模擬井下煤壁內應力測試系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及煤礦機械領域，具體地說是一種模擬井下煤壁內應力測試系統。
【背景技術】
[0002]為保證滾筒采煤作業的順利進行，常需要對采煤機各部件的受力情況進行實時監測與記錄，并將記錄結果分析后用于指導新型采煤機的生產制造，為此需要在采煤機的相應部位安裝相應的監測裝置。現有的采煤機參數檢測系統主要用于截割齒、滾筒、導向滑靴、平滑靴、刮板輸送機等主要部位的檢測。
[0003]綜采工作面井下采煤機設計需要測試煤巖截割力、采煤機與煤壁沖擊力、應力波傳播范圍及傳播速度的測量，但由于井下環境復雜，根本不可能于開采前在煤壁中安裝傳感器，即使不考慮資金、施工安全、施工難度的問題，在原有煤壁內增設傳感器，勢必會影響原有的煤壁內結構，根本無法得到準確的測量結果，為此，建立一個與實際煤壁在空間上滿足1:1比例、物理性能參數與實際煤巖相同、內部按矩陣形式布置多組三向力傳感器的模擬煤壁，并建立相應的數據采集、處理平臺，以實現對煤壁沖擊力、煤壁內應波傳遞、煤壁內應波傳播速度、煤壁內應波傳播范圍等進行檢測，檢測結果可為采煤工藝參數確定和相關安全管理措施的制定提供指導。
[0004]井下采煤作業過程通常會涉及到煤壁垮落范圍、采煤機與煤壁沖擊力、應力波傳播范圍及傳播速度的測量等參數，但由于井下環境復雜，根本不可能于開采前在煤壁中安裝傳感器，即使不考慮資金、施工安全、施工難度的問題，在原有煤壁內增設傳感器，勢必會影響原有的煤壁內結構，根本無法得到準確的測量結果。如申請公布號為CN102964143A的發明專利公開了 “一種多截齒參數可調式旋轉截割煤巖實驗裝置”，包括液壓系統、電控箱、橫縱向進給機構、轉速轉矩儀、聯軸器、截割電機、截割機構、滑環、底座、減速器、測力裝置、模擬煤壁等部分。調整萬能角度齒座內截齒空間角度和截割臂幾何參數至測試要求后，截割電動機經減速器、轉速轉矩儀驅動截割臂旋轉，采用變頻調速方法改變截割臂轉速，由變量泵控制液壓缸實現截割臺架進給運動。被測信號經傳感器、無線或多路滑環傳輸到計算機，進行記錄存儲，實現采掘機械煤巖截割時的三向力和截割扭矩的測試。該技術方案雖然在一定程度上解決了多截齒旋轉截割、截割幾何參數和運動參數難調整以及信號不易采集等難題。但是，在截割時模擬煤壁所受的力學特性參數仍無法測定。為此，亟需一種煤礦井下環境的煤壁模型。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的是提供一種模擬井下煤壁內應力測試系統，從根本上解決了上述問題，其具有結構簡單、使用方便、易于操控、數據檢測直觀、檢測結果可靠等優點。
[0006]本實用新型的目的是這樣實現的:該模擬井下煤壁內應力測試系統包括截割齒受力檢測系統、滾筒扭矩檢測系統以及模擬煤壁數據采集平臺，其技術要點是:所述截割齒受力檢測系統包括截割組件、A/D轉換器、數據存儲器、發射模塊、接收模塊、顯示屏；其中，截割組件包括螺旋滾筒以及沿周向固定在滾筒上的截齒單元，截齒單元包括硬質合金頭、卡環、齒套、齒座、卡塊，截齒單元通過卡塊固定在滾筒的螺旋葉片上；硬質合金頭末端插入齒座內，并通過外部套接卡環的齒套固定；齒座底部設有圓盤結構，圓盤底部車出直徑小于圓盤的圓柱結構，圓柱結構中部銑出內接在圓柱圓形截面內的正八邊形柱結構，圓柱結構下部外壁上加工位于正八邊形柱各側面中線上的導線槽，在正八邊形柱的相同位置上分別間隔安裝應變片和應變花；卡塊為帶有內腔的半封閉結構，卡塊上加工一對與內腔相通的卡塊銷孔及導線孔，圓柱結構底部加工安裝塊，安裝塊上設有一對與卡塊銷孔相配合的安裝塊銷孔，齒座底部的安裝塊插入卡塊內腔中，并通過固定銷限位，另一端通過圓盤結構限位將卡塊內腔密封；應變片與應變花的導線沿導線槽向下布線，匯總后由卡塊的導線孔引出與位于滾筒內的A/D轉換器相連；
[0007]滾筒扭矩檢測系統包括截割電機、電機輸出軸齒輪、與電機輸出軸齒輪順次嗤合的主動輪I和主動輪I1、與主動輪II同軸設置的主動輪II1、與主動輪III順次嚙合的惰輪I?II1、與惰輪III嚙合的行星輪、與行星輪同軸設置的滾筒齒輪、由滾筒齒輪驅動的滾筒；其中，惰輪III的轉軸為銷軸傳感器，銷軸傳感器外設有軸承，軸承限位在蓋板內，銷軸傳感器的一端通過銷軸定位螺桿限位在蓋板上；
[0008]模擬煤壁數據采集平臺包括位于模擬煤壁頂部的壓板、用于驅動壓板的液壓缸、呈矩陣式分布在模擬煤壁內的三向內應力傳感器，模擬煤壁為根據煤礦井下煤巖硬度饒筑而成的煤巖混合物。
[0009]首先對待實驗采煤區的地質條件進行取樣，然后通過澆筑的方式制備與該地區地質條件極為相近的煤壁層，并將壓力傳感器等間隔的安裝在煤壁內，進一步通過液壓泵模擬煤層上方的土層壓力，使試驗結果更加準確可靠。因此可實現地上模擬井下復雜的工況環境。相較于現有的現有技術的模擬測量裝置，還可通過模擬煤壁內的傳感器，進一步測量截齒在截割過程中煤壁垮落范圍、采煤機與煤壁沖擊力、應力波傳播范圍及傳播速度的測量等參數，為優化采煤機作業參數提供可靠依據。同時，在煤壁內應力測量的同時，同步測量了截割齒應力與滾筒受力的情況，可進一步分析在煤壁內產生相應力學特性的同時，截割機構的受力情況，為采煤機的優化制造提供可靠的依據。
【附圖說明】
[0010]圖1為本實用新型滾筒的外觀結構示意圖；
[0011]圖2為本實用新型截割組件的爆炸結構示意圖；
[0012]圖3為本實用新型截割頭的信號傳輸原理示意圖；
[0013]圖4為本實用新型截割頭部分信號傳輸電路的結構示意圖；
[0014]圖5為本實用新型截割傳動系統的結構示意圖；
[0015]圖6為本實用新型惰輪軸傳感器的受力示例圖；
[0016]圖7為模擬煤壁內的傳感器分布位置示意圖；
[0017]圖8為模擬煤壁的主視結構示意圖。
[0018]附圖標記說明:1滾筒、2截齒單元、3螺旋葉片、4硬質合金頭、5卡環、6齒套、7齒座、8應變花、9應變片、10導線槽、11安裝塊銷孔、12固定銷、13卡塊銷孔、14導線孔、15卡士夬、16安裝塊、17發射模塊、18接收模塊、19顯示屏、20電源模塊、21A/D轉換器、22數據存儲器、23截割電機、24電機輸出軸齒輪、25主動輪1、26主動輪I1、27主動輪II1、28惰輪1、29惰輪I1、30惰輪II1、31滾筒齒輪、32行星輪、33軸承、34銷軸傳感器、35惰輪軸定位螺桿、36蓋板、37三向內應力傳感器、38模擬煤壁、39壓板、40液壓缸、41右壓板、42右液壓缸、43左壓板、44左液壓缸、45左底板、46左滑座、47左支撐板、48右底板、49右滑座、50右支撐板、51右拉移油缸、52上支撐板、53左拉移油缸、54數據處理與顯示單元。
【具體實施方式】
[0019]以下結合圖1?8，通過具體實施例詳細說明本實用新型的內容。該模擬井下煤壁內應力測試系統包括截割齒受力檢測系統、滾筒扭矩檢測系統以及模擬煤壁數據采集平臺。
[0020]I)截割齒受力檢測系統
[0021]該系統包括截割組件、A/D轉換器、數據存儲器、發射模塊17、接收模塊18、顯示屏19等部件。其中，截割組件包括螺旋滾筒I以及沿周向固定在滾筒I上的截齒單元2，截齒單元包括硬質合金頭4、卡環5、齒套6、齒座7、卡塊14等部件，截齒單元通過卡塊固定在滾筒I的螺旋葉片3上。硬質合金頭末端插入齒座內，并通過外部套接卡環的齒套固定。齒座底部設有圓盤結構，圓盤底部車出直徑小于圓盤的圓柱結構，圓柱結構中部銑出內接在圓柱圓形截面內的正八邊形柱結構，圓柱結構下部外壁上加工位于正八邊形柱各側面中線上的導線槽10，在正八邊形柱的相同位置上分別間隔安裝應變片9和應變花8。卡塊15為帶有內腔(圖中角度未示出)的半封閉結構，卡塊15上加工一對與內腔相通的卡塊銷孔13及導線孔14，圓柱結構底部加工安裝塊16，安裝塊16上設有一對與卡塊銷孔13相配合的安裝塊銷孔11，齒座底部的安裝塊16插入卡塊15內腔中，并通過固定銷15限位，另一端通過圓盤結構限位將卡塊內腔密封。應變片9與應變花8的導線沿導線槽10向下布線，匯總后由卡塊14的導線孔16引出與位于滾筒內的A/D轉換器相連。
[0022]電源模塊20的正負極通過導線分別與A/D轉換器21、數據存儲器22、發射模塊17的正負極相連，為A/D轉換器21供電、數據存儲器22供電、發射模塊供電。電源模塊20的正極通過導線與應變片9或應變花8 (圖中未示出，其連接關系同應變片)的正極相連，應變片23或應變花的負極通過導線與A/D轉換器21的信號輸入端負極相連，A/D轉換器21的信號輸入端正極與電源模塊20的負極相連，此回路構成了三向力檢測的模擬量采集回路。A/D轉換器21的信號輸出端正極通過導線與數據存儲器22的信號輸入端正極相連，A/D轉換器21的信號輸出端負極通過導線與數據存儲器22的信號輸入端負極相連，此回路通過A/D轉換器21得到的三向力測量值實時存儲到數據存儲器22中，數據存儲器22的信號輸出端正極通過導線與發射模塊的信號輸入端正極相連，數據存儲器22的信號輸出端負極通過導線與發射模塊的信號輸入端負極相連，此回路將數據存儲器22中的三向力測量值實時傳