СИСТЕМА МОНИТОРИНГА СИЛЫ ТРЕНИЯ ДЛЯ СРЕДИННЫХ ЖЕЛОБОВ СКРЕБКОВОГО КОНВЕЙЕРА
FRICTION FORCE MONITORING SYSTEM FOR THE MIDDLE CHUTES OF A DRAG CONVEYOR

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Область техники
Настоящее изобретение принадлежит области технологий испытания скребкового конвейера и относится к системе мониторинга силы трения для срединных желобов скребкового конвейера и, в частности, к многоточечной системе мониторинга силы трения для срединных желобов скребкового конвейера в сложных и тяжелых условиях работы.
Описание связанного уровня техники
Скребковый конвейер, будучи ключевым устройством для переноса на полностью механизированном добычном забое угольной шахты, отвечает за важные задачи транспортировки угля, обеспечения дорожек качения для угледобывающей машины, а также обеспечения подвижных центров вращения для гидравлической опоры. Будучи основанным на принципе цепной передачи и приводимым в действие с помощью тягового двигателя, гидравлического соединителя и редуктора скорости, в скребковом конвейере используется скребковая цепь (включающая в себя кольцевую цепь, скребки и цепной ключ) и срединные желоба, соответственно, в качестве механизма волочения и опорного механизма; а звездочка приводит в действие бесконечно замкнутую скребковую цепь для обеспечения непрерывного циклического движения в срединных желобах для транспортировки угля в срединных желобах от хвоста машины к голове машины с последующей выгрузкой угля. В ходе работы скребкового конвейера имеется относительное движение между линейным сегментом кольцевой цепи и срединными желобами. Кроме того, эффект излома передачи между звездочкой и кольцевой цепью, частый запуск или остановка в случае полной нагрузки или перегрузки, а также аномальные нагрузки, такие как обрушение стенок выработки и обвал стены угля, могут вызвать характеристики ударного контакта между кольцевой цепью и срединными желобами, а также переменные во времени характеристики натяжения кольцевой цепи. Таким образом, ударный контакт и относительное движение между кольцевой цепью и срединными желобами, а также эффект связи переменного во времени натяжения, приводят к фрикционной усталости между кольцевой цепью и срединными желобами, вызывая фрикционный износ кольцевой цепи и срединных желобов и рост усталостной трещины. Когда износ превышает предел или трещина расширяется до определенной степени, цепь больше не может выдерживать динамическую нагрузку, что приводит к аварийному разрыву цепи. Таким образом, динамический мониторинг в режиме реального времени таких параметров, как динамическая контактная нагрузка, сила трения и коэффициент трения между кольцевой цепью, угольной массой и частицами, и срединными желобами в ходе работы скребковой машины может составлять основной параметр для выявления фрикционного износа и механизма усталостного торможения кольцевой цепи и срединных желобов; а также он очень важен для обеспечения надежной работы скребкового конвейера, для повышения интенсивности эксплуатации всего набора полностью механизированного добывающего оборудования, а также для повышения производственной эффективности крупной угольной шахты.
Однако полностью механизированный добычной забой угольной шахты всегда пребывает в сложных и трудных условиях, таких как высокая температура, наличие угольной пыли, протечки воды и рудничной воды, и скребковый конвейер зачастую подвергается воздействию со стороны падающих целиков угля, что приводит к неудобству расположения и обслуживания различных устройств мониторинга (например, для установки датчика или устройства испытания натяжения не должно выполняться открытие и повреждение кольцевой цепи, поскольку эффекты между кольцевой цепью, углем и срединными желобами, и между кольцевой цепью и звездочкой, и бесконечно замкнутой скребковой цепью, могут повредить измерительное устройство, а повреждение кольцевой цепи приводит к снижению грузоподъемности кольцевой цепи, ухудшая транспортирующую способность. Если используется бесконтактное измерительное устройство, то трудные условия работы скребкового конвейера могут повредить измерительное устройство или мешать проведению измерений). Более того, неравномерный контроль угледобывающей выработки в ходе добычи легко приводит к перегрузке скребкового конвейера и даже вызывает явление скольжения и дробления, что несет за собой высокую угрозу безопасности производства в угольной шахте. Таким образом, решение проблем плохого функционала, отсутствия характеристик в режиме реального времени и неспособность выполнения мониторинга и анализа данных о фрикционном износе срединных желобов скребкового конвейера в существующей технологии мониторинга для срединных желобов скребкового конвейера является чрезвычайно важным для понимания рабочих условий в ходе работы скребкового конвейера, для мониторинга информации о трении между кольцевой цепью, угольной массой и срединными желобами в режиме реального времени, а также для выявления механизма отказа кольцевой цепи и срединных желобов.
В патенте Китая № CN 104609133 A раскрыт способ и система для обнаружения износа срединных пластин срединных желобов скребкового конвейера, причем в способе может быть реализован мониторинг износа. Однако данный способ может обеспечивать лишь количественный мониторинг того, изношен ли срединный желоб, и он не предусматривает мониторинг силы трения между срединным желобом скребкового конвейера и угольной массой в условиях работы с динамической нагрузкой или ударной нагрузкой.
В патенте Китая № CN 106865156 A раскрыто устройство и система для обнаружения износа срединных желобов скребкового конвейера, причем в устройстве могут использоваться ультразвуковые волны для обнаружения износа срединных желобов. Однако данное устройство определяет состояние износа только путем мониторинга толщины срединного желоба с помощью ультразвуковых волн, и оно не может выполнять мониторинг силы трения в ходе работы скребкового конвейера. Кроме того, вследствие прилипания угольной пыли в подземной среде, при мониторинге толщины срединного желоба с помощью ультразвуковых волн может быть допущена серьезная ошибка.
Таким образом, до настоящего времени еще не была предложена система для мониторинга силы трения между кольцевой цепью, угольной массой и срединными желобами скребкового конвейера в сложных и трудных условиях работы.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая задача
Для решения проблем уровня техники, в настоящем изобретении представлена система мониторинга силы трения для срединных желобов скребкового конвейера. Система выполнена с возможностью мониторинга ударных нагрузок, силы трения, коэффициентов трения, температуры и т.д. между кольцевой цепью, угольной массой и срединными желобами скребкового конвейера в сложных и трудных условиях работы, а также обеспечения технических средств для разработки, безопасного заблаговременного предупреждения и оценки работоспособности скребкового конвейера, и она может обеспечивать основные данные для изучения фрикционного износа и механизма усталостного торможения срединных желобов скребковой машины.
Цель настоящего изобретения достигается следующим образом.
Техническое решение
Представлена система мониторинга силы трения для срединных желобов скребкового конвейера, причем в каждом срединном желобе скребкового конвейера выполнено три прямоугольных сквозных отверстия на равных интервалах в направлении перемещения, при этом центральную линию срединного желоба берут в качестве эталонной, в дне срединного желоба выполнено линейное монтажное отверстие, однако оно не проникает в срединный желоб, и выполненные прямоугольные сквозные отверстия находятся в сообщении с линейным монтажным отверстием.
В каждом прямоугольном сквозном отверстии установлен прямоугольный модуль приема силы, форма которого соответствует прямоугольному сквозному отверстию, и верхняя поверхность прямоугольного модуля приема силы совпадает с верхней поверхностью срединного желоба.
Между модулем приема силы и дном срединного желоба размещен трехмерный датчик силы, в верхней поверхности каждого модуля приема силы выполнено расточенное отверстие, и модуль приема силы соединен с трехмерным датчиком силы на дне посредством болта с шестигранной головкой в расточенном отверстии; сверху на расточенном отверстии размещена уплотнительная крышка, а верхняя поверхность уплотнительной крышки совпадает с верхней поверхностью модуля приема силы.
Датчик температуры предварительно встроен в каждый модуль приема силы.
В сигнальном соединении с трехмерным датчиком силы и датчиком температуры находится контроллер посредством платы сбора данных.
Благодаря такому многоточечному взаимосвязанному мониторингу, данные в отношении тепла и силы срединного желоба в ходе работы скребкового конвейера получают в режиме реального времени, а положение отказа в скребковой машине определяют по исключительным данным следующим образом:
нумеруют каждую группу устройств обнаружения и помечают их положения; и, исходя из тангенциальных сил трения, измеренных трехмерным датчиком силы, и данных о температуре, измеренных предварительно встроенным датчиком температуры, если в некотором положении имеется слишком много или мало данных, то определяют то, что в этом положении имеет место отказ скребкового конвейера, посредством системы по номеру и положению группы исключения данных.
По данным, выявленным с помощью мониторинга множеством расположенных модулей приема силы, вычисляют общую допустимую нагрузку, общую силу трения и средний коэффициент трения скребковой машины, а также температуру поверхности трения срединного желоба, с помощью компьютера следующим вычислительным способом:
вычислительная формула общей силы трения является следующей:
где
F обозначает общую силу трения;
n обозначает количество сегментов скребковой машины;
s обозначает эффективную площадь переноса каждого сегмента скребковой машины;
1
s обозначает площадь каждого модуля приема силы; и
x1
x2
x3
f, f и f обозначают тангенциальные силы трения, выдаваемые трехмерным датчиком силы; и
вычислительная формула общей допустимой нагрузки является следующей:
где
M обозначает общую допустимую нагрузку;
n обозначает количество сегментов скребковой машины;
s обозначает эффективную площадь переноса каждого сегмента скребковой машины;
1
s обозначает площадь каждого модуля приема силы; и
x1
x2
x3
F, F и F обозначают положительное давление, выдаваемое датчиком.
Средний коэффициент трения вычисляют следующим образом:
µ=
Вычисленная температура поверхности трения представляет собой среднее значение температур, измеренных всеми предварительно встроенными датчиками температуры.
Модуль приема силы представляет собой прямоугольный стальной блок, выполненный из того же самого материала, что и срединный желоб.
Система скребкового конвейера содержит скребки, двойную цепь, звездочку, редуктор скорости, электрический двигатель и преобразователь частоты, причем преобразователь частоты соединен с электрическим двигателем; редуктор скорости соединен между электрическим двигателем и звездочкой; звездочка входит в зацепление с двойной цепью; и скребки установлены на верхней поверхности двойной цепи через равные интервалы.
Преобразователь частоты электрически соединен с контроллером.
Полезный эффект
Настоящее изобретение обеспечивает возможность мониторинга состояния трения срединных желобов скребкового конвейера в режиме реального времени путем использования трехмерного датчика силы и предварительно встроенного датчика температуры. Благодаря такому многоточечному взаимосвязанному мониторингу, данные в отношении тепла и силы каждого срединного желоба в ходе работы скребкового конвейера могут быть получены в режиме реального времени, а положение отказа в скребковой машине может быть определено по исключительным данным путем использования пронумерованных устройств обнаружения. Когда скребковая машина перегружена или температура поверхности трения срединного желоба является аномальной, система управления на ПЛК управляет преобразователем 13 частоты для прекращения функционирования электрического двигателя 8. Кроме того, оценка работоспособности может быть выполнена на скребковой машине путем использования вычисленного коэффициента трения. Когда коэффициент трения или диапазон его колебания является относительно большим, это говорит о том, что условия работы срединного желоба являются относительно трудными, и требуется своевременный осмотр или замена срединного желоба скребковой машины для того, чтобы предотвратить несчастный случай при работе.
Более того, общая допустимая нагрузка, общая сила трения и коэффициент трения скребковой машины, а также температура поверхности трения срединного желоба, могут быть вычислены с помощью компьютера, тем самым устанавливая систему защиты от перегрузки, реализуя оценку работоспособности на скребковой машине и обеспечивая основные данные для изучения фрикционного износа, а также механизма усталостного торможения срединных желобов скребковой машины.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
ФИГ. 1 представляет собой схематическую конструктивную схему испытательного образца, согласно настоящему изобретению.
ФИГ. 2 представляет собой вид спереди по ФИГ. 1.
ФИГ. 3 представляет собой схему в разрезе в направлении A по ФИГ. 2.
ФИГ. 4 представляет собой схематическую конструктивную схему, на которой показано соединение между прямоугольным модулем приема силы и модулем приема силы, согласно настоящему изобретению.
ФИГ. 5 представляет собой схему принципа работы настоящего изобретения; и
ФИГ. 6 представляет собой схематическую конструктивную схему испытательной системы, согласно настоящему изобретению.
Расшифровка ссылочных обозначений: 1. Модуль приема силы, 2. Тяговая опора, 3. Скребок, 4. Двойная цепь, 5. Срединный желоб, 6. Редуктор скорость, 7. Звездочка, 8. Электрический двигатель, 9. Корпус машины, 10. Уплотнительная крышка расточенного отверстия, 11. Датчик температуры, 12. Трехмерный датчик силы, и 13. Преобразователь частоты
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение далее описано ниже со ссылкой на сопроводительные чертежи.
Как показано на ФИГ. 1, представлена система мониторинга силы трения для срединных желобов скребкового конвейера, которая содержит систему скребкового конвейера и систему обнаружения. Система скребкового конвейера состоит из корпуса машины, срединных желобов, тяговых опор, скребков, двойной цепи, звездочки, редуктора скорости, электрического двигателя и преобразователя частоты. Система обнаружения и мониторинга состоит из модулей приема силы, трехмерного датчика силы и предварительно встроенного датчика температуры.
Преобразователь 13 частоты соединен с электрическим двигателем 8, редуктор 6 скорости соединен между электрическим двигателем 8 и звездочкой 7, а звездочка 7 входит в зацепление с двойной цепью 4. Скребки 3 установлены на двойной цепи 4 через равные интервалы. Посередине и в двух сторонах каждого срединного желоба 5 скребковой машины, соответственно, выполнено всего три прямоугольных сквозных отверстия.
Как показано на ФИГ. 2 и 3, модули 1 приема силы расположены, соответственно, в прямоугольных сквозных отверстиях, и их верхние поверхности совпадают с верхней поверхностью срединного желоба 5. Модуль 1 приема силы соединен с трехмерным датчиком 12 силы, который закреплен на дне срединного желоба 5.
Далее, ссылаясь на ФИГ. 4, трехмерный датчик 12 силы, предварительно встроенный датчик 11 температуры и модуль 1 приема силы составляют устройство обнаружения и мониторинга. Предварительно встроенный датчик 11 температуры установлен внутри модуля 1 приема силы. В верхней поверхности модуля 1 приема силы выполнено расточенное отверстие, и модуль 1 приема силы соединен с трехмерным датчиком 12 силы с помощью болта с шестигранной головкой в расточенном отверстии. С расточенным отверстием соединена уплотнительная крышка 10 расточенного отверстия, и ее верхняя поверхность совпадает с верхней поверхностью модуля 1 приема силы.
Далее, ссылаясь на ФИГ. 5 и 6, электрический двигатель 8 регулируется и управляется с помощью компьютера и системы управления на ПЛК для управления запуском и остановкой. Электрический двигатель 8 приводит в действие редуктор 6 скорости. Ввиду того, что выход редуктора 6 скорости соединен со звездочкой 7, редуктор скорости приводит в движение звездочку 7 и двойную цепь 4, и, таким образом, скребковый конвейер начинает работать. Предварительно встроенный датчик 11 температуры используется для мониторинга динамического изменения температуры срединного желоба в ходе работы скребковой машины, а трехмерный датчик 12 силы используется для мониторинга динамических изменений силы трения и положительного давления в ходе работы скребковой машины. Данные, полученные в ходе мониторинга, подвергают фильтрации, усилению и преобразованию посредством системы сбора данных, образованной фильтром, аналого-цифровым преобразователем и усилителем; и затем их передают на систему обработки данных. После обработки данных могут быть получены данные о температуре, силе трения и положительном давлении срединных желобов в ходе работы скребкового конвейера, а также их динамические изменения с течением времени работы.
В каждом сегменте скребковой машины выполнено три прямоугольных сквозных отверстия, соответственно, посередине и в двух сторонах в направлении перемещения, и они используются для вмещения системы обнаружения и мониторинга. Благодаря такому многоточечному взаимосвязанному мониторингу, данные в отношении тепла и силы срединного желоба в ходе работы скребкового конвейера могут быть получены в режиме реального времени, а положение отказа в скребковой машине может быть определено по исключительным данным. Площадь каждого модуля приема силы составляет 60 мм × 70 мм. По данным, выявленным с помощью мониторинга множеством расположенных модулей приема силы, может быть вычислена общая допустимая нагрузка, общая сила трения и средний коэффициент трения скребковой машины, а также температура поверхности трения срединного желоба, с помощью компьютера следующим вычислительным способом:
вычислительная формула общей силы трения является следующей:
где
F обозначает общую силу трения;
n обозначает количество сегментов скребковой машины;
s обозначает эффективную площадь переноса каждого сегмента скребковой машины;
1
s обозначает площадь каждого модуля приема силы; и
x1
x2
x3
f, f и f обозначают тангенциальные силы трения, выдаваемые датчиком.
Вычислительная формула общей допустимой нагрузки является следующей:
где
M обозначает общую допустимую нагрузку;
n обозначает количество сегментов скребковой машины;
s обозначает эффективную площадь переноса каждого сегмента скребковой машины;
1
s обозначает площадь каждого модуля приема силы; и
x1
x2
x3
F, F и F обозначают положительное давление, выдаваемое датчиком.
Средний коэффициент трения вычисляют следующим образом:
µ=
Вычисленная температура поверхности трения представляет собой среднее значение температур, измеренных всеми предварительно встроенными датчиками температуры.
Когда скребковая машина перегружена или температура поверхности трения срединного желоба является аномальной, система управления на ПЛК управляет преобразователем 13 частоты для прекращения функционирования электрического двигателя 8. Кроме того, оценка работоспособности может быть выполнена на скребковой машине путем использования вычисленного коэффициента трения. Когда коэффициент трения или диапазон его колебания является относительно большим, это говорит о том, что условия работы срединного желоба являются относительно трудными, и требуется своевременный осмотр или замена срединного желоба скребковой машины.
Основываясь на общей допустимой нагрузке, общей силе трения, коэффициенте трения и температуре поверхности трения, которые вычисляют посредством системы обработки данных, могут быть обеспечены основные данные для изучения фрикционного износа между срединными желобами скребковой машины и угольной массой.