專利名稱：煤礦采掘機械履帶行走系統載荷歷程非接觸監測裝置及方法
技術領域：
本發明屬于煤礦采掘機械履帶行走機構監測的技術領域，具體涉及一種煤礦采掘機械履帶行走系統荷載歷程非接觸監測裝置及方法。
背景技術：
隨著我國對煤炭需求量的持續增加和煤礦采掘機械化程度的不斷提高，履帶式機械接地面積大、接地比壓小、輸出功率大、附著性能好、爬坡能力強、轉彎半徑小、跨溝越埂能力強等特點在煤礦井下松軟、泥濘等各種復雜路面運行的作用顯得尤為重要，大部分大型礦用機械都應用履帶行走機構。履帶行走機構是履帶式機械如連續采煤機、錨桿機等現代化采掘設備的重要組成部分，其作用是承擔整機的重量，支承和平衡整機在工作過程中受到的所有作用力和反作用力，同時進行作業過程中的行走和回轉。煤礦井下條件惡劣，巷道底板不平整，經常有較多煤泥水，承載能力相對較低，因此對采掘機械特別是重型采掘機械的行走機構要求較高。 起伏不平的巷道路面對整個履帶行走機構沖擊較大。因此通過對履帶行走機構進行應力測量和載荷識別，及時掌握履帶的受力情況，對其實際使用狀況進行分析和研究，對于提高履帶行走機構的可靠性和使用壽命具有重要的理論意義和工程應用價值。履帶行走機構長期在惡劣的工況下處于旋轉運動狀態，導致信號監測很難實現。隨著科學技術的發展，人們對作用于工程結構上的載荷關注程度越來越大，對其研究逐漸深入，其中動載荷對結構的影響較大，且具有破壞性和不可預見性，如飛行中飛機受到的氣動載荷、輪船受到波浪的沖擊載荷等，而由于井下開采環境惡劣，煤礦采掘機械履帶行走裝置也經常承受地面和煤壁的沖擊載荷，因此動載荷是研究的重點。確定動載荷的方法主要有直接法和間接法，直接法是直接測量出動載荷的大小或測量與動載荷有關的參數來換算出載荷的大小，但是對于履帶采掘機械行走機構，其所受的外部動載荷很難直接測量，甚至是不可能測量。基于結構實測應力反演動載荷的識別技術是確定動載荷的間接途徑，即動載荷識別技術。所謂動載荷識別是通過對結構動應力 (位移、速度、加速度或應變等)的測量，根據已知結構動態特性，識別作用在結構上的動載荷。對煤礦用履帶行走機構進行載荷識別是一個難點。因而，目前急需構建一種適用于履帶機械行走機構可靠性高、穩定性好的監測方法和載荷識別技術，及時提供履帶行走機構的載荷歷程，以確保履帶行走機構的質量和使用壽命。
發明內容
本發明的發明目的提供一種可靠性高、穩定性好的履帶機械行走機構監測方法和載荷識別技術，及時提供履帶行走機構的載荷歷程，以確保履帶行走機構的質量和使用
壽命ο
本發明采用如下的技術方案實現
煤礦采掘機械履帶行走系統載荷歷程非接觸監測裝置，其特征在于其包括上位機以及內置于履帶行走系統被測履帶板的下位機，
所述的下位機包括應變計以及與應變計連接的具有無線發射功能的采集發射模塊，履帶行走系統上至少兩塊被測履帶板的中間開有安裝槽，履帶行走系統處于初始位置時，開有安裝槽的兩塊被測履帶板分別對應于工作支段和支持支段，安裝槽的中間部位貼設應變計，安裝槽對應被測履帶板凹陷部位的一側開有通孔，采集發射模塊也內置于安裝槽內，采集發射模塊的無線發射天線穿設于通孔中，安裝槽上設有蓋板，蓋板連接于被測履帶板上， 蓋板邊緣與履帶板的接觸部位密封，
所述的上位機包括后臺和具有無線接收功能的控制單元。煤礦采掘機械履帶行走系統載荷歷程非接觸監測方法，基于上述的煤礦采掘機械履帶行走系統載荷歷程非接觸監測裝置完成，應變片采集的信號經過采集發射模塊以無線方式傳輸到上位機的控制單元，控制軟件將接收到的數據存入后臺建立數據庫，1、2.... η種工況，對應的某一位置的應變片采集的信號，也即應變測量值
2··· ε η，因為某一履帶板在整個運行周期中不同位置截面積并非常數，設有m個不同位置，形成截面積矩陣(mXn)，對數據進行處理，目標函數如下
’ =￡剛 (1)
式中F為載荷，f為應變測量值，S為應變片粘貼處實際受力截面積值，E為履帶板所用材料的彈性模量。通過式(1)得到不同工況履帶行走系統某一位置的載荷譜。本發明實現了對履帶行走機構的無線實時在線監測，得到履帶的受力狀況，通過后處理軟件進一步對信號進行相應的分析和處理，利用載荷識別技術得到不同工況下履帶的載荷歷程，最后利用一維載荷譜的編制理論VB程序設計語言，可以得到不同工況履帶鏈各個位置的載荷譜，進而獲得能反映履帶行走機構物理狀態和特性方面的有用信息，大大的提高了履帶行走機構監測的自動化程度。本發明目的在于提高對履帶行走機構的結構損壞和突發事件的反應速度，縮短故障監測和維修時間，做到早發現、早維修，增加正常的工作時間，提高生產效率。通過將現代自動化控制、計算機網絡、無線通訊、載荷識別等多種技術相結合，改變了原來由于各種限制而無法實時監測的困擾，實現履帶行走機構聯網自動監測控制智能化和管理網絡化。履帶行走機構現場試驗實測載荷一時間歷程，是一個連續的受多種因素影響的隨機過程。對這類呈明顯隨機性分布特點的載荷數據，使用無線應變電測技術，得到不同工況下各個位置的應變變化值，通過相應的計算分析軟件得到真實載荷，借助目前普遍使用的概率統計方法及VB程序設計語言進行載荷譜編制，把實測原始隨機載荷數據簡化，得到能反映構件真實受載情況的“典型載荷譜”。隨著無線通信技術在諸多領域的廣泛應用，許多原本獨立的設備和系統開始與無線局域網互聯，使越來越多的設備進行遠距離傳輸信息成為可能。履帶行走機構非接觸監
4測系統就為這種設備信息資源的共享提供了物質手段。在采掘機械和工程機械等領域有著迫切的需求和廣闊的市場，作為檢測系統中重要環節的數據采集和傳輸技術也發生了巨大的變化。相比于傳統的數據傳輸方式，無線傳輸方式不考慮長距離傳輸線纜以及線纜無法安裝等問題，節省了大量線纜，并且降低施工難度和系統成本，特別適合人員很不方便到達的區域，應用前景巨大。本發明具有如下有益效果利用現有的網絡資源，發揮網絡覆蓋率高、價格便宜、 傳輸特性好等優勢，為數據采集提供一種便捷的無線數據傳輸方式，通過對零件的應力、應變應力的測試得到各個工況下履帶的載荷歷程，進而得到載荷譜，能掌握履帶的受力規律， 為疲勞壽命預測提供依據，隨時掌握履帶式機械承載結構工作時的技術狀態，實現了對履帶行走機械結構的長期在線監測。不但可以提高監測的自動化程度，還可以節約大量的人力和資金，方便快捷，有較高的實用價值和經濟價值。
圖1為本發明所述非接觸監測裝置的示意2為履帶板內置下位機的結構示意圖
圖3為本發明所述非接觸監測方法的流程4為履帶各支段示意圖
圖中1-履帶行走系統，2-下位機，3-上位機，4-被測履帶板，5-蓋板，6-螺釘，7-墊圈，8-采集發射模塊，9-應變計，10-電源模塊，11-安裝槽，12-通孔，13-自由支段，14-弧形支段，15-支持支段，16-工作支段。
具體實施例方式履帶行走系統載荷歷程非接觸監測方法包括履帶行走機構下位機的合理布置、無線數據傳輸系統的應用和載荷歷程數據的識別。所述的無線數據傳輸系統的應用，包括下位機的集成配置、上位機對下位機的參數設置和采集控制以及無線網絡傳輸的實現。所述的上位機包括后臺和具有無線接收功能的控制單元。下位機2內置于履帶行走系統履帶行走系統1，下位機2包括應變計9以及與應變計9連接的具有無線發射功能的采集發射模塊8，履帶行走系統1上至少兩塊被測履帶板4的中間開有安裝槽11，履帶行走系統初始位置時，開有安裝槽11的兩塊被測履帶板分別對應于工作支段16和支持支段15，安裝槽11的中間部位貼設應變計9，安裝槽11對應被測履帶板4凹陷部位的一側開有通孔12，采集發射模塊8也內置于安裝槽11內，采集發射模塊8的無線發射天線穿設于通孔12中，安裝槽11上設有蓋板5，蓋板5連接于被測履帶板4上，蓋板5邊緣與被測履帶板4的接觸部位密封。履帶分為自由支段，弧形支段，支持支段，其中被牽引力拉緊的自由支段稱作工作支段。履帶測點的布置，考慮在工作過程中受力主要在工作支段和支持支段，因此測試過程中應至少在工作支段和支持支段上分別布置一套無線采集裝置，如果條件允許也可以多布置幾個測點，以便最大程度反應履帶工作過程中的載荷歷程。應變片要求具有抗腐蝕、抗濕度、性能穩定、可靠性高的特點；采集發射模塊由調理模塊、低通濾波器、A/D轉換器、控制器及存儲芯片等組成，實現信號的調理、采集及記錄等功能；電源模塊主要為采集發射模塊供電；下位機的集成配置共同封裝組成無線傳感器。上位機主要由控制器和計算機組成， 實現對下位機的參數設置和采集控制。應變片采集的信號經過無線傳感器放大濾波后利用其所嵌入的微處理器對信號進行提取，然后再以無線的方式可靠地傳輸到上位機的控制單元，控制單元將采集到的數據傳向后臺，后臺軟件將數據存入數據庫。采集完成后，后臺軟件可以通過數據庫完成數據的整理等工作。所述的載荷歷程數據的識別，旨在通過分析軟件根據已知的輸出和系統特性，求解系統的輸入特性。履帶行走機構載荷的大小、次數及頻率具有隨機性，其特點是載荷大小不可預測，不會重復，數值沒有確定的函數表達式，但大量重復作業過程中，隨機載荷變化有其內在的統計規律，通過對采集的數據進行零點偏差校正、畸點消除、無效幅值省略等處理，根據隨機過程理論，應用概率統計方法，研究功率譜法，編制載荷譜。根據應力的定義其物理意義為在單位截面積上所受的內力，設系統需要識別的載荷為F，應力為0，則載荷和應力之間有如下關系
權利要求
1.一種煤礦采掘機械履帶行走系統載荷歷程非接觸監測裝置，其特征在于其包括上位機(3)以及內置于履帶行走系統(1)被測履帶板(4)的下位機(2)，所述的下位機(2)包括應變計(9)以及與應變計(9)連接的具有無線發射功能的采集發射模塊(8)，履帶行走系統(1)上至少兩塊被測履帶板(4)的中間開有安裝槽(11)，履帶行走系統處于初始位置時，開有安裝槽(11)的兩塊被測履帶板(4)分別對應于工作支段 (16)和支持支段(15)，安裝槽(11)的中間部位貼設應變計(9)，安裝槽(11)對應被測履帶板(4)凹陷部位的一側開有通孔(12)，采集發射模塊(8)也內置于安裝槽(11)內，采集發射模塊(8)的無線發射天線穿設于通孔(12)中，安裝槽(11)上設有蓋板(5)，蓋板(5)通過螺釘(6)和墊圈(7)連接于被測履帶板(4)上，蓋板(5)邊緣與被測履帶板(4)的接觸部位密封，所述的上位機包括后臺和具有無線接收功能的控制單元。
2.一種煤礦采掘機械履帶行走系統載荷歷程非接觸監測方法，基于如權利要求1所述的煤礦采掘機械履帶行走系統載荷歷程非接觸監測裝置完成，其特征在于應變片采集的信號經過采集發射模塊以無線方式傳輸到上位機的控制單元，控制軟件將接收到的數據存入后臺建立數據庫，假設有1、2. . . . η種工況，對應的某一位置的應變片采集的信號，也即應變測量值Epf2H^n，因為某一履帶板在整個運行周期中不同位置截面積并非常數，設有m個不同位置，形成截面積矩陣 (mXn)，對數據進行處理，目標函數如下式中F為載荷，f為應變測量值，S為應變片粘貼處實際受力截面積值，E為履帶板所用材料的彈性模量，通過式(1)得到不同工況履帶行走系統不同位置的載荷譜。
全文摘要
本發明屬于煤礦采掘機械履帶行走機構監測的技術領域，具體涉及一種煤礦采掘機械履帶行走系統荷載歷程非接觸監測裝置及方法，發明目的提供一種可靠性高、穩定性好的履帶機械行走機構監測方法和載荷識別技術，及時提供履帶行走機構的載荷歷程，以確保履帶行走機構的質量和使用壽命。監測裝置，包括上位機以及內置于履帶行走系統被測履帶板的下位機，下位機包括應變計以及與應變計連接的具有無線發射功能的采集發射模塊，上位機包括后臺和具有無線接收功能的控制單元。本發明的有益效果隨時掌握履帶式機械承載結構工作時的技術狀態，實現了對履帶行走機械結構的長期在線監測，節約大量的人力和資金，方便快捷，有較高的實用價值和經濟價值。
文檔編號G01L5/00GK102562059SQ201110438448
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月24日 優先權日2011年12月24日
發明者劉映剛, 宋揚, 康鵬, 張宏, 張振, 張曉鹍, 張禮才, 朱大鵬, 楊韜仁, 梁大海, 郭治富 申請人:中國煤炭科工集團太原研究院, 山西天地煤機裝備有限公司