模拟井下煤壁内应力测试系统技术方案

一种模拟井下煤壁内应力测试系统，从根本上解决了现有检测系统无法准确检测煤壁垮落范围、采煤机与煤壁冲击力、应力波传播范围及传播速度的测量等参数的问题，其包括截割齿受力检测系统、滚筒扭矩检测系统以及模拟煤壁数据采集平台，其技术要点是：模拟煤壁数据采集平台包括位于模拟煤壁顶部的压板、用于驱动压板的液压缸、呈矩阵式分布在模拟煤壁内的三向内应力传感器，模拟煤壁为根据煤矿井下煤岩硬度浇筑而成的煤岩混合物。其具有结构简单、使用方便、易于操控、数据检测直观、检测结果可靠等优点。

【技术实现步骤摘要】
模拟井下煤壁内应力测试系统
本专利技术涉及煤矿机械领域，具体地说是一种模拟井下煤壁内应力测试系统。
技术介绍
为保证滚筒采煤作业的顺利进行，常需要对采煤机各部件的受力情况进行实时监测与记录，并将记录结果分析后用于指导新型采煤机的生产制造，为此需要在采煤机的相应部位安装相应的监测装置。现有的采煤机参数检测系统主要用于截割齿、滚筒、导向滑靴、平滑靴、刮板输送机等主要部位的检测。综采工作面井下采煤机设计需要测试煤岩截割力、采煤机与煤壁冲击力、应力波传播范围及传播速度的测量，但由于井下环境复杂，根本不可能于开采前在煤壁中安装传感器，即使不考虑资金、施工安全、施工难度的问题，在原有煤壁内增设传感器，势必会影响原有的煤壁内结构，根本无法得到准确的测量结果，为此，建立一个与实际煤壁在空间上满足1:1比例、物理性能参数与实际煤岩相同、内部按矩阵形式布置多组三向力传感器的模拟煤壁，并建立相应的数据采集、处理平台，以实现对煤壁冲击力、煤壁内应波传递、煤壁内应波传播速度、煤壁内应波传播范围等进行检测，检测结果可为采煤工艺参数确定和相关安全管理措施的制定提供指导。井下采煤作业过程通常会涉及到煤壁垮落范围、采煤机与煤壁冲击力、应力波传播范围及传播速度的测量等参数，但由于井下环境复杂，根本不可能于开采前在煤壁中安装传感器，即使不考虑资金、施工安全、施工难度的问题，在原有煤壁内增设传感器，势必会影响原有的煤壁内结构，根本无法得到准确的测量结果。如申请公布号为CN102964143A的专利技术专利公开了“一种多截齿参数可调式旋转截割煤岩实验装置”，包括液压系统、电控箱、横纵向进给机构、转速转矩仪、联轴器、截割电机、截割机构、滑环、底座、减速器、测力装置、模拟煤壁等部分。调整万能角度齿座内截齿空间角度和截割臂几何参数至测试要求后，截割电动机经减速器、转速转矩仪驱动截割臂旋转，采用变频调速方法改变截割臂转速，由变量泵控制液压缸实现截割台架进给运动。被测信号经传感器、无线或多路滑环传输到计算机，进行记录存储，实现采掘机械煤岩截割时的三向力和截割扭矩的测试。该技术方案虽然在一定程度上解决了多截齿旋转截割、截割几何参数和运动参数难调整以及信号不易采集等难题。但是，在截割时模拟煤壁所受的力学特性参数仍无法测定。为此，亟需一种煤矿井下环境的煤壁模型。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种模拟井下煤壁内应力测试系统，从根本上解决了上述问题，其具有结构简单、使用方便、易于操控、数据检测直观、检测结果可靠等优点。本专利技术的目的是这样实现的：该模拟井下煤壁内应力测试系统包括截割齿受力检测系统、滚筒扭矩检测系统以及模拟煤壁数据采集平台，其技术要点是：所述截割齿受力检测系统包括截割组件、A/D转换器、数据存储器、发射模块、接收模块、显示屏；其中，截割组件包括螺旋滚筒以及沿周向固定在滚筒上的截齿单元，截齿单元包括硬质合金头、卡环、齿套、齿座、卡块，截齿单元通过卡块固定在滚筒的螺旋叶片上；硬质合金头末端插入齿座内，并通过外部套接卡环的齿套固定；齿座底部设有圆盘结构，圆盘底部车出直径小于圆盘的圆柱结构，圆柱结构中部铣出内接在圆柱圆形截面内的正八边形柱结构，圆柱结构下部外壁上加工位于正八边形柱各侧面中线上的导线槽，在正八边形柱的相同位置上分别间隔安装应变片和应变花；卡块为带有内腔的半封闭结构，卡块上加工一对与内腔相通的卡块销孔及导线孔，圆柱结构底部加工安装块，安装块上设有一对与卡块销孔相配合的安装块销孔，齿座底部的安装块插入卡块内腔中，并通过固定销限位，另一端通过圆盘结构限位将卡块内腔密封；应变片与应变花的导线沿导线槽向下布线，汇总后由卡块的导线孔引出与位于滚筒内的A/D转换器相连；滚筒扭矩检测系统包括截割电机、电机输出轴齿轮、与电机输出轴齿轮顺次啮合的主动轮I和主动轮II、与主动轮II同轴设置的主动轮III、与主动轮III顺次啮合的惰轮I~III、与惰轮III啮合的行星轮、与行星轮同轴设置的滚筒齿轮、由滚筒齿轮驱动的滚筒；其中，惰轮III的转轴为销轴传感器，销轴传感器外设有轴承，轴承限位在盖板内，销轴传感器的一端通过销轴定位螺杆限位在盖板上；模拟煤壁数据采集平台包括位于模拟煤壁顶部的压板、用于驱动压板的液压缸、呈矩阵式分布在模拟煤壁内的三向内应力传感器，模拟煤壁为根据煤矿井下煤岩硬度浇筑而成的煤岩混合物。首先对待实验采煤区的地质条件进行取样，然后通过浇筑的方式制备与该地区地质条件极为相近的煤壁层，并将压力传感器等间隔的安装在煤壁内，进一步通过液压泵模拟煤层上方的土层压力，使试验结果更加准确可靠。因此可实现地上模拟井下复杂的工况环境。相较于现有的现有技术的模拟测量装置，还可通过模拟煤壁内的传感器，进一步测量截齿在截割过程中煤壁垮落范围、采煤机与煤壁冲击力、应力波传播范围及传播速度的测量等参数，为优化采煤机作业参数提供可靠依据。同时，在煤壁内应力测量的同时，同步测量了截割齿应力与滚筒受力的情况，可进一步分析在煤壁内产生相应力学特性的同时，截割机构的受力情况，为采煤机的优化制造提供可靠的依据。附图说明图1为本专利技术滚筒的外观结构示意图；图2为本专利技术截割组件的爆炸结构示意图；图3为本专利技术截割头的信号传输原理示意图；图4为本专利技术截割头部分信号传输电路的结构示意图；图5为本专利技术截割传动系统的结构示意图；图6为本专利技术惰轮轴传感器的受力示例图；图7为模拟煤壁内的传感器分布位置示意图；图8为模拟煤壁的主视结构示意图。附图标记说明：1滚筒、2截齿单元、3螺旋叶片、4硬质合金头、5卡环、6齿套、7齿座、8应变花、9应变片、10导线槽、11安装块销孔、12固定销、13卡块销孔、14导线孔、15卡块、16安装块、17发射模块、18接收模块、19显示屏、20电源模块、21A/D转换器、22数据存储器、23截割电机、24电机输出轴齿轮、25主动轮I、26主动轮II、27主动轮III、28惰轮I、29惰轮II、30惰轮III、31滚筒齿轮、32行星轮、33轴承、34销轴传感器、35惰轮轴定位螺杆、36盖板、37三向内应力传感器、38模拟煤壁、39压板、40液压缸、41右压板、42右液压缸、43左压板、44左液压缸、45左底板、46左滑座、47左支撑板、48右底板、49右滑座、50右支撑板、51右拉移油缸、52上支撑板、53左拉移油缸、54数据处理与显示单元。具体实施方式以下结合图1~8，通过具体实施例详细说明本专利技术的内容。该模拟井下煤壁内应力测试系统包括截割齿受力检测系统、滚筒扭矩检测系统以及模拟煤壁数据采集平台。截割齿受力检测系统该系统包括截割组件、A/D转换器、数据存储器、发射模块17、接收模块18、显示屏19等部件。其中，截割组件包括螺旋滚筒1以及沿周向固定在滚筒1上的截齿单元2，截齿单元包括硬质合金头4、卡环5、齿套6、齿座7、卡块14等部件，截齿单元通过卡块固定在滚筒1的螺旋叶片3上。硬质合金头末端插入齿座内，并通过外部套接卡环的齿套固定。齿座底部设有圆盘结构，圆盘底部车出直径小于圆盘的圆柱结构，圆柱结构中部铣出内接在圆柱圆形截面内的正八边形柱结构，圆柱结构下部外壁上加工位于正八边形柱30各侧面中线上的导线槽10，在正八边形柱的相同位置上分别间隔安装应变片9和应变花8。卡块15为带有内腔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟井下煤壁内应力测试系统，包括截割齿受力检测系统、滚筒扭矩检测系统以及模拟煤壁数据采集平台，其特征在于：所述截割齿受力检测系统包括截割组件、A/D转换器、数据存储器、发射模块、接收模块、显示屏等部件；其中，截割组件包括螺旋滚筒以及沿周向固定在滚筒上的截齿单元，截齿单元包括硬质合金头、卡环、齿套、齿座、卡块等部件，截齿单元通过卡块固定在滚筒的螺旋叶片上；硬质合金头末端插入齿座内，并通过外部套接卡环的齿套固定；齿座底部设有圆盘结构，圆盘底部车出直径小于圆盘的圆柱结构，圆柱结构中部铣出内接在圆柱圆形截面内的正八边形柱结构，圆柱结构下部外壁上加工位于正八边形柱各侧面中线上的导线槽，在正八边形柱的相同位置上分别间隔安装应变片和应变花；卡块为带有内腔的半封闭结构，卡块上加工一对与内腔相通的卡块销孔及导线孔，圆柱结构底部加工安装块，安装块上设有一对与卡块销孔相配合的安装块销孔，齿座底部的安装块插入卡块内腔中，并通过固定销限位，另一端通过圆盘结构限位将卡块内腔密封；应变片与应变花的导线沿导线槽向下布线，汇总后由卡块的导线孔引出与位于滚筒内的A/D转换器相连；滚筒扭矩检测系统包括截割电机、电机输出轴齿轮、与电机输出轴齿轮顺次啮合的主动轮I和主动轮II、与主动轮II同轴设置的主动轮III、与主动轮III顺次啮合的惰轮I～III、与惰轮III啮合的行星轮、与行星轮同轴设置的滚筒齿轮、由滚筒齿轮驱动的滚筒等部分；其中，惰轮III的转轴为销轴传感器，销轴传感器外设有轴承，轴承限位在盖板内，销轴传感器的一端通过销轴定位螺杆限位在盖板上；模拟煤壁数据采集平台包括位于模拟煤壁顶部的压板、用于驱动压板的液压缸、呈矩阵式分布在模拟煤壁内的三向内应力传感器，模拟煤壁为根据煤矿井下煤岩硬度浇筑而成的煤岩混合物。...

【技术特征摘要】
1.一种模拟井下煤壁内应力测试系统，包括截割齿受力检测系统、滚筒扭矩检测系统以及模拟煤壁数据采集平台，其特征在于：所述截割齿受力检测系统包括截割组件、A/D转换器、数据存储器、发射模块、接收模块、显示屏；其中，截割组件包括螺旋滚筒以及沿周向固定在滚筒上的截齿单元，截齿单元包括硬质合金头、卡环、齿套、齿座、卡块，截齿单元通过卡块固定在滚筒的螺旋叶片上；硬质合金头末端插入齿座内，并通过外部套接卡环的齿套固定；齿座底部设有圆盘结构，圆盘底部车出直径小于圆盘的圆柱结构，圆柱结构中部铣出内接在圆柱圆形截面内的正八边形柱结构，圆柱结构下部外壁上加工位于正八边形柱各侧面中线上的导线槽，在正八边形柱的相同位置上分别间隔安装应变片和应变花；卡块为带有内腔的半封闭结构，卡块上加工一对与内腔相通的卡块销孔及导线孔，圆柱结构底部加工安装块，安装块上设有一对与卡块销孔相配合的安装块销孔，齿座底部的安装块插入卡块内腔中，并通过固定销限位，另一端通过圆盘结构限位将卡块内腔密封；应变片与应变花的导线沿导线槽向下布线，汇总后由卡块的导线孔引出与位于滚筒内的A/D转换器相连；滚筒扭矩检测系统包括截割电机、电机输出轴齿轮、与电机输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：田立勇，张强，郝志勇，毛君，宋秋爽，袁智，张东升，宋振铎，赵永科，孙鹏亮，侯慧锦，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，中国煤矿机械装备有限责任公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21