一种用于镐型截齿截割含硬核煤岩体的截割试验台，其特征在于：所述的含硬核煤岩体2中的应变片(7)通过导线与应力仪1/2桥连接。
10.如权利要求9所述的一种用于镐型截齿截割含硬核煤岩体的截割试验台，其特征在于：硬核(1)与含硬核煤岩体(2)受到冲击力后会产生变形，硬核(1)周围的应变片(7)也会产生受力变形，而应变片(7)的电阻是随应变片的变形率而变化，电桥产生的输出信号经放大线路放大后，通过应力仪将电信号转换为数字信号，在应力仪的表盘上显示出硬核表面的应力值。
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