刮板輸送機(jī)張力檢測(cè)系統(tǒng)研究

摘 要：通過(guò)刮板輸送機(jī)張力檢測(cè)系統(tǒng)研究，分析了刮板輸送機(jī)張力檢測(cè)系統(tǒng)的原理及設(shè)計(jì)方法，并對(duì)刮板輸送機(jī)張力檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行了檢測(cè)研究，得出刮板輸送機(jī)張力檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好，可以有效檢測(cè)刮板輸送機(jī)張力，為刮板輸送機(jī)張力智能控制實(shí)現(xiàn)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：刮板輸送機(jī);張力檢測(cè)系統(tǒng);鏈條

0 前言

刮板輸送機(jī)是綜合機(jī)械化采煤關(guān)鍵裝備，承擔(dān)著為煤料運(yùn)輸提供運(yùn)行軌道、為液壓支架提供推移支點(diǎn)的責(zé)任。在我國(guó)煤礦向大型化、深部化不斷發(fā)展進(jìn)程中，對(duì)刮板輸送機(jī)運(yùn)輸距離、驅(qū)動(dòng)能力、智能化水平提出了更高的要求，而刮板輸送機(jī)鏈條張力是刮板輸送機(jī)運(yùn)輸狀態(tài)的直接反映模塊，張力過(guò)大會(huì)增加刮板輸送機(jī)運(yùn)行阻力，張力過(guò)小則會(huì)造成刮板鏈脫落，影響刮板輸送機(jī)正常運(yùn)行?；诖?，對(duì)刮板輸送機(jī)鏈條張力檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)分析就具有至關(guān)重要的意義。

1 刮板輸送機(jī)張力檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行原理

刮板輸送機(jī)張力檢測(cè)系統(tǒng)主要是通過(guò)在與刮板連接位置鏈環(huán)上、刮板兩側(cè)分別進(jìn)行張力應(yīng)變片（將檢測(cè)到信號(hào)經(jīng)無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊傳輸至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）、電源模塊（為無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊、張力應(yīng)變片供電）及無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊的安裝，經(jīng)刮板鏈輪產(chǎn)生瞬時(shí)張力，進(jìn)行張力檢測(cè)[1]。

2 刮板輸送機(jī)張力檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 需求分析

從刮板輸送機(jī)的實(shí)際工況來(lái)看，其負(fù)載始終處于動(dòng)態(tài)變化，再加上刮板輸送機(jī)鏈條為彈性體，在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)應(yīng)拉力影響下會(huì)產(chǎn)生彈性伸長(zhǎng)，而伸長(zhǎng)量的存在，會(huì)促使刮板鏈于驅(qū)動(dòng)鏈輪分離點(diǎn)位置松弛、堆積或斷裂。為避免上述問(wèn)題出現(xiàn)，在初次安裝刮板輸送機(jī)鏈條或者運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間后給予其一定張力（刮板輸送機(jī)靜止時(shí)封閉鏈條內(nèi)張力），促使其產(chǎn)生預(yù)加彈性伸長(zhǎng)。刮板輸送機(jī)靜止時(shí)封閉鏈條內(nèi)張力的形成主要依賴(lài)?yán)o裝置實(shí)現(xiàn)，雖然現(xiàn)階段液壓缸緊鏈器、盤(pán)閘緊鏈器均可以反映拉緊力大小，但是并無(wú)法獲得特定刮板輸送機(jī)靜止時(shí)封閉鏈條內(nèi)張力。此時(shí)，就需要設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的刮板輸送機(jī)靜止時(shí)封閉鏈條內(nèi)張力檢測(cè)系統(tǒng)，獲得與要求相符合的張力大小。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于刮板輸送機(jī)鏈條張力檢測(cè)系統(tǒng)主要目的為檢測(cè)刮板輸送機(jī)運(yùn)行階段鏈條張力變化，因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)圍繞刮板輸送機(jī)鏈條運(yùn)轉(zhuǎn)，設(shè)計(jì)一含傳感器及放大電路部分、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)傳輸及分析裝置等幾個(gè)模塊的固定式特殊裝置，開(kāi)始實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。

其中傳感器系統(tǒng)及放大電路部分主要包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、鏈條張力變化采集兩個(gè)部分，可以將刮板輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中鏈條張力變化全部轉(zhuǎn)換為電信號(hào)波動(dòng)。壓力傳感器主要安裝在刮板輸送機(jī)鏈條上，經(jīng)電阻應(yīng)變片（鏈條上設(shè)置的部分直徑小于以往圓環(huán)鏈直徑的應(yīng)變片，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量），將鏈條張力值通過(guò)電路電橋，并按照特定規(guī)律變化為與之成線性關(guān)系的電信號(hào)輸出[2]。由于輸出電信號(hào)較為微弱，為滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換要求，可以在信號(hào)轉(zhuǎn)換前設(shè)置一個(gè)放大電路及濾波處理電路，為A/D轉(zhuǎn)換器（模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)）順利運(yùn)行提供依據(jù)。整個(gè)壓力傳感器封蓋與鏈條、內(nèi)部電路板與外界接口通道、封閉電路板蓋與刮板密封墊間均設(shè)置有密封圈，可以保證系統(tǒng)密封性。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、采集及存儲(chǔ)主要是在放大電路輸出電信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)后，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲得與各對(duì)應(yīng)點(diǎn)鏈條張力一一對(duì)應(yīng)的離散數(shù)值，并將其存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)芯片內(nèi)。存儲(chǔ)數(shù)據(jù)經(jīng)一段時(shí)間后可由串行口輸出至上位機(jī)開(kāi)展模態(tài)分析，更加全面的獲得刮板輸送機(jī)運(yùn)行情況，為整個(gè)上產(chǎn)過(guò)程順利進(jìn)行提供引導(dǎo)。同時(shí)在電橋橋臂上，可以采用四個(gè)一樣的應(yīng)變片連接成單臂，達(dá)到一定應(yīng)變片溫度補(bǔ)償目標(biāo)。

在數(shù)據(jù)傳輸及分析裝置運(yùn)行過(guò)程中，考慮到刮板輸送機(jī)鏈條主要承受拉力變形，橋路輸出微弱電信號(hào)、刮板輸送機(jī)鏈條張力變化間存在線性關(guān)系，且存在較大干擾成分，再加上電量為模擬信號(hào)，無(wú)法直接傳輸、分析。因此，可以在放大電路放大微弱電信號(hào)后，在信號(hào)傳入單片機(jī)內(nèi)部模擬轉(zhuǎn)換器時(shí)進(jìn)行再次濾波處理，保障存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的采集數(shù)據(jù)的有效應(yīng)用。

3 刮板輸送機(jī)張力檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用效果測(cè)試

3.1 測(cè)試準(zhǔn)備

為確定刮板輸送機(jī)鏈條張力檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用效果，可以在對(duì)刮板輸送機(jī)張力應(yīng)變片進(jìn)行張力標(biāo)定的基礎(chǔ)上，選擇實(shí)驗(yàn)室加載方式，對(duì)刮板輸送機(jī)張力檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用效果進(jìn)行測(cè)試[3]。

依據(jù)實(shí)際工況位置、角度，在加載實(shí)驗(yàn)臺(tái)上固定安裝有張力應(yīng)變片的刮板、鏈環(huán)，選擇逐級(jí)加載的方法，以50.0kN為每次加載增幅，通過(guò)9次加載對(duì)應(yīng)變片進(jìn)行張力標(biāo)定。同一加載力反復(fù)5次加載計(jì)算微量應(yīng)變均值，最終獲得加載力200kN、250kN、300kN、350kN、400kN、450kN、500kN、550kN、600kN所對(duì)應(yīng)微應(yīng)變值為1855με、2074με、2299με、2541με、2796με、3105με、2451με、3816με、4238με。

3.2 測(cè)試過(guò)程

在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，采用SGZ1000/170型雙驅(qū)動(dòng)刮板輸送機(jī)，該型號(hào)刮板輸送機(jī)為42.0mm*146.0mm緊湊型中雙鏈，鏈條運(yùn)行速度為每秒

1.58m。SGZ1000/170型雙驅(qū)動(dòng)刮板輸送機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中主要采用人為方法，隨機(jī)向供應(yīng)載荷重量一定原煤。通過(guò)對(duì)多個(gè)時(shí)段變載條件下系統(tǒng)張力值進(jìn)行計(jì)算，可以獲得SGZ1000/170型雙驅(qū)動(dòng)刮板輸送機(jī)實(shí)時(shí)張力變化。

3.3 測(cè)試結(jié)果分析

由于每一次張力峰值變化均表示裝有張力應(yīng)變片刮板過(guò)一次鏈輪，而每?jī)纱芜^(guò)鏈輪時(shí)間間隔在53s左右，由此可計(jì)算SGZ1000/170型雙驅(qū)動(dòng)刮板輸送機(jī)運(yùn)行一個(gè)周期時(shí)間。在SGZ1000/170型雙驅(qū)動(dòng)刮板輸送機(jī)一個(gè)周期運(yùn)行過(guò)程中，由于上端鏈實(shí)時(shí)載荷差異，張力峰值會(huì)發(fā)生一定變化[4]。根據(jù)前期張力標(biāo)定值，對(duì)刮板張力--微應(yīng)變進(jìn)行擬合處理后可知：右鏈輪嚙入點(diǎn)（微應(yīng)變值為1550με）所對(duì)應(yīng)張力為119.5541kN;右鏈輪嚙出點(diǎn)（微應(yīng)變值為1492με）所對(duì)應(yīng)張力為103.5121kN;左鏈輪嚙入點(diǎn)（微應(yīng)變值為1628με）所對(duì)應(yīng)張力為141.1412kN;左鏈輪嚙出點(diǎn)（微應(yīng)變值為1504με）所對(duì)應(yīng)張力為106.5841kN;左右鏈輪峰值點(diǎn)微應(yīng)變分別為2234με、2498με所對(duì)應(yīng)張力為286.1425kN、345.6895kN。由上述數(shù)據(jù)可得出，該刮板輸送機(jī)張力檢測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)檢測(cè)鏈條張力變化，且精準(zhǔn)度較高。同時(shí)經(jīng)檢測(cè)得出的上端鏈運(yùn)行阻力隨載荷的實(shí)時(shí)變化而出現(xiàn)正方向變化。

4 總結(jié)

綜上所述，刮板輸送機(jī)張力的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，對(duì)于保證刮板輸送機(jī)實(shí)時(shí)維護(hù)質(zhì)量、延長(zhǎng)刮板輸送機(jī)使用壽命具有重要意義。因此，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)立足張力檢測(cè)與傳輸技術(shù)領(lǐng)域，從數(shù)據(jù)測(cè)試采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析處理三個(gè)層面入手，構(gòu)建完整的刮板輸送機(jī)張力檢測(cè)系統(tǒng)框架。通過(guò)刮板輸送機(jī)張力檢測(cè)系統(tǒng)在井下刮板輸送機(jī)運(yùn)作時(shí)對(duì)鏈條上張力進(jìn)行實(shí)時(shí)精準(zhǔn)檢測(cè)及儲(chǔ)存，可以保證數(shù)據(jù)時(shí)效性，為刮板輸送機(jī)安全、平穩(wěn)運(yùn)行提供保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙悅，屈賢，蘭英.刮板輸送機(jī)鏈條張力控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真[J].煤炭技術(shù)，2018，037（012）：293-295.

[2]李海鋒.基于微應(yīng)變的刮板輸送機(jī)張力測(cè)試系統(tǒng)及特性分析研究[J].中國(guó)金屬通報(bào)，2018，000（003）：207-208.

[3]趙芹.刮板輸送機(jī)鏈條張緊力檢測(cè)及控制系統(tǒng)[J].現(xiàn)代機(jī)械，2019，209（01）：73-75.

[4]翟巖，武兵，牛藺楷，等.低功耗刮板輸送機(jī)張力無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工礦自動(dòng)化，2019，45（04）：86-91.

作者簡(jiǎn)介：

徐國(guó)棟（1991- ），男，漢族，河南虞城縣人，大專(zhuān)，畢業(yè)于運(yùn)城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械制造自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)。