CN114229384B - 一种刮板运输机生命周期预测判别方法、分析设备及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种刮板运输机裂痕检测及生命周期预测判别方法、分析设备及系统，属于刮板运输机检测技术领域。本发明方法包括如下步骤：刮板运输机工作过程中，获取裂痕检测设备每隔设定时间间隔采集的刮板及链条上的裂痕信息；判断刮板或链条是否存在裂痕，如果是，根据裂痕信息获取裂痕值S1；计算刮板运输机生命周期裂痕极限值S2与裂痕值S1的差值∆S；根据差值∆S判断是否需要更换裂痕处对应的刮板或链条。本发明的有益效果为：能够在设备运行过程中实时在线检测刮板运输机裂痕及根据裂痕大小预测刮板运输机生命周期。

Description

一种刮板运输机生命周期预测判别方法、分析设备及系统

技术领域

本发明涉及一种刮板运输机检测技术，尤其涉及一种基于裂痕检测的刮板运输机生命周期预测判别方法，还涉及采用所述刮板运输机生命周期预测判别方法的设备及系统。

背景技术

刮板运输机是煤矿生产环节中非常重要的转运设备，其在综采工作面、煤仓等场景中都有较好的应用。因此刮板输送机的稳定性决定了煤矿生产效率。刮板输送机主要由机头、中部槽、机尾、刮板链及相关附属装置构成。在各组成部分中，刮板链(以下简称链条)及刮板在设备运行过程中一直处于运动状态，是输送物料的关键部件，在设备实际使用过程中也是最容易出现问题、且出现问题后，处理故障最麻烦的一个环节。据统计，在实际生产中，刮板输送机事故占综采三机事故率的40％，牵引机构发生故障的概率占到总故障的63％，主要表现为跳链、堵转、掉链、断链(约41.5％的停机时间是由刮板链断裂造成)等故障频发；另一方面，在使用中的刮板运输机，其裂痕出现的位置主要为刮板螺钉固定位置以及链条的链环中心位置。

针对刮板运输机的故障问题，先煤矿主要依靠人工巡检方式来排查，即在每天生产维修的时间段内，巡检工人携带毛巾及探测仪依次对各刮板和链条的故障进行排查，其中，毛巾主要用于擦除刮板或链条上的煤泥。

除采用人工排查方式外，目前暂无其他有效的检测裂痕检测方法。因此，及时发现链环上的裂纹，避免断链事故发生，对煤矿生产具有重要意义。

发明内容

为解决现有技术中目前煤矿使用的刮板运输机在运输原煤过程中，当使用一段时间后，刮板运输机极易出现裂痕，严重时出现断链，但现有检测手段不能很好解决的问题，本发明提供一种刮板运输机裂痕检测及生命周期预测判别方法，采用所述刮板运输机生命周期预测判别方法的设备及系统。

本发明刮板运输机生命周期预测判别方法，包括如下步骤：

S1：刮板运输机工作过程中，获取裂痕检测设备每隔设定时间间隔采集的刮板及链条上的裂痕信息；

S2：判断刮板或链条是否存在裂痕，如果是，根据裂痕信息获取裂痕值S1；

S3：计算刮板运输机生命周期裂痕极限值S2与裂痕值S1的差值ΔS；

S4：根据差值ΔS判断是否需要更换裂痕处对应的刮板或链条。

本发明作进一步改进，还包括生命周期预测步骤：基于所述裂痕值S1，根据刮板及链条的生命周期时序数据，预测刮板运输机的生命周期。

本发明作进一步改进，步骤S1中，裂痕检测设备初始位置时，与所述刮板运输机的刮板及链条之间的间距为第一设定值，裂痕检测设备采集数据时，与所述刮板运输机的刮板及链条之间的间距为第二设定值，裂痕检测设备的探测面能够覆盖链条上表面及刮板螺孔位置，第二设定值小于第一设定值。

本发明作进一步改进，步骤S2中，所述裂痕位置的计算公式为：

其中，v₁为刮板运输机运行速度，t为刮板运输机在发现裂痕后的运动时间，S为刮板运输机从机头到机尾的长度，d表示刮板运输机在发现裂痕后的运行圈数，表示运行圈数向下取整，W表示刮板运输机有裂痕链条或刮板出现在刮板运输机上表面和下表面的位置。

本发明作进一步改进，步骤S4中，裂痕差值的阈值为10mm，当ΔS≤10mm时，立即更换裂痕位置的所述刮板或链条，当ΔS＞10mm时，所述裂痕位置的所述刮板与链条暂不更换，继续工作。

本发明还提供了一种分析设备，所述分析设备上设有计算机程序，所述计算机程序采用所述刮板运输机生命周期预测判别方法。

本发明还提供了一种系统，包括所述分析设备及与设备信号连接的裂痕检测设备，所述裂痕检测设备包括若干个分别检测刮板及链条裂痕的裂痕探测器、控制所述裂痕探测器接近或远离所述刮板运输机移动的运动机构，控制所述运动机构的驱动机构。

本发明作进一步改进，还包括设置在所述裂痕探测器靠近刮板运输机的前端的卡位机构，用于保护所述裂痕探测器。

本发明作进一步改进，所述卡位机构包含上下两个压紧轮，用于压紧刮板运输机上下表面。

本发明作进一步改进，所述裂痕探测器为电涡流传感器，所述裂痕探测器在靠近所述刮板与链条时，所述裂痕探测器带有交变电流，所述裂痕探测器的感应线圈产生一个交变磁场，所述刮板和链条在所述交变磁场作用下，产生涡流，在交变磁场和涡流磁场的作用下，所述裂痕探测器的阻抗值发生变化，依据阻抗值的变化得出所述刮板及链条上的裂痕信息。

本发明作进一步改进，所述裂痕探测器的数量与刮板螺孔数量及链条的数量总和相对应，其探测面能覆盖对应链条上表面及刮板对应螺孔位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：能够在设备运行过程中实时在线检测刮板运输机裂痕及根据裂痕大小预测刮板运输机生命周期，从本质上提升了刮板运输机的工作效率及煤矿运营效益，减轻了巡检工人的工作量。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为裂痕检测设备结构示意图；

图3为裂痕检测设备内部结构示意图；

图4为裂痕探测器检测时，刮板和链条处涡流在有裂痕和无裂痕时的对比示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

如图2和图3所示，本发明用于检测裂痕的裂痕检测设备安装在刮板运输机14机尾观察窗位置。在工作过程中，刮板运输机裂痕检测设备具备卡位、检测功能；将其检测结果上传至上位机控制系统，利用裂痕探测器检测刮板及链条上的裂痕大小，进而根据裂痕大小判断出刮板运输机的生命周期。本发明不需要停止刮板运输机的运行，即可进行实时在线检测，获取裂痕大小，检测方式更加简单，高效。从本质上提升了刮板运输机14的工作效率及煤矿运营效益，减轻了巡检工人的工作量。

本例的刮板运输机裂痕检测设备包括工作台13、设置在工作台上13的裂痕探测器3，所述裂痕探测器3设有若干个分别检测刮板及链条裂痕的检测传感器，所述检测传感器朝向刮板运输机14设置，本发明还包括控制所述裂痕探测器接近或远离所述刮板运输机移动的运动机构，控制所述运动机构行程的驱动机构。

具体地，本例在刮板运输机14机尾观察窗位置安装裂痕检测设备，裂痕检测设备的工作台13上安装有用于检测刮板及链条的裂痕探测器3，在裂痕检测设备3中安装有5个检测传感器，依次定义为第1个探测器、第2个探测器、···、第4个探测器、第5个探测器，5个呈锯齿型设置，下方三个，分别与刮板的三个螺孔对应，上方2个，与两个链条对应设置，锯齿高度取决于刮板与链条之间的高度。也即是说第2、第3和第4个用于探测链条及刮板中间螺孔位置的裂痕，第1和第5个用于探测刮板左右两边螺孔位置的裂痕。

本例裂痕探测器3安装在运动机构正前方，用于检测刮板及链条上裂痕，裂痕探测器的检测精度≥0.2mm；裂痕探测器运动机构用于控制裂痕探测器运动，确保裂痕探测器与刮板和链条之间的距离足够小，最小检测距离为2mm，同时，裂痕探测器运动机构动作时间间隔小，在本实施例中，对应的时间间隔为1s。

本发明裂痕探测设备还包括设置在所述裂痕探测器靠近刮板运输机的前端的卡位机构，所述卡位机构包含上下用于压紧刮板运输机上下表面的两个压紧轮1，所述压紧轮1通过支架2固定在工作台13的前端。本例压紧轮1包括与支架转动连接的旋转轴，所述旋转轴为不锈钢材料，外部包裹一层厚厚的橡胶圈。

卡位机构是安装在刮板运输机机尾位置，是直接卡在刮板运输机链轮上，用于固定经过链轮上的链条和刮板，确保链条和刮板在经过探测器时不会出来飞链的现象。此外，所述卡位机构还用于保护裂痕探测器在工作过程中的安全，确保刮板运输机工作过程中产生的回煤不会对裂痕探测器造成损伤，此外，卡位机构外表面包裹有5mm后的橡胶套，该橡胶套用于确保卡位机构在与回煤接触时，不会产生火花，从而保障刮板运输机周围环境的安全。

本例的运动机构包括设置在工作台13上的导轨12，所述导轨12上设有能够相对导轨12滑动的滑块11，所述裂痕探测器3设置在所述滑块11上。

本例的所述驱动机构确保所述裂痕探测器运动机构运动精度≤0.3mm，从而保证所述裂痕探测器准确采集到所述刮板及链条的裂痕信息。包括控制精度达到0.1mm的高精度电动执行器，及设置在所述高精度电动执行器外部的防爆结构。所述高精度电动执行器包括伺服电机9、与伺服电机9相连的减速器7，所述伺服电机9和减速器7的外围设有电机隔爆盖8，所述减速器7的驱动端设有隔爆外壳法兰6，所述高精度电动执行器还包括通过隔爆外壳法兰6与减速器7相连的电动缸4，所述电动缸4通过电动缸安装法兰10固定在工作台13上，其伸缩杆5与裂痕探测器3的后端固定连接，驱动裂痕探测器3在导轨12上滑动，从而靠近或者远离刮板运输机14。

本例刮板运输机在工作过程中的运行速度能达到3.5m/s，刮板随链条一起运动。两刮板之间的有10个链环，每个链环的最大直径为300mm，对应两刮板之间的距离为3000mm。同时，所述裂痕检测器3与所述链条与刮板之间的距离为50mm，所述裂痕探测器运动机构的运行速度为50mm/s，其动作时间间隔为2s。在检测所述刮板及链条上的裂痕时，所述裂痕探测器3前端与所述刮板及链条之间的间距为5mm。

按上述参数，刮板运输机在工作过程中，所述裂痕探测器以2s的时间间隔带动所述裂痕探测器靠近所述刮板运输机的刮板和链条，此时，所述裂痕探测器与所述刮板和链条的间距误差在0.3mm范围内。

本例检测传感器优选为电涡流传感器，所述检测传感器在靠近所述刮板与链条时，所述检测传感器带有交变电流，所述检测传感器的感应线圈产生一个交变磁场，所述刮板和链条在所述交变磁场作用下，产生涡流，在交变磁场和涡流磁场的作用下，所述检测传感器的阻抗值发生变化，依据阻抗值的变化得出所述刮板及链条上的裂痕信息。

如图4所示，左侧为正常无缺陷情况下的涡流，右侧为存在裂痕15的情况下的涡流。与无缺陷时不同，当所述刮板及链条上存在时，涡流需绕过裂痕，从而导致涡流减弱，对应的，反作用于所述裂痕探测器的感应线圈涡流磁场减弱，此时，所述裂痕探测器的感应线圈感抗增大，从而所述裂痕探测器的信号输出电路产生一个脉冲信号，依据所述裂痕探测器产生的脉冲信号，可判断所述刮板及链条裂痕大小，同时，所述裂痕探测器运动机构会记录此时所述刮板及链条对应的位置信息。

本例在检测过程中，探测器运动机构每隔2s动作一次，带动探测器完成对刮板及链条的检测。在链条裂痕定位方面，采用如下计算公式计算位置裂痕信息：

其中，v₁为刮板运输机运行速度，t为刮板运输机在发现裂痕后的运动时间，S为刮板运输机从机头到机尾的长度，d表示刮板运输机在发现裂痕后的运行圈数，表示运行圈数向下取整，W表示刮板运输机有裂痕链条或刮板出现在刮板运输机上表面和下表面的位置。

本例选取刮板运输机裂痕检测装置安装位置为计时起点，刮板运输机运行方向为正方向，当刮板运输机发现裂痕到处理裂痕的时间内符合公式(3)时，裂痕刮板或链条位于刮板运输机上表面，当刮板运输机发现裂痕到处理裂痕的时间内符合公式(4)时，裂痕刮板或链条位于刮板运输机下表面。

本发明中设置的50mm表示探测器在未工作前与刮板运输机刮板之间的距离，5mm为探测器在工作过程中与刮板和链条之间的距离，该距离是探测器检测精度决定的，超过这个范围，探测器探测精度会降低。

刮板运输机刮板和链条的裂痕大小是通过探测器在检测后输出的脉冲信号来判断，探测器输出的脉冲信号经自身处理后，会以电压的形式呈现出来。输出电压值越大，对应裂痕越大，上位机根据输出电压值计算裂痕值，进而根据裂痕的大小计算刮板运输机还能正常工作的时间，得出刮板运输机的生命周期。

如图1所示，所述上位机分析设备进行刮板运输机生命周期预测判别的方法为：

依据所述裂痕探测器产生的脉冲信号，在信号处理的基础上，得出此时所述刮板及链条的裂痕大小S1。对比所述刮板运输机正常工作时所述刮板及链条的生命周期时序，对比t1时间下刮板运输机生命周期裂痕极限值S2与判断所述裂痕S1之间的差值ΔS。

在本发明实施例中，所述裂痕探测器能获取的最小裂痕为0.2mm，在实际操作过程中，所述裂痕探测器获取的最小裂痕设置为10mm，基于此，在本例实施例中，当所述ΔS≤10mm时，所述裂痕位置的所述刮板与链条需立即更换。当所述ΔS＞10mm时，所述裂痕位置的所述刮板与链条需可再工作一段时间。依据此方法，本发明还可以基于所述裂痕值S1，根据刮板及链条的生命周期时序数据，预测刮板运输机的生命周期可预测所述刮板运输机的生命周期。

当裂痕探测器3靠近刮板和链条时，探测器会获取刮板及链条上的裂痕情况，进而将裂痕情况以脉冲形式反馈到上位机，当上位机收到裂痕探测器的脉冲信号时，首先会发出故障提示，提醒维修人员做好更换刮板或链条的准备；当脉冲信号超过设定的限值时，系统发出报警提示，此时刮板运输机停机14，并联动采煤机停机，警告维修人员立即更换刮板或链条。

本发明裂痕探测器由5组电涡流传感器构成，利用裂痕探测器检测刮板及链条上的裂痕大小及获取刮板和链条产生裂痕的位置，进而根据裂痕大小判断出刮板运输机的生命周期，做到了对刮板及链条故障的提前预警，降低了因刮板运输机故障带来的生产损失，解决了刮板运输机刮板及链条裂痕信息的在线识别、生命周期预测问题，极大程度减轻了工作人员的工作量，降低了煤矿财产损失，增加了煤矿生产效益。

以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种刮板运输机生命周期预测判别方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：刮板运输机工作过程中，获取裂痕检测设备每隔设定时间间隔采集的刮板及链条上的裂痕信息；

S2：判断刮板或链条是否存在裂痕，如果是，获取裂痕位置，并根据裂痕信息获取裂痕值S1；

S3：计算刮板运输机生命周期裂痕极限值S2与裂痕值S1的差值ΔS；

S4：根据差值ΔS判断是否需要更换裂痕处对应的刮板或链条，

步骤S2中，所述裂痕位置的计算公式为：

其中，v₁为刮板运输机运行速度，t为刮板运输机在发现裂痕后的运动时间，S为刮板运输机从机头到机尾的长度，d表示刮板运输机在发现裂痕后的运行圈数，表示运行圈数向下取整，W表示刮板运输机有裂痕链条或刮板出现在刮板运输机上表面和下表面的位置，

还包括生命周期预测步骤：基于所述裂痕值S1，根据刮板及链条的生命周期时序数据，预测刮板运输机的生命周期。

2.根据权利要求1所述的刮板运输机生命周期预测判别方法，其特征在于：步骤S1中，裂痕检测设备初始位置时，与所述刮板运输机的刮板及链条之间的间距为第一设定值，裂痕检测设备采集数据时，与所述刮板运输机的刮板及链条之间的间距为第二设定值，裂痕检测设备的探测面能够覆盖链条上表面及刮板螺孔位置，第二设定值小于第一设定值。

3.根据权利要求1所述的刮板运输机生命周期预测判别方法，其特征在于：步骤S4中，裂痕差值的阈值为10mm，当ΔS≤10mm时，立即更换裂痕位置的所述刮板或链条，当ΔS＞10mm时，所述裂痕位置的所述刮板与链条暂不更换，继续工作。

4.一种分析设备，设有计算机程序，所述计算机程序用于执行权利要求1-3任一项所述的刮板运输机生命周期预测判别方法。

5.一种系统，包括权利要求4所述的分析设备及与设备信号连接的裂痕检测设备，其特征在于：所述裂痕检测设备包括若干个分别检测刮板及链条裂痕的裂痕探测器、控制所述裂痕探测器接近或远离所述刮板运输机移动的运动机构，控制所述运动机构的驱动机构。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：还包括设置在所述裂痕探测器靠近刮板运输机的前端的卡位机构，所述卡位机构包含上下两个压紧轮，用于压紧刮板运输机上下表面。

7.根据权利要求5或6所述的系统，其特征在于：所述裂痕探测器为电涡流传感器，所述裂痕探测器在靠近所述刮板与链条时，所述裂痕探测器带有交变电流，所述裂痕探测器的感应线圈产生一个交变磁场，所述刮板和链条在所述交变磁场作用下，产生涡流，在交变磁场和涡流磁场的作用下，所述裂痕探测器的阻抗值发生变化，依据阻抗值的变化得出所述刮板及链条上的裂痕信息。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：所述裂痕探测器的数量与刮板螺孔数量及链条的数量总和相对应，其探测面能覆盖对应链条上表面及刮板对应螺孔位置。