CN116674955A - 一种刮板链服役状态智能监测装置、系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种刮板链服役状态智能监测装置、系统及方法，属于链状态监测管理系统及方法。该系统的应力检测装置安装于分体式刮板上，用于检测双链系统相同耦合位置处应力变化以判定故障是否发生；图像监测模块设有高倍工业相机，安装于中部槽相同位置用于获取链系统特定区域图像特征；链节标定模块用于实时获取不同服役状态刮板链的故障位置；无线通讯模块用于应力、图像及标签等状态参数的远程传输；双链缓冲装置用于刮板链故障发生时的安全保护；智能管理平台用于信息存储处理以及整体管理调度。本发明以应变、图像和位置标签信号为参照，实现刮板机链传动系统分段监测、精准故障定位和实时统一管理，可靠性强、精准度高，具有广阔应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及链式刮板机技术领域，具体涉及一种刮板链服役状态智能监测装置、系统及方法。
背景技术
刮板机链传动系统是矿井生产的“动脉”，作为典型的连续闭合传输系统，在井下运输煤炭或矸石等物料时主要起到牵引和承载作用，具有长运距、大运量和高强度等突出特点。链传动装置是典型的双链牵引挠性连续运输机构，组成部件众多、结构复杂，其工作状态直接决定了刮板机能否安全可靠运作，其中刮板链的故障失效是引发刮板输送机故障的关键因素，约占刮板机事故发生总数的52.2％，严重降低了煤矿生产效率且对井下工作人员生命安全构成重大威胁。
目前，已有的刮板链状态监测方法多以特定位置刮板链张力的理论算法分析和实验环境下定点静态测量，理论算法繁复适用性差、定点监测实用性缺乏。现有的动态监测方法存在明显的局限性，中国发明专利2018年3月9日公开了“一种刮板输送机断链实时监测系统及监测方法”(CN201711078198.5)，采用应变片与节点定位模块测量刮板机链环的张力和节点位置信息，旨在实时监测矿井环境下刮板输送机的断链情况。
该方案中问题如下：
1、结构设置上，将应变片平贴于在刮板链环槽内的平链环容易受到刮板和原煤挤压甚至破坏，难以测量实时应力变化，该监测系统的供电亦存在明显的不可持续性，需定期更换难以长期投入使用；
2、实施原理上，正常工况下刮板链之间的受力是波动变化的，依据左、右侧节点的应力差ΔF这一参量判定断链故障发生与否是不可行的，此外卡链故障发生同样伴随着应变的突变，数传节点随着刮板链的同步运行，其位置是实时变化的，通过接力方式进行数据传输难以达到实时监测的目的；
3、可实施性上，刮板链断裂一旦发生会引起整个链系统的连锁崩坏，引发多部件故障，在无任何安全保护措施下开展监测工作实施效果较差。
考虑受到煤矿生产环境的限制以及设备事故的危害性，极有必要探究针对刮板链服役状态的综合评定方法和维护策略，以确保链传动系统的安全可靠运行。
发明内容
本发明提供一种操作灵活、精准度高、可靠性强的刮板链服役状态智能监测装置、系统及方法，通过实时分析应变、图像和位置标签参数信号，实现“应变预判，综合评估”，进而有效监测刮板链的服役状态并制定管理策略。
为了实现上述目的，本发明按以下技术方案实现：
第一方面，本发明公开了一种刮板链服役状态智能监测装置，包括：
刮板链传动装置，主要由驱动链轮、刮板、圆环链和中部槽组成，通过驱动链轮与圆环链之间的啮合作用传递运动和动力，并由刮板带动物料沿中部槽循环运输，中部槽依次并排布置并等间距区块划分统一编号；
应力检测装置，安装在两个平行布置的圆环链上，能够跟随圆环链一起运动，用于检测双链相同耦合位置处应力变化以判定故障是否发生；
图像监测模块，用于获取特定区域刮板和圆环链的实时图像特征；
链节标定模块，用于实时获取不同服役状态刮板链的故障位置；
无线通讯模块，用于应力、图像及位置标签状态参数的远程传输；
双链缓冲装置，用于刮板链故障发生时的安全保护。
在一些实施例中，所述应力检测装置包括：
分体式刮板，包括覆板、两个嵌入板和压板，覆板的顶面中部处设有覆板槽；两个嵌入板对称的安装在所述覆板的两侧，所述嵌入板中设有行走部件；压板安装在所述覆板的底面上，在所述覆板与压板之间设有用于装配圆环链及应力片的圆环链槽；
两个耦合套环，对称的安装在分体式刮板的圆环链槽内，所述耦合套环的环形内壁上下各设有一个应变槽弱耦合接触点；
应变片，张贴于应变槽弱耦合接触点，用于获取对应圆环链的应变量，且在任意分体式刮板内安装位置相同；
应变采集仪、微型电池，安装在所述覆板槽内，应变采集仪通过引线与应变片相连。
在一些实施例中，所述双链缓冲装置包括：
安装在分体式刮板上的缓冲支承，一个分体式刮板配置四个缓冲支承，其中两个缓冲支承对称的安装在所述分体式刮板一端的两侧面上，另两个缓冲支承对称的安装在所述分体式刮板另一端的两侧面上；
连接边链，相邻两个分体式刮板之间安装有两个连接边链，所述连接边链的自由端与相应的缓冲支承相连。
在一些实施例中，所述缓冲支承包括：
固定支板，用于与所述分体式刮板固定连接；
连接轴，其一端设有螺纹，以螺纹的方式安装在所述固定支板上，另一端设有凸缘结构；
开口接链环，其一端套装在所述连接轴上，且能够沿连接轴平行移动，另一端与所述连接边链相连；
一对缓冲弹簧，套装在所述连接轴上，其中一个缓冲弹簧安装在固定支板与开口接链环之间，另一个缓冲弹簧安装在凸缘结构与开口接链环之间。
在一些实施例中，所述图像监测模块包括：
用于固定在挡煤板槽帮上沿的底板；
一对对称布置在所述底板上且以相互垂直的方式安装的侧板；
一对支承板，以相互对称的方式布置在两个侧板中，且支承板与相近的侧板连接在一起，两个支承板之间安装有若干个固定套筒；
高倍工业网络相机，安装在两个支承板之间；
所述节标定模块包括：
RFID读写器，与图像监测模块并列安装于中部槽的挡煤板槽帮上沿且个数相同；
无源电子标签，具有唯一的ID编号，布置于分体式刮板上表面能够随刮板同步运行。
第二方面，本发明公开了一种刮板链服役状态智能监测管理系统，包括：
上述的刮板链服役状态智能监测装置；
智能管理平台，用于信息存储处理以及整体管理调度，包括：
通信服务器，用于刮板链服役过程中应变、图像和位置信息的获取；
网络云平台，用于性能指标参数与特征变量的下载、存储和交互；
计算机处理终端，用于性能指标参数与特征变量的数据处理、服役状态评估和设备管理。
第三方面，本发明公开了一种基于上述的刮板链服役状态智能监测管理系统的管理方法，该管理方法包括：
(1)初始化刮板链服役状态智能监测管理系统的参数信息；所述参数信息包括应变变化率阈值、帧图像素差阈值、边缘标准线角度差阈值及定位标签ID；
(2)在应力检测装置与链系统同步运行时对参数信息进行信号监测；
(3)根据参数信息对刮板链服役状态进行判定；
(4)若判定故障发生则对故障进行定位及应急处理；
(5)重复上述步骤，实时监测刮板链的服役状态并进行智能管理。
在一些实施例中，所述在应力检测装置与链系统同步运行时对参数信息进行信号监测，包括：
应力检测装置与链系统同步运行，获取对应分体式刮板和刮板链左、右啮合圆环链槽位置处的应变量；
通过图像监测模块获取等间距区段中部槽实时图像并匹配移动分体式刮板的边缘标准线；
通过所述链节标定模块获取移动分体式刮板的ID编号，确定对应刮板的位置信息；
独立获取的信号由无线通讯模块统一传输至智能管理平台，进行数据提取、分析处理和存储。
在一些实施例中，所述根据参数信息对刮板链服役状态进行判定，包括：
设定刮板链传动装置在停机静止和开机正常运行两种状态下，应变计所获得的左、右啮合位置圆环链槽内耦合套环的应变槽弱耦合接触点的应变值分别为εY1、εY2和εN1、εN2；
左、右啮合位置应变槽弱耦合接触点的实时应变变化率分别为：
W1l＝λ0×(|εX1－εY1|)/εY1和W1r＝λ0×(|εX2－εY2|)/εY2；其中，λ0为修正因子，修正因子λ0＝(εY1×εY2)/(εN1×εN2)，用以消除开机启动和链节张紧对应变测量的影响；
设定图像监测模块等时间间隔获取的单帧图像像素差为Z1；
设置刮板链传动装置正常运行工况下分体式刮板的纵向水平垂直中心线AB为基准标准线，任意时刻监测相机实测所获得的分体式刮板的纵向中心线A’B’为边缘标准线，AB和A’B’成角为
根据实时应变变化率、图像像素差及纵向水平垂直中心线AB和分体式刮板的纵向中心线A’B’的成角，来判断是否发生故障，具体包括：
如果所测W1l和W1r同时＞W0，Z1＜Zl且则可判定刮板链发生卡链故障；
如果所测W1l或W1r＞W0，Z1＞Zh且则可判定发生断链故障；
若故障发生可进一步执行步骤(4)，否则可判定故障误判，应变变化由不稳定因素引起，进而重复执行步骤(1)～(3)。
在一些实施例中，所述若判定故障发生则对故障进行定位及应急处理，具体包括：
正常工况下，双链缓冲装置始终保持松弛状态；当刮板链发生卡链故障时，电机堵转自动急停，当发生断链故障时AB和A’B’成角此时双链缓冲装置的开口接链环在连接边链的牵引作用下可沿连接轴平行移动，并在缓冲弹簧的作用下释放断链拉力冲击，保持刮板机双链系统继续安全平稳运行，避免断链引起连锁故障；
故障发生的同时，各布置于中部槽挡煤板槽帮上的链节标定模块可获取唯一分体式刮板上表面的电子标签ID编号，并结合图像监测模块获取的图像信息可精确地判定故障发生位置，并由智能管理平台远程控制紧急停机制动以完成检修工作。本发明有益效果：
本发明对刮板链传动装置区块划分，以双链弱耦合接触位置处的应变特征参数为判定标准，并结合所监测图像和标定位置信息评估刮板链的工作状态，与已有技术相比，该监测装置、系统和方法可实现刮板链服役状态的实时可靠监测以及精准故障定位，进而智能化地实现刮板机链传动系统的分段监测和统一管理调度，为设备的智能管理和维护提供有效依据，避免了重大安全生产事故发生，大幅缩短了维护检修周期，提高了设备生产效率，具有广阔的应用前景。
附图说明
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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附图。
在附图中：
图1为本发明的刮板链服役状态监测方法的流程示意图。
图2为本发明的刮板链服役状态智能监测管理系统原理图。
图3为本发明的应力检测装置安装示意图。
图4为本发明的分体式刮板的覆板结构示意图(上图为正面视角，下图为背面视角)。
图5为本发明的分体式刮板的左侧嵌入板结构示意图一(上图为立体图，下图为主视图)。
图6为本发明的分体式刮板的右侧嵌入板结构示意图一(上图为立体图，下图为主视图)。
图7为本发明的分体式刮板的压板结构示意图。
图8为本发明的耦合套环和耦合套环应用示意图。
图9为本发明中刮板链故障发生时啮合位置的应变图。
图10为本发明的图像监测模结构示意图。
图11为本发明的信号采集设备安装图。
图12为本发明的故障工况下分体式刮板位置变化图。
图13为本发明的双链缓冲装置结构图。
图14为本发明的缓冲支承结构示意图。
图中：1、驱动链轮，2、刮板，3、圆环链，4、中部槽，5、耦合套环，51、凸耳，52、应变弱耦合接触点，53、引线孔，54、输出线，55、应变片，6、分体式刮板，61、覆板，611、转动合页，612、封板，613、封接孔，6141、引线槽，6142、引线槽，6143、引线槽，615、安装孔，616、覆板槽，617、圆环链槽，618、耦合槽，62、嵌入板，621、轴承支撑，622、行走轮轴，623、发电装置，624、橡胶轮，625、引线，63、压板，64、微型电池，65、应变采集仪，7、链节标定模块，71、RFID读写器，72、无源电子标签，8、图像监测模块，81、高倍工业网络相机，82、固定套筒，83、侧板，84、支承板，9、无线传输AP，10、双链缓冲装置，101、缓冲支承,1011、固定支板，1012、开口接链环，1013、连接轴，1014、滑移套筒，1015、缓冲弹簧，102、连接边链，11、协议转换模块。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图2所示，一种刮板链服役状态智能监测管理系统，包括刮板链服役状态智能监测装置和用于信息存储处理以及整体管理调度的智能管理平台。其中，刮板链服役状态智能监测装置包括板链传动装置、应力检测装置、图像监测模块8、链节标定模块7、无线通讯模块。
刮板链传动装置主要由驱动链轮1、刮板2、圆环链3和中部槽4组成，通过驱动链轮1与圆环链3之间的啮合作用传递运动和动力，并由刮板2带动物料沿中部槽4循环运输，中部槽4依次并排布置并等间距区块划分统一编号。
应力检测装置安装在两个平行布置的圆环链3上，能够跟随圆环链3一起运动，用于检测双链相同耦合位置处应力变化以判定故障是否发生。
图像监测模块8安装于中部槽4的挡煤板槽帮上沿，用于获取特定区域刮板2和圆环链3的实时图像特征。
链节标定模块7安装于中部槽4的挡煤板槽帮上沿和分体式刮板6表面，用于实时获取不同服役状态刮板链的故障位置；
双链缓冲装置10用于刮板链故障发生时的安全保护。
应变、图像和位置标签信号接入无线通讯模块通过无线方式传输至智能管理平台。
以下给出上述实施例关于应力检测装置的一优选实施例：
如图3所示，应力检测装置由分体式刮板6、应变片55、耦合套环5和应变采集仪65组成。
分体式刮板包括覆板61、两个嵌入板62和压板63；覆板61的顶面中部处设有覆板槽616；两个嵌入板62对称的安装在覆板61的两侧，嵌入板62中设有行走部件；压板63安装在覆板61的底面上，在覆板61与压板63之间设有用于装配圆环链3及其应力监测部件的容纳腔。
以下给出上述实施例关于覆板的一优选实施例：
如图4、图7所示，覆板61的两端各设有一个对称布置的嵌槽，嵌槽的内壁轮廓与嵌入板62的外壁轮廓相适配，使得嵌入板62能够完全嵌入固定在嵌槽中；覆板61的底面为凹型结构，用于装配压板63。覆板61的底面凹槽的水平内壁上设有两对间隔布置、相互平行且垂直于水平内壁长边的圆环链槽Ⅰ(即图中的左啮合圆环链槽Ⅰ和右啮合圆环链槽Ⅰ)；压板63的顶面设有与圆环链槽Ⅰ数量相同且位置一一相对应的圆环链槽Ⅱ(即图中的左啮合圆环链槽Ⅱ和右啮合圆环链槽)Ⅱ。圆环链槽Ⅰ和圆环链槽Ⅱ的中部均设有一个向内延伸的耦合槽618，两个耦合槽618内以及两个耦合槽618之间的覆板61设有一个将三者连通的引线槽6141和引线槽6142，用于完成应变片55与应变采集仪65之间的电连接。
进一步的方案：覆板槽616的开口面处安装有通过转动合页611连接的封板612，封板612上设有多个由陶器材料填充的信号溢出口，可大幅度缩减信号传输过程中的溢出衰减。
需要说明的是，覆板61的顶面两侧各设有一个安装孔615，通过螺栓与压板63固定在一起。覆板61的侧面与嵌入板62的侧面上均设有用于通过螺栓将两者固定在一起的封接孔613。
以下给出上述实施例关于嵌入板的一优选实施例：
如图5、图6所示，嵌入板62靠近外侧的那一部分设有开口朝下的安装槽，行走部件装配在安装槽中，行走部件为行走轮，由轴承、轴承支撑621、行走轮轴622和橡胶轮624组成。嵌入板62靠近外侧的那一部分设有开口朝内的安装槽，在安装槽中装配有发电装置623，发电装置623与行走轮轴622同轴安装，发电装置623通过引线625沿着引线槽6143与微型电池4相连。
继续参照图3所示，两个耦合套环5对称的安装在分体式刮板6的圆环链槽617内，耦合套环5的环形内壁上下各设有一个应变槽弱耦合接触点52；应变片55张贴于应变槽弱耦合接触点52，用于获取对应圆环链3的应变量，且在任意分体式刮板内6安装位置相同；应变采集仪65和微型电池64安装在覆板槽616内，应变采集仪65通过引线与应变片55相连。
如图8所示，耦合套环5由两个半圆弧环拼接而成，且两个半圆弧环同一侧的自由端均设有向外水平延伸且带有安装孔的凸耳51，其中上部的半圆弧环通过紧固件固定在覆板61上，下部的半圆弧环通过紧固件固定在压板63上；半圆弧环在位于应变槽弱耦合接触点52处设有引线孔53，用于输出应变片55的输出线54。
以下给出上述实施例关于双链缓冲装置的一优选实施例：
如图12、图13所示，双链缓冲装置10包括安装在分体式刮板6上的缓冲支承101和连接边链102；一个分体式刮板6配置四个缓冲支承101，其中两个缓冲支承101对称的安装在分体式刮板6一端的两侧面上，另两个缓冲支承101对称的安装在分体式刮板6另一端的两侧面上；相邻两个分体式刮板6安装有两个连接边链102，连接边链102的自由端与相应的缓冲支承101相连。
以下给出上述实施例关于缓冲支承的一优选实施例：
如图2所示，缓冲支承101包括固定支板1011、连接轴1013、开口接链环1012和一对缓冲弹簧1015；固定支板1011用于与分体式刮板6固定连接；连接轴1013的一端设有螺纹，以螺纹的方式安装在固定支板1011上，另一端设有凸缘结构；开口接链环1012的一端套装在连接轴1013上，且能够沿连接轴1013平行移动，另一端与连接边链102相连；一对缓冲弹簧1015套装在连接轴1013上，其中一个缓冲弹簧1015安装在固定支板1011与开口接链环1012之间，另一个缓冲弹簧1015安装在凸缘结构与开口接链环1012之间。
进一步的方案：开口接链环1012由两个对称布置的连接板和一个U型柱相焊接或者两者一体铸造成型；两个连接板上各设有一个同轴布置的装配孔，用于连接轴1013穿入其中。
进一步的方案：在两个连接板之间的连接轴1013上还套装有能够沿连接轴1013平行移动的滑移套筒1014。
进一步的方案：固定支板1011的顶部设有用于与连接轴1013相连的螺纹孔，固定支板1011中部和底部均设有与分体式刮板6相连的封接孔613。
进一步的方案：相邻两个分体式刮板6之间的用于与连接边链102相连的两个连接轴1013轴心线在同一水平线上。
进一步的方案：相邻两个分体式刮板6之间布置有多个固定式刮板2，连接边链102放置在固定式刮板2上。
以下给出上述实施例关于图像监测模块的一优选实施例：
如图10、如11所示，图像监测模块8用于获取刮板2和圆环链3的实时工作状态，在对应的中部槽4的挡煤板槽帮上沿相同位置处等间距安装，中部槽4内每四个相邻刮板2中布置一个分体式刮板6，任意相机视野范围内可同时获取一个分体式刮板的清晰图像。图像监测模块8包括用于固定在挡煤板槽帮5上沿的底板、一对对称布置在底板上且以相互垂直的方式安装的侧板83、一对支承板84和高倍工业网络相机81；一对支承板84以相互对称的方式布置在两个侧板83中，且支承板84与相近的侧板83连接在一起，两个支承板84之间安装有若干个固定套筒82；高倍工业网络相机81安装在两个支承板84之间。
进一步的方案：侧板83上以上下的方式间隔有多个第一连接孔，支承板84上设有与第一连接孔同轴心的第二连接孔，通过螺栓将第二连接孔与不同位置的第一连接孔相连来实现支承板84在侧板83上高度的调节功能。
以下给出上述实施例关于链节标定模块的一优选实施例：
如图11所示，链节标定模块7由RFID读写器71和无源电子标签72，RFID读写器71与图像监测模块8并列安装于中部槽4的挡煤板槽帮上沿且个数相同，任意无源电子标签72具有唯一确定的ID编号，布置于分体式刮板6上表面可随刮板同步运行，用于获取移动刮板的位置信号。
以下给出上述实施例关于无线通讯模块的一优选实施例：
如图2所示，无线通讯模块主要由无线传输AP9和协议转换模块11组成，无线传输AP9与高倍工业相机81并排布置且与分体式刮板6个数相同，RFID读写器71、高倍工业网络相机81和无线传输AP9通RS232/RS485端子接口与协议转换模块11连接，可将应变测量、图像采集和标签定位的连接通信统一转化为PI协议进行无线传输，通过远程无线方式实现与智能管理平台的通信服务器通信，用于多状态参数数据信号的远程传输。
以下给出上述实施例关于智能管理平台的一优选实施例：
智能管理平台由通信服务器、网络云平台和计算机处理终端组成。通信服务器用于刮板链服役过程中应变、图像和位置信息的获取，网络云平台用于性能指标参数与特征变量的下载、存储和交互，计算机处理终端用于性能指标参数与特征变量的数据处理、服役状态评估和设备管理。
由上可知，本发明对刮板链传动装置区块划分，以双链弱耦合接触位置处的应变特征参数为判定标准，并结合所监测图像和标定位置信息评估刮板链的工作状态，与已有技术相比，该监测装置、系统和方法可实现刮板链服役状态的实时可靠监测以及精准故障定位，进而智能化地实现刮板机链传动系统的分段监测和统一管理调度，为设备的智能管理和维护提供有效依据，避免了重大安全生产事故发生，大幅缩短了维护检修周期，提高了设备生产效率，具有广阔的应用前景。
如图1所示，一种刮板链服役状态智能监测管理方法，包括以下步骤：
(1)对刮板链服役状态智能监测管理系统初始化，设置应变变化率阈值W0(％)，帧图像素差阈值Zl、Zh，边缘标准线角度差阈值定位标签ID；并依次对沿工作面并排布置的中部槽(4)统一分别编号为1、2、…1·i、2·i、…1·(N-1)、2·N；无线通讯模块构成i个数传节点，每个数传节点可独立采集刮板链应变、中部槽图像和电子标签位置信息，并可由统一的无线PI协议进行远程传输。
(2)信号监测：应力检测装置与链系统同步运行，通过所述任意布置于耦合套环5的应变弱耦合接触点52的应变片55获取对应分体式刮板6和圆环链3左、右啮合圆环链槽617位置处的应变量；通过图像监测模块8获取等间距区段中部槽4实时图像并匹配移动分体式刮板6的边缘标准线；通过链节标定模块7获取移动分体式刮板6的ID编号，确定对应刮板的位置信息；独立获取的信号由无线通讯模块统一传输至智能管理平台，进行数据提取、分析处理和存储。
(3)刮板链服役状态判定：如图3-图12，刮板机双链系统正常运行情况下，左、右啮合圆环链槽617位置处的应变值表现出相近的变化特性，且皆呈现出波动周期性变化，故障发生后左、右啮合圆环链槽617位置处应变值皆发生无序不规则变化；设定刮板链传动装置在停机静止和开机正常运行两种状态下，应变片55所获得的左、右啮合位置圆环链槽617内应变槽弱耦合接触点52的应变值分别为εY1、εY2和εN1、εN2，实时运行监测状态下应变弱耦合接触点52的应变值分别为εX1、εX2，设置修正因子λ0＝(εY1×εY2)/(εN1×εN2)，用以消除开机启动和链节张紧对应变测量的影响，左、右啮合位置应变弱耦合接触点52的实时应变变化率分别为：
W1l＝λ0×(|εX1－εY1|)/εY1和W1r＝λ0×(|εX2－εY2|)/εY2；设定图像监测模块8等时间间隔获取的单帧图像像素差为Z1；设置链传动装置正常运行工况下分体式刮板6的纵向水平垂直中心线AB为基准标准线，任意时刻监测高倍工业网络相机81实测所获得的分体式刮板6的纵向中心线A’B’为边缘标准线，AB和A’B’成角为如果所测W1l和W1r同时＞W0，Z1＜Zl且/>则可判定刮板链发生卡链故障，如果所测W1l或W1r＞W0，Z1＞Zh且/>则可判定发生断链故障，若故障发生可进一步执行步骤(4)，否则可判定故障误判，应变变化由不稳定因素引起，进而重复执行步骤(1)～(3)。
(4)故障定位及动作：正常工况下，双链缓冲装置10始终保持松弛状态；当圆环链3发生卡链故障时，电机堵转自动急停，当发生断链故障时AB和A’B’成角此时双链缓冲装置10的开口接链环1012在连接边链102的牵引作用下可沿连接轴1013平行移动，并在缓冲弹簧1015的作用下释放断链拉力冲击，保持刮板机双链系统继续安全平稳运行，避免断链引起连锁故障；故障发生的同时，各布置于中部槽4挡煤板槽帮上的对应RFID读写器71可获取唯一分体式刮板6上表面的无源电子标签72的ID编号，对应第i个数传节点位置，进一步地结合图像监测模块8获取的图像信息可精确地判定故障发生位置，并由智能管理平台远程控制紧急停机制动以完成检修工作。
(5)重复步骤(1)～(4)，实时监测刮板链的服役状态并进行智能管理。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包含的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合同样意味着处于本发明的保护范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的实施例中，本领域技术人员能够根据获知的技术方案和本申请所要解决的技术问题，以组合的方式来使用。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。
Claims (10)
1.一种刮板链服役状态智能监测装置，其特征在于，包括：
刮板链传动装置，主要由驱动链轮、刮板、圆环链和中部槽组成，通过驱动链轮与圆环链之间的啮合作用传递运动和动力，并由刮板带动物料沿中部槽循环运输，中部槽依次并排布置并等间距区块划分统一编号；
应力检测装置，安装在两个平行布置的圆环链上，能够跟随圆环链一起运动，用于检测双链相同耦合位置处应力变化以判定故障是否发生；
图像监测模块，用于获取特定区域刮板和圆环链的实时图像特征；
链节标定模块，用于实时获取不同服役状态刮板链的故障位置；
无线通讯模块，用于应力、图像及位置标签状态参数的远程传输；
双链缓冲装置，用于刮板链故障发生时的安全保护。
2.根据权利要求1所述的一种刮板链服役状态智能监测装置，其特征在于，所述应力检测装置包括：
分体式刮板，包括覆板、两个嵌入板和压板，覆板的顶面中部处设有覆板槽；两个嵌入板对称的安装在所述覆板的两侧，所述嵌入板中设有行走部件；压板安装在所述覆板的底面上，在所述覆板与压板之间设有用于装配圆环链及应力片的圆环链槽；
两个耦合套环，对称的安装在分体式刮板的圆环链槽内，所述耦合套环的环形内壁上下各设有一个应变槽弱耦合接触点；
应变片，张贴于应变槽弱耦合接触点，用于获取对应圆环链的应变量，且在任意分体式刮板内安装位置相同；
应变采集仪、微型电池，安装在所述覆板槽内，应变采集仪通过引线与应变片相连。
3.根据权利要求1所述的一种刮板链服役状态智能监测装置，其特征在于，所述双链缓冲装置包括：
安装在分体式刮板上的缓冲支承，一个分体式刮板配置四个缓冲支承，其中两个缓冲支承对称的安装在所述分体式刮板一端的两侧面上，另两个缓冲支承对称的安装在所述分体式刮板另一端的两侧面上；
连接边链，相邻两个分体式刮板之间安装有两个连接边链，所述连接边链的自由端与相应的缓冲支承相连。
4.根据权利要求3所述的一种刮板链服役状态智能监测装置，其特征在于，所述缓冲支承包括：
固定支板，用于与所述分体式刮板固定连接；
连接轴，其一端设有螺纹，以螺纹的方式安装在所述固定支板上，另一端设有凸缘结构；
开口接链环，其一端套装在所述连接轴上，且能够沿连接轴平行移动，另一端与所述连接边链相连；
一对缓冲弹簧，套装在所述连接轴上，其中一个缓冲弹簧安装在固定支板与开口接链环之间，另一个缓冲弹簧安装在凸缘结构与开口接链环之间。
5.根据权利要求1所述的一种刮板链服役状态智能监测装置，其特征在于：
所述图像监测模块包括：
用于固定在挡煤板槽帮上沿的底板；
一对对称布置在所述底板上且以相互垂直的方式安装的侧板；
一对支承板，以相互对称的方式布置在两个侧板中，且支承板与相近的侧板连接在一起，两个支承板之间安装有若干个固定套筒；
高倍工业网络相机，安装在两个支承板之间；
所述节标定模块包括：
RFID读写器，与图像监测模块并列安装于中部槽的挡煤板槽帮上沿且个数相同；
无源电子标签，具有唯一的ID编号，布置于分体式刮板上表面能够随刮板同步运行。
6.一种刮板链服役状态智能监测管理系统，其特征在于，包括：
权利要求1至5任一项所述的刮板链服役状态智能监测装置；
智能管理平台，用于信息存储处理以及整体管理调度，包括：
通信服务器，用于刮板链服役过程中应变、图像和位置信息的获取；
网络云平台，用于性能指标参数与特征变量的下载、存储和交互；
计算机处理终端，用于性能指标参数与特征变量的数据处理、服役状态评估和设备管理。
7.一种基于权利要求6所述的刮板链服役状态智能监测管理系统的管理方法，其特征在于，该管理方法包括：
(1)初始化刮板链服役状态智能监测管理系统的参数信息；所述参数信息包括应变变化率阈值、帧图像素差阈值、边缘标准线角度差阈值及定位标签ID；
(2)在应力检测装置与链系统同步运行时对参数信息进行信号监测；
(3)根据参数信息对刮板链服役状态进行判定；
(4)若判定故障发生则对故障进行定位及应急处理；
(5)重复上述步骤，实时监测刮板链的服役状态并进行智能管理。
8.根据权利要求7所述的刮板链服役状态智能监测管理方法，其特征在于，所述在应力检测装置与链系统同步运行时对参数信息进行信号监测，包括：
应力检测装置与链系统同步运行，获取对应分体式刮板和刮板链左、右啮合圆环链槽位置处的应变量；
通过图像监测模块获取等间距区段中部槽实时图像并匹配移动分体式刮板的边缘标准线；
通过所述链节标定模块获取移动分体式刮板的ID编号，确定对应刮板的位置信息；
独立获取的信号由无线通讯模块统一传输至智能管理平台，进行数据提取、分析处理和存储。
9.根据权利要求7所述的刮板链服役状态智能监测管理方法，其特征在于，所述根据参数信息对刮板链服役状态进行判定，包括：
设定刮板链传动装置在停机静止和开机正常运行两种状态下，应变计所获得的左、右啮合位置圆环链槽内耦合套环的应变槽弱耦合接触点的应变值分别为εY1、εY2和εN1、εN2；
左、右啮合位置应变槽弱耦合接触点的实时应变变化率分别为：
W1l＝λ0×(|εX1－εY1|)/εY1和W1r＝λ0×(|εX2－εY2|)/εY2；其中，λ0为修正因子，修正因子λ0＝(εY1×εY2)/(εN1×εN2)，用以消除开机启动和链节张紧对应变测量的影响；
设定图像监测模块等时间间隔获取的单帧图像像素差为Z1；
设置刮板链传动装置正常运行工况下分体式刮板的纵向水平垂直中心线AB为基准标准线，任意时刻监测相机实测所获得的分体式刮板的纵向中心线A’B’为边缘标准线，AB和A’B’成角为
根据实时应变变化率、图像像素差及纵向水平垂直中心线AB和分体式刮板的纵向中心线A’B’的成角，来判断是否发生故障，具体包括：
如果所测W1l和W1r同时＞W0，Z1＜Zl且则可判定刮板链发生卡链故障；
如果所测W1l或W1r＞W0，Z1＞Zh且则可判定发生断链故障；
若故障发生可进一步执行步骤(4)，否则可判定故障误判，应变变化由不稳定因素引起，进而重复执行步骤(1)～(3)。
10.根据权利要求7所述的刮板链服役状态智能监测管理方法，其特征在于，所述若判定故障发生则对故障进行定位及应急处理，具体包括：
正常工况下，双链缓冲装置始终保持松弛状态；当刮板链发生卡链故障时，电机堵转自动急停，当发生断链故障时AB和A’B’成角此时双链缓冲装置的开口接链环在连接边链的牵引作用下可沿连接轴平行移动，并在缓冲弹簧的作用下释放断链拉力冲击，保持刮板机双链系统继续安全平稳运行，避免断链引起连锁故障；
故障发生的同时，各布置于中部槽挡煤板槽帮上的链节标定模块可获取唯一分体式刮板上表面的电子标签ID编号，并结合图像监测模块获取的图像信息可精确地判定故障发生位置，并由智能管理平台远程控制紧急停机制动以完成检修工作。
Priority Applications (1)
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| CN202310662213.XA CN116674955A (zh) | 2023-06-06 | 2023-06-06 | 一种刮板链服役状态智能监测装置、系统及方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117228227A (zh) * | 2023-09-11 | 2023-12-15 | 中国矿业大学 | 一种重型矿用刮板输送机智能监测与上链装置及控制方法 |
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2023
- 2023-06-06 CN CN202310662213.XA patent/CN116674955A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117228227A (zh) * | 2023-09-11 | 2023-12-15 | 中国矿业大学 | 一种重型矿用刮板输送机智能监测与上链装置及控制方法 |
| CN117228227B (zh) * | 2023-09-11 | 2024-04-02 | 中国矿业大学 | 一种重型矿用刮板输送机智能监测与上链装置及控制方法 |
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