【導(dǎo)讀】中國礦業(yè)大學(xué)(北京)博士研究生開報(bào)告

　　

【正文】 部（水平） 13 主機(jī)架與回轉(zhuǎn)臺(tái)連接部（水平） 6 截割臂后部（垂直） 14 主機(jī)架與回轉(zhuǎn)臺(tái)連接部（垂直） 7 回轉(zhuǎn)臺(tái)前部與升降油缸連接處（水平） 15 主機(jī)架后部水平測(cè)點(diǎn) 8 回轉(zhuǎn)臺(tái)前部與升降油缸連接處（垂直） 16 主機(jī)架后部垂直測(cè)點(diǎn) 2） 根據(jù)掘進(jìn)機(jī)工作現(xiàn)場(chǎng)條件提出傳感器頭部和走線防護(hù)方案； 3） 通過“黑匣子”內(nèi)的信號(hào)調(diào)理版和信號(hào)采集卡采集振動(dòng)信號(hào)。 升降、回轉(zhuǎn)液壓缸內(nèi)力和位移傳感器掘進(jìn)機(jī)電控箱液壓缸位移和壓力信號(hào)主板掘進(jìn)機(jī)工作狀態(tài)信息運(yùn)行開關(guān)量操作信息大容量固態(tài)硬盤振動(dòng)加速度傳感器振動(dòng)信號(hào)信號(hào)調(diào)理板數(shù)據(jù)采集卡 圖 數(shù)據(jù)獲取方案示意 中國礦業(yè)大學(xué) (北 京 ) 博士 研究生開報(bào)告 24 技術(shù) 路線 懸 臂 內(nèi) 截 割電 機(jī) 功 率 和轉(zhuǎn) 矩升 降 、 回 轉(zhuǎn)液 壓 缸 壓 力信 號(hào)升 降 、 回 轉(zhuǎn)液 壓 缸 位 移信 號(hào)截 割 電 機(jī) 開關(guān) 量 等 控 制信 號(hào)特 殊 測(cè) 點(diǎn)振 動(dòng) 信 號(hào)判 斷 掘 進(jìn) 機(jī) 截 割 臂 位 姿 和截 割 工 況 ( 包 括 截 割 頭轉(zhuǎn) 速 、 擺 速 等 )“ 黑 匣 子 ” 與 電 控箱 通 訊 獲 取 數(shù) 據(jù)整 機(jī) 振 動(dòng) 測(cè) 試特 殊 位 置 安 裝 傳 感 器繪 制 載 荷 譜和 壓 力 譜建 立 載 荷 數(shù) 據(jù) 庫 聯(lián) 合工 況 對(duì) 圖 譜 分 析參 考 信 號(hào) 量得 出 相 應(yīng) 結(jié) 論并 提 出 優(yōu) 化 方 案得 出 不 同 截 割 參 數(shù)對(duì) 于 掘 進(jìn) 機(jī) 載 荷影 響 情 況 圖 技術(shù)路線圖 中國礦業(yè)大學(xué) (北 京 ) 博士 研究生開報(bào)告 25 5 研究基礎(chǔ)及條件 目前國內(nèi)針對(duì)重型掘進(jìn)機(jī)的研究、設(shè)計(jì)、制造逐漸興起，而重型掘進(jìn)機(jī)的可靠性，穩(wěn)定性對(duì)于無論是掘進(jìn)機(jī)生產(chǎn)廠家還是掘進(jìn)機(jī)使用單位來說都是非常關(guān)心的問題。 本課題依附于中國礦業(yè)大學(xué)與石家莊煤機(jī)廠合作的科研項(xiàng)目“ 掘進(jìn)機(jī)動(dòng)力學(xué)及智能控制先進(jìn)技術(shù)研究合作協(xié)議 ”，石家莊煤機(jī)廠作為掘進(jìn)機(jī)生產(chǎn)單位有豐富的生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，并對(duì)本課題給 予 了大力支持。 實(shí)驗(yàn)儀器簡(jiǎn)介 （ 1） 井下便攜式 測(cè)振 數(shù)據(jù)記錄儀 井下便攜式數(shù)據(jù)記錄儀的研究首先由中國礦業(yè)大學(xué)（北京）提出， 早在 2020 年左右就已經(jīng)開始了相關(guān)的研究工作。 目前該儀器已進(jìn)入第四代機(jī)器的研發(fā)階段，本課題目前使用的是第三代成熟機(jī)型，儀器以 ARM9 為核心，且能夠同時(shí)采集 4 路振動(dòng)加速度信號(hào)，存儲(chǔ)空間 2GB，供電方式 采用鋰電池供電，軟件界面簡(jiǎn)潔明了， 操作簡(jiǎn)單和人性化?，F(xiàn)該儀器已取得煤安證書 且 已授權(quán)實(shí)用新型專利。 圖 第三代便攜式數(shù)據(jù)記錄儀 上述的井下便攜式數(shù)據(jù)記錄儀主要記錄井下采掘設(shè)備振動(dòng)數(shù)據(jù)。因其具備便攜式和煤安證書等條件，可以直接帶到井下使用，做短時(shí)間振動(dòng)數(shù)據(jù)采集。 （ 2） 機(jī)載大容量數(shù)據(jù)記錄儀（“黑匣子”） 目前中國 礦業(yè)大學(xué)（北京）對(duì)機(jī)載大容量數(shù)據(jù)記錄儀的研究在第一代樣機(jī)研制成功的基礎(chǔ)上已在兗州礦業(yè)集團(tuán)南屯煤礦成功的完成了對(duì)大型采煤機(jī)的長(zhǎng)時(shí)間跟機(jī)測(cè)取 并儲(chǔ)存 其 運(yùn)行狀態(tài)信息、開關(guān)量、振動(dòng)信號(hào)等信息的研究目標(biāo) 。 中國礦業(yè)大學(xué) (北 京 ) 博士 研究生開報(bào)告 26 圖 黑匣子接口示意 目前 支持 4個(gè) 通道采集振動(dòng)加速度信號(hào)，總采樣頻率 250KHz，支持 RS232串口、 、Ether 等通信接口，固態(tài)硬盤存儲(chǔ)容量 500G， 12 伏電源供電。已申報(bào)國家發(fā)明專利，并已授權(quán)實(shí)用新型專利。 （ 3） 本質(zhì)安全型振動(dòng)加速度傳感器 圖 本安型振動(dòng)加速度傳感器 傳感器 GBC1000 是 實(shí)驗(yàn)室自行研發(fā)產(chǎn)品，目前已經(jīng)獲得煤安認(rèn)證，符合井下測(cè)取振動(dòng)信號(hào)的要求。 課題研究基礎(chǔ) 本課題組長(zhǎng)期從事智能化儀器研發(fā)及采掘機(jī)械相關(guān)研究，擁有豐富的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，很多研究對(duì)本課題有重要的參考價(jià)值： （ 1） 楊健健 博士 負(fù)責(zé)的與兗礦集團(tuán)合作的科研項(xiàng)目，利用“黑匣子”和本安型振動(dòng)加速度傳感器對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷的研究。目前對(duì)于實(shí)驗(yàn)機(jī)型的數(shù)據(jù)測(cè)取工作已經(jīng)完成，根據(jù)對(duì)取回?cái)?shù)據(jù)的初步分析顯示： 1） 采煤機(jī)“黑匣子”能夠如實(shí)測(cè)取并存儲(chǔ)采煤機(jī)狀態(tài)信息以及振動(dòng)傳感器的振動(dòng)信號(hào) 中國礦業(yè)大學(xué) (北 京 ) 博士 研究生開報(bào)告 27 2） 從數(shù)據(jù)量與采煤機(jī)估計(jì)工作時(shí)間的 對(duì)比上基本可以判定采煤機(jī)“黑匣子”在采煤機(jī)上電工作過程中工作情況穩(wěn)定，記錄數(shù)據(jù)全面。 這個(gè)實(shí)驗(yàn)是帶有測(cè)取振動(dòng)信號(hào)功能的“黑匣子”首次運(yùn)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)驗(yàn)的成功使現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期測(cè)取采掘機(jī)械的設(shè)備運(yùn)行信息和振動(dòng)信號(hào)成為可能。本人全程參與了此階段工作。 （ 2） 劉頔 碩士 負(fù)責(zé)的河?xùn)|礦采煤機(jī)振動(dòng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，利用井下便攜式數(shù)據(jù)記錄儀對(duì)采煤機(jī)工作過程中搖臂和機(jī)身的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行了短期的跟機(jī)測(cè)試。得出了實(shí)驗(yàn)機(jī)型在工作時(shí)特殊測(cè)點(diǎn)的三向振動(dòng)情況，并繪制了振動(dòng)圖像。相比于“黑匣子”，便攜式數(shù)據(jù)記錄儀的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)可以更為直觀的記錄現(xiàn)場(chǎng)采煤機(jī)運(yùn)行 工況，且測(cè)點(diǎn)布置比較靈活。 （ 3） 席冉碩士 通過研究采掘設(shè)備自身的多傳感器數(shù)據(jù)信息，利用 visual studio 2020 C語言實(shí)現(xiàn)對(duì)大容量數(shù)據(jù)記錄儀采集并記錄保存的采掘設(shè)備運(yùn)行信息數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)文件的實(shí)際物理值，再將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行保存成可與 Matlab、 DASP 等數(shù)據(jù)分析軟件接口的數(shù)據(jù)塊輸出， 提出 了一種 煤礦井下采掘設(shè)備運(yùn)行信息數(shù)據(jù)處理和顯示的方法 的 策略 。中國礦業(yè)大學(xué) (北 京 ) 博士 研究生開報(bào)告 28 6 可行性論證及創(chuàng)新點(diǎn) 可行性論證 針對(duì)課題想要研究的三種載荷信號(hào)，截齒上受力和截割頭受到的轉(zhuǎn)矩?zé)o法直接測(cè)量。通過研究本掘進(jìn)機(jī)的懸臂內(nèi)傳動(dòng) 系統(tǒng)可以看出 ，截割頭動(dòng)作是由電機(jī)輸出的功率和轉(zhuǎn)矩通過輸出軸帶動(dòng)減速機(jī)構(gòu)然后拖動(dòng)的，所以 懸臂內(nèi)的截割電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩和功率也能部分反映截割頭受載荷情況 ， EBZ200 型懸臂式掘進(jìn)機(jī)的截割部結(jié)構(gòu)如圖 所示 ： 截 割 電 機(jī)輸 出 軸行 星 減 速 機(jī) 構(gòu) 截 割 頭 圖 截割部傳動(dòng)示意圖 1— 截割頭 2— 工作臂 3— 減速機(jī)構(gòu) 4— 伸縮油缸 5— 截割電機(jī) 6— 導(dǎo)軌架 圖 外伸縮臂 示意圖 實(shí)驗(yàn)機(jī)型 EBZ200 型掘進(jìn)機(jī)本身裝有大量的狀態(tài)監(jiān)測(cè)傳感器，電控箱內(nèi)記錄的掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行狀 態(tài)信息豐富，通過在升降和回轉(zhuǎn)液壓缸內(nèi)安裝傳感器的方式，也可以測(cè)取壓力和位移信號(hào)，通過“黑匣子”與掘進(jìn)機(jī)電控箱通訊都可以將我們想要的數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)。 本論文研究的掘進(jìn)機(jī)載荷 譜 分析 方法 及結(jié)論 ，對(duì)于掘進(jìn)機(jī)工作現(xiàn)場(chǎng)提高生產(chǎn)效率，提供設(shè)備改進(jìn)方案 ，設(shè)備壽命預(yù)估 有著重要意義，也得到了合作單位石家莊煤機(jī)廠技術(shù)人員認(rèn)同。 本課題依附于中國礦業(yè)大學(xué)（北京）與石家莊煤機(jī)廠簽訂的科研項(xiàng)目“ 掘進(jìn)機(jī)動(dòng)力學(xué)及智能控制先進(jìn)技術(shù)研究合作協(xié)議 ” 。 本課題應(yīng)用的礦用便攜式數(shù)據(jù)記錄儀已具備煤安認(rèn)證，無論井上井下都可以對(duì)掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行振動(dòng)分布測(cè)試，并且 所用到的振動(dòng)加速度傳感器也具備了煤安認(rèn)證，可以井下現(xiàn)場(chǎng)使用。 中國礦業(yè)大學(xué) (北 京 ) 博士 研究生開報(bào)告 29 經(jīng)過之前與石家莊煤機(jī)廠合作的 863 計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目 —— “煤礦井下采掘裝備遙控關(guān)鍵技術(shù)”的子課題 —— “掘進(jìn)機(jī)采存裝置” 以及與兗州礦業(yè)集團(tuán)南屯煤礦合作的“采煤機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)”兩個(gè)項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)反饋和經(jīng)驗(yàn)積累，機(jī)載大容量數(shù)據(jù)記錄儀的樣機(jī)研制已經(jīng)發(fā)展到了成熟階段，使海量采掘設(shè)備運(yùn)行信息的獲取成為現(xiàn)實(shí)，建立了采掘設(shè)備運(yùn)行信息數(shù)據(jù)庫，使理論運(yùn)用有了實(shí)踐基礎(chǔ)。 此外通過與石家莊煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司的長(zhǎng)期穩(wěn)定的合作， 為進(jìn)一步開展 掘進(jìn)機(jī)研究奠定了很好的基礎(chǔ)。 創(chuàng)新點(diǎn) (1) 測(cè)取 掘進(jìn)機(jī) 工作現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為 理論 研究提供實(shí)踐基礎(chǔ)； (2) 提出一套 基于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的 掘進(jìn)機(jī) 實(shí)測(cè) 載荷 譜 分析和 研究 的方法； (3) 獲得 掘進(jìn)機(jī)實(shí)測(cè)載荷譜 ； (4) 建立掘進(jìn)機(jī)載荷與截割工況和空間位姿之間的關(guān)系 ； 中國礦業(yè)大學(xué) (北 京 ) 博士 研究生開報(bào)告 30 7 研究計(jì)劃及預(yù)期的研究成果 研究計(jì)劃 (1) ~：學(xué)習(xí)載荷 譜 相關(guān)知識(shí)，接觸和熟悉機(jī)載大容量數(shù)據(jù)記錄儀以及便攜式數(shù)據(jù)記錄儀的操作及結(jié)構(gòu) ； (2) ~：利用便攜式數(shù)據(jù)記錄儀完成對(duì)實(shí)驗(yàn)機(jī)型 EBZ200 的振動(dòng)分布測(cè)試 ； (3) ~： .完成掘進(jìn)機(jī)“黑匣子 ” 的 改進(jìn)設(shè)計(jì)， 完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)軟件的開發(fā)； 并將將記錄儀安裝到 EBZ200 型及掘進(jìn)機(jī)上，進(jìn)行井上調(diào)試，查找并改正存在的問題，為記錄儀下井做準(zhǔn)備； (4) ~“黑匣子”跟機(jī)下井工作， 每隔一至兩個(gè)月將安裝在掘進(jìn)機(jī)上的黑匣子數(shù)據(jù)取出，同時(shí)完成數(shù)據(jù)分析與處理方法的初步研究； (5) ~：對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，完成掘進(jìn)機(jī)載荷 譜 分析方法的研究， 并對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行歸納總結(jié)。整理論文，申請(qǐng)答辯。 預(yù)期的研究成果 預(yù)期研究成果如下： (1) 實(shí)現(xiàn) 基于 “黑匣子” 的掘進(jìn)機(jī)載荷信號(hào)獲取的井下工 業(yè)性試驗(yàn) ； (2) 建立掘進(jìn)機(jī)載荷信息數(shù)據(jù)庫，提出 實(shí)測(cè) 載荷 譜 分析 方案； (3) 發(fā)表論文 2~3 篇，其中至少 1 篇 EI 檢索。 中國礦業(yè)大學(xué) (北 京 ) 博士 研究生開報(bào)告 31 參考文獻(xiàn) [1] 方治淮，王吉安 .掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 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