CN115947065A - 一种永磁直驱式智能刮板输送机及其监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种永磁直驱式智能刮板输送机及其监测方法，包括由机尾永磁电机驱动的机尾链轮、由机头永磁电机驱动的机头链轮、刮板链、刮板、用于调整刮板链张紧程度的张紧油缸以及用于采集刮板链图像的图像采集器；机尾永磁电机、机头永磁电机、张紧油缸分别电性连接工控机，本发明的刮板输送机具有刮板输送机故障监测、中部槽磨损监测、链条磨损监测、载荷监测、张力调节以及自动停机等功能，能够提高煤矿井下的智能化水平，减少煤矿事故的发生。
Description
技术领域
本发明涉及永磁直驱式智能刮板输送机领域，具体涉及一种永磁直驱式智能刮板输送机及其监测方法。
背景技术
刮板输送机是井下煤矿综采工作面的主要运输设备，与采煤机、液压支架等设备联合作业实现煤炭的开采、运输工作面的支护和设备的推移。随着高产高效综采工作面的不断建设，刮板输送机向大功率、长距离、大运量方向发展，刮板输送机能否长期稳定、安全可靠地运行在采煤生产中变得越来越重要。随着永磁同步电机的不断发展，将永磁同步电机作为驱动源能够满足刮板输送机低速大扭矩的工作状况。但是，随着采煤机的移动，刮板输送机的煤炭运载量会发生较大变化，所需要的链条张力也需要进行调整，否则会造成较大的功率消耗。同时，由于装煤过多、负荷过大，刮板输送机的中部槽和链条会造成剧烈磨损，如若不能对中部槽以及链条磨损进行及时监测，长期难以避免出现中部槽垮塌或者断链等事故，轻则影响生产正常进行，重则损坏刮板输送机、造成整个综采工作面停机，大大降低企业生产效率、造成巨大经济损失。因此，非常有必要对刮板输送机刮板链的运行状态进行监测，提高刮板输送机运行的可靠性，使整个综采工作面能够稳定运行。
公开号为CN105928653A的中国专利申请公开了一种刮板输送机链条张力监测装置及方法，其张力监测方式为：在链轮轮齿侧面安装应力传感器，通过传感器监测刮板输送机运行过程中的链条张力，现有方案在实际应用中存在以下弊端：(1)煤矿井下环境恶劣负载，应力传感器布置在链轮处容易故障率高、寿命短；(2)受到链轮多边形效应的影响，应力传感器所检测的值准确性低、可靠性弱。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种永磁直驱式智能刮板输送机，其能够解决现有技术中刮板输送机监测装置存在的寿命短、准确性低、可靠性弱等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种永磁直驱式智能刮板输送机，包括由机尾永磁电机驱动的机尾链轮、由机头永磁电机驱动的机头链轮、连接机尾链轮和机头链轮的刮板链、设在刮板链上的若干刮板、连接机尾链轮用于调整刮板链张紧程度的张紧油缸以及用于采集刮板链图像的图像采集器；所述机尾永磁电机、机头永磁电机、张紧油缸分别电性连接工控机，所述图像采集器电性连接工控机并将拍摄图像传输给工控机，所述机头链轮、机尾链轮的腔体内设有能够监测其链轮轴之轴向变形量的轴向变形监测装置，所述刮板输送机的中部槽上均布有若干能够获取其所在部位弯曲变形量的金属应变监测装置，所述金属应变监测装置、轴向变形检测装置分别无线通讯连接工控机。
优选地，所述图像采集器包括支架，所述支架上设有光源、工业摄像机以及图像采集卡。
优选地，所述轴向变形检测装置包括开设在机头链轮、机尾链轮腔体内的轴向长槽，轴向长槽内布置有电性连接在一起的应变片供电源、无线信号发射器Ⅰ以及应变片，所述应变片能够通过全桥式电路或者半桥式电路监测到机头链轮和机尾链轮链轮轴的轴向变形量。
优选地，所述金属应变监测装置包括固定在中部槽侧边的安装板、布置在中部槽底面的金属应变片、设在安装板上的中部槽应变片电源和无线信号发射器Ⅱ，所述无线信号发射器Ⅱ、金属应变片、中部槽应变片电源电性连接，所述金属应变片获取所在部位的弯曲变形并无线传输给工控机。
本发明还提供一种永磁直驱式智能刮板输送机链条磨损监测方法，包括以下步骤：
S31、所述工业摄像机每分钟拍摄n次刮板链图像并将图像储存在图像采集卡；
S32、所述图像采集卡将图像信息以数字信号传输给工控机，所述工控机通过图像处理算法提取刮板链磨损的轮廓信息；
S33、所述工控机将得到的轮廓信息与刮板链未磨损前的外形轮廓进行对比，计算得到刮板链的磨损量；
S34、所述工控机判断刮板链的磨损状态处于正常磨损或者急剧磨损，如果处于急剧磨损，则工控机发出预警信号，应当及时停机检查，避免断链危险。
本发明还提供一种永磁直驱式智能刮板输送机的载荷监测方法，包括以下步骤：
S61、所述无线信号发射器Ⅰ将应变片采集到的轴向应变信号传输给工控机；
S62、所述工控机根据机头链轮的轴向形变量以及链轮轴的刚度得到机头链轮受到的链条张力之和；
S63、所述工控机根据机尾链轮的轴向形变得到机尾链轮受到的链条张力之和，从而计算出刮板输送机有载侧的负载质量；
载侧的负载质量的具体方法为：
S631、设机头链轮受到的张力之和为受到的上链条张力F1和下链条张力F4之和，机尾链轮受到的张力之和为上链条张力F2和下链条张力F3之和；
S632、设所述刮板输送机上链条张力之差为有载侧运行阻力，即F1-F2＝Wfz；
S633、设所述刮板输送机下链条张力之差为无载侧运行阻力，即F3-F4＝Wkz；
S634、在刮板输送机运行过程中，无载侧运行阻力Wkz为固定值，根据公式Wfz＝F1+F4-F2+F3+Wkz得到有载侧运行阻力Wfz；
S635、无载侧运行阻力计算公式为Wfz＝μ1m1g+μ2m2g，式中m1为落煤质量，m2为刮板链质量，μ1为落煤与中部槽摩擦系数，μ2为刮板链与中部槽摩擦系数,由于摩擦系数μ1、μ2以及刮板链质量m2均为已知，通过计算即可得到有载侧的负载质量m1。
本发明还提供一种永磁直驱式智能刮板输送机中部槽磨损监测方法，包括以下步骤：
S71、将刮板输送机沿中部槽长度方向均分成n部分，每个部分的中部槽设为中步槽平板3-1并对应一个金属应变监测装置；
S72、所述金属应变监测装置内的金属应变片获取所在中部槽平板的弯曲变形并将弯曲应变信号传输给工控机；
S73、所述工控机上具有刮板输送机的实时载荷数据，并在刮板输送机额定载荷mn时控制开启中部槽应变片电源；
S74、所述工控机计算n个中部槽平板的平均弯曲应变值，并根据中部槽平板在额定载荷mn下的应变-厚度标定得到中部槽平板磨损后的厚度；
S75、当中部槽平板厚度达到预警值x时，工控机及时发出预警信号，提示工作人员及时进行停机检查。
本发明还提供一种永磁直驱式智能刮板输送机链条张力调节方法，包括以下步骤：所述张紧油缸动作时能够带动机尾链轮移动，进而改变机头链轮和机尾链轮的中心距，所述工控机通过监测得到的刮板输送机负载计算链条所需施加的张紧力，进而计算张紧油缸所需油液压力，通过控制油液压力达到链条张力调节的目的。
本发明的有益效果在于：本发明能够实现刮板输送机链条磨损监测、中部槽磨损监测、载荷监测、链条张力调节以及自动停机等功能，安装和使用方便，提高了井下刮板输送机监测系统的准确性和使用寿命。
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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种永磁直驱式智能刮板输送机的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的轴向变形监测装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的刮板输送机链条张力分布图；
图4为本发明实施例提供的图像采集器的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的金属应变监测装置的结构示意图。
附图标记说明：
1-张紧油缸、2-机尾链轮、3-中部槽、3-1-中部槽平板、3-2-中部槽应变片电源、3-3-无限信号发射器Ⅱ、3-4-安装板、3-5-刮板、5-刮板链、6-机头链轮、7-图像采集器、7-1-支架、7-2光源、7-3工业摄像机、7-4图像采集卡、8-联轴器Ⅰ、9-机头永磁电机、10-工控机、11-联轴器Ⅱ、12-机尾永磁电机、13-无线信号发射器Ⅰ、14-应变片供电源、15-应变片。
具体实施方式
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。
参见图1-图5，本实施例提供一种永磁直驱式智能刮板输送机，包括由机尾永磁电机12驱动的机尾链轮2、由机头永磁电机9驱动的机头链轮6、连接机尾链轮2和机头链轮6的刮板链5、设在刮板链5上的若干刮板4、连接机尾链轮2用于调整刮板链5张紧程度的张紧油缸1以及用于采集刮板链5图像的图像采集器7；机尾永磁电机12通过联轴器Ⅱ11驱动的机尾链轮2，机头永磁电机9通过联轴器Ⅰ8驱动的机头链轮6；
所述机尾永磁电机12、机头永磁电机9、张紧油缸1分别电性连接工控机10，所述图像采集器7电性连接工控机10并将拍摄图像传输给工控机10，所述机头链轮6、机尾链轮2的腔体内设有能够监测其链轮轴之轴向变形量的轴向变形监测装置，所述刮板输送机的中部槽3上均布有若干能够获取其所在部位弯曲变形量的金属应变监测装置，所述金属应变监测装置、轴向变形检测装置分别无线通讯连接工控机10。
所述图像采集器7包括支架7-1，所述支架7-1上设有光源7-2、工业摄像机7-3以及图像采集卡7-4。
所述轴向变形检测装置包括开设在机头链轮6、机尾链轮2腔体内的轴向长槽，轴向长槽内布置有电性连接在一起的应变片供电源14、无线信号发射器Ⅰ13以及应变片15，所述应变片15能够通过全桥式电路或者半桥式电路监测到机头链轮6和机尾链轮2链轮轴的轴向变形量。
所述金属应变监测装置包括固定在中部槽3侧边的安装板3-4、布置在中部槽3底面的金属应变片3-5、设在安装板3-4上的中部槽应变片电源3-2和无线信号发射器Ⅱ3-3，所述无线信号发射器Ⅱ3-3、金属应变片3-5、中部槽应变片电源3-2电性连接，所述金属应变片3-5获取所在部位的弯曲变形并无线传输给工控机10。
本发明实施例还提供一种永磁直驱式智能刮板输送机链条磨损监测方法，包括以下步骤：
S31、所述工业摄像机7-3每分钟拍摄n次刮板链5图像并将图像储存在图像采集卡7-4；
S32、所述图像采集卡7-4将图像信息以数字信号传输给工控机10，所述工控机10通过图像处理算法提取刮板链5磨损的轮廓信息；
S33、所述工控机10将得到的轮廓信息与刮板链5未磨损前的外形轮廓进行对比，计算得到刮板链5的磨损量；
S34、所述工控机10判断刮板链5的磨损状态处于正常磨损或者急剧磨损，如果处于急剧磨损，则工控机10发出预警信号，应当及时停机检查，避免断链危险。
本发明实施例还提供一种永磁直驱式智能刮板输送机的载荷监测方法，包括以下步骤：
S61、所述无线信号发射器Ⅰ13将应变片15采集到的轴向应变信号传输给工控机10；
S62、所述工控机10根据机头链轮6的轴向形变量以及链轮轴的刚度得到机头链轮6受到的链条张力之和；
S63、所述工控机10根据机尾链轮2的轴向形变得到机尾链轮2受到的链条张力之和，从而计算出刮板输送机有载侧的负载质量；
载侧的负载质量的具体方法为：
S631、设机头链轮6受到的张力之和为受到的上链条张力F1和下链条张力F4之和，机尾链轮2受到的张力之和为上链条张力F2和下链条张力F3之和；
S632、设所述刮板输送机上链条张力之差为有载侧运行阻力，即F1-F2＝Wfz；
S633、设所述刮板输送机下链条张力之差为无载侧运行阻力，即F3-F4＝Wkz；
S634、在刮板输送机运行过程中，无载侧运行阻力Wkz为固定值，根据公式Wfz＝F1+F4-F2+F3+Wkz得到有载侧运行阻力Wfz；
S635、无载侧运行阻力计算公式为Wfz＝μ1m1g+μ2m2g，式中m1为落煤质量，m2为刮板链质量，μ1为落煤与中部槽摩擦系数，μ2为刮板链与中部槽摩擦系数,由于摩擦系数μ1、μ2以及刮板链质量m2均为已知，通过计算即可得到有载侧的负载质量m1。
本发明实施例还提供一种永磁直驱式智能刮板输送机中部槽磨损监测方法，包括以下步骤：
S71、将刮板输送机沿中部槽3长度方向均分成n部分，每个部分的中部槽3设为中步槽平板3-1并对应一个金属应变监测装置；
S72、所述金属应变监测装置内的金属应变片3-5获取所在中部槽平板3-1的弯曲变形并将弯曲应变信号传输给工控机10；
S73、所述工控机10上具有刮板输送机的实时载荷数据，并在刮板输送机额定载荷mn时控制开启中部槽应变片电源3-2；
S74、所述工控机10计算n个中部槽平板3-1的平均弯曲应变值，并根据中部槽平板3-1在额定载荷mn下的应变-厚度标定得到中部槽平板3-1磨损后的厚度；
S75、当中部槽平板3-1厚度达到预警值x时，工控机10及时发出预警信号，提示工作人员及时进行停机检查。
本发明实施例还提供一种永磁直驱式智能刮板输送机链条张力调节方法，所述张紧油缸1动作时能够带动机尾链轮2移动，进而改变机头链轮6和机尾链轮2的中心距，所述工控机10通过监测得到的刮板输送机负载计算链条所需施加的张紧力，进而计算张紧油缸1所需油液压力，通过控制油液压力达到链条张力调节的目的。
本发明实施例中刮板输送机自动停机功能通过以下方法实现：所述刮板输送机长期处于空载的状态，工控机10控制刮板输送机自动停机，达到节能效果。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种永磁直驱式智能刮板输送机，其特征在于，包括由机尾永磁电机(12)驱动的机尾链轮(2)、由机头永磁电机(9)驱动的机头链轮(6)、连接机尾链轮(2)和机头链轮(6)的刮板链(5)、设在刮板链(5)上的若干刮板(4)、连接在机尾链轮(2)上用于调整刮板链(5)张紧程度的张紧油缸(1)以及用于采集刮板链(5)图像的图像采集器(7)；所述机尾永磁电机(12)、机头永磁电机(9)、张紧油缸(1)分别电性连接工控机(10)，所述图像采集器(7)电性连接工控机(10)并将拍摄图像传输给工控机(10)，所述机头链轮(6)、机尾链轮(2)的腔体内设有能够监测其链轮轴上轴向变形量的轴向变形监测装置，所述刮板输送机的中部槽(3)上均布有若干能够获取其所在部位弯曲变形量的金属应变监测装置，所述金属应变监测装置、轴向变形检测装置分别无线通讯连接工控机(10)。
2.如权利要求1所述的一种永磁直驱式智能刮板输送机，其特征在于，所述图像采集器(7)包括支架(7-1)，所述支架(7-1)上设有光源(7-2)、工业摄像机(7-3)以及图像采集卡(7-4)。
3.如权利要求1所述的一种永磁直驱式智能刮板输送机，其特征在于，所述轴向变形检测装置包括开设在机头链轮(6)、机尾链轮(2)腔体内的轴向长槽，轴向长槽内布置有电性连接在一起的应变片供电源(14)、无线信号发射器Ⅰ(13)以及应变片(15)，所述应变片(15)能够通过全桥式电路或者半桥式电路监测到机头链轮(6)和机尾链轮(2)链轮轴的轴向变形量。
4.如权利要求1所述的一种永磁直驱式智能刮板输送机，其特征在于，所述金属应变监测装置包括固定在中部槽(3)侧边的安装板(3-4)、布置在中部槽(3)底面的金属应变片(3-5)、设在安装板(3-4)上的中部槽应变片电源(3-2)和无线信号发射器Ⅱ(3-3)，所述无线信号发射器Ⅱ(3-3)、金属应变片(3-5)、中部槽应变片电源(3-2)电性连接，所述金属应变片(3-5)获取所在部位的弯曲变形并无线传输给工控机(10)。
5.一种如权利要求2所述的永磁直驱式智能刮板输送机链条磨损监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S31、所述工业摄像机(7-3)每分钟拍摄n次刮板链(5)图像并将图像储存在图像采集卡(7-4)；
S32、所述图像采集卡(7-4)将图像信息以数字信号传输给工控机(10)，所述工控机(10)通过图像处理算法提取刮板链(5)磨损的轮廓信息；
S33、所述工控机(10)将得到的轮廓信息与刮板链(5)未磨损前的外形轮廓进行对比，计算得到刮板链(5)的磨损量；
S34、所述工控机(10)判断刮板链(5)的磨损状态处于正常磨损或者急剧磨损，如果处于急剧磨损，则工控机(10)发出预警信号，应当及时停机检查，避免断链危险。
6.一种如权利要求3所述的永磁直驱式智能刮板输送机的载荷监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S61、所述无线信号发射器Ⅰ(13)将应变片(15)采集到的轴向应变信号传输给工控机(10)；
S62、所述工控机(10)根据机头链轮(6)的轴向形变量以及链轮轴的刚度得到机头链轮(6)受到的链条张力之和；
S63、所述工控机(10)根据机尾链轮(2)的轴向形变得到机尾链轮(2)受到的链条张力之和，从而计算出刮板输送机有载侧的负载质量；
载侧的负载质量的具体方法为：
S631、设机头链轮(6)受到的张力之和为受到的上链条张力F1和下链条张力F4之和，机尾链轮(2)受到的张力之和为上链条张力F2和下链条张力F3之和；
S632、设所述刮板输送机上链条张力之差为有载侧运行阻力，即F1-F2＝Wfz；
S633、设所述刮板输送机下链条张力之差为无载侧运行阻力，即F3-F4＝Wkz；
S634、在刮板输送机运行过程中，无载侧运行阻力Wkz为固定值，根据公式Wfz＝F1+F4-F2+F3+Wkz得到有载侧运行阻力Wfz；
S635、无载侧运行阻力计算公式为Wfz＝μ1m1g+μ2m2g，式中m1为落煤质量，m2为刮板链质量，μ1为落煤与中部槽摩擦系数，μ2为刮板链与中部槽摩擦系数,由于摩擦系数μ1、μ2以及刮板链质量m2均为已知，通过计算即可得到有载侧的负载质量m1。
7.一种如权利要求3所述的永磁直驱式智能刮板输送机中部槽磨损监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S71、将刮板输送机沿中部槽(3)长度方向均分成n部分，每个部分的中部槽(3)设为中步槽平板(3-1)并对应一个金属应变监测装置；
S72、所述金属应变监测装置内的金属应变片(3-5)获取所在中部槽平板(3-1)的弯曲变形并将弯曲应变信号传输给工控机(10)；
S73、所述工控机(10)上具有刮板输送机的实时载荷数据，并在刮板输送机额定载荷mn时控制开启中部槽应变片电源(3-2)；
S74、所述工控机(10)计算n个中部槽平板(3-1)的平均弯曲应变值，并根据中部槽平板(3-1)在额定载荷mn下的应变-厚度标定得到中部槽平板(3-1)磨损后的厚度；
S75、当中部槽平板(3-1)厚度达到预警值x时，工控机(10)及时发出预警信号，提示工作人员及时进行停机检查。
8.一种如权利要求3所述的永磁直驱式智能刮板输送机链条张力调节方法，其特征在于，所述张紧油缸(1)动作时能够带动机尾链轮(2)移动，进而改变机头链轮(6)和机尾链轮(2)的中心距，所述工控机(10)通过监测得到的刮板输送机负载计算链条所需施加的张紧力，进而计算张紧油缸(1)所需油液压力，通过控制油液压力达到链条张力调节的目的。
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|---|---|
| CN (1) | CN115947065A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118062489A (zh) * | 2024-04-19 | 2024-05-24 | 山东科技大学 | 刮板输送机链传动张力脉动实时监测与控制系统 |
-
2023
- 2023-01-30 CN CN202310044437.4A patent/CN115947065A/zh not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118062489A (zh) * | 2024-04-19 | 2024-05-24 | 山东科技大学 | 刮板输送机链传动张力脉动实时监测与控制系统 |
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| PB01 | Publication | ||
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