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采煤
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摘要
采煤机是综采工作面中的核心机械，担负着割煤、装煤任务，采煤机的工作状态的好坏对煤炭的开采有很大影响。我国能源主要是煤炭，煤炭对于炼钢炼铁和取暖都有着重要的作用，煤炭的开采量可以衡量一个国家的工业水平，因此对于采煤机的研究很重要采煤机井下工作时候的主要节点的应力应变决定采煤机能否正常工作。
由于采煤机工作的环境和工作地点的特殊性和复杂性，使采煤机的参数测量与其他大型机械有很大差别现在有很多针对采煤机的各种设计，采煤机各个工作节点的工作参数和受力对于采煤工作的正常有序的进行起着至关重要的作用，因此对于采煤机关键节点工作参数和应力的测试很有意义，本次设计是采煤机实验测试数据采集系统的设计，是针对西安煤机厂制造的MG500/1130型采煤机工作时候主要工作节点的应力测试系统的设计，通过在各个重要工作节点安置不同种类的传感器来实现采煤机重要节点工作参数的信息测量，考虑到传感器以及相关测试仪器的强度问题所有信号采用应变输出，将传感器接入无线应变采集模块进行数据的采集，再通过无线传输方式将信息传输至屏幕进行显示和分析。采煤机主要工作节点应力的准确测试能保证采煤机正常有序工作以及工作人员的安全，提高生产效率。
关键词: 传感器; 无线应变采集模块; 无线传输; 无线通讯网关; 电桥
目录
1绪论 1
1.1国内外数据采集系统的现状及发展趋势 1
1.2 研究背景和研究意义 2
1.3 设计目的及内容 3
2 数据采集系统硬件研究 4
2.1 概述 4
2.2 有线数据通讯方式 4
2.3 无线数据传输通讯方式 4
2.4 存储卡的离线数据通讯方式 5
3 数据采集系统硬件方案设计 6
3.1液压拉杠拉力测试分析 6
3.1.1测试内容 6
3.1.2测试原理 6
3.1.3测试方法 6
3.2摇臂关键截面应力应变测试 8
3.2.1测试方案 8
3.2.2测试系统描述 8
3.3摇臂与机身连接销轴受力测试分析 11
3.3.1摇臂与连接架销轴受力测试 11
3.3.2连接架与机身销轴受力测试 11
3.3.3 采煤机摇臂受力分析 12
3.3.4测试原理和方法 13
3.3.5测试系统描述 14
3.4 滚筒扭矩测试分析 18
3.4.1概述 18
3.5 截齿三向力测试 22
3.6 导向滑靴受力测试 26
3.6.1导向滑靴销轴受力测试分析 26
3.7 平滑靴力学测试 30
3.8 采煤机电参量 35
3.9 采煤机CAN参数 36
3.10 举升油缸压力测试 37
4 数据传输通讯方案 42
4.1无线数据通讯方式 42
4.2 BeeData 数据分析软件介绍 44
4.2.1 必创BeeData软件单机版体系结构 44
4.2.2 必创BeeData软件单机版工作原理 45
4.2.3 主程序接口说明 45
4.2.4 采集数据显示 46
5 传感器与测试电桥设计 49
5.1传感器概述 49
5.1.1传感器的分类 49
5.2测试电桥 50
6 经济技术分析 54
7 结论 55
致谢 56
参考文献 57
附录A 采煤机整体结构图 59
附录B 采煤机工作状态整体测试方案 60
附录C 译文 61
附录D 外文文献 66
- 内容简介：
-
中文题目采煤机实验测试数据采集系统设计外文题目DESIGNOFDATAACQUISITIONSYSTEMFORCOALMININMGEXPERIMENTTEST毕业设计（论文）共58页（其中外文文献及译文13页）图纸共3张完成日期2015年6月答辩日期2015年6月摘要采煤机是综采工作面中的核心机械，担负着割煤、装煤任务，采煤机的工作状态的好坏对煤炭的开采有很大影响。我国能源主要是煤炭，煤炭对于炼钢炼铁和取暖都有着重要的作用，煤炭的开采量可以衡量一个国家的工业水平，因此对于采煤机的研究很重要采煤机井下工作时候的主要节点的应力应变决定采煤机能否正常工作。由于采煤机工作的环境和工作地点的特殊性和复杂性，使采煤机的参数测量与其他大型机械有很大差别现在有很多针对采煤机的各种设计，采煤机各个工作节点的工作参数和受力对于采煤工作的正常有序的进行起着至关重要的作用，因此对于采煤机关键节点工作参数和应力的测试很有意义，本次设计是采煤机实验测试数据采集系统的设计，是针对西安煤机厂制造的MG500/1130型采煤机工作时候主要工作节点的应力测试系统的设计，通过在各个重要工作节点安置不同种类的传感器来实现采煤机重要节点工作参数的信息测量，考虑到传感器以及相关测试仪器的强度问题所有信号采用应变输出，将传感器接入无线应变采集模块进行数据的采集，再通过无线传输方式将信息传输至屏幕进行显示和分析。采煤机主要工作节点应力的准确测试能保证采煤机正常有序工作以及工作人员的安全，提高生产效率。关键词传感器无线应变采集模块无线传输无线通讯网关电桥IABSTRACTCOALMININGMACHINEISINFULLYMECHANIZEDCOALFACECOREMACHINERY,CHARGEDWITHCUTTINGCOALANDCOAL,COALMININGMACHINEWORKINGSTATEOFTHEQUALITYOFCOALMININGHASAGREATINFLUENCEENERGYINOURCOUNTRYAREMAINLYCOAL,COALFORSTEELMAKINGANDIRONMAKINGANDHEATINGHAVEANIMPORTANTROLE,THEAMOUNTOFCOALMININGCANBEAMEASUREOFACOUNTRYSINDUSTRIALLEVELANDTHEREFOREFORSHEARERISVERYIMPORTANTTOSTUDYTHESHEARERINUNDERGROUNDWORKTIMEMAINNODESSHOULDSTRESSANDSTRAINSHEARERCANWORKNORMALLYBECAUSEOFTHECOMPLEXITYANDPARTICULARITYOFSHEARERWORKINGENVIRONMENTANDWORKINGPLACE,THECOALMININGMACHINEPARAMETERMEASUREMENTANDOTHERLARGEMACHINERYAREVERYDIFFERENTNOWHASALOTOFCOALMININGMACHINEDESIGN,THEWORKINGPARAMETERSOFSHEAREREACHNODEANDFORCEFORTHENORMALWORKOFTHECOALMININGORDERLYPLAYSAVITALROLE,THEREFORETHEKEYNODESOFSHEARERPARAMETERSANDSTRESSTESTISVERYMEANINGFUL,THISDESIGNISTHEDESIGNOFTESTDATAACQUISITIONSYSTEMOFSHEAREREXPERIMENT,ISBASEDONTHETYPEOFMG500/1130COALMININGMACHINEMANUFACTURINGXIANCOALMACHINEFACTORYDESIGNFORCETESTINGSYSTEMSHOULDBETHEMAINWORKTIMENODE,INFORMATIONMEASUREDBYTHESENSORPLACEMENTOFDIFFERENTKINDSINTHEIMPORTANTALLNODESWORKTOACHIEVEANIMPORTANTNODEWORKINGPARAMETERSOFSHEARER,CONSIDERINGTHESTRENGTHOFTHESENSORANDTHEMEASURINGINSTRUMENTUSESALLTHESIGNALOUTPUTOFTHESTRAIN,THESTRAINSENSORACCESSWIRELESSACQUISITIONMODULEFORDATAACQUISITION,ANDTHENTRANSMITINFORMATIONTOTHESCREENDISPLAYANDANALYSISBYTHEWIRELESSTRANSMISSIONMODETHEACCURATETESTOFTHEMAINWORKINGNODESOFTHECOALMININGMACHINECANENSURETHENORMALORDEROFTHECOALMININGMACHINEANDTHESAFETYOFTHESTAFF,IMPROVETHEPRODUCTIONEFFICIENCYKEYWORDSSENSOR；WIRELESSSTRAINACQUISITIONMODULE；WIRELESSTRANSMISSION；WIRELESSCOMMUNICATIONGATEWAY；BRIDGE目录1绪论111国内外数据采集系统的现状及发展趋势112研究背景和研究意义213设计目的及内容32数据采集系统硬件研究421概述422有线数据通讯方式423无线数据传输通讯方式424存储卡的离线数据通讯方式53数据采集系统硬件方案设计631液压拉杠拉力测试分析6311测试内容6312测试原理6313测试方法632摇臂关键截面应力应变测试8321测试方案8322测试系统描述833摇臂与机身连接销轴受力测试分析11331摇臂与连接架销轴受力测试11332连接架与机身销轴受力测试11333采煤机摇臂受力分析12334测试原理和方法13335测试系统描述1434滚筒扭矩测试分析18341概述1835截齿三向力测试2236导向滑靴受力测试26361导向滑靴销轴受力测试分析2637平滑靴力学测试3038采煤机电参量3539采煤机CAN参数36310举升油缸压力测试374数据传输通讯方案4241无线数据通讯方式4242BEEDATA数据分析软件介绍44421必创BEEDATA软件单机版体系结构44422必创BEEDATA软件单机版工作原理45423主程序接口说明45424采集数据显示465传感器与测试电桥设计4951传感器概述49511传感器的分类4952测试电桥506经济技术分析547结论55致谢56参考文献57附录A采煤机整体结构图59附录B采煤机工作状态整体测试方案60附录C译文61附录D外文文献66采煤机实验测试数据采集系统设计01绪论11国内外数据采集系统的现状及发展趋势数据采集系统起始于20设计50年代，1956年美国首先研究了用在军事上的测试系统，目标是测试中不依靠相关的测试文件，由非熟练人员进行操作，并且测试任务是由测试设备高速自动控制完成的。1由于该种数据采集测试系统具有高速性和一定的灵活性可以满足众多传统方法不能完成的数据采集和测试任务，因而得到了初步的认可。大约在60年代后期，国外就有成套的数据采集设备产品进入市场，此阶段的数据采集设备和系统多属于专业的系统。20世纪70年代中后期，随着微型的发展，诞生了采集器，仪表同计算机溶于一体的数据采集系统。由于这种数据采集系统的性能优良，超过了传统的自是这一类的典型代表。这种接口系统采用积木式结构，把相应的接口卡装在专用的机箱内，然后由一台计算机控制。第二类系统在工业现场应用较多。这两种系统中，如果采集测试任务改变，只需将新的仪用电缆接入系统，或将新卡在添加的专业的机箱里即可完成硬件平台中建，如果采集测试任务改变，只需将新的仪用电缆接入系统，或将新卡再添加到专用的机箱即可完成硬件平台重建，显然，这种系统比专用系统灵活得多。20世纪80年代后期，数据采集系统发生了极大的变化，工业计算机，单片机和大规模集成电路的组合，用软件管理，使系统的成本降低，体积减小，功能成倍增加，数据处理能力大大加强。20世纪90年代至今，在国际上技术先进的国家，数据采集技术已经在军事，航空电子设备及宇航技术，工业等领域被广泛应用。由于集成电路制造技术的不断提高，出现了高性能，高可靠性的单片数据采集系统（DAS）。目前有的DAS产品精度已达16位，采集速度每秒达到几十万次以上。数据采集技术已经成为一种专门的技术，在工业领域得到了广泛的应用。该阶段数据采集系统采用更先进的模块式结构，根据不同的应用要求，通过简单的增加和更改模块，并结合系统编程，就可扩展或修改系统，迅速地组成一个新的系统。该阶段并行总线数据采集系统高速，模块化和即插即用方向发展，典型系统有VXI总线系统，PCI,PXI总线系统等，数据位以达到32位总线宽度，采用频率可以达到100MSPS。由于采用了高密度，屏蔽型，针孔式的连接器和卡式模块，可以充分保证其隐定性急可靠性，但其昂贵的价格是阻碍它在自动化领域取得了成功的应用。目前国内数据采集系统已经较国内起初有了很大的发展，但是较国外的数据采集系统来说还是比较落后的，原因是因为微机技术较国外有一定差距，并且传感器在比较精确方面1的数据采集来说还有待完善，数据采集系统在最近几年中得到迅猛发展的条件有两个一是需要科学需要与工业控制向高度自动化发展，二是可能，即微电技术的发展为数据采集系统提供了良好的物质基础，从而使器件像但片化和模块化发展，使仪器本身像智能化发展，而整个系统向着测量与控制一体化发展。进入21世纪以来科学技术发展迅猛尤其是计算机技术达到了空前的发展，多种科学技术的发展就要求工业上有更高要求的数据采集系统，今后微机技术会不断发展与完善，这回促进数据采集系统向着智能化方向发展，数据采集方法多样化，采集信号保存完好性，可分析性。测试器件将向着模块化和单点片化发展，仪器向着智能化发展，软件向着实时高级语言智能化发展，接口向着标准化发展，系统向着测量与控制一体化发展。12研究背景和研究意义随着社会经济技术的发展，现代工业也迅速的发展了起来，特别是进入21世纪以来工业的发展带动一个国家的整体的经济发展，提高生活质量。2煤炭作为不可再生资源是一个国家隐形的财富，工业的发展离不开煤炭的作用，煤炭对于不一个国家工业的发展有着很重要的作用工业发展对于煤炭的开采量有了越来越搞得要求。并且随着社会得进步越来越要求煤矿井下的工作环境和煤矿工作人员的安全，采煤机是煤炭开采低分主要设备，其工作效率决定采煤的质量和效率。采煤机关键工作节点的数据采集是关乎采煤机是否正常工作的重要指标，所以对于采集器工作节点的主要应力应变至关重要。3本次设计是针对采煤机关键节点数据的采集系统的设计，这次设计对于煤矿井下煤炭的开采很有帮助，数据采集系统可以实时的将采煤机工作时的各个节点参数传送到井上上位机，进行实时的数据采集与检测，有助于采煤机的安全高效生产和井下工作人员的人身安全，提高井下作业的工作环境。对于现代井下采煤来说采煤机各个节点的工作参数的测量时必不可少的，因此本设计具有普适性对于煤矿生产很有意义。4当今，工业发展过程中不管是煤炭行业还是其他工业工厂生产过程中，对于主要生产机械和其他机械来说，数据采集也都是非常重要的一点，本设计的设计思路和设计方法，也可以为其他工业生产作为参考借鉴，为其他工业的机械生产带来方便。本次设计所采用的传感器都是比较经典的传感器，通过普通的传感器技术便可以实现这种发杂的数据测试及采集，因此也是具有经济性能和使用性能的。本次设计在工业化地今天工业的机械化生产中尤其在综合开采工作面的采煤过程中意义重大。采煤机实验测试数据采集系统设计213设计目的及内容采煤机械是煤炭开采的重要设备，将会直接决定煤的产量和煤炭开采的经济效益。本次设计题目是采煤机实验测试数据采集系统的设计，为了保证采煤工作顺利高效的进行，采煤机主要工作节点的应力测量非常重要，井上工作人员可以实时的看到采煤机的工作状态，遇到突发事件可以有效的采取行动，本次设计是通过传感器测量进行液压拉杠拉力测试分析、摇臂关键截面应力应变测试、摇臂与机身连接销轴受力测试分析、滚筒扭矩测试分析、截齿三向力测试、导向滑靴受力测试、平滑靴力学测试、举升油缸压力测试。测试过程中采用应变输出，主要应用压力环传感器、应变片和焊接式应变计、销轴传感器、压力变送器等进行采煤机主要节点的应力测量。5由于采煤机在工作过程中很多重要节点位置在不断的变化因此不适合有线数据传输，故采用无线数据通讯方案进行数据的无线传输，通过导线将传感器接入设计好的电桥电路中，将输出端接入无线应变采集模块进行数据的采集，再通过无线网关传到屏幕显示。32数据采集系统硬件研究21概述数据采集多数以应力应变来测量模拟量，对应于煤矿采煤机工作时参数的特殊性，数据处理主要以应变数据为主，传感器选型与设计方面，采用应变模块进行数据采集。针对数据采集的多数据、复杂位置，环境特殊的特点主要分为三类数据；第一类数据是设备本身自带的数据，通过数据传输接口模块对设备本身自带接口数据进行接收，再通过无线网关接口传输至采集终端；第二类数据是通过加装传感器输出的数据，设置数据采集模块，通过采集模块采集后通过无线通讯的方式对数据进行实时传输。6第三类数据是通过加装传感器输出的数据，设置数据采集模块，通过采集模块采集后通过存储的方式对数据存储，离线读取。22有线数据通讯方式有线数据传输，是通过线路来作为信息传输的通道，是用串行的数据传输，其传感器与采集模块连接、采集模块和上位计算机之间都是采用有线连接，有线数据采集主要使用于，不经常移动的地方，有线数据传输的主要优点就是数据采集稳定，准确，成本低。23无线数据传输通讯方式无线数据传输是指利用无线传输模块将工业现场设备输出的各种物理量进行远程传输，无线数据传输主要适用于，工作面移动的场合，或者布线不方便的场合，这种类似的场合采用无线数据传输会非常方便。无线通讯方式原理图如图21所示。图21无线通讯方式原理图FIG21SCHEMATICDIAGRAMOFWIRELESSCOMMUNICATIONMODE采煤机实验测试数据采集系统设计424存储卡的离线数据通讯方式有些工作环境下，有线和无线数据传输都不适合，这时可以采用储存卡的离线数据通讯方式，比如刮板机回空段，会将无线信号屏蔽使信号无法传输出来，这时就不能采用无线数据传输方式来传到数据了，储存卡离线数据传输通讯方式需在设备传感器一侧加装电池组供电，数据采集后实时将数据存储到存储卡中，再用设备读取储存卡中的数据。53数据采集系统硬件方案设计31液压拉杠拉力测试分析311测试内容为保证采煤机的刚度，采煤机采用超长的液压螺栓保证整机刚度。采煤机主机身由左、右牵引部、中间联接框架三部分组成，主要采用4根液压拉杠和高强度螺栓联接为一个刚性整体，无底托架。液压拉杆是采煤机保证整机刚度的重要部件因此测量液压拉杆的拉力对采煤机工作十分重要，测量采煤机液压拉杆的拉力所用传感器是压力环传感器，采煤机机身段的拉杆布置方式如图31所示，用拉力环传感器（D190，D82，L40）代替固定垫片进行测试，测试出压力环传感器的应力应变进而测量液压拉杆的拉力。图31采煤机机身段液压拉杠FIG31SHEARERFUSELAGESECTIONHYDRAULICPULLROD312测试原理压力环传感器，可以套在某轴段上，当受到压力的时候会使其产生应变进而会改变其电阻阻值，将其接入设计的电桥中，通过电桥输出电压变化量；进而可以得出应变的变化量，由相应的对应关系就可以测出液压拉杆的轴向压力。313测试方法压力环传感器安装示意图如图32所示。采煤机实验测试数据采集系统设计6图32压力环传感器安装示意图FIG32PRESSURERINGSENSORINSTALLATIONDIAGRAM内径D82；外径D、长度L根据实际采煤机连接结构确定。压力环传感器结构如图33所示图33压力环传感器实物图FIG33PRESSURERINGSENSORPHYSICALMAP传感器的加装整体连线如图34所示。图34液压拉杆拉力测试示意图FIG34SCHEMATICDIAGRAMOFTENSIONTESTOFHYDRAULICPULLROD系统连接说明用磁力座，将无线应变采集模块统一的安装在采煤机机身的某一空间内。把安装在4根液压拉杆上的压力环传感器，通过导线接入无线应变采集模块。当整个系统开始进行数据采集后，传感器将信息传输到无线数据采集模块，然后压力环传感器垫片7无线数据采集模块将数据传输到无线网关，最后传输到显示器显示。测量后也可将无线应变采集模块中的数据导出进行分析。压力环传感器的主要性能精度002FS以上；安全过载150FS；使用温度2065；零点温漂005FS/10；灵敏度温漂003FS/10；传感器材料40CRNIMO4，调质HB240280；输出方式单路输出，应变信号输出；出线方式航插径向中心连接架内侧出线，应变信号输出；32摇臂关键截面应力应变测试321测试方案摇臂关键截面应力应变测试是测量摇臂受力较大的截面部位测试其应力应变值，本方案采用应变片和应变花来测试受力较大点处的应力应变，将传感器测试的应变信号接入无线应变采集模块，再通过无线通讯的方式传输到数据采集终端，根据采煤机的工作状态；不同截深；不同行走速度等进行数据的实时采集，采煤机摇臂模型如图35所示图35采煤机摇臂模型FIG35ROCKERMODELOFSHEARER322测试系统描述1）摇臂关键截面应力应变测试摇臂受力较大点布置应变片和应变花，将传感器采集到的应变信号接入无线应变采集模块，摇臂关键截面测试系统安装示意图如图36所示。采煤机摇臂BI臂采煤机实验测试数据采集系统设计8图36摇臂关键截面测试系统安装示意图FIG36SCHEMATICDIAGRAMOFTHETESTSYSTEMFORTHEKEYSECTIONOFTHEROCKERARM系统测试说明在摇臂关键截面处，采用焊接式的应变计和由3个焊接式的应变计组成三片直角应变花，进行电焊安装并做防护处理。将焊接式应变计接入电桥，并连线接入无线应变采集模块。无线应变采集模块统一安装在采煤机机身的指定空间内。当整个系统开始采集数据后，传感器采集的信息通过有线传输的方式传输到无线应变采集模块，无线应变采集模块再将信息传输到无线网关最后在显示器上显示，以便于分析。采集后可将无线应变采集模块中的数据导出来并进行分析。2）焊接式应变计焊接式应变计是一种特殊的电阻应变计，它继承了通用电阻应变计的典型特性，适用于特殊情景下金属构件的精密应力测量和分析。众所周知，通用电阻应变计，大部分属于粘贴式应变计。7粘贴式应变计在安装过程中，需要加热加压固化及稳定化处理，用于大型构件或现场测试，会有一些困难。当然也有一部在常温条件下即可固化的胶粘剂，一般需要24小时才能固化。相对某些现场测试要求，其固化温度相对较长或使用温度范围相对较窄。若采用焊接式应变计，即解决了安装困难，又提高了测量精度，同时减少了等待时间，达到“即焊即测”。8焊接式应变计基本结构是由金属基础体、基底、敏感栅、密封层、引线、防护层等构成。焊接式应变计实物图如图37所示。9图37焊接式应变计实物图FIG37PHYSICALMAPOFTHEWELDINGTYPESTRAINGAUGE焊接式应变计安装方法安装焊接式应变计，选用专用的点焊机安装，在确定合适的焊接式应变计和被测金属构件表面可焊性后，准备好点焊机等辅助用具、并调整好焊接参数后，就可开始安装焊接式应变计，具体安装步骤如下（1）除锈、除氧化层、除保护膜先将应变计所要焊接的位置用砂纸（300450目）打磨，除去涂漆、锈迹、镀金、氧化层等；同时将焊接式应变计金属基础体背面和上表面边缘2MM处打磨，除去氧化层、保护膜，形成新鲜的金属表面，便于焊接安装；（2）划线定位在需要测量应变的位置沿着主应变的方向做好标记。使用3H以上的硬质铅笔、划线器、划针标出淡淡的痕迹作为定位标记。注意在使用划线器时不要留下深的刻痕；（3）清洁焊接区用棉球蘸丙酮或无水乙醇等有机溶剂清洁焊接区表面。在清洁的过程中，沿着单一方向擦拭，直至棉球上污渍不明显可见。避免往复擦拭，否则不能有效地清洁焊接区表面污渍；（4）胶带固定为了准确对位焊接，需要用胶带暂时固定住焊接式应变计。固定时，分清楚焊接式应变计的正反面，应变计正面朝上，目测对准位置，用胶带把应变计固定在被测金属构件上。然后用点焊机在安装位置点焊12个点，以便固定应变计位置。应变计位置固定好之后撕掉胶带，准备进行下一步点焊安装；（5）点焊检查点焊机，保证其接地良好，然后打开点焊机电源，并设置焊接参数。点焊机输出两个焊枪，一个焊枪夹持在被测构件上，另一个手握焊枪，近似垂直地压在焊接式应变计金属基础体边缘上，略施压力，闭合一次焊接开关，即完成一次焊接。如此这般，顺序点焊，完成整个焊接式应变计的安装。焊点痕迹距离紧密，约0610MM，焊点痕采煤机实验测试数据采集系统设计10迹直径约0710MM；6）安装质量检查安装完成后，检查应变计阻值、绝缘电阻、密封层、防护层、引线等质量。安装质量没有任何问题，就可以开始接线、布线测试。933摇臂与机身连接销轴受力测试分析331摇臂与连接架销轴受力测试摇臂与连接架耳子处的销轴主要受2个方向的力径向力和轴向力，如图38所示。图38摇臂与连接架销轴径向力与轴向力测试图FIG38RADIALFORCEANDAXIALFORCETESTOFTHEROCKERSHAFTANDCONNECTINGBRACKETPINSHAFT（1）销轴径向力测试可以通过在摇臂与连接架绞接处设置销轴传感器来测试销轴的径向力，采用两个桥路输出型的销轴传感器；把销轴传感器接入无线应变采集模块，通过无线传输方式进行数据实时传输，将销轴的径向力进行保存和显示。（2）销轴轴向力测试在销轴与端盖之间加装压力环传感器来测销轴的轴向力，将压力环传感器接入无线应变采集模块，通过无线传输方式实时将数据传输到数据采集终端，并将销轴的轴向受力情况存储和显示。332连接架与机身销轴受力测试连接架与机身销轴主要受轴向力，如图39所示。与此同时还需要考虑耳子边缘受力情况，因此测试时还要考虑耳子边缘受力情况。11图39连接架与机身销轴轴向力测试FIG39AXIALFORCETESTOFCONNECTINGFRAMEANDAXIALFORCEOFFUSELAGEPINAXIS（1）销轴轴向力测试在连接架与机身绞接处设置压力环传感器来测试轴向力，压力环传感器安装在销轴压盖侧的螺栓垫片处。10将压力环传感器接入无线应变采集模块，通过无线传输方式将数据传输至数据采集终端，并将销轴的轴向受力情况存储和显示；（2）耳子销轴边缘受力采用安装应变计的方法来测试销轴耳子边缘受力，将应变计的连接线接入无线应变采集模块，通过无线传输的方式将数据实时传输到数据采集终端，并将耳子销轴边缘受力情况进行存储和显示。333采煤机摇臂受力分析摇臂受力如图310所示，连接耳处销轴主要承受轴向载荷Y和径向载荷。X采煤机实验测试数据采集系统设计12图310采煤机摇臂受力示意图FIG310FORCEDIAGRAMOFTHEROCKERARMOFSHEARER334测试原理和方法（1）摇臂与连接架的轴向力测试采用压力环传感器来进行测试，径向力测试采用安装应变计进行测试，并将引出线接入无线应变采集模块将径向力和轴向力进行报错和显示。（2）耳子边缘的应力采用贴应变片来进行应力测试。（3）机身与连接架销轴的轴向力采用压力环传感器进行轴向力测试，压力环传感器尺寸根据采煤机具体情况进行定制，将引线接入无线应变采集模块，并将数据进行保存和显示。（4）连接架与摇臂销轴（每侧4个销轴）径向力测试采用销轴传感器；销轴传感器采用无线传输，销轴传感器引线轴向出线接入无线应变采集模块并将受力进行保存和显示。连接架与摇臂和机身销轴如图311所示。131连接架与机身销轴12连接架与机身销轴23连接架与摇臂销轴14连接架与摇臂销轴2图311连接架与摇臂和机身销轴FIG311CONNECTORWITHROCKERANDFUSELAGEPINSHAFT335测试系统描述1）摇臂与连接架销轴受力测试系统摇臂与连接架销轴受力，可以通过销轴传感器来测试轴向受力，通过压力环来测试径向受力，将传感器通过有线方式连接到无线应变采集模块，无线应变采集模块再讲信息通过无线传输的形式传送到数据采集终端，最后在显示屏上显示并加以分析。摇臂与连接架销轴受力连接方案摇臂与连接架销轴受力测试示意图如图312所示图312摇臂与连接架销轴受力测试示意图FIG312SCHEMATICDIAGRAMOFFORCETESTOFROCKERARMANDCONNECTINGBRACKETPINAXIS系统连接说明采煤机实验测试数据采集系统设计14用磁力座将无线应变采集模块统一安装在采煤机机身的指定空间内；将安装在销孔内的销轴传感器和压力环传感器通过导线接入无线应变采集模块；当整个系统开始采集数据后，传感器采集的信息通过有线传输的方式传输到无线应变采集模块，无线应变采集模块再将信息传输到无线网关最后在显示器上显示，以便于分析。采集后可将无线应变采集模块中的数据导出来并进行分析。销轴传感器1实物图如图313所示。图313销轴传感器1实物图FIG1PINAXISSENSOR313PHYSICALMAP销轴传感器2实物图如图314所示。图314销轴传感器2实物图FIG2PINAXISSENSOR314PHYSICALMAP销轴传感器主要性能精度002FS以上；安全过载150FS；使用温度2065；零点温漂005FS/10；灵敏度温漂003FS/10；15传感器材料40CRNIMO4；受力方向径向力；桥路方式全桥；输出方式两路输出，应变信号输出；出线方式采用六芯电缆，六线制航插出线，在销轴轴向中心连接架内侧出线；导线长度4根，每根长85M；尺寸可根据现场安装情况改造；待安装的摇臂与连接架销轴轴向传感器是一种压力环传感器，其实物图如图317所示。图317摇臂与连接架压力环传感器FIG317PRESSURERINGSENSORFORROCKERARMANDCONNECTINGBRACKET压力环传感器主要性能精度002FS以上；安全过载150FS；使用温度2065；零点温漂005FS/10；灵敏度温漂003FS/10；传感器材料40CRNIMO4，调质HB240280；导线长度85米；输出方式单路输出，应变信号输出；出线方式航插径向中心连接架内侧出线，应变信号输出；2）机身与连接架销轴受力测试系统机身与连接架销轴受力测试通过压力环传感器和焊接式应变计采集的数据通过有线的方式传输到无线应变采集模块，最后经过无线传输方式传输到显示器上进行显示，最后分析可以得到销轴受力。机身与连接架销轴受力测试示意图如图318所示。采煤机实验测试数据采集系统设计16图318机身与连接架销轴受力测试示意图FIG318SCHEMATICDIAGRAMOFFORCETESTOFFUSELAGEANDCONNECTINGFRAMEPINAXIS系统连接说明用磁力座将无线应变采集模块安装在采煤机机身的指定所开空间内；将安装好的压力环传感器及焊接式应变计通过导线接入无线应变采集模块；当整个系统开始采集数据后，传感器采集的信息通过有线传输的方式传输到无线应变采集模块，无线应变采集模块再将信息传输到无线网关最后在显示器上显示，以便于分析。采集后可将无线应变采集模块中的数据导出来并进行分析。待安装的机身与连接架销轴轴向传感器是一种压力环传感器，其实物图如图319所示。图319机身与连接架压力环传感器FIG319PRESSURERINGSENSORFUSELAGEANDCONNECTOR压力环传感器主要性能参数量程15T或根据用户要求定制量程精度002FS以上；安全过载150FS；使用温度2065；17零点温漂005FS/10；灵敏度温漂003FS/10；传感器材料40CRNIMO4；导线长度85米；输出方式单路输出，应变信号输出；出线方式四线制航插出线，径向中心连接架内侧出线，应变信号输出；待安装的耳子销轴边缘受力测试所采用的焊接式应变计实物如图320所示。图320焊接式应变计实物图FIG320WELDINGTYPESTRAINGAUGE焊接式应变计主要技术参数电阻值120欧姆；灵敏系数200220；灵敏系数分散1；使用温度3060；安装方式点焊安装。34滚筒扭矩测试分析341概述采煤机滚筒是采煤机的重要部件之一，采煤机在采煤时滚筒割煤当遇到不同硬度的煤层或者岩石的时候，采煤机滚筒承受的扭矩会突然增加，这对采煤机机械系统的冲击是非常大的，这时会出现机械系统严重超载的工况，这时如果不及时调整滚筒的转数调整功率，会对采煤机影响很大，极易导致零部件损坏。11通过对采煤机滚筒所受扭矩的测试与监控，可以实时的了解采煤机滚筒的受力状态，当扭矩突然增大的时候可以及时调整以保证工作的正常进行，以及采煤机的安全运转，测量采煤机滚筒扭矩对于滚筒式采煤机可靠运转，和保护主传动系统具有很深远的意义。12采煤机实验测试数据采集系统设计18滚筒扭矩的测试是通过用销轴传感器来代替惰轮轴（靠近滚筒侧）来实现的，根据煤机厂提供的数据，我们可以按要求设计销轴传感器，并在采煤机制造过程中替换掉原来的多轮轴。1）截割滚筒传动原理图滚筒传动原理如图321所示。1234567图321滚筒传动原理图FIG321ROLLERDRIVEPRINCIPLE惰轮轴受力简图如图322所示。FT1FT2FR2FR2图322惰轮轴受力简图FIG322IDLERSHAFTFORCEDIAGRAM惰轮轴及齿轮结构如图323所示。19图323惰轮轴及齿轮结构图FIGURE323IDLERSHAFTANDGEARSTRUCTURE2）惰轮轴受力分析惰轮轴受力简图如图324所示。图324惰轮轴受力简图FIG324IDLERSHAFTFORCEDIAGRAMN10596PT，DTF2T，TANRF3）销轴传感器轴销传感器实际上就是一根承受剪力作用的空心截面圆轴，双剪型电阻应变计粘贴在中心孔内凹槽中心的位置上，有两种组桥测量方式，即两个凹槽处的双剪型电阻应变计共同组成一个惠斯通电桥,或分别组成惠斯通电桥再并联进行测量。13销轴传感器特点如下1弹性元件为一整体空心截面圆轴，结构紧凑，几何外形简单，容易加工出很高的尺寸和形位精度2空心截面具有很强的抗扭转、抗弯曲能力，并且轴销中性轴处的应力最大3当空心截面轴销承受垂直和水平弯曲时，弯矩为零的截面在同一截面4当设计较大容量的轴销传感器时，中心孔也较大，双剪型电阴应变计可以粘贴在孔内，即得到很好的保护又可以实施抽真空充惰性气体密封工艺5与相关承力部件组装容易，使用方便。轴销传感器的缺点是生产工艺难度大，需要较多的专用工具与装备。采煤机实验测试数据采集系统设计204）测试方案惰轮是指夹在两个齿轮之间，与两个齿轮都啮合的齿轮，它的作用仅仅是改变它前后两个齿轮的转动方向关系，而不改变传动比，不可改变位置。滚筒扭矩的测量采取的方案是通过对摇臂中三个惰轮中的6号惰轮轴的径向力进行测量，如图325所示。由于6号惰轮轴是固定不发生旋转的，通过定制和6号惰轮轴外形一样的制销轴传感器，通过测量销轴受力结合惰轮转速来计算滚筒扭矩，再根据滚筒不同状态下分析扭矩与滚筒截深、转速、位置的对应关系。滚筒扭矩测试示意图如图325所示。1234567图325滚筒扭矩测试示意图FIG325SCHEMATICDIAGRAMOFDRUMTORQUETEST5）测试系统描述滚筒扭矩测试通过销轴传感器将测试数据经过连接线缆发送到WN90G无线应变采集模块，再经无线通讯方式传输至数据采集终端，最终获得销轴力。系统连接说明在摇臂靠近电机侧开窗口安装无线应变采集模块。将安装在惰轮轴上的销轴传感器通过导线接入无线应变采集模块；当整个系统开始采集数据后，传感器采集的信息通过有线传输的方式传输到无线应变采集模块，无线应变采集模块再将信息传输到无线网关最后在显示器上显示，以便于分析。事后可将无线应变采集模块中存储的数据导出，并进行分析。待安装销轴传感器实物图如图326所示。21图326待安装销轴传感器实物图FIGURE326PINAXISSENSORTOBEINSTALLEDINKIND销轴传感器主要性能精度002FS以上；安全过载150FS；使用温度20120；零点温漂005FS/10；灵敏度温漂003FS/10；传感器受力径向力；传感器材料40CRNIMO4；引线长度2米；出线方式航插（弯头）轴向靠上出线（右侧），采用两个六芯电缆，两个六线制航插出线；输出方式四路输出，应变信号输出；工作温度不超过120；35截齿三向力测试现有滚筒和截齿如图327所示。图327现有截齿和滚筒结构FIG327EXISTINGCUTTINGTEETHANDDRUMSTRUCTURE采煤机实验测试数据采集系统设计22改装后截齿、齿座及其受力简图如图328所示。图328改装截齿和齿座受力分析FIG328FORCEANALYSISOFMODIFIEDSECTIONANDTOOTHBASE1）测量原理轴段可以认为是弹性轴，轴段在扭矩作用下发生扭转，会产生一个转角432LGDT在轴段上沿轴线450或1350方向将应变片粘贴上，当轴段发生扭转时，应变片将产生应变量与扭矩T成线性关系。3458M测量电压与应变量，根据不同桥路，存在对应的函数关系式。U改装截齿扭矩测试分析如图329所示。图329改装截齿扭矩测试分析FIG329ANALYSISOFTHETORQUEOFTHEMODIFIEDCUTTINGTEETH2）测试方案23通过改装原截齿，在滚筒截齿齿座安装应变片，应变片输出线联接到无线应变采集模块上，通过无线传输方式将应变值传输至数据采集终端，在数据采集终端将事先标定好的系数与采集的应变量对应计算后，得出滚筒截齿三向力。如图330所示，滚筒截齿测试位置在轴段上，轴段可以认为是弹性轴，轴段在扭矩作用下发生扭转，会产生一个转角。在轴段上沿轴线135或45方向将应变片粘上及在图示位置安装应变花，当轴段发生扭转时，应变片将产生应变量与扭矩T成线性关系，测试前先对A、B、C、D四个位置的应变片进行标定，这样就可以得到其扭力FZ，然后通过类似的方法也可以得到另外两个方向上的力FX和FZ。滚动截齿三向力测试示意图如图330所示。图330滚动截齿三向力测试示意图FIGTHREESCHEMATICDIAGRAMOFTHE330FORCETESTOFTHEROLLINGSECTION3测试系统描述在滚筒螺旋叶片的端部开无线应变采集模块空间安装无线应变采集模块，如图331所示。图331滚筒截齿三向力测试系统安装图FIGTHREETHEINSTALLATIONDIAGRAMOFTHEROLLERCUTTING331FORCETESTSYSTEM）采煤机实验测试数据采集系统设计24系统连接说明在滚筒螺旋叶片端部（尾部靠近摇臂侧）开无线应变采集模块安装空间，安装无线应变采集模块。在截齿端安装焊接式应变计，并通过导线接入临近的无线应变采集模块，导线的走线根据现场安装情况确定；当整个系统开始采集数据后，传感器采集的信息通过有线传输的方式传输到无线应变采集模块，无线应变采集模块再将信息传输到无线网关最后在显示器上显示，以便于分析。事后可将无线应变采集模块中存储的数据导出，并进行分析。焊接式应变计主要技术参数敏感栅材料康铜；基础体材料不锈钢；典型电阻值120；电阻值公差01；典型灵敏系数18022；灵敏系数分散2；使用温度范围3060；安装方式点焊安装，现场安装；防护方式硅胶防护。36导向滑靴受力测试361导向滑靴销轴受力测试分析滑靴分导向滑靴和平板滑靴，导向滑靴指采煤机靠近采空区侧与安装在输送机上齿轨或齿条上内部有行走齿轮沿齿轨行走导向行走的滑靴。通过采用销轴传感器来替换导向滑靴销轴来测量销轴的径向力和圆周力，将销轴传感器接入无线应变采集模块，进行数据采集再通过无线数据传输方式将数据传输到信息采集终端，在显示屏上显示，导向滑靴销轴如图332所示。25图332导向滑靴组件结构图FIG332STRUCTUREDIAGRAMOFSTEERINGSLIDESHOEASSEMBLIES1）测试方案（A）导向滑靴销轴受力测试导向滑靴销轴如图333所示。图333导向滑靴销轴FIG333STEERINGSLIPPERPINSHAFTB导向滑靴销轴内螺杆拉力测试导向滑靴销轴内螺杆的拉力通过采用拉力传感器来测试，并将信号接入无线应变采集模块，进行数据采集、存储和显示，导向滑靴销轴内螺杆如图334所示。图334导向滑靴销轴螺杆FIG334GUIDESLIDEPINSCREWC耳板受力测试将导向滑靴两端进行改进，在导向滑靴两个耳板的里外侧安装应变片，通过将应变采煤机实验测试数据采集系统设计26桥路接入无线应变采集模块，对耳板的受力进行数据采集、存储和显示，导向滑靴耳板如图335所示。图335导向滑靴耳板及焊接实物图FIG335GUIDEVANEPLATEANDWELDINGMATERIALCHART2）测试系统配置基于上述测试方案，导向滑靴测试系统配置如表31所示。表31导向滑靴测试系统配置表TABLE31TESTSYSTEMCONFIGURATIONTABLEOFSLIPPERBOOTS名称型号数量备注销轴传感器2（双侧）每个8个桥路输出焊接式应变计AWC8B16采用焊接式应变计（2个导向滑靴，每个2个耳板，每个耳板两侧，实际共8个1/4桥路输出）拉力传感器2每个1个桥路输出无线应变采集模块NF968G74通道/台3）测试系统描述导向滑靴拉力传感器、销轴传感器和焊接式应变计分别与采集仪器连接，采集仪器放置在预先设定的空腔内，导向滑靴传感器安装示意图如图336所示。27图336导向滑靴传感器安装示意图FIG336SCHEMATICDIAGRAMOFTHESTEERINGSLIDESHOESENSOR系统连接说明用磁力座将无线应变采集模块安装在采煤机机身的指定所开空间内；将安装在销孔内的销轴感器通过导线接入无线应变采集模块；将焊接式应变计安装在两个耳板的里外侧，并将导线接入无线应变采集模块；在螺杆拉力传感器装入销轴内，并将导线接入无线应变采集模块；当整个系统开始采集数据后，传感器采集的信息通过有线传输的方式传输到无线应变采集模块，无线应变采集模块再将信息传输到无线网关最后在显示器上显示，以便于分析。事后可将NF968G无线应变采集模块中的数据导出，进行分析。导向滑靴销轴传感器实物图如图337所示。图337导向滑靴销轴传感器实物图FIG337THEPHYSICALMAPOFTHESLIDESHOESENSOR销轴传感器主要性能精度002FS以上；安全过载150FS；使用温度2065；零点温漂005FS/10；灵敏度温漂003FS/10；。传感器输出4个结合面，测8个弯矩，共八路应变信号输出（4个X，4个Y方向的弯矩，测八个力）；传感器出线方式六线制航插轴向出线；传感器材料40CRNIMO4；线缆长度8米；数量2个；采煤机实验测试数据采集系统设计28导向滑靴螺杆拉力传感器实物图如图338所示。图338导向滑靴螺杆拉力传感器实物图FIG338ORIENTATIONSLIDERSCREWTENSIONSENSORINKIND拉力传感器主要性能精度002FS以上；安全过载150FS；使用温度2065；零点温漂005FS/10；灵敏度温漂003FS/10；输出方式单路输出，应变信号输出；传感器出线方式六线制航插（弯头）出线；线缆长度8米；数量2个；导向滑靴焊接式应变计实物图如图339所示。图339导向滑靴焊接式应变计实物图FIG339TYPESTRAINGAUGEFORTHESLIDETYPESTRAINGAUGE焊接式应变计主要技术参数电阻值120欧姆；灵敏系数200220；灵敏系数分散1；使用温度3080；安装方式点焊安装；导线长度6米。2937平滑靴力学测试1）平滑靴结构简图平滑靴结构图如图340所示。图340平滑靴结构图FIG340SMOOTHBOOTSTRUCTUREDIAGRAM2）平滑靴销轴受力简图平滑靴受力分析简图如图341所示。FXFYV图341平滑靴受力分析简图SKETCHOFSTRESSANALYSISOFFIGURE341SMOOTHBOOTS3）平滑靴销轴受力测试原理及方法平板滑靴指靠煤壁侧在输送机溜槽铲煤板上滑行的滑靴。平滑靴采用销轴传感器来测试径向力，销轴传感器尺寸由通西安煤机厂提供，经过设计后委托制造厂制造出来尺寸符合的销轴传感器来替代原销轴，销轴传感器通过接线接入无线应变采集模块再通过采煤机实验测试数据采集系统设计30无线传输方式将信息发送出来。14平滑靴销轴结构图如图342所示。图342平滑靴销轴结构图FIG342SMOOTHBOOTPINSTRUCTUREDIAGRAM4）测试方案平滑靴实物图如图343所示。平滑靴力学性能测试主要是通过销轴传感器测试径向力，通过采用销轴传感器替换原来的销轴，并将销轴传感器接入无线应变采集模块，进行数据采集、存储和显示。图343平滑靴实物图FIG343SMOOTHBOOTPHYSICALMAP5）测试系统描述销轴信号采集模块安装位置31平滑靴测试需在内部加装增板，增板开空间安装无线应变采集模块，平滑靴采集模块安装示意图如图344所示。图344平滑靴采集模块安装示意图FIG344SMOOTHBOOTCOLLECTIONMODULEINSTALLATIONDIAGRAM6）测试系统配置基于上述测试方案，平滑靴测试系统配置如表32所示。表32平滑靴测试系统配置TABLE32CONFIGURATIONOFSMOOTHBOOTTESTSYSTEM名称型号数量备注销轴传感器2（双侧）每个销轴传感器2路全桥输出无线应变采集模块NF968G22通道/台，每个位置1台，共两个位置系统连接说明平滑靴销轴测试无线应变节点的安装，在平滑靴加装增板，増板开空间安装无线应变采集模块，位置2个；将安装在平滑靴轴孔的销轴传感器通过导线接入NF968G无线应变采集模块；当整个系统开始采集信息后，传感器通过有线传输方式将信息传输到NF968G无线应变采集模块，并通过无线传输的方式，将数据传输至无线网关，与其他被测量一起显示在显示屏上；事后可将NF968G无线应变采集模块中存储的数据导出，并进行分析。平滑靴销轴传感器实物图如图345所示。采煤机实验测试数据采集系统设计32图3
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