采煤機(jī)電渦流加載試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)研制

摘 要：系統(tǒng)的介紹了采煤機(jī)電渦流加載測(cè)試系統(tǒng)的主要構(gòu)成、原理；通過理論分析，給出了系統(tǒng)的硬件和軟件選型、設(shè)計(jì)，利用工控機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，結(jié)合VB良好的操作界面，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化和調(diào)試，并根據(jù)具體的功能要求進(jìn)行程序測(cè)試。該套設(shè)備投入生產(chǎn)測(cè)試以來，節(jié)約了一定的資金，提高了采煤機(jī)維修的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：采煤機(jī)；電渦流測(cè)功；加載測(cè)試；計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試系統(tǒng)

1 采煤機(jī)加載測(cè)試系統(tǒng)的重要意義

隨著采掘機(jī)械化的發(fā)展，技術(shù)裝備的功率和復(fù)雜性日益增加，設(shè)備的自動(dòng)化程度的逐步提高有利于礦井安全生產(chǎn)，增產(chǎn)增效，減輕職工勞動(dòng)強(qiáng)度等。但是由于煤礦生產(chǎn)工作面接替較快，設(shè)備使用流動(dòng)循環(huán)性大，工作使用環(huán)境極為惡劣，操作及維護(hù)空間受限，采煤機(jī)故障頻發(fā)，維修成本急劇增加。直接導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下，和企業(yè)生產(chǎn)成本增加，而且不利于煤礦安全生產(chǎn)。

在一些煤礦綜采工作面，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際調(diào)研統(tǒng)計(jì)，采煤機(jī)搖臂截割部故障的率較高，主要表現(xiàn)為電機(jī)燒毀、漏油、軸承損壞、斷軸、嚴(yán)重的造成殼體損害報(bào)廢。目前，采煤機(jī)等設(shè)備均在采煤工作面結(jié)束以后成套設(shè)備進(jìn)行升井到地面維修車間進(jìn)行維修。在修復(fù)過程中，修復(fù)各種影響因素的限制，采煤機(jī)截割臂等關(guān)鍵部件加載試驗(yàn)幾乎不做，一般只是通電空載運(yùn)行實(shí)驗(yàn)。這樣維修后的采煤機(jī)在入井，采煤機(jī)切割部，電機(jī)，減速機(jī)等部件往往產(chǎn)生新的故障，這樣導(dǎo)致綜采工作面的生產(chǎn)效率低下，增加了安全隱患，也大大增高了設(shè)備的維修成本。因此，近年來，國(guó)內(nèi)開始切割采煤機(jī)負(fù)載的一部分進(jìn)行了研究。電渦流測(cè)功機(jī)加載方式的加載平臺(tái)，有利于提高生產(chǎn)效率，降低維修成本，避免一些安全事故，提高了煤礦生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。[1]

2 采煤機(jī)加載試驗(yàn)的分類

2.1 摩擦加載測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)。這種試驗(yàn)臺(tái)的缺點(diǎn)比較多：加載測(cè)試能力不足、浪費(fèi)能源、產(chǎn)生很多的熱量污染環(huán)境、試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)不穩(wěn)定；優(yōu)點(diǎn)是投入資金比較少、安裝調(diào)試方便等。

2.2 直流發(fā)電逆變加載測(cè)試。這種測(cè)試可以對(duì)較大功率采煤機(jī)進(jìn)行加載實(shí)驗(yàn)，比如采煤機(jī)截割部、行走部等，這種方式能夠回收一部分能源。但是這種加載測(cè)試方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，日常管理和測(cè)試技術(shù)嚴(yán)謹(jǐn)，測(cè)試過程，被測(cè)試電動(dòng)機(jī)一旦過載，就會(huì)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致無(wú)法測(cè)量。

2.3 異步電動(dòng)機(jī)反饋加載測(cè)試。其缺點(diǎn)是測(cè)試的種類較少，同時(shí)在測(cè)試過程中被測(cè)電動(dòng)機(jī)不能過載。其優(yōu)點(diǎn)是能夠回收能源。

2.4 采煤機(jī)電渦流測(cè)功加載實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要采用機(jī)械閉環(huán)的加載方式。其主要組成部分為：電渦流測(cè)功機(jī)、控制器及測(cè)力裝置組成測(cè)功裝置，可以測(cè)取被測(cè)機(jī)械的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速、從而得出輸出功率。電渦流測(cè)功機(jī)利用渦流損耗的原理來吸收功率。逐漸取代磁粉離合器、水力測(cè)功機(jī)、直流發(fā)電機(jī)組等。電渦流測(cè)功機(jī)在中小功率、低速的加載測(cè)試技術(shù)上，易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)智能控制。具有測(cè)試范圍寬廣、測(cè)量精度高、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)突變負(fù)荷響應(yīng)為0.2s、可以雙向測(cè)試的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離自動(dòng)化操縱及數(shù)顯、打印測(cè)量的水平較高。同時(shí)，為適應(yīng)某些特殊機(jī)械，將設(shè)備的垂直轉(zhuǎn)動(dòng)變換成水平傳動(dòng)方式。[2]

3 電渦流加載測(cè)試技術(shù)及測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

3.1 電渦流加載測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)介

電渦流檢測(cè)系統(tǒng)裝載煤炭的最大特點(diǎn)是所有的測(cè)試數(shù)據(jù)的采集和處理，并由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成，方便可靠，避免了各種人為因素的影響。在測(cè)試過程中，從相應(yīng)的傳感器信號(hào)，首先發(fā)送到儀器展示柜二次儀表，二次儀表的傳感器信號(hào)被放大，過濾，轉(zhuǎn)換，數(shù)字顯示，并通過相應(yīng)的接口電路傳輸給計(jì)算機(jī)，通過測(cè)試軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如存儲(chǔ)，顯示，打印等在。第二次儀表輸出信號(hào)有兩種形式，一種為模擬油的溫度，電壓，電流，有功功率，功率信號(hào)；一個(gè)是數(shù)字轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速，功率信號(hào)。這兩種檢測(cè)信號(hào)分別通過A/D轉(zhuǎn)換和RS232等接口電路送至工控計(jì)算機(jī)，由工控計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。[3]

3.2 電渦流測(cè)試系統(tǒng)主要部件組成及結(jié)構(gòu)

電渦流測(cè)試系統(tǒng)的主要設(shè)備包括：4塊平臺(tái)、1臺(tái)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、2臺(tái)增速器、1臺(tái)電渦流測(cè)功加載器、1臺(tái)加載控制儀、1個(gè)20立方下水池、1套水泵電機(jī)組，1臺(tái)1140V電量測(cè)試柜、1臺(tái)3300V電量測(cè)試柜、1個(gè)紅外測(cè)溫儀、1臺(tái)噪聲測(cè)試儀、1套水壓傳感器、1套水溫傳感器、6套電流傳感器、6套電壓傳感器、4套功率傳感器、數(shù)顯儀表18套等。加載測(cè)試系統(tǒng)原理框圖如圖1。

圖1 電渦流加載系統(tǒng)總體框圖

4 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

以PCI總線為主的采煤機(jī)加載試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)。系統(tǒng)的原理框圖如圖2所示。研華PCI總線具有抗干擾能力強(qiáng)、同時(shí)連接的設(shè)備多、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)閉環(huán)智能控制，實(shí)時(shí)性能好，系統(tǒng)采用1條RS232總線，通過專用雙端屏蔽電纜將扭矩測(cè)試僅和加載器控制器到工控機(jī)的一個(gè)串口上。對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的，如電壓表、電流表、溫度等測(cè)試連接到PCL813B，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理送到工控機(jī)PCI總線，系統(tǒng)用計(jì)算機(jī)具備通過網(wǎng)線連接到交換機(jī)上，隨時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)情況或查詢歷史數(shù)據(jù)。IPC通過2個(gè)串行接口，該電壓表，電流表，溫度測(cè)試儀，扭力測(cè)試儀和實(shí)時(shí)控制器發(fā)送命令，每個(gè)點(diǎn)的溫度，并從電壓表，電流表，電壓和溫度的測(cè)試只扭矩測(cè)試只檢索的值在網(wǎng)格中，電流值，采煤機(jī)切割單元值，轉(zhuǎn)矩，速度和功率等。利用加載、減載等命令控制加載器，工控機(jī)總線傳輸回來數(shù)值以數(shù)據(jù)表格或曲線等方式顯示再顯示器上，同時(shí)，工控機(jī)啟動(dòng)存儲(chǔ)程序，將上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，以便后期技術(shù)人員進(jìn)行查詢、分析和打印。[4]

由于現(xiàn)場(chǎng)距離較遠(yuǎn)，為了減少現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等對(duì)測(cè)試系統(tǒng)干擾，溫度傳感器選用熱電阻傳感器。溫度測(cè)試儀為電流型，測(cè)試電流范圍為：4-20mA。增加變送器中的熱電阻，發(fā)射器將指示溫度的電阻值轉(zhuǎn)換成4-20mA的電流值被傳遞到溫度測(cè)量?jī)x。溫度測(cè)定儀連續(xù)周期檢測(cè)的多個(gè)電流值，并根據(jù)按照工業(yè)CPU的命令，分別將溫度值與CPU的要求的通信協(xié)議周期性地顯示在儀器的溫度測(cè)量，顯示，溫度檢測(cè)儀。在同一時(shí)間，在所測(cè)量的電機(jī)動(dòng)力線CT和PT的輸出被直接連接到電流表和電壓表，根據(jù)IPC這些表在總線上發(fā)送的命令分別的電流值和電壓值被傳遞到計(jì)算機(jī)。工控機(jī)按照存儲(chǔ)的《試驗(yàn)規(guī)范》、《檢驗(yàn)規(guī)范》和《采煤機(jī)截割部的試驗(yàn)》要求，采用扭矩測(cè)試儀實(shí)時(shí)測(cè)得的數(shù)據(jù)，通過加載控制器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，可以進(jìn)行閉環(huán)實(shí)時(shí)測(cè)試。

4.2 通訊協(xié)議的處理

將電流表、電壓表、溫度測(cè)試儀、扭矩測(cè)試儀等部件通訊協(xié)議統(tǒng)一安排在PCI總線上有效的解決了相互之間的干擾，系統(tǒng)穩(wěn)定性較好。

4.3 軟件編譯

工控系統(tǒng)軟件的主要功能有：參數(shù)的設(shè)置、數(shù)據(jù)采集處理、試驗(yàn)的自動(dòng)測(cè)試、試驗(yàn)報(bào)表和特性曲線的自動(dòng)生成及歷史數(shù)據(jù)的查詢和打印。系統(tǒng)采用模塊化、結(jié)構(gòu)化、層次化程序設(shè)計(jì)技術(shù)。系統(tǒng)中模塊化程序主要有：數(shù)字量輸入板卡子程序、數(shù)字量輸出板卡子程序、模擬量輸入板卡子程序、模擬輸出板卡子程序、啟動(dòng)電機(jī)調(diào)速子程序、電壓調(diào)整子程序、電流調(diào)整子程序、濾波子程序和保護(hù)子程序等等。

4.4 數(shù)據(jù)采集及處理的實(shí)現(xiàn)[5]

系統(tǒng)軟件部分主要通過調(diào)用DRV_AIVoltageIn（DriverHandle， （LPT_AIVoltageIn）&ptAIVoltageIn）函數(shù)，來采集數(shù)據(jù)。

CString szBuffer；

char szErrMsg[80]；

strcpy（szErrMsg，"Device open error ！"）；

szBuffer.Format（"data = %10.6f"， fVoltage）；

if （（ErrCde = DRV_AIVoltageIn（DriverHandle，

（LPT_AIVoltageIn）&ptAIVoltageIn）） ！= 0）

{

DRV_GetErrorMessage（ErrCde，（LPSTR）szErrMsg）；

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MessageBox（（LPCSTR）szErrMsg，"Driver Message"，MB_OK）；

DRV_DeviceClose（（LONG far *）&DriverHandle）；

return；

}

CWnd* pWnd = GetDlgItem（IDC_EDIT1）； //在編輯框和列表框中顯示數(shù)據(jù)

pWnd->SetWindowText（szBuffer）；

pDataList->InsertString（0，szBuffer）；

CDialog：：OnTimer（nIDEvent）；

}

void CStartDlg：：OnButton2（） //停止數(shù)據(jù)采集

{

// TODO： Add your control notification handler code here

KillTimer（1）；

DRV_DeviceClose（（LONG far *）&DriverHandle）；

}

void CStartDlg：：OnOK（） //退出程序

{

if（DriverHandle ！=（long）NULL）//判斷句柄是否已經(jīng)釋放，如沒有則在此釋放

DRV_DeviceClose（（LONG far *）&DriverHandle）；

CDialog：：OnOK（）；

}

4.5 軟件的運(yùn)行

計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試軟件的中文WindowsXP操作系統(tǒng)下，Visual Basic6.0為編程環(huán)境，開發(fā)界面友好，提示和幫助所有的中國(guó)，易于學(xué)習(xí)，易于使用的操作，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和容錯(cuò)性是好的。維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)和層次關(guān)系菜單時(shí)，軟件的設(shè)計(jì)與開發(fā)，采用容錯(cuò)技術(shù)。VB程序的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

測(cè)試軟件先經(jīng)編譯后，建立桌面快捷圖標(biāo)，在測(cè)試時(shí)，雙擊桌面上測(cè)試軟件“采煤機(jī)、減速器加載試驗(yàn)臺(tái)”，即可啟動(dòng)主控模塊。

在主控模塊中，菜單的設(shè)計(jì)主要包涵試驗(yàn)項(xiàng)目及其擴(kuò)展功能，性能測(cè)試主菜單內(nèi)容包括：

采煤機(jī)切割性能試驗(yàn)，減速性能測(cè)試，炮頭緩速測(cè)試等。對(duì)應(yīng)于每個(gè)測(cè)試模塊，根據(jù)所述第一系統(tǒng)提示選擇對(duì)象的設(shè)備，輸入設(shè)備編號(hào)，然后實(shí)現(xiàn)以下功能：數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，報(bào)表打印。所有的功能都在菜單上，單擊鼠標(biāo)右鍵，會(huì)出現(xiàn)浮動(dòng)菜單上的上述功能。

采煤機(jī)截割部性能試驗(yàn)、減速器性能試驗(yàn)、掘進(jìn)機(jī)炮頭減速器試驗(yàn)等。對(duì)應(yīng)于每一個(gè)測(cè)試模塊，首先要根據(jù)系統(tǒng)提示選擇被試設(shè)備型號(hào)，輸入設(shè)備編號(hào)，然后實(shí)現(xiàn)的功能有：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存盤、報(bào)表打印等。各項(xiàng)功能均采用菜單驅(qū)動(dòng)，單擊鼠標(biāo)右鍵即可出現(xiàn)關(guān)于以上功能的浮動(dòng)菜單。

圖3 采煤機(jī)加載實(shí)驗(yàn)程序框圖

5 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)電渦流加載系統(tǒng)進(jìn)行闡述和技術(shù)分析，并在這個(gè)基礎(chǔ)上研發(fā)采煤機(jī)加載試驗(yàn)系統(tǒng)，包括硬件部分、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等部分。測(cè)試軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如存盤、顯示、打印功能等。目前，投入使用的采煤機(jī)電渦流加載試驗(yàn)臺(tái)，能夠滿足所有維修各類采煤機(jī)、減速機(jī)等設(shè)備的性能檢測(cè)，全面提升了綜采設(shè)備的維修水平。

參考文獻(xiàn)

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[3]孫忠義.電牽引采煤機(jī)的研制、使用及發(fā)展前景[A].中國(guó)煤礦綜采機(jī)械化發(fā)展30周年學(xué)術(shù)研討論文專集[C].2000.

[4]張福起.采煤機(jī)整機(jī)加載試驗(yàn)方案[J].煤礦機(jī)械，2011，32（2）：151-153.

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作者簡(jiǎn)介：孔偉（1972-），男，工程師，1997年畢業(yè)于淮南工業(yè)學(xué)院（現(xiàn)安徽理工大學(xué)），現(xiàn)從事機(jī)電方面的技術(shù)與管理工作。