[发明专利]煤矿采掘机械履带行走系统载荷历程非接触监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于煤矿采掘机械履带行走机构监测的技术领域，具体涉及一种煤矿采掘机械履带行走系统荷载历程非接触监测装置及方法。

背景技术

随着我国对煤炭需求量的持续增加和煤矿采掘机械化程度的不断提高，履带式机械接地面积大、接地比压小、输出功率大、附着性能好、爬坡能力强、转弯半径小、跨沟越埂能力强等特点在煤矿井下松软、泥泞等各种复杂路面运行的作用显得尤为重要，大部分大型矿用机械都应用履带行走机构。

履带行走机构是履带式机械如连续采煤机、锚杆机等现代化采掘设备的重要组成部分，其作用是承担整机的重量，支承和平衡整机在工作过程中受到的所有作用力和反作用力，同时进行作业过程中的行走和回转。煤矿井下条件恶劣，巷道底板不平整，经常有较多煤泥水，承载能力相对较低，因此对采掘机械特别是重型采掘机械的行走机构要求较高。起伏不平的巷道路面对整个履带行走机构冲击较大。因此通过对履带行走机构进行应力测量和载荷识别，及时掌握履带的受力情况，对其实际使用状况进行分析和研究，对于提高履带行走机构的可靠性和使用寿命具有重要的理论意义和工程应用价值。

履带行走机构长期在恶劣的工况下处于旋转运动状态，导致信号监测很难实现。

随着科学技术的发展，人们对作用于工程结构上的载荷关注程度越来越大，对其研究逐渐深入，其中动载荷对结构的影响较大，且具有破坏性和不可预见性，如飞行中飞机受到的气动载荷、轮船受到波浪的冲击载荷等，而由于井下开采环境恶劣，煤矿采掘机械履带行走装置也经常承受地面和煤壁的冲击载荷，因此动载荷是研究的重点。

确定动载荷的方法主要有直接法和间接法，直接法是直接测量出动载荷的大小或测量与动载荷有关的参数来换算出载荷的大小，但是对于履带采掘机械行走机构，其所受的外部动载荷很难直接测量，甚至是不可能测量。基于结构实测应力反演动载荷的识别技术是确定动载荷的间接途径，即动载荷识别技术。所谓动载荷识别是通过对结构动应力(位移、速度、加速度或应变等)的测量，根据已知结构动态特性，识别作用在结构上的动载荷。对煤矿用履带行走机构进行载荷识别是一个难点。

因而，目前急需构建一种适用于履带机械行走机构可靠性高、稳定性好的监测方法和载荷识别技术，及时提供履带行走机构的载荷历程，以确保履带行走机构的质量和使用寿命。

发明内容

本发明的发明目的：提供一种可靠性高、稳定性好的履带机械行走机构监测方法和载荷识别技术，及时提供履带行走机构的载荷历程，以确保履带行走机构的质量和使用寿命。

本发明采用如下的技术方案实现：

煤矿采掘机械履带行走系统载荷历程非接触监测装置，其特征在于其包括上位机以及内置于履带行走系统被测履带板的下位机，

所述的下位机包括应变计以及与应变计连接的具有无线发射功能的采集发射模块，履带行走系统上至少两块被测履带板的中间开有安装槽，履带行走系统处于初始位置时，开有安装槽的两块被测履带板分别对应于工作支段和支持支段，安装槽的中间部位贴设应变计，安装槽对应被测履带板凹陷部位的一侧开有通孔，采集发射模块也内置于安装槽内，采集发射模块的无线发射天线穿设于通孔中，安装槽上设有盖板，盖板连接于被测履带板上，盖板边缘与履带板的接触部位密封，

所述的上位机包括后台和具有无线接收功能的控制单元。

煤矿采掘机械履带行走系统载荷历程非接触监测方法，基于上述的煤矿采掘机械履带行走系统载荷历程非接触监测装置完成，应变片采集的信号经过采集发射模块以无线方式传输到上位机的控制单元，控制软件将接收到的数据存入后台建立数据库，1、2....n种工况，对应的某一位置的应变片采集的信号，也即应变测量值                                               ₁、₂…_n ，因为某一履带板在整个运行周期中不同位置截面积并非常数，设有m个不同位置，形成截面积矩阵（m×n），对数据进行处理，目标函数如下：

        （1）

式中：F为载荷，为应变测量值，S为应变片粘贴处实际受力截面积值，E为履带板所用材料的弹性模量。

通过式（1）得到不同工况履带行走系统某一位置的载荷谱。