CN113624491B - 一种矿用电驱动减速器加载试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种矿用电驱动减速器加载试验方法，该方法包括：地面指挥中心接收来自服役的井下减速器的状态参数；将状态参数传输至网络云端；实验室控制中心登录工业大数据云平台下载数据，生成控制指令，对被试减速器进行加载试验。本发明解决了目前对减速器试验载荷人为假定的问题，本发明提供的试验数据具备有效性，能够真实反映减速器的工作性能。
Description
技术领域
本发明属于矿用智能设备测试的技术领域，具体涉及一种矿用电驱动减速器加载试验方法。
背景技术
提升矿用关键部件可靠性是加速实现矿山开采智能化的基础，减速器是矿用设备的关键传动部件，其可靠性直接影响整机的可靠性。在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：目前减速器加载试验条件与井下工作条件存在较大差距，不能模拟实际工况，具体体现在如下三个方面：1)减速器试验载荷为定值，而减速器井下工作载荷为动载荷。2)减速器试验载荷大小依据设计参数人为设定，减速器井下服役载荷取决于煤层硬度，载荷大小与试验载荷不一致。3)减速器工作过程中受到旋转阻力矩和径向载荷的综合作用，比如掘采装备进刀，其截割减速器同时受到旋转阻力和径向阻力作用，目前的对拖加载方式，人为忽略了径向载荷，与实际工况不一致。
发明内容
本发明就是鉴于以上问题而完成，克服了现有技术存在的不足，提供了一种矿用电驱动减速器加载试验方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种矿用电驱动减速器加载试验方法，包括：
接收来自服役的井下减速器的状态参数；
将状态参数传输至网络云端；
井上从网络云端下载数据，生成控制指令；
根据控制指令，对井上的被试减速器进行加载试验。
较佳地，所述状态参数包括与所述井下减速器相连的驱动电机的转速、电流、功率，所述井下减速器的径向载荷、振动和温度。
较佳地，与所述井下减速器相连的驱动电机的转速通过转速传感器采集，所述驱动电机的电流和功率通过电力测试仪采集，所述井下减速器的振动和温度通过光纤测试仪采集，所述井下减速器的径向载荷通过无线应变测试仪器采集。
较佳地，所述被试减速器包括陪试减速器和主试减速器，陪试减速器与主试减速器通过传动件相连实现对拖加载。
较佳地，所述井下减速器的状态参数是依序通过网络交换机、矿用隔爆兼本质安全型通信基站、矿用光缆、远程监控中心、5G基站和井下环网传输至地面指挥中心，地面指挥中心再将信号上传至所述网络云端。
较佳地，所述加载试验包括旋转阻力模拟试验和径向阻力模拟试验，
其中，旋转阻力模拟试验中，所述主试减速器的输入转速、扭矩信号与所述井下减速器的输入转速、扭矩信号保持一致，与所述主试减速器相连接的负载电机提供的负载扭矩与所述主试减速器的输出扭矩保持平衡；
径向阻力模拟试验中，对所述被试减速器的输出端施加径向载荷，采用了径向阻力模拟装置，该阻力模拟装置包括液压泵站、径向加载环、铰接销轴和加载油缸，径向加载环固定在被试减速器的输出端上，径向加载环上设有连接耳座，加载油缸与连接耳座铰接，液压泵站对加载油缸提供动力。
较佳地，所述方法包括：将井上的所述主试减速器采集的振动状态参数与所述井下减速器采集的振动状态参数进行比较，校验和修正所述主试减速器的输入参数和输出加载。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
1.本发明解决了目前对减速器试验载荷人为假定的问题，本发明提供试验数据具备有效性，能够真实反映减速器的工作性能。
2.本发明构建了从井下采煤工作面到井上试验室的数据传输通道，提出了减速器服役的状态特征参数高效、快速传输到井上实验室的方法。
3.本发明提出了对拖加载结合径向加载的综合试验方法，解决目前部分大功率减速器加载试验与减速器的工作模式不一致，带来的减速器试验可信度下降问题。
4.本发明提出减速器试验参数校验方法，试验室的被试减速器布置振动测点，测点布置方式与井下保持一致，减速器试验过程中，拾取其振动信息，闭环控制系统分析减速器试验信息与井下反馈信息，根据二者偏差，自动调整控制策略，实现井下试验工况与井上试验室条件的无缝整合。
附图说明
图1为本发明实施例提供的矿用电驱动减速器加载试验方法的整体流程图。
图2为本发明实施例提供的井下减速器服役状态参数采集方案图。
图3为本发明实施例提供的井下驱动电机电流、功率采集方案图。
图4为本发明实施例提供的井下减速器输入转速采集方案图。
图5为本发明实施例提供的井下减速器振动、温升、径向载荷采集方案图。
图6为本发明实施例提供的井下减速器信号传输路径图。
图7为本发明实施例提供的陪试减速器和主试减速器的加载试验的方案图。
图8为本发明实施例提供的被试减速器的径向加载图。
图9为本发明实施例提供的光纤测温原理图。
图中，1-驱动电机，2-电机输出轴，3-反光片，4-井下减速器，5-光电转速传感器，6-减速器输入轴，7-限矩器，8-防护罩，9-防爆计算机，10-光纤解调仪，11-光纤测温传感器，12-应变桥路，13-电源模块，14-无线应变采集仪，15-光纤振动传感器，16-路由器，17-负载电机，18-转速转矩传感器，19-陪试减速器，20-减速器连接轴，21-转速转矩传感器，22-径向加载机构，23-减速器安装架，24-电力测功机，25-万向传动轴，26-传感器，27-主试减速器，28-液压泵站，29-径向加载环，30-连接耳座，31-销轴，32-加载油缸。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
如图1所示，本发明实施例一种矿用电驱动减速器加载试验方法，该方法包括：
地面指挥中心接收来自服役的井下减速器的状态参数；将状态参数传输至网络云端；井上实验室控制中心登录工业大数据云平台从网络云端下载数据，生成控制指令，对井上的被试减速器进行加载试验。
其中，井下减速器的状态参数是在井下完成信号采集的，井下信号可以利用光缆、远程监控中心、5G基站、井下环网传输至矿井地面指挥中心，指挥中心通过工业现场总线协议(Modbus)将减速器测试数据传输到网络云端，实验室登录工业大数据云平台下载数据，工控机接收减速器状态参数信息，通过数值分析、小波变换，生成控制信号，向被试减速器发出控制指令，通过控制系统对被试减速器施加载荷。这样就构建了从井下采煤工作面到井上实验室的数据传输通道，提出了服役的井下减速器的状态特征参数高效、快速传输到井上实验室的方法。
在本实施例中，状态参数包括与井下减速器相连的驱动电机的转速、电流、功率，井下减速器的径向载荷、振动和温度。具体来说，参照图2，与井下减速器相连的驱动电机1的转速通过转速传感器采集，驱动电机的电流和功率通过电力测试仪采集，井下减速器的振动和温度通过光纤测试仪采集，井下减速器的径向载荷通过无线应变测试仪器采集。需要说明的是，振动需要在关键部位上进行采集。
井下减速器状态采集具体方案如下：参照图3，电力测试仪集成在电控箱内部，通过三根电流钳、三根电压钳分别拾取驱动电机三相电流、电压信号，控制系统运算得到电机功率、电流信号，传输至防爆计算机。
参照图4，驱动电机1通过限矩器7与井下减速器4连接，反光片3黏贴在井下减速器4的输入轴上，光电转速传感器5安装在防护罩8上，光电转速传感器5拾取井下减速器4输入转速信号，将转速信号传输至防爆计算机。
参照图5，井下减速器4壳体上布置了光纤温度传感器11、光纤振动传感器15，传感器采集信号通过光导纤维、解调仪10、传输至防爆计算机9。应变桥路12拾取井下减速器4径向载荷信号，无线应变信号测试仪14采集载荷信号，通过路由器16，以无线方式，将信号传输至防爆计算机9。
光纤温度传感器是在一定的波长间隔内，探测黑体腔发射的热辐射量来测量黑体腔所处温度场的温度。光纤温度传感器由高温探头、高温光纤耦合器、信号检测和处理系统等几部分组成。高温探头是由单晶蓝宝石棒或纯石英棒用镀膜技术制作成为黑体辐射腔。当它放在被测温度场中时，黑体腔通过开口处向外辐射能量，在单位波长间隔内，单位面积辐射到单位立体角内的辐射能量为：
式中：ελ为物体的光谱发射率；C1、C2分别为第一、第二辐射常数。
C1＝2πhC2＝3.74×10-12W·cm2…………………(2)
C2＝hc/k＝1.438×10-4μm·K…………………(3)
T为黑体腔绝对温度，即被测物体的温度。黑体腔开口处辐射的总辐射能量为：
S为宝石棒截面积。辐射能量经高低温光纤耦合器后，由低温低损耗光纤传输到光电二极管，在光电二极管前经过透射率大于50％的窄带虑光片，再由PIN-FET组成的前置放大器和锁相放大电路进行信号检测，光纤温度传感器基本原理如图9所示。
本实施例中，陪试减速器与主试减速器通过传动件相连实现对拖加载。这是因为直接使用负载电机给主试减速器加载的话，主试减速器的输出转速较低，负载无法施加，需要采用陪试减速器，将主试减速器的输出转速提高，从而实现加载目的。将井上的主试减速器采集的振动状态参数与井下减速器采集的振动状态参数进行比较，校验和修正主试减速器的输入参数和输出加载。
本实施例中，参照图6，井下减速器的状态参数是依序通过网络交换机和矿用隔爆兼本质安全型通信基站后传输至位于地面指挥中心的终端，终端再将信号上传至互联网。
参照图7，本实施例中，减速器试验台由断路器、整流单元、负载电机控制器、测功机控制器、集成控制柜、数据库服务器、基站、路由器、测控仪、负载电机17、转速转矩传感器18、陪试减速器19、减速器连接轴20、转速转矩传感器21、径向加载机构22、减速器安装架23、电力测功机24、万向传动轴25、传感器26、主试减速器27和液压泵站28组成。
减速器试验台进行的加载试验包括旋转阻力模拟试验和径向阻力模拟试验，其中，旋转阻力模拟试验中，主试减速器27的输入转速、扭矩信号与井下减速器的输入转速、扭矩信号保持一致，负载电机通过传动系统、陪试减速器，将负载扭矩传递至主试减速器连接轴，测功机通过传动系统，主试减速器将驱动扭矩传递至主试减速器连接轴，主试减速器连接轴受到的驱动扭矩与负载扭矩时刻保持平衡；
参照图8，径向阻力模拟试验中，对被试减速器的输出端施加径向载荷，采用了径向阻力模拟装置，该阻力模拟装置包括液压泵站28、径向加载环29、连接耳座30、销轴31和加载油缸32，径向加载环29装配在主试减速器的输出端上，径向加载环29上设有连接耳座30，加载油缸与连接耳座通过销轴31铰接，液压泵站对加载油缸32提供动力。
本发明实施例的工作过程如下：基站接收移动网络数据，路由器与基站建立通信，将井下减速器数据下载至数据库服务器，集成控制柜调用服务器数据，通过数据处理，将井下采集的减速器功率、电流信号处理为实验室加载信号，测控仪读取集成控制柜信号。通过通信线路向负载电机控制柜、测功机控制柜、液压泵站发送控制指令，测功机控制柜按照井下工况控制测功机输出转速、输出功率，负载电机控制柜控制陪试负载电机17，使得被试减速器低速箱输出扭矩与其受到的负载时刻保持平衡，液压泵站控制加载油缸的压力，使得加载环对被试减速器的作用力与井下减速器受到的径向力保持一致。
鉴于矿用电驱动减速器工作过程中受到煤矿复杂地质条件影响，其状态参数(输入功率、电流、振动、径向载荷)具有复杂的频带信息以及非平稳时变等特点，本发明采用小波变换处理数据。小波变换对信号特征进行稀疏分解，在信号有突变的地方变化更为明显，并能够将信号特征在不同频带、不同时刻进行更精确的局部描述和分离。
对于函数ψ(t)∈L2(R),若满足∫Rψ(t)dt＝0，则称之为小波函数。引入参数a,b对ψ(t)进行伸展和平移，有：
称其为伸展小波。其中a为伸缩因子，b为平移因子，于是函数f(t)关于小波函数ψ(t)的小波变换为
传感器26布置在减速器壳体上，被试减速器测点布置与井下减速器上的测点布置保持一致，多功能测试数据采集分析仪集成在测控仪内部，拾取主试减速器振动、温升、径向载荷测试信号，将振动测试信号传输给集成控制柜，与井下采集振动数据对比，验证实验室加载条件与井下工况的一致性。
减速器试验结果判定：
主试减速器连续满载运转2h，测点温升值应不超过70℃，井下减速器温升作为实验室减速器温升判定参考。
尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。
Claims (4)
1.一种矿用电驱动减速器加载试验方法，其特征在于：
接收来自服役的井下减速器的状态参数；
将状态参数传输至网络云端；
井上从网络云端下载数据，生成控制指令；
根据控制指令，对井上的被试减速器进行加载试验；
所述被试减速器包括陪试减速器和主试减速器，陪试减速器与主试减速器通过传动件相连实现对拖加载；
试验室的被试减速器布置振动测点，测点布置方式与井下保持一致，减速器试验过程中，拾取其振动信息，闭环控制系统分析减速器试验信息与井下反馈信息，根据二者偏差，自动调整控制策略，实现井下试验工况与井上试验室条件的无缝整合；
所述状态参数包括与所述井下减速器相连的驱动电机的转速、电流、功率，所述井下减速器的径向载荷、振动和温度；
所述加载试验包括旋转阻力模拟试验和径向阻力模拟试验；
其中，旋转阻力模拟试验中，所述主试减速器的输入转速、扭矩信号与所述井下减速器的输入转速、扭矩信号保持一致；
径向阻力模拟试验中，对所述被试减速器的输出端施加径向载荷，采用了径向阻力模拟装置，该阻力模拟装置包括液压泵站、径向加载环、铰接销轴和加载油缸，径向加载环固定在被试减速器的输出端上，径向加载环上设有连接耳座，加载油缸与连接耳座铰接，液压泵站对加载油缸提供动力。
2.根据权利要求1所述的一种矿用电驱动减速器加载试验方法，其特征在于：与所述井下减速器相连的驱动电机的转速通过转速传感器采集，所述驱动电机的电流和功率通过电力测试仪采集，所述井下减速器的振动和温度通过光纤测试仪采集，所述井下减速器的径向载荷通过无线应变测试仪器采集。
3.根据权利要求1所述的一种矿用电驱动减速器加载试验方法，其特征在于：所述井下减速器的状态参数是依序通过网络交换机、矿用隔爆兼本质安全型通信基站、矿用光缆、远程监控中心、5G基站和井下环网传输至地面指挥中心，地面指挥中心再将信号上传至所述网络云端。
4.根据权利要求1所述的一种矿用电驱动减速器加载试验方法，其特征在于：还包括将井上的所述被试减速器采集的振动状态参数与所述井下减速器采集的振动状态参数进行比较，校验和修正所述被试减速器的输入参数和输出加载。
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| Publication number | Publication date |
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