[发明专利]一种采煤机行走轮磨损量检测装置和磨损量检测预警方法

摘要

本发明公开了一种采煤机行走轮磨损量检测装置和磨损量检测预警方法，MEMS传感器为惯性测量单元，设在惰轮输出轴端面的安装槽内，MEMS传感器上设有存储卡，且MEMS传感器通过线缆连接至数据接收装置的输入端，数据接收装置的输出端连接至一数据处理装置，数据接收装置和数据处理装置设置在数控箱中；惰轮与采煤机行走轮啮合，行走轮与刮板输送机的销轨齿啮合。本发明配置简洁、检测过程简单；不需要人为参与，适用于在恶劣的矿井下工作，能够通过惰轮输出轴上的MEMS传感器检测得到行走轮在运行过程中各种运动学和动力学参数；可以得出正确的磨损量数据并实时作出响应，及时正确判断行走轮是否为正常工作状态并作出预警应对，能够避免严重生产事故的发生。

主权项

1.一种采煤机行走轮的磨损量检测预警方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)定义计算行走轮磨损量所需的坐标系，导航坐标系Onxnynzn为计算的基准坐标系，原点在采煤机的端头处，xn轴平行于采煤机工作面水平指向机身右侧，yn轴指向液压支架且垂直于采煤机工作面，zn轴沿着地垂线方向指向上方，导航坐标系记为n系；行走轮坐标系Obxbybzb与行走轮固连，原点在行走轮惰轮轴的中心处，xb轴沿采煤机工作面水平方向指向机身右侧，yb轴沿垂直于采煤机机身方向指向液压支架，zb沿采煤机竖轴向上；行走轮坐标系计为载体坐标系b系；(2)MEMS传感器检测获得加速度数据a(t)，将加速度数据存储下来并通过井下通讯线缆传输至数据接收装置，数据接收完成后，将数据导入数据处理装置，经Kalman滤波处理后，对利用MEMS传感器获得的方向余弦矩阵进行姿态解算，将载体坐标系中定义的加速度a^b左乘方向余弦得到导航坐标系中的加速度aⁿ；(3)对an进行频域积分，进行频域积分会减少由于时间累积产生的积分误差，根据傅里叶变换的公式，加速度信号在任一频率的傅里叶分量可以表达为a(t)＝Aejωt，式中：a(t)为加速度信号在频率ω的傅里叶分量，A为对应a(t)的系数，j为虚数；初速度分量为0时，对加速度信号分量进行时间积分可以得出速度信号分量，即式中：v(t)为速度信号在频率ω的傅里叶分量，V为对应v(t)的系数；由于一次积分在频域里关系式为：初速度和初位移分量均为0时，对加速度信号的傅里叶分量两次积分可得出位移分量：式中：s(t)为位移信号在频率ω的傅里叶分量，S为对应s(t)的系数；(4)将两次积分后的位移信息，进行傅里叶逆变换可得到时域的位移信息，即行走轮啮合点的位置信息；由载体坐标系可知，需要检测和计算的磨损量发生在xbzb平面内，所以yb方向上的位移可以忽略，在一对齿啮合时间内，将s(t)记为s1(x1，z1)，s2(x2，z2)，s3(x3，z3)……sn(xn，zn)，根据这n个点，通过最小二乘法多项式曲线拟合原理和方法拟合出行走轮啮合齿的轮廓曲线；(5)在下一对齿啮合的时候，重复计算与拟合，直至行走轮转动一圈后，即可以拟合出行走轮啮合齿的轮廓曲线；(6)行走轮继续转动过程中，循环计算与拟合曲线，通过将每一圈转动的轮廓曲线与之前转动一圈的轮廓曲线对比即获得行走轮的磨损量；(7)数据处理装置采用BP神经网络对不同的磨损量作为训练数据并进行分类，BP神经网络的输出结果作为控制指令输送至采煤机行走轮报警装置，当BP神经网络输出结果达到预先设置在采煤机行走轮报警装置中的预报警值时，采煤机行走轮报警装置发出预报警信号；当BP神经网络输出结果超出了预先设置在采煤机行走轮报警装置中的报警值时，报警装置发出报警信号。