本發(fā)明涉及礦業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種振動沖擊工況下重載刮板輸送機鏈輪摩擦疲勞斷裂實驗監(jiān)測裝置及方法。

背景技術(shù)：

綜采技術(shù)是當(dāng)今最先進的井下開采技術(shù)，而刮板輸送機是關(guān)鍵的綜采設(shè)備之一，它不僅起著煤炭運輸作用，同時也是采煤機的運行軌道。隨著綜采技術(shù)的不斷發(fā)展，以及礦井的大型化與深層化，刮板輸送機不斷向大功率、長運距以及高鏈速方向發(fā)展，即重載刮板輸送機。一旦重載刮板輸送機因故障失效，將導(dǎo)致采煤工作面的停產(chǎn)，進而導(dǎo)致大型煤礦的重大經(jīng)濟損失。

作為重載刮板輸送機的核心部件，鏈輪處于時變、耦合、重載等復(fù)雜惡劣工作環(huán)境中。與鏈輪等共同組成刮板輸送機傳動系統(tǒng)的圓環(huán)鏈由于鏈傳動的多邊形效應(yīng)導(dǎo)致鏈速變化，進而導(dǎo)致慣性引起的動載荷；刮板輸送機運行過程中貨載量變化(空載、滿載或超載)也會引起圓環(huán)鏈上的動載荷；采煤過程中由于溜槽對口錯位或煤塊落在圓環(huán)鏈上等原因，導(dǎo)將致圓環(huán)鏈的沖擊載荷或者卡鏈，因此圓環(huán)鏈承受動載荷及沖擊載荷，進而使與之配合的鏈輪承受振動與沖擊載荷；過大的沖擊載荷將會導(dǎo)致鏈輪過載斷齒，長時間工作在振動沖擊載荷下鏈輪將發(fā)生疲勞斷齒。刮板輸送機鏈輪與圓環(huán)鏈相配合時，由于鏈與鏈輪間存在煤粒等顆粒形成三體磨損；在摩擦條件較差環(huán)境下，平環(huán)會與鏈窩產(chǎn)生摩擦進而導(dǎo)致磨損。在刮板輸送機超載、鏈輪制造時淬火差將會導(dǎo)致鏈輪齒面壓潰。斷齒、磨損、齒面壓潰是實際工況下重載刮板輸送機鏈輪主要失效形式，一旦鏈輪出現(xiàn)以上問題，刮板輸送機必須停產(chǎn)，從而影響整個煤礦經(jīng)濟效益。因此，研究重載刮板輸送機鏈輪在振動沖擊工況下的摩擦磨損、斷裂和疲勞壽命對重載刮板輸送機設(shè)計及維護具有重要意義。

刮板輸送機相關(guān)的實驗裝置有：專利號CN201410503491.1公開了一種刮板輸送機斷鏈檢測方法，能夠判定刮板輸送機圓環(huán)鏈是否發(fā)生斷鏈,專利號CN201520570177.5公開了一種鏈輪材料磨損實驗裝置,能夠完成多次橫向磨損,更接近于實際生產(chǎn)中與圓環(huán)鏈的磨損關(guān)系。專利號CN201420187267.1公開了一種監(jiān)測鏈條錯位和刮板歪斜以及尾輪轉(zhuǎn)動速度不均勻的實驗裝置，然而，暫未有人提出一種能夠模擬振動沖擊工況下，刮板輸送機鏈輪摩擦疲勞斷裂實驗監(jiān)測裝置及方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種振動沖擊工況下重載刮板輸送機鏈輪摩擦疲勞斷裂實驗監(jiān)測裝置及方法，模擬實際刮板輸送機鏈輪振動沖擊工作環(huán)境，能夠測量鏈輪磨損，同時動態(tài)監(jiān)測鏈輪輪齒應(yīng)力、鏈輪是否斷裂、鏈輪轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩、圓環(huán)鏈張緊力。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：一種振動沖擊下重載刮板輸送機鏈輪摩擦疲勞監(jiān)測裝置，包括基架、驅(qū)動系統(tǒng)、圓環(huán)鏈張緊系統(tǒng)、沖擊加載系統(tǒng)、煤泥灑落系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)：

所述基架包括底板、固定在底板上的低速伺服電動機支座、機頭架、第一矩形導(dǎo)軌、第二矩形導(dǎo)軌、煤泥灑落系統(tǒng)支架、與第一導(dǎo)軌配合的滑塊、固定在滑塊上的沖擊加載系統(tǒng)支架、與第二導(dǎo)軌配合的機尾架；

所述驅(qū)動系統(tǒng)包括固定于電動機支座上的低速伺服電動機、調(diào)控低速伺服電動機轉(zhuǎn)速的變頻器、連接低速伺服電動機輸出軸與扭矩傳感器的第一低速聯(lián)軸器、連接扭矩傳感器與傳動軸一端的第二低速聯(lián)軸器、設(shè)置在機頭架上并與傳動軸另一端連接的滾筒A、與滾筒A通過鍵連接的主動鏈輪、設(shè)置在機尾架上的滾筒B、與滾筒B通過鍵連接的從動鏈輪、纏繞在主動鏈輪和從動鏈輪上的圓環(huán)鏈；

所述圓環(huán)鏈張緊系統(tǒng)包括設(shè)置在機頭架與機尾架之間的圓環(huán)鏈張緊系統(tǒng)支架、水平電動缸，圓環(huán)鏈張緊系統(tǒng)支架頂面設(shè)有襯墊，襯墊貼近圓環(huán)鏈內(nèi)側(cè)面，水平電動缸活塞桿連接機尾架；

所述沖擊加載系統(tǒng)包括固定于沖擊加載系統(tǒng)支架上的垂直電動缸，垂直電動缸活塞桿連接沖擊板，沖擊板貼近圓環(huán)鏈外側(cè)面；

所述煤泥灑落系統(tǒng)包括固定于煤泥灑落系統(tǒng)支架上的篩網(wǎng)、固定在篩網(wǎng)上的激振器；

所述監(jiān)測系統(tǒng)包括連接第一低速聯(lián)軸器、第二低速聯(lián)軸器的扭矩傳感器、貼近第二低速聯(lián)軸器的霍爾傳感器、設(shè)置在主動鏈輪一側(cè)的超聲波探頭、設(shè)置在主動鏈輪齒根處的第一應(yīng)變片組、由膠帶固定在滾筒A上并與主動鏈輪同步轉(zhuǎn)動的無線發(fā)射元件、設(shè)置在水平電動缸活塞桿上的第二應(yīng)變片組。

進一步的，所述電動缸活塞桿上套有圓盤，圓盤一側(cè)與沖擊板固定，圓盤一側(cè)與電動缸之間設(shè)有彈簧。

進一步的，所述低速伺服電動機輸出軸與第一低速聯(lián)軸器之間通過第一平鍵連接，第一低速聯(lián)軸器與扭矩傳感器之間通過第二平鍵連接，扭矩傳感器與第二低速聯(lián)軸器之間通過第三平鍵連接，第二低速聯(lián)軸器與傳動軸之間通過第四平鍵連接。

根據(jù)上述監(jiān)測裝置的振動沖擊下重載刮板輸送機鏈輪摩擦疲勞監(jiān)測方法，包括如下步驟：

a)由計算機控制圓環(huán)鏈張緊系統(tǒng)的水平電動缸活塞桿伸出，通過第二應(yīng)變組測出圓環(huán)鏈張緊力，達到預(yù)先設(shè)定張緊力值后停止水平電動缸活塞桿動作；

b)運行低速伺服電動機帶動主動鏈輪轉(zhuǎn)動，經(jīng)由霍爾傳感器測得主動鏈輪轉(zhuǎn)速，通過變頻器控制低速伺服電動機，使主動鏈輪達到預(yù)期轉(zhuǎn)速；

c)開啟激振器，使篩網(wǎng)內(nèi)煤泥水混合物落至主動鏈輪上；

d)開啟沖擊加載系統(tǒng)的垂直電動缸，通過垂直電動缸活塞桿伸出對圓環(huán)鏈施加載荷，通過控制其加載頻率，實現(xiàn)對主動鏈輪不同頻率沖擊載荷的施加；

e)通過扭矩傳感器測得主動鏈輪驅(qū)動力矩，由第一應(yīng)變片組測得主動鏈輪齒根受力，若測得結(jié)果小于設(shè)定值，則判斷主動鏈輪齒根處出現(xiàn)斷裂；

f)一段時間后停止低速伺服電動機、水平電動缸、激振器、垂直電動缸，由超聲波探頭對主動鏈輪進行探傷，檢測主動鏈輪疲勞損傷情況，通過測量主動鏈輪相鄰兩鏈窩間距離，實現(xiàn)主動鏈輪磨損監(jiān)測；

g)移動滑塊至不同位置，重復(fù)步驟a)～f)，對不同沖擊位置處刮板輸送機鏈輪進行摩擦疲勞斷裂實驗監(jiān)測。

有益效果：本發(fā)明可以模擬重載刮板輸送機鏈輪在工作環(huán)境下的摩擦疲勞斷裂行為，能夠監(jiān)測鏈輪疲勞損傷及鏈輪磨損情況，同時動態(tài)監(jiān)測鏈輪上的驅(qū)動力矩、鏈輪齒根處應(yīng)力，從而實現(xiàn)重載刮板輸送機鏈輪摩擦疲勞斷裂的定量表征和壽命預(yù)測，對復(fù)雜運行環(huán)境中重載刮板輸送機鏈輪的安全可靠運行具有重要的指導(dǎo)意義。

附圖說明

圖1為本發(fā)明監(jiān)測裝置的主視圖；

圖2為本發(fā)明監(jiān)測裝置的俯視圖；

圖3為第一應(yīng)變片組、無線發(fā)射元件的安裝示意圖；

圖4為圖1中A-A剖視圖；

圖中1—底座；2—煤泥灑落系統(tǒng)支架；3—激振器；4—篩網(wǎng)；5—襯墊；6—沖擊板；7—圓盤；8—彈簧；9—垂直電動缸；10—沖擊加載系統(tǒng)支架；11—圓環(huán)鏈；12—第二應(yīng)變片組；13—機尾架；14—第二矩形導(dǎo)軌；15—圓環(huán)鏈張緊系統(tǒng)支架；16—滑塊；17—水平電動缸；18—第一矩形導(dǎo)軌；19—低速伺服電動機支座；20—機頭架；21—超聲波探頭；22—第一應(yīng)變片組；23—滾筒A；24—主動鏈輪；25—扭矩傳感器；26—第二平鍵；27—第三平鍵；28—第四平鍵；29—霍爾傳感器；30—從動鏈輪；31—滾筒B；32—膠帶；33—無線發(fā)射元件；34—傳動軸；35—第二低速聯(lián)軸器；36—第一低速聯(lián)軸器；37—低速伺服電動機；38—第一平鍵。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做更進一步的解釋。

如圖1至4所示，本發(fā)明的一種振動沖擊下重載刮板輸送機鏈輪摩擦疲勞監(jiān)測裝置，包括基架、驅(qū)動系統(tǒng)、圓環(huán)鏈張緊系統(tǒng)、沖擊加載系統(tǒng)、煤泥灑落系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)。

所述基架包括底板1、固定在底板1上的低速伺服電動機支座19、機頭架20、第一矩形導(dǎo)軌18、第二矩形導(dǎo)軌14、煤泥灑落系統(tǒng)支架2、與第一導(dǎo)軌配合18的滑塊16、固定在滑塊16上的沖擊加載系統(tǒng)支架10、與第二導(dǎo)軌14配合的機尾架13。

所述驅(qū)動系統(tǒng)包括固定于電動機支座19上的低速伺服電動機37、調(diào)控低速伺服電動機37轉(zhuǎn)速的變頻器、連接低速伺服電動機37輸出軸與扭矩傳感器25的第一低速聯(lián)軸器36、連接扭矩傳感器25與傳動軸34一端的第二低速聯(lián)軸器35、設(shè)置在機頭架20上并與傳動軸34另一端連接的滾筒A23、與滾筒A23通過鍵連接的主動鏈輪24、設(shè)置在機尾架13上的滾筒B31、與滾筒B31通過鍵連接的從動鏈輪30、纏繞在主動鏈輪24和從動鏈輪30上的圓環(huán)鏈11。其中，所述低速伺服電動機輸出軸37與第一低速聯(lián)軸器36之間通過第一平鍵38連接，第一低速聯(lián)軸器36與扭矩傳感器25之間通過第二平鍵26連接，扭矩傳感器25與第二低速聯(lián)軸器35之間通過第三平鍵27連接，第二低速聯(lián)軸器35與傳動軸34之間通過第四平鍵28連接。

所述圓環(huán)鏈張緊系統(tǒng)包括設(shè)置在機頭架20與機尾架13之間的圓環(huán)鏈張緊系統(tǒng)支架15、水平電動缸17，圓環(huán)鏈張緊系統(tǒng)支架15頂面設(shè)有襯墊5，襯墊5貼近圓環(huán)鏈11內(nèi)側(cè)面，水平電動缸17活塞桿連接機尾架13。

所述沖擊加載系統(tǒng)包括固定于沖擊加載系統(tǒng)支架10上的垂直電動缸9，垂直電動缸9活塞桿連接沖擊板6，沖擊板6貼近圓環(huán)鏈11外側(cè)面。所述電動缸17活塞桿上套有圓盤7，圓盤7一側(cè)與沖擊板6固定，圓盤7一側(cè)與電動缸17之間設(shè)有彈簧8。通過彈簧8、圓盤7防止沖擊板6發(fā)生偏斜；通過計算機控制垂直電動缸9活塞桿的伸縮實現(xiàn)對圓環(huán)鏈29的沖擊，進而對主動鏈輪24產(chǎn)生沖擊載荷。

所述煤泥灑落系統(tǒng)包括固定于煤泥灑落系統(tǒng)支架2上的篩網(wǎng)4、固定在篩網(wǎng)4上的激振器3。

所述監(jiān)測系統(tǒng)包括連接第一低速聯(lián)軸器36、第二低速聯(lián)軸器35的扭矩傳感器25、貼近第二低速聯(lián)軸器35的霍爾傳感器29、設(shè)置在主動鏈輪24一側(cè)的超聲波探頭21、設(shè)置在主動鏈輪24齒根處的第一應(yīng)變片組22、由膠帶32固定在滾筒A23上并與主動鏈輪24同步轉(zhuǎn)動的無線發(fā)射元件33、設(shè)置在水平電動缸17活塞桿上的第二應(yīng)變片組12。扭矩傳感器25可實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測低速伺服電動機37傳遞至主動鏈輪24扭矩大?。换魻杺鞲衅?9可實現(xiàn)滾筒A23轉(zhuǎn)速動態(tài)監(jiān)測，進而動態(tài)監(jiān)測鏈輪主動24轉(zhuǎn)速；第一應(yīng)變片組22可實現(xiàn)對主動鏈輪24齒根處動態(tài)應(yīng)力監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果由無線發(fā)射元件33發(fā)送至接收器；第二應(yīng)變片組12可實現(xiàn)圓環(huán)鏈11張緊力的實時監(jiān)測；超聲波探頭21可實現(xiàn)對主動鏈輪24裂紋檢測。

根據(jù)上述監(jiān)測裝置的振動沖擊下重載刮板輸送機鏈輪摩擦疲勞監(jiān)測方法，包括如下步驟：

a)由計算機控制圓環(huán)鏈張緊系統(tǒng)的水平電動缸17活塞桿伸出，通過第二應(yīng)變組12測出圓環(huán)鏈29張緊力，達到預(yù)先設(shè)定張緊力值后停止水平電動缸17活塞桿動作；

b)運行低速伺服電動機37帶動主動鏈輪24轉(zhuǎn)動，經(jīng)由霍爾傳感器29測得主動鏈輪24轉(zhuǎn)速，通過變頻器控制低速伺服電動機37，使主動鏈輪24達到預(yù)期轉(zhuǎn)速；

c)開啟激振器3，使篩網(wǎng)4內(nèi)煤泥水混合物落至主動鏈輪24上；

d)開啟沖擊加載系統(tǒng)的垂直電動缸9，通過垂直電動缸9活塞桿伸出對圓環(huán)鏈11施加載荷，通過控制其加載頻率，實現(xiàn)對主動鏈輪24不同頻率沖擊載荷的施加；

e)通過扭矩傳感器25測得主動鏈輪24驅(qū)動力矩，由第一應(yīng)變片組22測得主動鏈輪24齒根受力，若測得結(jié)果小于設(shè)定值，則判斷主動鏈輪24齒根處出現(xiàn)斷裂；

f)一段時間后停止低速伺服電動機37、水平電動缸17、激振器3、垂直電動缸9，由超聲波探頭21對主動鏈輪24進行探傷，檢測主動鏈輪24疲勞損傷情況，通過測量主動鏈輪24相鄰兩鏈窩間距離，實現(xiàn)主動鏈輪24磨損監(jiān)測；

g)移動第一滑塊16至不同位置，重復(fù)步驟a)～f)，對不同沖擊位置處刮板輸送機鏈輪進行摩擦疲勞斷裂實驗監(jiān)測。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。