低功耗刮板链动张力无线监测系统研究

发布时间：2020-06-21 02:59

【摘要】：刮板输送机是综采工作面机械化采煤的重要装备。刮板链是刮板输送机关键部件,且有较高的失效率。刮板链的故障监测很重要。刮板链的张力是表征刮板链运行状态的重要参数,因此通过利用张力传感器检测刮板链的张力,就能有效预测并避免故障的发生。煤层时常渗出大量矿井水,可淹没至中板,给监测系统的安装带来极大的困难。因此,提出了一套板输送机改造方案和一套低功耗刮板输送机刮板链分布式动张力监测系统。本文的研究内容主要如下。首先分析了刮板输送机刮板链张力监测的必要性和刮板输送机实际工况对监测系统的影响。明确了刮板输送机张力监测系统安装的困难点和实际工况对监测系统功能的影响。根据功能需求,确定张力监测系统采用无线通信的方式发送张力数据。首先阐述了矿井水、电磁干扰、安装方案对无线通信的影响。根据电磁波理论,通过具体计算估计无线通信质量和通信距离。根据计算结果进一步设计无线通信方案,包括张力采集装置和数据接收装置的位置确定,信号通路的设计,定向天线的设计等。最后建立无线通信模型,利用HFSS仿真无线通信方案的电磁波信号质量,评估无线通信的可行性。为了延长监测系统服役时间,综合考虑监测系统的工作流程和安装方案后,设计了基于接近开关和休眠机制的节能策略。根据实际工况,选择了基于霍尔效应的接近开关。阐述霍尔效应的基本原理,然后根据磁路原理和顺磁材质的特性设计出适用于在刮板输送机上安装接近开关新型结构。用Maxwell对接近开关进行建模,验证其可行性。接近开关结合软件上休眠程序的设计,使得张力采集装置在接近数据接收装置时开启无线发射机,数据发送结束后再进入低功耗休眠模式。张力采集电路是张力检测系统的基础内容。确定对传感器类型后,根据实际需求和工况,设计灵敏度和温度补偿都有较好性能的测量电路。设计了差分放大电路和滤波电路对测量电路输出信号进行调理。根据应变片参数和电路元件参数,确定了刮板链应变与张力采集电路输出电压的函数关系。最后通过仿真设计验证电路设计的正确性。硬件设计完成后,设计了张力监测系统的程序。张力监测系统的张力采集装置和数据接收装置通过Basic RF网络协议进行点对点通信。根据实际需求对网络协议中的数据包进行重新定义,阐述了网络协议的工作过程以及分析了接收信号强度的计算。分别设计了张力采集装置和数据接收装置各自的应用层程序。张力采集装置的应用层程序包括对张力采集电路的数据采集、数字化、休眠程序等。数据接收装置的应用层程序包括张力数据计算、与上位机通信和数据可视化程序。最后制作出张力监测系统,验证了张力监测系统的基本功能,测定了张力监测系统功耗、数据发送-接收时间等参数。搭建试验台模拟井下真实工况,验证张力监测系统的可行性。通过传感器标定实验,修正减小张力采集装置测量误差。通过温度稳定性实验,确保张力监测装置足以适应井下较大的温差。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD528.3
【图文】：

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图 1-1 刮板输送机链条错牙监测原理Fig.1-1 Misalignment monitoring of scraper chains汪爱明[18]提出了一种刮板输送机刮板链故障在线监测系统板链的断链、跳链等故障，并实时将监测结果上传至上位-2 所示。其检测的工作原理为：链轮上方安装两个挡板，动两个挡板转动。正常情况下，两个挡板的转动角度不会器可检测到两个板的摆动角度不一致时，则表明刮板输送

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实际测量结果验证了多种埋刮板输送机的理论设计计算克铭[26]设计了一种特殊装置，将其固定在链条上，传感内部，进行实时的数据采集。基于微应变的链条张紧力监控技术与其他监控技术相比的张力，因此，该技术有很好的发展前景，也会是链条。根据最新的研究文献，基于微应变的链条张紧力监控技了数据传输困难等问题，并能够根据采集到的张力信息的控制。哲谦[27]重点聚焦于监测系统的数据传输方向。其针对现检测方式而存在布线复杂、可靠性差等问题，设计了一装置无线检测系统，系统结构框图如图 1-7 所示。各类模块发送至直接传送至无线接收分站，各无线接收分站道 CAN，再通过以太网网关传至地面控制室。

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