矿用链条拉力试验机的研制.pdf

1、矿用链条拉力试验机的研制 王发达王志刚(神东煤炭集团设备维修中心，内蒙古鄂尔多斯017200) 摘要：根据MTT9292004矿用高强度紧凑链中有关规定，当链条累计输送量达到产品设计的输送量时，应至少进行次 破断负荷试验，链条的破断负荷不得小于公称破断负荷的90。这样，许多待报废的链条就可以通过破断试验来判断是否完好，是 否能够继续使用。为此，研制一种链条拉力试验的设备，用于检测链条。 关键词：链条；拉力；试验机 Abstract：According to the relevant provisions of the MT 292004 mining high strength compact

2、 chain。when the cumulative amount of the chain to achieve the delivery of product design。should be at least a broken load test。the chain 备broken load shall not be less than 90of the nominal breaking loadIn this waymany of the chain to be scrapped can beudged by breaking test to determine whether or

3、not to continue to useTo this end。the development of a chain tension test equipment for testing the chain Key words：chain；tension；testing machine 中图分类号：F4063；TD528 3 文献标志码：A 文章编号：10080155(2015)10019603 刮板输送机是煤矿综采工作面“三机”之一，主要 起到运输作用，包括机头驱动部、机尾驱动部、中部槽、 过渡槽，刮板链条等组成，其中刮板链条是由刮板、压 板、链条组装在一起，就形成刮板链条。将中部槽和过

4、 渡槽作为刮板链条的导轨，通过刮板链条将机头驱动 部和机尾驱动部连接起来，当机头驱动部和机尾驱动 部工作时，驱动滚筒带动刮板链条沿着中部槽滑动，将 中部槽中的煤块一起输送。 目前每年神东刮板链条的维修量已经达到50km， 而且随着工作面的不断增加，维修数量也不断增加，这 样就有许多链条陆续达到其使用寿命，为了能够减少 成本，达到重复利用的目的。就需要对这些链条进行 相应的检测，通过检测手段判断是否达到使用寿命。 根据煤炭行业标准MT一39292004矿用高强度紧凑 链中有关链条测试的规定，当链条累计输送量达到产 品设计的输送量时，应至少进行一次破断负荷试验，链 条的破断负荷不得小于公称破断负荷

5、的90。这样， 许多待报废的链条就可以通过破断试验来判断内部是 否完好，是否能够继续使用。 目前神东使用链条规格有P34126、P38126、 P38137、p42128164、P42146、P48152、P48 144160、p6O181197，破断力范围：1420kN 4700kN。由此可以看出，最大直径已经达到q60mm， 破断力最大为4700 kN，目前市场上有的卧式链条拉力 试验机均为4000kN以下，此设备需要定做，成本较高。 为此，设备维修中心决定自行设计研发。这样不仅可 以减低成本，缩短采购周期，而且可以锻炼技术人员的 设计研发能力，为以后从大维修到大制造储备技术人 才，奠定了

6、结实技术基础。 1性能参数 最大破 5000kN 位移测量 500mill 工作电压 AC3舳V 控制 DC12V 断拉力 范围 电源 试验 05 位移测量 0叭mm 系统功率 16kW 工作 约 精度 分辨率 中心高 600mill 试验 O一5O00kN 拉头空载 500 系统压力 25MPa 总重 30T 范围 快进速度 mmIll 活塞 5o0mm 试验速度 050 蓄能器 25MP8 通信 工业 行程 mmmin 压力 接口 以太网 2卧式链条试验机的组成 主机部分主要包括机架、拉杆、夹头座、夹具、加载 油缸、油缸座、活塞杆座、固定板及高精度负荷传感器 等部件组成。整体采用钢板焊接框

7、架结构，利用22 米液压支架立柱施加力，通过负荷传感器测力，然后将 相应数据传输到计算机中，进行自动数据处理，再将试 验曲线在计算机上显示出来，这样试验操作人员就可 以更加直观地看到链条的力学性能，为链条后续是否 能继续投入使用提供了可靠的技术依据。 21机械结构 机架：采用整体框架结构焊接而成，材料采用高强 度钢板Q690，通过高温预热处理进行焊接，整体焊接后 进行消除应力处理，这样才可以达到使用要求。 拉杆：采用40Cr棒料车削加工，并进行调质处理， 达到相应的力学性能要求。 夹头座：设计成楔形机构，前、后夹头座共两个，后 夹头座与机架通过螺栓固定连接，后夹头座可以沿着 滑道移动，它与拉杆

8、连接，把链条用夹具夹紧后放入楔 形结构中，施加拉力时，楔形机构使夹具越来越紧，这 种机构安全、可靠。并且夹紧时用夹紧油缸自动夹紧， 可以减少操作人员的劳动强度，操作简单实用。 夹具：为了能够测试不同规格型号的刮板链条，将 收稿日期：20150730 作者简介：王发达(1979一)，男，2007年硕士毕业于沈阳工业大学电机与电器专业，现在神华神东煤炭集团设备维修中心担任主 任工程师，主要从事煤炭设备维修科技创新工作。 196 夹具设计成可拆换的，每种规格型号的链条设计制作 一种夹具，这样就可以满足不同规格型号的链条的测 试要求。 加载油缸：采用22米支架立柱，反向安装，即活 塞杆升出时，系统施加

9、拉力，将回液接入进液管路中， 行程差动回路，可以提高系统的响应速度。不仅降低 成本，而且减少维护成本。 油缸座：采用箱式机构焊接而成，并且与立柱底部 连接，通过螺栓固定在机架上。 活塞杆座：用钢板焊接框架和固定板形成受力框 架，中间与活塞杆连接，两端通过螺栓与拉杆固定连 接。当活塞杆动作时，带动拉杆动作，从而使前夹头座 沿着滑道移动。 整体机械部分焊接时，首先要高温预热后，采用二 氧化碳气体保护焊机焊接，焊丝采用高强度焊丝，焊接 后，要进行保温处理，然后要通过震动或者热处理的方 式进行消除内应力，并且整机要进行防腐、防锈工艺处 理，才能投入使用。 图1机械机构图 图2控制系统示意图 22控制系

10、统 控制系统是整个卧式链条拉力试验机的核心部 分，由控制系统指挥整个试验过程，并且担负着整个系 统的安全防护功能。控制系统主要由计算机、适配器、 PLC、油压力传感器、负荷传感器、比例放大器、比例阀、 位置传感器、控制按钮等组成。 采用PLC集中控制，控制系统需要两个拉力检测 源，通过它们为控制系统提供准确的计算依据；拉力控制 系统依然由PLC集中控制，PLC根据检测值对加载油缸 进行控制。拉力机测控系统的结构图如图2所示。 221硬件部分 计算机：采用联想Erazer X310(i5 4460)台式机， 具体参数如下：CPU：Intel酷睿i5 4460；内存容量： 8GB；硬盘容量：1TB

11、；显卡芯片NVIDIA GTX 750；显存 容量2GB。 MPI适配器：MT5一s7300 Adapter是一种完全兼 容SIEMENS MPI网络协议的通讯适配器，它的功能完 全等同于SIEMENS SIMATIC PC Adapter，可以连接安 装有Step7编程软件的Pc机和SIEMENS s7300400 系列PLC，用于进行PLC的编程，也可以连接eView MT500系列触摸屏人机界面和SIEMENS s7300400 系列PLC，用于进行数据的通讯。它的RS232通讯端 口的波特率可以根据软件的设定自适应，它的MPI端 口的网络速度支持192Kbps或1875Kbps。 PL

12、C：采用西门子s7300，包括：电源模块PS307、 中央处理单元CPU一314、DI模块SM一321、DO模块 SM322、AI模块SM一331、AO模块SM一332、位置检 测模块SM一338。 油压力传感器：采用WMS一2系列通用压力传感 器，此系列产品采用美国SMI高性能芯片，先进的 MEMS微机械加工技术，以硅压阻力敏部件为核心的 压力传感器，测量相对于大气压的表压或负表压，具有 优良的稳定性，再经过一体化温度补偿、低通滤波、具 有可靠性高、抗干扰能力强、性价比高等优点。特点： 一体化温度补偿、精度高、稳定性好、寿命长，电源自稳 定技术、自动恢复技术，过压、过流自动保护。 负荷传感器

13、：采用YSBK柱式拉压传感器，采用合 金钢；激光焊接密封；高精度，高可靠性，具体参数如 下：额定载荷：500t；综合误差：005Fs；可选变送 器(模拟输出)：420mA。 位移传感器：选用HPWYL70型激光位移传感 器，采用激光非接触测量位移量，量程大，精度高，具有 丰富的输出接口，广泛应用于各种位移，长度，尺寸，位 置等的检测。量程：005m一70m；精度：Imm；输出频 率：115Hz；激光等级：CLASS 2；电压：标准5V!(宽电 压48v一28v)；数据接口：标配RS232(可选RS485 RS42205V、010V、420mA)；工作温度一10 一5O；存储温度一3O一7O。

14、比例放大器：采用YKGRBF6一N2比例放大器， 工作电源：DC24V；调节方式：010V输入电压调节；输 出方式：PWM脉宽调制；输出频率：1001000Hz；输出 电流：200630mA；安装方式：螺丝固定或DIN32导 轨。 222软件部分 通过采用PLC常用组态软件STEPV51，进行梯 形图编程，输入量有控制按钮的开关信号、位移传感 器、负荷传感器、压力传感器等，输出量有输出开关信 号、驱动比例阀的模拟输出信号等。 采用液压式试验机专用控制阀快速控制试验力的 加载，操作方便；通过负荷传感器测量加载力，把拉力 的模拟信号传输到控制器中，对信号进行分析、放大、 处理、输出到执行机构；计算

15、机屏幕可以显示各类试验 数据，绘制试验力一时间等曲线，曲线自动数据处理； 具有完整的文件操作及数据存储功能，打印机打印试 197 一 竺 面颐 竺 l吉丽 块一块 一块一l颦 一 验报告，试验数据以ASC II码方式完成，便于用户二次 数据处理；打印机打印试验报告。 主界面：设置有模式 数据、设置、调整、工具、窗 口、帮助。 显示区：破断力、速度、变形、位移等。 操作区：开始、停止、试验、分析、清零、前翻、后翻。 测试结果：报表编辑、报表查看、图形选择、图形功 能、查看选择、重新分析、数据输出、退出、资料库、图 形、Excel报表数据、测试结果、逐点显示。 具有完整的安全保护装置：1、当加载力

16、超过每档 最大测试力的1一10时，系统会自动启动过载保 护，使系统自动卸荷；2、当活塞杆的左右运动的位移达 到机架上前后极限位置时，限位保护启动，电动机停止 工作。 系统设计主要考虑试验过程中使用简便、简洁明 了、安全可靠。并且对系统设置一定分级权限，即分为 管理者、操作者、专家级，采用这种设计主要就是为了 不同用户的使用权限，整个系统使用起来既简单、又安 全可靠。 主菜单：集全数字电液伺服闭环控制、数据处理、 数据分析于一体。具备完整的文件操作功能，如试验 报告、试验参数、系统参数等均可以文件方式存储。支 持各类商业通用打印机。控制系统以软件系统为支 撑，升级简易。 自动数据处理：处理方法满

17、足多种国际国内标准， 可选择多种国际通用单位，如国际单位(sI制)、米制单 位以及西方传统单位制等。 试验报告界面：提供试验报告，可储存、打印与再 分析。留有多语言转换接口，系统可方便地在各种语 言环境中使用(需定制)。具备手工数据处理功能，适 合于用户进行各类复杂的数据分析。试验数据可以文 本方式进行存储，可用任何通用商业数据处理软件对 数据进行二次处理。 23液压系统 液压系统由泵、电动机、高压滤油器、安全阀、电磁 溢流阀、蓄能器、液动换向阀等组成。电动机采用异步 电动机，功率为P=75kW，电压U=380V，转速n： 1450rmin，液压泵选用压力补偿变量柱塞泵，流量Q= 25Lmin

18、，压力P=25Mpa。控制阀采用支架常用电磁 阀和液动换向阀，可以满足大流通液动换向目的。在 系统中增设液控单向阀，系统停止供液时，能够保证立 柱不动作。通过蓄能器的稳压性能，可以保证系统压 力稳定，波动小，满足试验精度要求。所有液压接头， 采用煤矿用快速接头，维护简单，方便、互换性好，减低 了维修成本。系统中设置压力表和过滤器，满足液压 控制系统的使用要求。 油箱采用封闭式油箱，容量为150L，泵与安全阀安 装在油箱内部，并且设置空气滤清器、液位计等，保证 整个液压站安全、可靠。 3试验过程 根据煤炭行业标准MTT9292004矿用高强度 198 紧凑链中有关链条测试的规定，第1步：将链条两

19、端 与夹具分别固定在一起，然后吊装在机架上，放入前后 夹头座的楔形机构中；第2步：操作机架旁的夹紧控制 按钮，夹紧油缸动作将链条夹具自动装夹在楔形机构 中；第3步：合上机架的安全防护罩；第4步：操作试验 机上的试验开始按钮，相应的液压阀动作，立柱活塞杆 伸出，带动两个拉杆移动，再通过拉杆带动前夹头座运 动，前后夹头座上装有拉伸夹具用以夹持试样的两端， 在立柱的作用下将试验力施加到试样上；第5步：加载 完毕，关闭加载开关；第6步：从电脑中调出试验曲线， 打印试验报告。 为了保证试验过程的安全性，可以把测试机放在 一个密闭防护的地方，通过电脑远程控制，这样使操作 人员与设备有一定的安全距离。 4结

20、束语 按照煤矿行业标准MTT9292004矿用高强度 紧凑链中有关试验要求，利用卧式链条拉力试验机进 行相应的力学性能检测，为链条力学性能检测提供了 理想的设备，也满足的试验方法的要求，并且能在这种 方法之间实现方便、快捷、灵活的转换。同时也解决了 较长的柔性及刚性材料、结构件和成品件的拉伸试验。 也可根据用户要求，增加特殊装置进行压缩、弯曲等试 验。该试验机用途广泛，有较大的发展空间。 可用于各种型号链条、锚链、矿链、吊装带等较长 试样的拉伸等相关力学性能试验，广泛用煤矿领域。 通过微机控制电液伺服式卧式拉力试验机，增加钢架 结构将立式试验变为卧式试验，这样增加了拉伸空间 (可以增加到二十米以上，这是立式试验做不到的)，满 足了大试样、全尺寸试样的试验。 参考文献： 1梁秀满，等2000kN钢丝绳拉力机测控系统J微计算 机信息，2008，16 2乌慧霞，等卧式拉力试验机的研制及钢丝绳拉伸试验 方法探讨J工程与试验，2011，S1 (责任编辑：焦蓬华)