CN115156982A - 一种除堵屑式排屑装置及其可靠性试验方法 - Google Patents

一种除堵屑式排屑装置及其可靠性试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种除堵屑式排屑装置，它包括：外部排屑器、防过载模块；所述的外部排屑器上设有：主传动轴、排料口、仓门、驱动推杆；主传动轴、排料口设在外部排屑器一侧；外部排屑器头部斜面的上端设有上护板；驱动推杆设在固定在上护板上；驱动推杆驱动仓门在斜面下方上滑动；仓门处设有仓门位置检测组件；防过载模块包括：测速模块、除堵屑模块；测速模块装设在主传动轴处；除堵屑模块设在外部排屑器的斜面的夹角处；除堵屑式排屑装置可装配为高可靠性的智能排屑系统或者除堵屑式排屑可靠性试验装置；实现排屑的高可靠性自动控制，其防过载、防污染外，还不增加加工循环时间，对加工效率无影响，可在多种数控机床上进行应用。

Description

一种除堵屑式排屑装置及其可靠性试验方法
技术领域
本发明属于车床车削的附件和辅助装置技术领域，具体涉及一种除堵屑式排屑装置及其可靠性试验方法。
背景技术
随着智能制造概念的提出，智能化已在数控机床上全面应用，高可靠性也将成为数控机床基本要求，其中排屑系统具备智能排屑、碎屑、清洁、防过载等功能，但目前大部分工厂不具备智能制造条件，且大部分符合产品能力的旧式数控机床依旧服役，该类数控机床的排屑系统落后、可靠性低。旧式数控机床排屑系统多为内部排屑器和外部排屑器分离控制，即内部排屑器使用数控系统辅助功能控制，外部排屑器单独使用外部按钮控制。如人员疏忽，加工过程中未及时开启外部排屑器，或加工出的铁屑未断屑，都将造成外部排屑器堵屑，由于不具备防过载功能，将逐渐损坏外部排屑器电机，造成设备停机，影响生产节拍，增大工人劳动强度，降低数控机床可靠性，破坏现场环境卫生。在移动外部排屑器下的铁屑收集装置进行清理时，如未按下外部按钮停止外部排屑器，铁屑将排放到生产现场，破坏现场环境卫生。
发明内容
本发明目的是为了解决上述问题而提供了一种除堵屑式排屑装置及其可靠性试验方法；
一种除堵屑式排屑装置，它包括：外部排屑器1、防过载模块2；
所述的外部排屑器1上设有：驱动电机11、主传动轴12、排料口13、仓门14、驱动推杆15；驱动电机11驱动主传动轴12转动；排料口13设在外部排屑器1一侧；
外部排屑器1头部斜面的上端设有上护板17；驱动推杆15设在固定在上护板17上；外部排屑器1的斜面两侧设有仓门滑轨18；驱动推杆15驱动仓门14在仓门滑轨18上滑动；仓门14上设有仓门位置检测组件；仓门位置检测组件检测仓门14开启极限位和闭合极限位，并输出相应位置信号；
所述的防过载模块2包括：测速模块21、除堵屑模块22；测速模块21装设在主传动轴12处；所述的除堵屑模块22设在外部排屑器1平板接料端与外部排屑器1的斜面的夹角处；
所述的除屑模块22包括：壳体222、滑道223、除堵屑Z型杆225、除屑电机226；壳体222的一侧为斜面敞口，斜面敞口与仓门14紧密接触；滑道223设在壳体222另一侧；除堵屑Z型杆225设在壳体222内；除堵屑Z型杆225驱动除堵屑Z型杆225。
所述的仓门位置检测组件包括：位置检测器、位置检测触发块；位置检测器设有2个，2个位置检测器分别为开启位置检测器和关闭位置检测器，2个位置检测器均设在仓门滑轨18旁；位置检测触发块设有2个，2个位置检测触发块分为开启位置检测触发块和关闭位置检测触发块；2个位置检测触发块设在仓门2端；开启位置检测触发块触发开启位置检测器，关闭位置检测触发块触发关闭位置检测器。
所述的位置检测器可选形成开关或磁控开关；对应位置检测器，位置检测触发块为硬质触发凸缘或者磁性块。
所述的除堵屑模块22中还设有堵屑收集斗224；堵屑收集斗224设在滑道223出口下方。
本发明另一个目的是提供一种高可靠性的智能排屑系统。
一种高可靠性的智能排屑系统，它包括：除堵屑式排屑装置、防污染模块、连接模块；
所述的除堵屑式排屑装置为前述的一种除堵屑式排屑装置；
所述的防污染模块3包括：铁屑收集装置31、激光测距仪32；铁屑收集装置31设在排料口13下方；激光测距仪32固定在外部排屑器1的防护板上；激光测距仪32检测铁屑收集装置31与排料口13是否对正；
所述的连接模块分别与驱动电机11、驱动推杆15、除屑电机226电气连接。
本发明又一个目的是一种除堵屑模块可靠性试验装置。
一种除堵屑模块可靠性试验装置，它包括：除堵屑式排屑装置、水平输送带4、斜坡输送带5、入口输送带6、切削液加载系统7、控制装置8；
所述的除堵屑式排屑装置为前述的一种除堵屑式排屑装置；
所述的除堵屑模块、入口输送带6和斜坡输送带5依次连接；斜坡输送带5下方设有下传送链板51；防过载模块2与水平输送带4连接，水平输送带4出料端与斜坡输送带5的下部传送链板51处连接；除堵屑模块的壳体222内侧安装噪声传感器91；切削液加载系统7设在水平输送带4下方；
控制装置8分别与除堵屑式排屑装置、水平输送带4、斜坡输送带5、入口输送带6、切削液加载系统7电气连接。
本发明又一个目的是提供一种除堵屑式排屑装置可靠性试验方法。
一种除堵屑式排屑装置可靠性试验方法，它包括：
S1.确定除堵屑式排屑装置在可靠性试验中所受到的载荷情况
（1）堵屑加载部分：使用不同类型堵屑对除堵屑模块进行循环加载，采用手动方式，将多种类型堵屑投入可靠性试验装置；
（2）切削液加载部分：根据真实工况确定切削液的流量和压力的变化范围及试验时间，制定相应的方案，并通过PLC进行控制；
（3）仓门加载部分：控制仓门做往复运动，确定运动周期；
S2.进行可靠性试验
（1）通过PLC控制仓门打开，然后除堵屑电机运转和外部排屑器反转，同时水平输送带、斜坡输送带和入口输送带开始运转，按照载荷确定情况，在试验装置中任意位置投入相应类型的堵屑，堵屑将对除堵屑模块循环加载；
（2）按照载荷确定情况，通过PLC控制电动喷嘴，对喷洒的切削液流量和压力进行调节；
（3）按照载荷确定情况，控制仓门在周期往复运动，保证在仓门关闭时，除堵屑电机停止，除堵屑Z型杆与仓门不干涉；
S3.可靠性试验开始后，工控一体机通过远程I/O模块采集传感器、伺服电机驱动器和PLC附属I/O模块的信号，并对采集到的信号进行检测；
（1）通过伺服电机驱动器A检测除堵屑电机的电流情况，当除堵屑电机电流超过正常值时，伺服电机驱动器A输出端口发出报警信号，经由远程I/O模块输送到工控一体机，说明除堵屑电机传动装置异常，试验停止并形成一次故障信息；
（2）通过噪声传感器检测除堵屑Z型杆运行噪声情况，由远程I/O模块采集噪声模拟信号，工控一体机对其进行处理：当噪声超过正常值时，工控一体机经由远程I/O模块数字量输出通道发出报警信号，PLC输入端口接收，试验停止并形成一次故障信息；
（3）通过PLC检测仓门到位和回原位时间判断仓门情况，当仓门到位或回原位时间超过正常值，发出报警信号，说明仓门故障，试验停止并形成一次故障信息；
S4.可靠性试验开始后，工控一体机通过远程I/O模块采集传感器、伺服电机驱动器和PLC附属I/O模块的信号，并对采集到的信号进行检测；
（1）通过伺服电机驱动器A检测除堵屑电机的电流情况，当除堵屑电机电流超过正常值时，伺服电机驱动器A输出端口发出报警信号，经由远程I/O模块输送到工控一体机，说明除堵屑电机传动装置异常，试验停止并形成一次故障信息。
（2）通过噪声传感器检测除堵屑Z型杆运行噪声情况，由远程I/O模块采集噪声模拟信号，工控一体机对其进行处理：当噪声超过正常值时，工控一体机经由远程I/O模块数字量输出通道发出报警信号，PLC输入端口接收，试验停止并形成一次故障信息；
（3）通过PLC检测仓门到位和回原位时间判断仓门情况，当仓门到位或回原位时间超过正常值，发出报警信号，说明仓门故障，试验停止并形成一次故障信息；
S5.对故障信息进行数据处理，计算出除堵屑模块的可靠度函数R(t)、故障率函数λ(t)和平均故障间隔工作时间MTBF。
步骤S5. 所述的对故障信息进行数据处理，它包括：
（1）工控一体机利用数据处理程序计算并统计出除堵屑模块的连续故障间隔工作时间T(i)，利用两参数威布尔分布拟合故障概率密度函数曲线f(t)，通过最小二乘法进行参数估计，并运用D检验法来检验威布尔分布，从而确定故障间隔工作时间的分布规律；
（2）利用公式：
Figure 234006DEST_PATH_IMAGE001
计算出除堵屑模块的可靠度函数R(t)式中：R(t)为可靠度函数，f(t)为故障概率密度函数；
（3）利用公式：
Figure 424947DEST_PATH_IMAGE002
计算出除堵屑模块的累计故障概率函数F(t)，式中：F(t)为累计故障概率函数，R (t)为可靠度函数。
（4）利用公式：
Figure 556851DEST_PATH_IMAGE003
计算出故障概率
Figure 286490DEST_PATH_IMAGE004
，式中：
Figure 912774DEST_PATH_IMAGE004
为故障概率函数，
Figure 207489DEST_PATH_IMAGE005
为累计故障概率函数的 导数，
Figure 759562DEST_PATH_IMAGE006
为累计故障概率函数，
Figure 647884DEST_PATH_IMAGE007
为可靠度函数的导数，
Figure 733652DEST_PATH_IMAGE008
为可靠度函数，
Figure 256775DEST_PATH_IMAGE009
为故障 概率密度函数。
（5）利用公式：
Figure 996060DEST_PATH_IMAGE010
计算平均故障间隔工作时间MTBF，式中：
Figure 247044DEST_PATH_IMAGE011
为故障概率密度函数。
两参数威布尔分布的概率分布函数为：
Figure 307142DEST_PATH_IMAGE012
两参数威布尔分布的概率密度函数为：
Figure 982974DEST_PATH_IMAGE013
式中：α为尺度参数，β为形状参数。
（6）参照D检验表，D检验法：将n个数据由小到大排列，F0(xi)为假设的分布函数，Fn(xi)为经验分布函数，将检验统计量Dn与临界值Dn,α按照下式进行比较；若满足，则接收原假设，否则拒绝原假设：
Figure 502948DEST_PATH_IMAGE014
式中：
Figure 224917DEST_PATH_IMAGE015
。
本发明提供了一种除堵屑式排屑装置及其可靠性试验方法，它包括：外部排屑器、防过载模块；所述的外部排屑器上设有：主传动轴、排料口、仓门、驱动推杆；主传动轴、排料口设在外部排屑器一侧；外部排屑器头部斜面的上端设有上护板；驱动推杆设在固定在上护板上；驱动推杆驱动仓门在斜面下方上滑动；仓门处设有仓门位置检测组件；防过载模块包括：测速模块、除堵屑模块；测速模块装设在主传动轴处；除堵屑模块设在外部排屑器的斜面的夹角处；除堵屑式排屑装置可装配为高可靠性的智能排屑系统或者除堵屑式排屑可靠性试验装置；实现排屑的高可靠性自动控制，其防过载、防污染外，还不增加加工循环时间，对加工效率无影响，可在多种数控机床上进行应用。
与现有技术相比，本申请包括以下有益效果：
本申请提供的方案结构简单，只需要在现有旧式数控机床设备的基础上进行简单的电气结构改造，加装的装置结构简单，制作成本低，并且不影响其原有的结构。本申请提供的方案实现了排屑系统的高可靠性自动控制，具有防过载、防污染现场功能，且不增加加工循环时间，对加工效率无影响，功能可靠，兼容性强，可在旧式数控机床上进行应用。
附图说明
图1是本发明一种除堵屑式排屑装置的整体示意图；
图2是本发明一种除堵屑式排屑装置的左视示意图；
图3是本发明一种除堵屑式排屑装置的测速构件示意图；
图4是本发明一种除堵屑式排屑装置的除堵屑Z型杆轴测图；
图5是本发明一种除堵屑式排屑装置的输出电路原理图；
图6是本发明一种除堵屑式排屑装置的除堵屑模块中输入电路原理图；
图7是本发明一种除堵屑式排屑装置的工作流程图；
图8是本发明一种除堵屑式排屑装置的防过载原理流程图；
图9是本发明高可靠性的智能排屑系统的示意图；
图10是本发明一种除堵屑式排屑装置的可靠性试验方法示意图；
图11是本发明一种除堵屑式排屑装置的可靠性试验方法中防过载模块的壳体内部示意图；
图12是本发明一种除堵屑式排屑装置的可靠性试验方法的控制装置构架图；
图13是本发明一种除堵屑式排屑装置的可靠性试验方法的流程图；
图14是本发明一种除堵屑式排屑装置的可靠性试验方法的D检验表；
图中：外部排屑器1，驱动电机11，主传动轴12，排料口13，仓门14，门板闭合极限位凸缘141，驱动推杆15，传动带链16，上护板17，仓门滑轨18，防过载模块2，测速模块21，接近开关211，测速构件212，除堵屑模块22，抱夹2121，检测杆2122，检测触发头2123，抱箍对接2124，安装底座221，壳体222，滑道223，堵屑收集斗224，除堵屑Z型杆225，除屑电机226，防污染模块3，铁屑收集装置31，激光测距仪32，水平输送带4，斜坡输送带5，入口输送带6，切削液加载系统7，控制装置8。
具体实施方式
实施例1一种除堵屑式排屑装置
参见图1至图8所示，一种除堵屑式排屑装置，它包括：外部排屑器1、防过载模块2；
所述的外部排屑器1为链板或带式传送排屑器；
外部排屑器1上设有：驱动电机11、主传动轴12、排料口13、仓门14、驱动推杆15；外部排屑器1带链主传动轴12与驱动电机11采用传动带链16完成机械传动；排料口13设在外部排屑器1一侧；
外部排屑器1头部斜面的上端设有上护板17；外部排屑器1头部斜面的两侧防护板内侧均设有仓门滑轨18；
所述的仓门14设在仓门滑轨18上；驱动推杆15设在固定在上护板17上；驱动推杆15的活塞杆前端与仓门14固连接；
所述的驱动推杆15可装设2个，2个驱动推杆15平行设置；
所述的仓门14上设有仓门位置检测组件；仓门位置检测组件检测仓门14开启极限位和闭合极限位，并输出相应位置信号；
所述的仓门位置检测组件包括：位置检测器、位置检测触发块；位置检测器设有2个，2个位置检测器分别为开启位置检测器和关闭位置检测器，2个位置检测器均设在仓门滑轨18旁；位置检测触发块设有2个，2个位置检测触发块分为开启位置检测触发块和关闭位置检测触发块；2个位置检测触发块设在仓门2端；开启位置检测触发块触发开启位置检测器，关闭位置检测触发块触发关闭位置检测器；
所述的位置检测器可选形成开关或磁控开关；对应位置检测器，位置检测触发块为硬质触发凸缘或者磁性块；
所述的防过载模块2包括：测速模块21、除堵屑模块22；
所述的测速模块21包括：接近开关211、测速构件212；测速构件212安装在外部排屑器主传动轴12上；接近开关固定在测速构件211上方；
所述的测速构件212包括：抱夹2121、检测杆2122，抱夹2121为半圆环形的抱箍，抱夹2121两端设有螺纹锁固孔，检测杆2122上设有螺栓通孔，螺栓通孔与螺纹锁固孔的位置相对；
所述的检测杆2122一端设有检测触发头2123，另一端为抱箍对接2124；抱夹2121、检测杆2122通过螺栓锁固连接并固定在主传动轴12一侧端部；
所述的检测触发头2123触发接近开关211；
所述的抱夹2121和抱箍对接2124内侧的弧形接触面处设有软性材料，可在一定范围之内适配不同型号主传动轴12的轴径；检测触发头2123与抱箍对接2124间的连杆长度也可制造任意长度，故该测速构件可以应用于多种数控机床，具有通用性；
除堵屑模块22设在外部排屑器1平板接料端与外部排屑器1的斜面的夹角处；
所述的除堵屑模块22包括：安装底座221、壳体222、滑道223、堵屑收集斗224、除堵屑Z型杆225、除屑电机226；
所述的安装底座221设在外部排屑器1上；壳体222设在安装底座221上；
所述的壳体222形状为梯形六面体，壳体222上面为矩形；壳体222的一侧为斜面敞口，壳体222的斜面处与外部排屑器1头处上斜面紧密接触安装；即斜面的斜度与外部排屑器斜度一致；
所述的仓门14设在壳体222的斜面与外部排屑器之间的仓门滑轨18上；驱动推杆15驱动仓门14在仓门滑轨18滑动；
所述的壳体222另一侧设有滑道223；堵屑收集斗224设在在滑道223出口下方；
所述的除屑电机226设在壳体222上；除堵屑Z型杆225设在壳体222内；
所述的除堵屑Z型杆由2个L型挡板组成，除堵屑Z型杆225通过除屑电机226驱动除堵屑Z型杆225；除堵屑Z型杆225设在外部排屑器1的排屑链板（排屑传送带）上方；即在静止时除堵屑Z型杆与外部排屑器链条平行；除堵屑Z型杆225与排屑链板（排屑传送带）运动方向垂直，确保静止状态下与门不干涉；
当检测到外部排屑器的驱动电机11转速减缓时，正转停止，驱动推杆15驱动仓门14打开，除屑电机226驱动除堵屑Z型杆配合外部排屑器反转将堵屑从滑道223排出，运行一定时间后，除屑电机226停止，外部排屑器的驱动电机11停止反转，驱动推杆15驱动仓门14关闭，外部排屑器的驱动电机11开始正转排屑。
所述的外部排屑器1空载运行或者正常负载运行（传送切屑料过程）时，其主传动轴12转速趋于恒定，测速构件212每次触发接近开关211的间隔恒定；外部排屑器1屑料传送带卡住或者过载运行时，引起主传动轴12转速异常，测速构件212触发接近开关211的间隔将产生波动；利用该原理对外部排屑器驱动电机11转速进行检测，当转速减缓，驱动电机11将反转一定时间，确保将堵屑排回外部排屑器内；同时具有报警功能，当在单次循环触发反转条件一定次数，将触发报警功能，通知维修人员修理，防止驱动电机11长时间过载导致损坏。
实施例2一种高可靠性的智能排屑系统
参见图1至图9所示，一种高可靠性的智能排屑系统，它包括：除堵屑式排屑装置、防污染模块、连接模块；
所述的除堵屑式排屑装置为实施例1所述的一种除堵屑式排屑装置；
所述的除堵屑式排屑装置，它包括：外部排屑器1、防过载模块2；防过载模块2、防污染模块和连接模块设在外部排屑器1中；
所述的防污染模块3包括：铁屑收集装置31、激光测距仪32；
铁屑收集装置31设在外部排屑器1的排料口13下方；激光测距仪32固定在外部排屑器1的防护板上；激光测距仪32测量铁屑收集装置31的收料斗与外部排屑器1排料口的相对位置是否对应；激光测距仪32的检测将得到激光测距仪32与铁屑收集装置31的距离；对激光测距仪进行设置，当检测的距离小于设定值时，认为铁屑收集装置在原位，外部排屑器正常工作；当激光测距仪检测的距离大于设定值时，认为铁屑收集装置不在原位，外部排屑器将停止排屑，待其原位后，下次工作循环将再次开启外部排屑器；该功能杜绝了未关闭外部排屑器的情况下，移动铁屑收集装置，导致铁屑污染生产现场的可能；由于铁屑收集装置在移动后再归位，其每次的位置将不完全一致，将有一定的误差范围，对激光测距仪32设定时需要考虑该误差；
所述的防过载模块、防污染模块均通过机床24V直流电源供电；即接近开关211和激光测距仪32的信号发射端通过24V直流电源供电；行程触发凸缘141触发；接近开关211和激光测距仪32的接收端，以及与输入模块预留外部输入信号端口连接；当开关触发时，常开触点闭合，外部输入信号将接收到高电平脉冲，同时，保留外部排屑器按钮以方便后期维修；
所述的连接模块上设有：排屑器电机控制端、除堵屑电机控制端、驱动推杆控制端；
所述的排屑器电机控制端与除堵屑电机控制端均为控制电机正转或反转的接触器线圈；即排屑器电机控制端的接触器线圈和除堵屑电机控制端的接触器线圈并联；并使用PLC编写排屑辅助功能指令，将功能指令添加到加工程序中，当执行到该指令时或触发防过载、防污染功能时，输出模块预留接口将输出高（低）电平，使线圈得（断）电，外部排屑器电机将有相应动作，实现数控系统控制外部排屑器功能；
所述的驱动推杆控制端通过连接模块与PLC连接；
数控机床预留外部输入信号的物理地址的接线形式根据机床厂家的不同会有所区别，主要的两种形式，分别为：有中间过渡板和无过渡板；改造有过渡板机床，可根据电气图纸确定预留外部输入信号在过渡板上的位置进行连接；改造无过渡板机床，输入输出模块电缆中未使用的输入信号线会埋在线槽之中，可直接在空余接线端子上进行连接；需要注意：无论是哪种形式的连接，都需要在PLC梯形图程序中检查使用的预留外部输入信号对现有机床功能无影响，否则不能使用或需要进一步修改；
智能排屑系统包括：除堵屑式排屑装置、防过载模块、防污染模块、连接模块，其运行流程如智能排屑系统流程图所示：加工循环开始后，执行指令使外部排屑器开始运转，加工结束之前，将外部排屑器停止。其中对外部排屑器电机转速是否减缓和铁屑收集装置的位置进行检测，并判断是否达到报警条件，根据检测结果的不同将执行不同的动作，以实现排屑系统的防过载、防污染现场功能，使旧式数控机床达到基本的智能排屑要求。
防过载原理流程图对防过载功能进行详解：加工开始，在PLC程序中使用定时器、计数器功能：定时器设置测速时间阈值，即测速构件随传动轴旋转一周需要的最长时间，该值要比传动轴旋转一周的平均时间多T秒，其中T属于[1,2.5]；计数器设置报警次数阈值。在每次加工循环结束之后，定时器、计数器将被复位；外部排屑器开始运行时，由于每次加工循环结束测速构件212的位置均不相同，故在每次循环首次触发211接近开关后，定时器开始计时，如在测速时间阈值内没有再次触发211接近开关，正转将停止，控制驱动推杆15开启仓门14；门板开启达到极限位，仓门位置检测组件发出仓门14到达开启极限位置信号，驱动推杆15收缩停止；除堵屑电机226和外部排屑器的驱动电机11同时开始运转，除堵屑Z型杆225旋转，驱动电机11反转，运转时间应确保外部排屑器顶端链条运动到底端，保证堵屑可以被运输到除堵屑模块门处，进而被旋转的除堵屑Z型杆输送出外部排屑器，堵屑将从滑道进入堵屑收集斗224，且运转时间应为除堵屑Z型杆旋转一圈所用时间的整数倍，确保停止后停在不干涉位置，驱动电机11反转结束，除堵屑电机226也同时停止；驱动推杆15驱动关闭仓门14门板，仓门位置检测组件发出仓门14到达关闭极限位置信号，驱动推杆15拉伸停止；驱动电机11再进行正转；测速时间阈值内触发接近开关211，开关发出高电平脉冲，使定时器复位，当脉冲结束后，定时器重新开始计时，进入下一个计时周期；在触发反转条件的同时，计数器加1：如在加工循环内连续触发反转条件的次数大于报警次数阈值，则表明堵屑情况严重，无法通过除堵屑模块解决堵屑问题，数控系统将进行报警，通知维修人员进行维修；即本方案除了能够根据所检测的转速情况实现自动防过载排屑，也能够在无法通过自动防过载排屑解决堵屑问题时及时报警，及早进行人工干预，以免影响正常排屑。
实施例3一种除堵屑式排屑可靠性试验装置
参见图1至11所示，一种除堵屑式排屑可靠性试验装置，它包括：除堵屑式排屑装置、水平输送带4、斜坡输送带5、入口输送带6、切削液加载系统7、控制装置8；
所述的除堵屑式排屑装置为实施例1所述的一种除堵屑式排屑装置；
所述的除堵屑式排屑装置，它包括：外部排屑器1、防过载模块2；防过载模块2、防污染模块和连接模块设在外部排屑器1中；
所述的除堵屑模块、入口输送带6和斜坡输送带5依次连接；
所述的斜坡输送带5下方设有下传送链板51；
防过载模块2与水平输送带4连接，水平输送带4出料端与斜坡输送带5的下部传送链板51处连接；
在可靠性试验装置中，原除堵屑模块中移除堵屑收集斗224，在除堵屑模块的壳体222内侧安装噪声传感器91；
在滑轨下方安装水平输送带，使用垫铁将水平输送带安装至一定高度，水平输送带终端下方安装斜坡输送带5；在斜坡输送带终端下方，使用立架安装入口输送带，入口输送带与外部排屑器入口在同一水平线上，形成了闭环结构，即在外部排屑器反转的情况下，开启除堵屑模块，在装置任一输送带上放置堵屑，都将对除堵屑模块进行循环加载；
真实工况下，混有切削液的铁屑经内部排屑器输送到外部排屑器链板上，经由外部排屑器排放到铁屑收集装置；为模拟真实工况，装置具有切削液加载系统7，在水平输送带下方放置切削液槽，使用水泵抽取槽中切削液，通过2条管路经2个电动喷嘴向水平输送带上的堵屑喷洒切削液，多余的切削液将从输送带渗透到下方切削液槽；
控制装置控制可靠性试验装置的运行和加载，包括PLC及其附属I/O模块、工控一体机、远程IO模块和2个伺服电机驱动器；
PLC及其附属I/O模块，在其专业软件中进行组态设置，并使用专用连接器电气连接；附属I/O模块的输出端口与伺服电机驱动器A的输入接口电气连接，伺服电机驱动器A的电机接口分别与外部排屑器电机、除堵屑电机电气连接，在伺服电机驱动器A中设置，对除堵屑电机的电流进行监控；附属I/O模块的输出端口与伺服电机驱动器B的输入接口电气连接，伺服电机驱动器B的电机接口分别与水平输送带、斜坡输送带和入口输送带电机电气连接；附属I/O模块的输出端口3与除堵屑模块的控制仓门2个气缸的电磁阀电气连接，附属I/O模块输入接口与2个气缸上所具有的4个磁性开关2个到位开关、2个原位开关）电气连接；附属I/O模块的输出端口通过接触器与水泵电气连接；附属I/O模块的其他输出端口与2个电动喷嘴电气连接；
工控一体机的控制软件由Labview编制，通过网线接口，使用Modbus通讯协议与远程IO模块通讯连接，获取噪声传感器的模拟信号、伺服电机驱动器A和PLC输出的数字信号，其中远程IO模块的模拟量输入通道与噪声传感器电气连接，数字量输入通道与伺服电机驱动器A输出端口电气连接，数字量输入通道与附属I/O模块输出端口7电气连接，数字量输出通道与附属I/O模块输入端口电气连接；
通过工控一体机装载的控制软件及在PLC中编写的程序，可实现以下任务：
（1）通过PLC控制仓门气缸打开仓门；
（2）通过伺服电机驱动器A驱动外部排屑器电机和除堵屑电机，通过伺服电机驱动器B驱动水平输送带、斜坡输送带和入口输送带；
（3）控制切削液槽水泵持续工作，控制电动喷嘴对堵屑进行切削液加载。
实施例4一种除堵屑式排屑装置可靠性试验方法
参见图1至图13所示，一种除堵屑式排屑装置可靠性试验方法
1、首先确定除堵屑式排屑装置在可靠性试验中所受到的载荷情况，具体包括以下：
（1）堵屑加载部分：使用不同类型堵屑对除堵屑模块进行循环加载，包括带状堵屑、螺卷堵屑、长紧卷堵屑等，采用手动方式，将多种类型堵屑投入可靠性试验装置；
（2）切削液加载部分：根据真实工况确定切削液的流量和压力的变化范围及试验时间，制定相应的方案，并通过PLC进行控制；
（3）仓门加载部分：控制仓门做往复运动，确定运动周期。
2、进行可靠性试验，具体包括以下：
（1）通过PLC控制仓门打开，然后除堵屑电机运转和外部排屑器反转，同时水平输送带、斜坡输送带和入口输送带开始运转，按照载荷确定情况，在试验装置中任意位置投入相应类型的堵屑，堵屑将对除堵屑模块循环加载；
（2）按照载荷确定情况，通过PLC控制电动喷嘴，对喷洒的切削液流量和压力进行调节。
（3）按照载荷确定情况，控制仓门在周期往复运动，保证在仓门关闭时，除堵屑电机停止，除堵屑Z型杆与仓门不干涉。
3、可靠性试验开始后，工控一体机通过远程I/O模块采集传感器、伺服电机驱动器和PLC附属I/O模块的信号，并对采集到的信号进行检测，具体包括以下：
（1）通过伺服电机驱动器A检测除堵屑电机的电流情况，当除堵屑电机电流超过正常值时，伺服电机驱动器A输出端口发出报警信号，经由远程I/O模块输送到工控一体机，说明除堵屑电机传动装置异常，试验停止并形成一次故障信息；
（2）通过噪声传感器检测除堵屑Z型杆运行噪声情况，由远程I/O模块采集噪声模拟信号，工控一体机对其进行处理：当噪声超过正常值时，工控一体机经由远程I/O模块数字量输出通道发出报警信号，PLC输入端口接收，试验停止并形成一次故障信息；
（3）通过PLC检测仓门到位和回原位时间判断仓门情况，当仓门到位或回原位时间超过正常值，发出报警信号，说明仓门故障，试验停止并形成一次故障信息；
4、可靠性试验开始后，工控一体机通过远程I/O模块采集传感器、伺服电机驱动器和PLC附属I/O模块的信号，并对采集到的信号进行检测，具体包括以下：
（1）通过伺服电机驱动器A检测除堵屑电机的电流情况，当除堵屑电机电流超过正常值时，伺服电机驱动器A输出端口发出报警信号，经由远程I/O模块输送到工控一体机，说明除堵屑电机传动装置异常，试验停止并形成一次故障信息。
（2）通过噪声传感器检测除堵屑Z型杆运行噪声情况，由远程I/O模块采集噪声模拟信号，工控一体机对其进行处理：当噪声超过正常值时，工控一体机经由远程I/O模块数字量输出通道发出报警信号，PLC输入端口接收，试验停止并形成一次故障信息。
（3）通过PLC检测仓门到位和回原位时间判断仓门情况，当仓门到位或回原位时间超过正常值，发出报警信号，说明仓门故障，试验停止并形成一次故障信息。
5、对故障信息进行数据处理，计算出除堵屑模块的可靠度函数R(t)、故障率函数λ (t)和平均故障间隔工作时间MTBF，具体包括以下：
（1）工控一体机利用数据处理程序计算并统计出除堵屑模块的连续故障间隔工作时间T(i)，利用两参数威布尔分布拟合故障概率密度函数曲线f(t)，通过最小二乘法进行参数估计，并运用D检验法来检验威布尔分布，从而确定故障间隔工作时间的分布规律；
（2）利用公式：
Figure 235510DEST_PATH_IMAGE016
计算出除堵屑模块的可靠度函数R(t)式中：R(t)为可靠度函数，f(t)为故障概率密度函数；
（3）利用公式：
Figure 234690DEST_PATH_IMAGE017
计算出除堵屑模块的累计故障概率函数F(t)，式中：F(t)为累计故障概率函数，R (t)为可靠度函数。
（4）利用公式：
Figure 784620DEST_PATH_IMAGE018
计算出故障概率λ(t)，式中：λ(t)为故障概率函数，F’(t)为累计故障概率函数的 导数，
Figure 367786DEST_PATH_IMAGE019
为累计故障概率函数，
Figure 943255DEST_PATH_IMAGE020
为可靠度函数的导数，R(t)为可靠度函数，
Figure 921575DEST_PATH_IMAGE021
为 故障概率密度函数。
（5）利用公式：
计算平均故障间隔工作时间MTBF，式中：
Figure 688412DEST_PATH_IMAGE022
为故障概率密度函数。
两参数威布尔分布的概率分布函数为：
Figure 384972DEST_PATH_IMAGE023
两参数威布尔分布的概率密度函数为：
Figure 764132DEST_PATH_IMAGE024
式中：α为尺度参数，β为形状参数。
（6）参照D检验表，D检验法：将n个数据由小到大排列，F0(xi)为假设的分布函数，Fn(xi)为经验分布函数，将检验统计量Dn与临界值Dn,α按照下式进行比较；若满足，则接收原假设，否则拒绝原假设：
Figure 596959DEST_PATH_IMAGE025
式中：
Figure 393751DEST_PATH_IMAGE026
最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种除堵屑式排屑装置，其特征在于，它包括：外部排屑器（1）、防过载模块（2）；
所述的外部排屑器（1）上设有：驱动电机（11）、主传动轴（12）、排料口（13）、仓门（14）、驱动推杆（15）；驱动电机（11）驱动主传动轴（12）转动；排料口（13）设在外部排屑器（1）一侧；
外部排屑器（1）头部斜面的上端设有上护板（17）；驱动推杆（15）设在固定在上护板（17）上；外部排屑器（1）的斜面两侧设有仓门滑轨（18）；驱动推杆（15）驱动仓门（14）在仓门滑轨（18）上滑动；仓门（14）上设有仓门位置检测组件；仓门位置检测组件检测仓门（14）开启极限位和闭合极限位，并输出相应位置信号；
所述的防过载模块（2）包括：测速模块（21）、除堵屑模块（22）；测速模块（21）装设在主传动轴（12）处；所述的除堵屑模块（22）设在外部排屑器（1）平板接料端与外部排屑器（1）的斜面的夹角处；
所述的除堵屑模块（22）包括：壳体（222）、滑道（223）、除堵屑Z型杆（225）、除屑电机（226）；壳体（222）的一侧为斜面敞口，斜面敞口与仓门（14）紧密接触；滑道（223）设在壳体（222）另一侧；除堵屑Z型杆（225）设在壳体（222）内；除堵屑Z型杆（225）驱动除堵屑Z型杆（225）。
2.根据权利要求1所述的一种除堵屑式排屑装置，其特征在于：所述的仓门位置检测组件包括：位置检测器、位置检测触发块；位置检测器设有2个，2个位置检测器分别为开启位置检测器和关闭位置检测器，2个位置检测器均设在仓门滑轨（18）旁；位置检测触发块设有2个，2个位置检测触发块分为开启位置检测触发块和关闭位置检测触发块；2个位置检测触发块设在仓门2端；开启位置检测触发块触发开启位置检测器，关闭位置检测触发块触发关闭位置检测器。
3.根据权利要求2所述的一种除堵屑式排屑装置，其特征在于：所述的位置检测器可选形成开关或磁控开关；对应位置检测器，位置检测触发块为硬质触发凸缘或者磁性块。
4.根据权利要求3所述的一种除堵屑式排屑装置，其特征在于：所述的除堵屑模块（22）中还设有堵屑收集斗（224）；堵屑收集斗（224）设在滑道（223）出口下方。
5.一种高可靠性的智能排屑系统，其特征在于，它包括：除堵屑式排屑装置、防污染模块、连接模块；
所述的除堵屑式排屑装置为权利要求3所述的一种除堵屑式排屑装置；
所述的防污染模块（3）包括：铁屑收集装置（31）、激光测距仪（32）；铁屑收集装置（31）设在排料口（13）下方；激光测距仪（32）固定在外部排屑器（1）的防护板上；激光测距仪（32）检测铁屑收集装置（31）与排料口（13）是否对正；
所述的连接模块分别与驱动电机（11）、驱动推杆（15）、除屑电机（226）电气连接。
6.一种除堵屑式排屑可靠性试验装置，其特征在于，它包括：除堵屑式排屑装置、水平输送带（4）、斜坡输送带（5）、入口输送带（6）、切削液加载系统（7）、控制装置（8）；
所述的除堵屑式排屑装置为权利要求3所述的一种除堵屑式排屑装置；
所述的除堵屑模块、入口输送带（6）和斜坡输送带（5）依次连接；斜坡输送带（5）下方设有下传送链板（51）；防过载模块（2）与水平输送带（4）连接，水平输送带（4）出料端与斜坡输送带（5）的下部传送链板（51）处连接；除堵屑模块的壳体（222）内侧安装噪声传感器（91）；切削液加载系统（7）设在水平输送带（4）下方；
控制装置（8）分别与除堵屑式排屑装置、水平输送带（4）、斜坡输送带（5）、入口输送带（6）、切削液加载系统（7）电气连接。
7.一种除堵屑式排屑装置可靠性试验方法，它包括：
S1.确定除堵屑式排屑装置在可靠性试验中所受到的载荷情况
（1）堵屑加载部分：使用不同类型堵屑对除堵屑模块进行循环加载，采用手动方式，将多种类型堵屑投入可靠性试验装置；所述的可靠性试验装置为权利要求6所述的一种除堵屑式排屑可靠性试验装置；
（2）切削液加载部分：根据真实工况确定切削液的流量和压力的变化范围及试验时间，制定相应的方案，并通过PLC进行控制；
（3）仓门加载部分：控制仓门做往复运动，确定运动周期；
S2.进行可靠性试验
（1）通过PLC控制仓门打开，然后除堵屑电机运转和外部排屑器（1）反转，同时水平输送带、斜坡输送带和入口输送带开始运转，按照载荷确定情况，在试验装置中任意位置投入相应类型的堵屑，堵屑将对除堵屑模块循环加载；
（2）按照载荷确定情况，通过PLC控制电动喷嘴，对喷洒的切削液流量和压力进行调节；
（3）按照载荷确定情况，控制仓门在周期往复运动，保证在仓门关闭时，除堵屑电机停止，除堵屑Z型杆与仓门不干涉；
S3.可靠性试验开始后，工控一体机通过远程I/O模块采集传感器、伺服电机驱动器和PLC附属I/O模块的信号，并对采集到的信号进行检测；
（1）通过伺服电机驱动器检测除堵屑电机的电流情况，当除堵屑电机电流超过正常值时，伺服电机驱动器输出端口发出报警信号，经由远程I/O模块输送到工控一体机，说明除堵屑电机传动装置异常，试验停止并形成一次故障信息；
（2）通过噪声传感器检测除堵屑Z型杆运行噪声情况，由远程I/O模块采集噪声模拟信号，工控一体机对其进行处理：当噪声超过正常值时，工控一体机经由远程I/O模块数字量输出通道发出报警信号，PLC输入端口接收，试验停止并形成一次故障信息；
（3）通过PLC检测仓门到位和回原位时间判断仓门情况，当仓门到位或回原位时间超过正常值，发出报警信号，说明仓门故障，试验停止并形成一次故障信息；
S4.可靠性试验开始后，工控一体机通过远程I/O模块采集传感器、伺服电机驱动器和PLC附属I/O模块的信号，并对采集到的信号进行检测；
（1）通过伺服电机驱动器A检测除堵屑电机的电流情况，当除堵屑电机电流超过正常值时，伺服电机驱动器A输出端口发出报警信号，经由远程I/O模块输送到工控一体机，说明除堵屑电机传动装置异常，试验停止并形成一次故障信息。
8.（2）通过噪声传感器检测除堵屑Z型杆运行噪声情况，由远程I/O模块采集噪声模拟信号，工控一体机对其进行处理：当噪声超过正常值时，工控一体机经由远程I/O模块数字量输出通道发出报警信号，PLC输入端口接收，试验停止并形成一次故障信息；
（3）通过PLC检测仓门到位和回原位时间判断仓门情况，当仓门到位或回原位时间超过正常值，发出报警信号，说明仓门故障，试验停止并形成一次故障信息；
S5.对故障信息进行数据处理，计算出除堵屑模块的可靠度函数R(t)、故障率函数λ(t)和平均故障间隔工作时间MTBF。
9.根据权利要求7所述的一种除堵屑式排屑装置可靠性试验方法，步骤S5. 所述的对故障信息进行数据处理，它包括：
（1）工控一体机利用数据处理程序计算并统计出除堵屑模块的连续故障间隔工作时间T(i)，利用两参数威布尔分布拟合故障概率密度函数曲线f(t)，通过最小二乘法进行参数估计，并运用D检验法来检验威布尔分布，从而确定故障间隔工作时间的分布规律；
（2）利用公式：
Figure 654156DEST_PATH_IMAGE001
计算出除堵屑模块的可靠度函数R(t)式中：R(t)为可靠度函数，f(t)为故障概率密度函数；
（3）利用公式：
Figure 164772DEST_PATH_IMAGE002
计算出除堵屑模块的累计故障概率函数F(t)，式中：F(t)为累计故障概率函数，R(t)为可靠度函数；
（4）利用公式：
Figure 678930DEST_PATH_IMAGE003
计算出故障概率λ(t)，式中：λ(t)为故障概率函数，F’(t)为累计故障概率函数的导数，F(t)为累计故障概率函数，R’(t)为可靠度函数的导数，R(t)为可靠度函数，f(t)为故障概率密度函数；
（5）利用公式：
Figure 808560DEST_PATH_IMAGE004
计算平均故障间隔工作时间MTBF，式中：f(t)为故障概率密度函数；
两参数威布尔分布的概率分布函数为：
Figure 983451DEST_PATH_IMAGE005
两参数威布尔分布的概率密度函数为：
Figure 540335DEST_PATH_IMAGE006
式中：α为尺度参数，β为形状参数；
（6）参照D检验表，D检验法：将n个数据由小到大排列，F0(xi)为假设的分布函数，Fn (xi)为经验分布函数，将检验统计量Dn与临界值Dn,α按照下式进行比较；若满足，则接收原假设，否则拒绝原假设：
Figure 541789DEST_PATH_IMAGE007
式中：
Figure 475110DEST_PATH_IMAGE008
。
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