一种多功能旋转截割煤岩试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多功能旋转截割煤岩试验装置及方法，包括固定基台、平移系统、传动系统、状态监测系统；所述固定基台包括基座、焊接在基座上的A平板、与基座垂直放置的B平板；所述平移系统包括轴向平移系统和横向平移系统；所述传动系统包括直驱电机、扭矩传感器、刚性联轴器、传动轴、滚筒、齿座和截齿；所述状态监测系统包括进给量测量系统、力测量系统、截齿摩擦疲劳损伤测量系统、煤岩崩落测量系统、煤岩裂纹萌生与扩展测量系统、截割区热场测量系统和粉尘浓度监测系统。本发明专利技术能实时监测截齿的三轴受力特性、截齿三维磨损轮廓与裂纹萌生和扩展特性、煤岩动态崩落特性、截割区煤岩热场特性、煤岩裂纹萌生和扩展特性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，包括固定基台、平移系统、传动系统、状态监测系统；所述固定基台包括基座、焊接在基座上的A平板、与基座垂直放置的B平板；所述平移系统包括轴向平移系统和横向平移系统；所述传动系统包括直驱电机、扭矩传感器、刚性联轴器、传动轴、滚筒、齿座和截齿；所述状态监测系统包括进给量测量系统、力测量系统、截齿摩擦疲劳损伤测量系统、煤岩崩落测量系统、煤岩裂纹萌生与扩展测量系统、截割区热场测量系统和粉尘浓度监测系统。本专利技术能实时监测截齿的三轴受力特性、截齿三维磨损轮廓与裂纹萌生和扩展特性、煤岩动态崩落特性、截割区煤岩热场特性、煤岩裂纹萌生和扩展特性。【专利说明】
本专利技术涉及，用于研究模拟截割机具的单个截齿旋转截割煤岩过程中截齿的三轴受力状况、三维磨损轮廓重建、磨损量以及裂纹萌生和扩展特性，探究单齿旋转截割煤岩过程中传动轴的压力与扭矩特性、煤岩的动态崩落过程与裂纹萌生和扩展以及煤岩截割磨损区的温度场演变。
技术介绍
煤炭是我国的主导能源，约63%能源直接或者间接来源于煤炭。我国煤炭开采主要采用机械破碎，即截齿(刀型截齿及镐型截齿)截割；截齿作为岩石破碎的刀具，在截割过程中，安装于截割头上的截齿承受较高的压应力、剪应力和冲击负载，每年都会造成大量的截齿失效，进而影响采煤效率和导致巨大经济损失。因而，模拟截割机具的实际工况，通过试验方法对单个截齿在旋转截割煤岩过程中的失效评估和煤岩破碎机理分析显得至关重要。为此，提供，探讨不同截割参数下截齿的失效模式与定量分析、煤岩的崩落破碎机理和热场特性，为设计新型截割机具组排方式、提高截齿耐磨特性和使用寿命、提高截割效率具有重要意义。目前用于煤岩截割试验方法及装置有:专利号为201210421825.1公开的一种截齿对岩石截割机理试验平台，能获得不同截齿安装参数和运动参数下截割力，可记录截割粉尘浓度、截齿温度场和截割过程视频，然而不能够对截割过程中磨损截齿进行三维重建和截齿磨损定量分析，亦不能探究煤岩裂纹萌生和扩张特性。专利号为201310341432.4公开一种煤岩截割试验装置及截割刀具试验方法，能够研究不同截割参数下截割力值变化和刀具磨损评价；专利号为201220584454.4公开的一种多截齿参数可调式旋转截割煤岩实验装置，能够实现不同截割参数下多截齿旋转截割，获得截割过程中的截割阻力矩和截齿三向力；然而，上述两个装置功能均较单一，不能综合评价煤岩旋转截割过程中的多参量演化，不利于获得优化的截割机具组排方式和高效截割机具设计；专利号为201020578699.7公开的一种镐型截齿试验装置，能够实现截齿在截割煤岩壁时的受力和温度测试，并进行磨损评价，然而不能实时开展煤岩截割过程中截齿的磨损定量评价以及煤岩崩落特性、裂纹萌生与扩展特性的测试。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，提供，是一种功能齐全、操作简单的煤岩单齿旋转截割试验装置及方法，能实时监测截齿的三轴受力特性、截齿的三维磨损轮廓与裂纹萌生和扩展特性、煤岩动态崩落特性、截割区煤岩热场特性、煤岩裂纹萌生和扩展特性。本专利技术采用的技术方案为:一种多功能旋转截割煤岩试验装置，包括固定基台、平移系统、传动系统、状态监测系统；所述固定基台包括A基座、焊接在A基座上的A平板、与A基座垂直放置的B平板；所述平移系统包括轴向平移系统和横向平移系统；所述轴向平移系统包括对称固定在A平板上的A直线导轨、设置在A直线导轨上并可沿轴向往复运动的移动平台；所述横向平移系统包括对称固定在B平板上的B直线导轨、设置在B直线导轨上并可往复运动的B基座；所述B基座上设有A侧板、B侧板、C侧板和煤样，煤样通过螺钉和A侧板、B侧板和C侧板固定在B基座中。所述传动系统包括直驱电机、扭矩传感器、刚性联轴器、传动轴、滚筒、齿座和截齿，所述直驱电机固定在A移动平台上，所述扭矩传感器设置在A平板上的扭矩传感器支座上，扭矩传感器的一端通过键与直驱电机连接，另一端通过键与刚性联轴器连接，所述传动轴的一端与刚性联轴器连接，另一端通过螺钉与滚筒连接，滚筒上设有传感器基座，传感器基座上设有无线三轴力传感器，无线三轴力传感器上固定有齿座，齿座中通过卡簧固定有截齿；所述状态监测系统包括进给量测量系统、力测量系统、截齿摩擦疲劳损伤测量系统、煤岩崩落测量系统、煤岩裂纹萌生与扩展测量系统、截割区热场测量系统和粉尘浓度监测系统；所述进给量测量系统包括可轴向调整位移的A伺服油缸和横向调整位移的B伺服油缸，A伺服油缸设置在所述A平板一端，B伺服油缸设置在所述B平板一端，两个伺服油缸均内置有位移传感器；所述力测量系统包括三轴力测量装置、压力测量装置和扭矩测量装置；所述三轴力测量装置包括用于测量单齿旋转截割煤岩过程中截齿在三个方向上受力状况的无线三轴力传感器，无线三轴力传感器数据通过无线传输至计算机；所述压力测量装置包括用于测量煤岩单齿旋转截割过程中传动轴受到的径向力的S型压力传感器、支架、轴承架和轴承，所述S型压力传感器均匀布置在支架四周，支架固定在A移动平台上，S型压力传感器内侧与轴承架连接，轴承架中通过销轴固定有轴承，可随所述传动轴转动的轴承为四个对称布置，轴承外圈对压传动轴，轴承端面与传动轴轴向垂直；所述扭矩测量装置包括用于测量截割煤岩时截齿受到的扭矩扭矩传感器；所述截齿摩擦疲劳损伤测量系统包括放置在所述A基座两侧的卧式工业CT系统，能够对一定截割周次后磨损截齿进行三维重建，进而获得截齿端部的磨损轮廓和磨损量以及截齿内部裂纹萌生和扩展情况；所述煤岩崩落测量系统包括A支架、固定在A支架上的高速摄像机；所述煤岩裂纹萌生与扩展测量系统包括均匀布置在煤样侧面上端的5个声发射传感器，所述声发射传感器与煤样界面之间设有耦合剂；所述截割区热场测量系统包括B支架、固定在B支架上的热像仪；所述粉尘浓度监测系统包括设置在所述移动平台上的粉尘浓度测试仪。作为优选，所述工业CT系统的尺寸精度为0.02mm,空间分辨率为5.01 p/mm。作为优选，所选高速摄像机为分辨率最高为1600万像素、支持全幅4000帧/秒的超闻速摄影、小画幅时最闻达20万巾贞/秒的闻速摄像机。作为优选，所述热像仪为一个52° X38°的广角镜头在放置距离为1.5米时可监测I平米范围区域的温度场变化的热像仪，热像仪的热灵敏度为0.05°C。作为优选，所述粉尘浓度测试仪为检测灵敏度为0.01mg/m3，并可连续动态测量的粉尘浓度测试仪。一种利用上述试验装置进行多功能旋转截割煤岩的试验方法，该方法包括以下步骤:a)将截齿安装在齿座中并用卡簧固定，将煤样放在B基座中，用B基座侧面的螺钉固定住煤样，同时通过螺钉将A侧板、B侧板、C侧板分别与B基座连接并固定住煤样；b)启动并调节高速摄像机和热像仪的位置，使截齿和煤样截割区处于测量范围内，启动无线三轴力传感器、S型压力传感器、扭矩传感器、声发射传感器；c)启动直驱电机，通过传动系统使截齿随滚筒转动；通过液压伺服系统控制B伺服油缸活塞杆推出，将煤样移至设定的进给深度；d)通过液压伺服系统控制A伺服油缸的活塞杆推出，截齿随滚筒沿轴向进给运动，截割煤样，完成一次截割行程后，控制A伺服油缸的活塞杆收缩至初始位置，控制B伺服油缸的活塞杆推出，增加至下一个进给深度，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能旋转截割煤岩试验装置，其特征在于：包括固定基台、平移系统、传动系统、状态监测系统；所述固定基台包括A基座、焊接在A基座上的A平板、与A基座垂直放置的B平板；所述平移系统包括轴向平移系统和横向平移系统；所述轴向平移系统包括对称固定在A平板上的A直线导轨、设置在A直线导轨上并可沿轴向往复运动的移动平台；所述横向平移系统包括对称固定在B平板上的B直线导轨、设置在B直线导轨上并可往复运动的B基座；所述B基座上设有A侧板、B侧板、C侧板和煤样，煤样通过螺钉和A侧板、B侧板和C侧板固定在B基座中。所述传动系统包括直驱电机、扭矩传感器、刚性联轴器、传动轴、滚筒、齿座和截齿，所述直驱电机固定在A移动平台上，所述扭矩传感器设置在A平板上的扭矩传感器支座上，扭矩传感器的一端通过键与直驱电机连接，另一端通过键与刚性联轴器连接，所述传动轴的一端与刚性联轴器连接，另一端通过螺钉与滚筒连接，滚筒上设有传感器基座，传感器基座上设有无线三轴力传感器，无线三轴力传感器上固定有齿座，齿座中通过卡簧固定有截齿；所述状态监测系统包括进给量测量系统、力测量系统、截齿摩擦疲劳损伤测量系统、煤岩崩落测量系统、煤岩裂纹萌生与扩展测量系统、截割区热场测量系统和粉尘浓度监测系统；所述进给量测量系统包括可轴向调整位移的A伺服油缸和横向调整位移的B伺服油缸，A伺服油缸设置在所述A平板一端，B伺服油缸设置在所述B平板一端，两个伺服油缸均内置有位移传感器；所述力测量系统包括三轴力测量装置、压力测量装置和扭矩测量装置；所述三轴力测量装置包括用于测量单齿旋转截割煤岩过程中截齿在三个方向上受力状况的无线三轴力传感器，无线三轴力传感器数据通过无线传输至计算机；所述压力测量装置包括用于测量煤岩单齿旋转截割过程中传动轴受到的径向力的S型压力传感器、支架、轴承架和轴承，所述S型压力传感器均匀布置在支架四周，支架固定在A移动平台上，S型压力传感器内侧与轴承架连接，轴承架中通过销轴固定有轴承，可随所述传动轴转动的轴承为四个对称布置，轴承外圈对压传动轴，轴承端面与传动轴轴向垂直；所述扭矩测量装置包括用于测量截割煤岩时截齿受到的扭矩；所述截齿摩擦疲劳损伤测量系统包括放置在所述A基座两侧的卧式工业CT系统，能够对一定截割周次后磨损截齿进行三维重建，进而获得截齿端部的磨损轮廓和磨损量以及截齿内部裂纹萌生和扩展情况；所述煤岩崩落测量系统包括A支架、固定在A支架上的高速摄像机；所述煤岩裂纹萌生与扩展测量系统包括均匀布置在煤样侧面上端的5个声发射传感器，所述声发射传感器与煤样界面之间设有耦合剂；所述截割区热场测量系统包括B支架、固定在B支架上的热像仪；所述粉尘浓度监测系统包括设置在所述移动平台上的粉尘浓度测试仪。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王大刚，王世博，李雪峰，王学志，葛世荣，张德坤，郭永波，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32