一种采煤机磨损检测方法技术

本发明专利技术公开了一种采煤机磨损检测方法。所述方法通过分析采煤机实际工况中磨损失效参数，设计模拟采煤机实际工况的磨损检测机构，通过磨损实验验证检测机构有效性，从而揭示采煤机失效机理，提出解决方案；所述方法包括以下步骤：分析采煤机工况，选定易损部件；表征易损部件失效参数；设计检测机构；用检测机构对采煤机易损部件进行磨损检测；利用检测结果，揭示易损部件的失效机理；所述解决方案包括：用有一定强度和耐磨性的钢材作为滑靴基体，在其表面沉积硬质润滑涂层，来改善其综合摩擦学性能；合理选择平滑靴的规格。本发明专利技术填补了采煤机磨损检测方法的空白，具有重要的理论和应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种采煤机磨损检测方法
本专利技术属于设备检测
，涉及一种采煤机磨损检测方法。
技术介绍
地表富集的煤炭资源经历上百年的开采，几近枯竭，目前煤炭以井下开采方式为主。为了保护工人安全，提高采煤效率，自动化的采煤机应用越来越普遍。作为采煤工业最重要的自动化开采设备，采煤机正遭受磨损的侵害。由于井下恶劣的工况，磨损导致采煤机工作面每推进1500m，需要停机更换15-16次易损部件，每次更换耗时约5小时，直接经济损失数百万美元。遗憾的是，至今尚未有一种公认的方法来检测采煤机核心部件的摩擦磨损并提出解决方案。检测方法是通过部件磨损实验揭示其失效原因并提出解决方案的首选方法。现有方法只能检测干摩擦、油膜和水膜润滑条件下部件的磨损，却无法检测复杂工况下部件磨损的状况。目前常用的磨损检测方法关注于高分子材料、陶瓷薄膜、车辆制动等领域，通过检测装置，解决橡胶、陶瓷膜、电动制动摩擦部件的磨损检测。尚没有专门针对井下采煤机磨损的检测方法，可以表征磨损的情况。因此，探索适用于井下复杂工况中采煤机部件的磨损检测方法，已成为该领域的前沿课题。磨损检测是探索采煤机部件失效原因的首选方法。检测方法工作原理是分析实际工况中磨损因素，设计检测机构，通过磨损实验验证检测机构有效性，揭示采煤机失效机理，提出解决方案，预防失效的再次发生。然而，很少看到相关报道：(1)分析影响采煤机核心部件失效的重要因素；(2)模拟采煤机核心部件摩擦磨损的检测机构；(3)通过部件失效实例验证检测机构，揭示其失效机理并给出解决方案。由于无法确定复杂工况中磨损因素及其之间的关系，只有通过考察机构设计和磨损实验验证，才能揭示出采煤机核心部件磨损失效的真相。因此，本专利技术通过分析实际工况中磨损失效参数，设计模拟采煤机实际工况的磨损检测机构，通过磨损实验验证检测机构有效性，从而揭示采煤机失效机理，提出解决方案。
技术实现思路
为了填补井下采煤机磨损检测方法的空白，本专利技术提供一种采煤机磨损检测方法，所述方法分析实际工况中磨损失效参数，设计模拟采煤机实际工况的磨损检测机构，通过磨损实验验证检测机构有效性，从而揭示采煤机失效机理，提出解决方案。为实现上述目标，本专利技术采用以下技术方案：一种采煤机磨损检测方法，包括以下步骤1、采煤机工况分析与易损部件选定附图1示出了双滚筒采煤机结构图。由附图1可知，采煤机主要由截割部、牵引部和调高机构组成。截割部由左、右截割滚筒、摇臂组成，实现截割顶煤和底煤；牵引部由平滑靴、导向滑靴、机身组成，实现采煤机沿工作面往复运动；调高机构是控制摇臂，实现截割滚筒采煤高度调节。由附图2可知，滑靴跨骑在刮板输送机上，沿着刮板输送机前进或后退。在采空区侧，导向滑靴与刮板输送机销排啮合，形成销排齿条运动副；导向滑靴承载采煤机自重、过煤量及截割阻力。当采煤机运转时，导向滑靴与销排相对运动，产生摩擦；当煤块或矸石侵入导向滑靴与销排之间，导向滑靴牵引力逐渐增大，摩擦力随之增大。因此，在实际工况中，采煤机工作面每推进1500m，就必须停机更换导向滑靴，可见导向滑靴属于易损部件。2、采煤机滑靴失效参数表征附图3示出了采煤机滑靴失效参数表征检测曲线。当采煤机启动时，采煤机滑靴以平均7.7m/min的线速度，沿工作面往复运动；当滑靴应力峰值达到30MPa时，滑靴受到的截割阻力最大；当磨粒侵入滑靴时，牵引力随载荷的增大而增大。由附图3可知，在采煤机滑靴失效过程中，加载力曲线表征滑靴受到的负载随摩擦系数增大而产生的波动变化；牵引力曲线表征滑靴受到的牵引力随摩擦系数的增大而增大。从图中可以看出，负载力、牵引力和摩擦系数是影响滑靴失效磨损的表征参数。3、设计检测机构包括如下设计内容：1)设计试样夹紧装置；2)设计介质池，承载杂质，使其与试样摩擦，模拟滑靴磨粒磨损工况；3)设计加载机构，实现对采煤机自重的模拟；设计驱动机构，模拟滑靴的移动；4)设计传感器，实现根据实际工况选定的失效参数的数据采集。1)加载与驱动结构设计附图4示出了检测机构示意图。由附图4可知，加载装置采用丝杆结构实现加载力加载；左右加载手柄连接加载丝杠，加载滑台固定在加载丝杠上；加载滑台下装有四个测力传感器，测力传感器固定在上下连接板之间的四个角上；下连接板与上夹具固定连接，当转动加载手柄时，实现在导轨试样上施加加载力的功能。由附图4可知，驱动结构主要实现导轨试样的相对滑动；上夹具、下夹具实现固定导轨试样；下夹具与移动滑台固定，移动滑台与传动丝杠配合运动；介质池实现对实际工况的模拟功能；当伺服电机启动时，传动丝杠与移动滑台转动，实现导轨试样和下夹具的线性移动；传动丝杠采用轴承座中的圆锥滚子轴承支承，满足其轴向受力的需要。2)测力传感器设计测力传感器是实现检测电压得到摩擦力Fx、加载力Fy的重要部件。附图5示出了测力传感器结构。由附图5可知，测力传感器主要由铝合金等材料制成的弹性体和两个应变片组成。当加载力和导轨的摩擦力作用在弹性体上时，弹性体处于压弯状态，应变片也发生形变，其形变量和弹性体表面形变相同，检测应变片电阻的变化率确定弹性体上应变片所处的表层应变情况，即能求解弹性体的受力情况。应变片被粘贴在弹性体与x轴垂直的两个面上，随弹性体一起伸缩。在导轨试样相互摩擦的过程中，测力传感器受到x方向的摩擦力Fx，和y方向的加载力Fy，弹性体可将外载荷转换为应变量，检测应变片电信号变化，通过矩阵算法计算出加载的压力Fy和导轨所受摩擦力Fx。但是，当电阻应变片形变时，电阻的阻值变化较小，测量出的电压信号十分微弱，因此为得到有效的电信号，必须设计出合理的检测电路。3)检测电路设计检测电路设计要实现对应变片微小阻值变化的有效检测。附图6示出了应变片信号检测电路。由附图6可知，检测电路采用两组惠斯通电桥1/4单臂电桥，使每个应变片对应一组电桥，满足应变片微小阻值变化的测量要求。根据1/4单臂电桥检测电压ΔU，可得由(1)式可知，1/4单臂惠斯通电桥电路检测的电压ΔU和弹性体表层应变ε(应变片应变ε)成正比关系。R1为电阻应变片，原始阻值为120Ω，R2、R3和R4均为120±0.1Ω高精度电阻。将传感器上的两个电阻应变片分别接入2个1/4单臂中，得到两路电压信号ΔU1和ΔU2，分别和弹性体与x轴垂直两个表面的应变ε成线性关系。两路电压信号ΔU1和ΔU2的有效测量，为分析摩擦力Fx、加载力Fy奠定了基础。4)失效参数与电信号的转换分析摩擦力、加载力与检测电压，可以模拟滑靴失效过程中摩擦系数的变化趋势。检测电压ΔU1，ΔU2受到加载力Fy与摩擦力Fx相互影响，存在扭转变形电压ΔUt和压力偏差ΔUp。测力传感器上端与加载装置固定，当加载装置处于工作状态时，传感器的弹性体处于压弯组合状态。加载力Fy与压力偏差ΔUp成线性关系：测力传感器下端与上夹具连接，当行走装置处于工作状态时，传感器的弹性体处于悬臂梁状态，受到的转矩为：式中：ρ为中性层的曲率半径，弹性体长度为L，弹性体宽度为b，高h，由于弹性体为悬臂梁受力类型，故与下端面距离y处截面所受扭矩M＝Fx·y，则h/2ρ为弹性体距离下端面为y的横截面表面应变(即应变片检测所得应变)，对其进行积分，得到弹性体伸长ΔL：化简得式(5)，摩擦力Fx与其造成的扭转变形电压ΔUt成线性关系。在加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采煤机磨损检测方法，其特征在于：所述方法通过分析采煤机实际工况中磨损失效参数，设计模拟采煤机实际工况的磨损检测机构，通过磨损实验验证检测机构有效性，从而揭示采煤机失效机理，提出解决方案；所述方法包括以下步骤：(1)分析采煤机工况，选定易损部件；(2)表征易损部件失效参数；(3)设计检测机构；(4)用检测机构对采煤机易损部件进行磨损检测；(5)利用检测结果，揭示采煤机易损部件的失效机理，提出解决方案。

【技术特征摘要】
1.一种采煤机磨损检测方法，其特征在于：所述方法通过分析采煤机实际工况中磨损失效参数，设计模拟采煤机实际工况的磨损检测机构，通过磨损实验验证检测机构有效性，从而揭示采煤机失效机理，提出解决方案；所述方法包括以下步骤：(1)分析采煤机工况，选定易损部件；(2)表征易损部件失效参数；(3)设计检测机构；(4)用检测机构对采煤机易损部件进行磨损检测；(5)利用检测结果，揭示采煤机易损部件的失效机理，提出解决方案。2.根据权利要求1所述的一种采煤机磨损检测方法，其特征在于：所述步骤(1)选定导向滑靴作为检测对象。3.根据权利要求1所述的一种采煤机磨损检测方法，其特征在于：所述步骤(2)选择负载、牵引力和摩擦系数作为影响滑靴磨损的失效参数。4.根据权利要求1所述的一种采煤机磨损检测方法，其特征在于：所述步骤(3)是这样实现的：1)设计试样夹紧装置；2)设计介质池，承载杂质，使其与试样摩擦，模拟滑靴磨损工况；3)设计加载机构，实现对采煤机自重的模拟；设计驱动机构，模拟滑靴的移动；4)设计传感器，实现失效参数与电信号的转换并有效采集失效参数。5.根据权利要求1或4所述的一种采煤机磨损检测方法，其特征在于：所述传感器设计包括以下步骤：1)测力传感器本体设计：测力传感器由铝合金等弹性体和两个应变片组成，应变片被粘贴在弹性体与x轴垂直的两个面上，随弹性体一起伸缩；2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，于翔，张超，汪爱民，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11