專(zhuān)利名稱(chēng)：多截齒參數(shù)可調(diào)式旋轉(zhuǎn)截割煤巖實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專(zhuān)利涉及一種煤巖截割實(shí)驗(yàn)裝置，特別是涉及采掘機(jī)械類(lèi)旋轉(zhuǎn)截割煤巖的三向力和截割扭矩的實(shí)驗(yàn)裝置，屬于機(jī)械測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，采用計(jì)算機(jī)檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理，具有截割參數(shù)可調(diào)整、多截齒旋轉(zhuǎn)截割的實(shí)驗(yàn)功能。
背景技術(shù)：
我國(guó)是貧油富煤，且以煤為絕對(duì)第一能源的國(guó)家，煤炭產(chǎn)量占全世界總產(chǎn)量的近50%，采掘機(jī)械是煤炭生產(chǎn)的核心裝備之一，在保障煤礦安全高效生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)集約化開(kāi)采起著關(guān)鍵的作用，而采掘機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)——螺旋滾筒是直接與煤巖相互作用的部分，其性能的優(yōu)劣是影響采掘機(jī)械工作效能重要因素之一，而螺旋滾筒的運(yùn)動(dòng)參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)、滾筒上截齒布置安裝參數(shù)以及煤層煤質(zhì)條件決定著滾筒工作性能。因此，截齒的截割實(shí)驗(yàn)研究 至關(guān)重要，不但可直接獲得給定條件下滾筒截割負(fù)載、進(jìn)行性能預(yù)測(cè)，而且可以在理論上利用截齒截割負(fù)載的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建立實(shí)驗(yàn)與理論綜合性的力學(xué)模型和混沌動(dòng)力學(xué)模型，從而可以進(jìn)一步研究煤巖破碎機(jī)理與條件、工作性能指標(biāo)評(píng)價(jià)方法，為截割狀態(tài)和裝煤機(jī)理的模擬仿真奠定基礎(chǔ)，為進(jìn)行個(gè)性化螺旋滾筒設(shè)計(jì)，保障螺旋滾筒具有高強(qiáng)度壽命(耐磨性)、低能耗奠定基礎(chǔ)。目前，截齒的截割實(shí)驗(yàn)裝置大都是單截齒、直線(xiàn)截割，且參數(shù)不可調(diào)或有限調(diào)整，不能真實(shí)反映實(shí)際截割工況，測(cè)得的數(shù)據(jù)與實(shí)際偏差較大。

發(fā)明內(nèi)容
本專(zhuān)利提供一個(gè)更加真實(shí)地反映采掘機(jī)械截割工況，準(zhǔn)確測(cè)量出采掘機(jī)械螺旋滾筒及截齒在不同參數(shù)、煤質(zhì)條件下的截割阻力矩和截齒三向力。本實(shí)驗(yàn)裝置采用轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩儀直接來(lái)檢測(cè)截齒截割阻力矩，采用壓電陶瓷力傳感器或電阻應(yīng)變片測(cè)量截齒三向力，通過(guò)無(wú)線(xiàn)或多路滑環(huán)檢測(cè)數(shù)據(jù)傳送，并由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，給出截割阻力矩和三向阻力變化曲線(xiàn)。由電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩儀驅(qū)動(dòng)截割臂(安裝有截齒)旋轉(zhuǎn)，采用驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速方法調(diào)節(jié)截割臂轉(zhuǎn)速，再由變量泵控制液壓缸實(shí)現(xiàn)截割臺(tái)架進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，切入煤壁的進(jìn)給速度人為設(shè)定，速度傳感器反饋，自動(dòng)調(diào)速或手動(dòng)調(diào)速，實(shí)現(xiàn)多齒旋轉(zhuǎn)煤巖截割的三向截割阻力的測(cè)試。多個(gè)萬(wàn)能角度齒座及截齒安裝在截割臂上，通過(guò)調(diào)整萬(wàn)能齒座各方向上的內(nèi)外花鍵套應(yīng)用差齒原理實(shí)現(xiàn)調(diào)整截齒的空間角度(如切向安裝角、軸向傾斜角)。通過(guò)截割臂上的內(nèi)外花鍵套及截割軸上軸套調(diào)整截齒周向齒間夾角。在截割臂上采用雙列柱銷(xiāo)定位結(jié)構(gòu)調(diào)整截割臂伸縮長(zhǎng)度。在假煤壁的上方采用多個(gè)聯(lián)動(dòng)的液壓缸，實(shí)現(xiàn)煤層頂板的礦壓模擬，模擬出更接近實(shí)際的截割工況。多截齒截割參數(shù)可調(diào)式的煤巖截割實(shí)驗(yàn)裝置基本組成見(jiàn)附圖1，包括液壓泵站和電控箱I、進(jìn)給機(jī)構(gòu)(縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)2和橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)6)、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩儀3、聯(lián)軸器4、截割電機(jī)5、截割軸8、截割機(jī)構(gòu)(截割臂11和萬(wàn)能角度齒座12等)、滑環(huán)7、底座9、減速器10、測(cè)力裝置13、模擬煤壁14以及液壓缸15等主要部分。進(jìn)給機(jī)構(gòu)分為上下兩層，下層為縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)2，沿底座導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)截深方向進(jìn)給，上層為橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)6，沿橫向進(jìn)給導(dǎo)軌做牽引方向進(jìn)給，兩者由液壓泵站I控制，并實(shí)現(xiàn)進(jìn)給速度調(diào)控。截割電動(dòng)機(jī)5經(jīng)聯(lián)軸器4與減速器10與輸入軸相連，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩儀3左右兩端經(jīng)聯(lián)軸器4分別與減速器10輸出軸和截割軸8相連，截割軸安裝有3個(gè)長(zhǎng)度可調(diào)的截割臂11，而萬(wàn)能角度齒座12安裝在截割臂9上，三個(gè)方向測(cè)力傳感器安裝在萬(wàn)能角度齒座12的過(guò)渡齒座后面(詳見(jiàn)附圖3)，檢測(cè)的截齒截割力(壓力)變化信號(hào)經(jīng)截割軸8上的多通道過(guò)孔式滑環(huán)傳出，經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換器傳輸給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。截割機(jī)構(gòu)見(jiàn)附圖2，主要由截割臂(包括伸縮臂16和固定臂17)、配重18和萬(wàn)能角度齒座19組成。固定臂軸孔為花鍵形式，內(nèi)裝內(nèi)外花鍵套，用來(lái)調(diào)整截齒間圓周方向的距離(即調(diào)整滾筒上葉片的螺旋角)，截割臂間的軸向距離通過(guò)改變截割軸上的調(diào)整套調(diào)整(即實(shí)現(xiàn)調(diào)整截齒的截線(xiàn)距)。固定臂17上有多排銷(xiāo)孔，用來(lái)調(diào)整伸縮臂16的伸出長(zhǎng)度，并用銷(xiāo)軸固定，以達(dá)到不同滾筒直徑的截割要求。萬(wàn)能角度齒座結(jié)構(gòu)見(jiàn)附圖3，截齒23經(jīng)齒套22裝入過(guò)渡齒座內(nèi)，3個(gè)方向的壓力傳感器安裝在測(cè)力裝置20內(nèi)，用來(lái)檢測(cè)齒套22上傳遞來(lái)的三向力?；ㄦI軸24經(jīng)內(nèi)外花鍵 套26與調(diào)整齒座27相連，調(diào)整墊25可調(diào)整過(guò)渡齒座的高度，通過(guò)調(diào)整花鍵軸24和內(nèi)外花鍵套26的相對(duì)位置，調(diào)整截齒的二次旋轉(zhuǎn)角度，調(diào)好后由鎖緊套28鎖緊。花鍵軸29經(jīng)內(nèi)外花鍵套31與調(diào)整齒座30相連，用來(lái)調(diào)整截齒的安裝角，調(diào)好后由鎖緊套32鎖緊，從而實(shí)現(xiàn)截齒各向角度的調(diào)整。壓電陶瓷傳感器的測(cè)力裝置見(jiàn)附圖4，截齒23安裝在齒套22上，齒套22尾部為方形，與壓電陶瓷力傳感器33、34和35接觸，采集截齒的三向力。電阻應(yīng)變片傳感器的測(cè)力裝置見(jiàn)附圖5，截齒23安裝在齒套22上，齒套22尾部銑出平面用于粘貼電阻應(yīng)變片。電阻應(yīng)變片36、37和39分別組成橋是電路，用來(lái)檢測(cè)阻值的變化，從而采集截齒的三向力。螺桿38用來(lái)支撐齒套尾部，調(diào)整其伸出長(zhǎng)度，形成齒套尾部支點(diǎn)。


圖I是多截齒截割參數(shù)可調(diào)式的煤巖截割實(shí)驗(yàn)裝置基本組成圖；圖2是截割機(jī)構(gòu)三維實(shí)體圖；圖3是萬(wàn)能角度齒座三維結(jié)構(gòu)圖；圖4是采用壓電陶瓷傳感器的測(cè)力裝置結(jié)構(gòu)圖；圖5是采用電阻應(yīng)變片傳感器的測(cè)力裝置結(jié)構(gòu)圖。圖中I是液壓泵站和電控箱；2是縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)；3是轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩儀；4是聯(lián)軸器；5是截割電機(jī)；6是橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)；7是滑環(huán)；8是截割軸；9是底座；10是減速器；11是截割臂11 ; 12是萬(wàn)能角度齒座；13是測(cè)力裝置；14是模擬煤壁；15是液壓缸15 ; 16是伸縮臂；17是固定臂；18是配重；19是萬(wàn)能角度齒座；20是測(cè)力裝置；21是過(guò)渡齒座；22是齒套22 ；23是截齒；24是花鍵軸；25是調(diào)整墊；26是內(nèi)外花鍵套；27是調(diào)整齒座；28是鎖緊套；29是花鍵軸；30是調(diào)整齒座；31是內(nèi)外花鍵套；32是鎖緊套；33、34、35是壓電陶瓷力傳感器；36、37、39是電阻應(yīng)變片；38是螺桿。
具體實(shí)施例方式實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先調(diào)整截割臂的伸出半徑、截齒的空間角度和截齒截線(xiàn)距，模擬所需測(cè)定滾筒的幾何參數(shù)。其次，模擬煤壁的液壓缸通壓力油，使煤巖承受一定的壓力(模擬礦壓)。然后順序啟動(dòng)截割電機(jī)和牽弓I電機(jī)，使截割臂旋轉(zhuǎn)并在橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的牽弓I下接近并開(kāi)始截割煤壁。截割臂的轉(zhuǎn)速可通過(guò)變頻電機(jī)及減速裝置來(lái)調(diào)整，牽引速度的改變通過(guò)調(diào)整變量泵控制液壓 缸來(lái)實(shí)現(xiàn)，完成滾筒運(yùn)動(dòng)參數(shù)的模擬。截齒上受到的截割阻力、牽引阻力及側(cè)向力經(jīng)傳感器采集并放大后傳送給信號(hào)采集系統(tǒng)，信號(hào)采集系統(tǒng)將傳輸過(guò)來(lái)的信號(hào)存儲(chǔ)記錄，供分析使用。與此同時(shí)，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩儀同步記錄截割臂所受的扭矩。當(dāng)需測(cè)定其他截割工況時(shí)，重復(fù)上述步驟，改變實(shí)驗(yàn)裝置中的幾何參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)既可重新測(cè)定。
權(quán)利要求
1.一種多截齒參數(shù)可調(diào)式旋轉(zhuǎn)煤巖截割裝置，其技術(shù)特征在于采用多截齒旋轉(zhuǎn)截割、幾何參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)可調(diào)。
2.根據(jù)權(quán)利I所述的幾何參數(shù)可調(diào)包含萬(wàn)能角度齒座角度調(diào)整方法。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)整方法，利用齒座上內(nèi)外花鍵套齒數(shù)相差一齒，實(shí)現(xiàn)差齒傳動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的調(diào)整方法，調(diào)整時(shí)，花鍵軸相對(duì)內(nèi)外花鍵套正向旋轉(zhuǎn)η個(gè)齒數(shù)，然后內(nèi)外花鍵套相對(duì)調(diào)整齒座反向旋轉(zhuǎn)η個(gè)齒數(shù)，故實(shí)際調(diào)整角度Φ為
5.根據(jù)權(quán)利I所述的幾何參數(shù)可調(diào)包含截割臂的調(diào)整方法。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的調(diào)整方法，截割臂徑向的調(diào)整，是通過(guò)調(diào)整伸縮臂相對(duì)固定臂的伸出長(zhǎng)度確定，并用雙列圓柱銷(xiāo)固定；截割臂上齒座間的周向夾角調(diào)整，是通過(guò)調(diào)整固定臂、內(nèi)外花鍵套及截割軸三者之間的相對(duì)位置獲得，調(diào)整方法同萬(wàn)能角度齒座的調(diào)整方法；截線(xiàn)距的調(diào)整，是通過(guò)改變各截割臂間的軸套大小來(lái)獲得。
7.根據(jù)權(quán)利I所述的運(yùn)動(dòng)參數(shù)可調(diào)包含速度調(diào)整機(jī)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的調(diào)整方法，采用驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速方法調(diào)節(jié)截割臂轉(zhuǎn)速，采用變量泵控制液壓缸實(shí)現(xiàn)截割臺(tái)架橫向及縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，人為設(shè)定進(jìn)給速度，速度傳感器反饋，自動(dòng)調(diào)速或手動(dòng)調(diào)速。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的實(shí)驗(yàn)裝置，能同時(shí)測(cè)試三向力和截割扭矩。
10.根據(jù)權(quán)利9所述的三向力測(cè)試裝置，使用壓電陶瓷力傳感器或電阻應(yīng)變片式傳感器采集截齒上三向力的結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利9所述的截割扭矩測(cè)試裝置，采用轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩儀直接檢測(cè)截齒截割阻力矩的方法。
12.—種礦壓模擬的方法,在模擬煤壁的上方米用多個(gè)聯(lián)動(dòng)液壓缸,使米空區(qū)和未開(kāi)采區(qū)礦壓不同，實(shí)現(xiàn)井下煤層頂板的礦壓模擬。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采掘機(jī)械類(lèi)旋轉(zhuǎn)截割煤巖的三向力和截割扭矩的實(shí)驗(yàn)裝置，屬于機(jī)械測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明主要包括液壓系統(tǒng)、電控箱、橫縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩儀、聯(lián)軸器、截割電機(jī)、截割機(jī)構(gòu)、滑環(huán)、底座、減速器、測(cè)力裝置、模擬煤壁等部分。調(diào)整萬(wàn)能角度齒座內(nèi)截齒空間角度和截割臂幾何參數(shù)至測(cè)試要求后，截割電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩儀驅(qū)動(dòng)截割臂旋轉(zhuǎn)，采用變頻調(diào)速方法改變截割臂轉(zhuǎn)速，由變量泵控制液壓缸實(shí)現(xiàn)截割臺(tái)架進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。被測(cè)信號(hào)經(jīng)傳感器、無(wú)線(xiàn)或多路滑環(huán)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，進(jìn)行記錄存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)采掘機(jī)械煤巖截割時(shí)的三向力和截割扭矩的測(cè)試。本發(fā)明有效地解決了多截齒旋轉(zhuǎn)截割、截割幾何參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)難調(diào)整以及信號(hào)不易采集等難題。
文檔編號(hào)G01L1/16GK102967476SQ20121044218
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月17日
發(fā)明者劉春生, 于信偉, 王桂榮 申請(qǐng)人:黑龍江科技學(xué)院