采煤机自动测试系统实现关键技术分析

2022-09-10

采煤机测试系统由计算机及先进的检测元件组成可对实验过程的液压参量快速、精确地自动采样、实时显示处理和控制, 能大大提高测试和数据处理度与速度改善测试的重复性与可靠性, 节约人力、物力。对提高采煤机及液压设备的制造和维修质量, 具有十分重要的意义。

1 测试系统的工作原理

1.1 测试系统组成

采煤机测试系统主要是针对煤矿所使用的液压牵采煤机进行液压泵、液压马达以及牵引部的性能测试而设计的。

采煤机测试系统主要有三个部分组成:试验台架系统、电气控制系统和微机自动数据采集及处理系统。试验台架系统包括液压泵/马达及牵引部安装试验台架、液压泵站、液压操作控制台等。电气控制系统包括电源系统、电机启动控制系统等。微机自动数据采集及处理系统由各类传感器元件、二次仪表、数模、模数转换接口、工控机等组成。电气控制系统提供电力保障, 通过液压泵/马达及牵引部试验台架和液压泵站系统, 由液压操纵控制台和微机系统实现对液压泵/马达及牵引部的加载试验, 并通过传感元件、二次仪表、模数转换及工业控制机等自动地实现各种参数、被测量数据采集和实时显示记录, 再通过通讯及主控计算机对数据进行处理、编制试验报告和打印结果。

1.2 侧试系统工作原理

(1) 液压泵试验。电机通过变速箱、转矩转速传感器驱动被试液压泵, 在被试液压泵出油管路中设置溢流阀, 调节溢流阀压力进行加载, 由检测元件检测液压泵的各项性能参数。

(2) 液压马达试验。电机驱动液压泵, 液压泵排出的高压油进入被试液压马达, 被试液压马达出轴经转矩转速传感器驱动加载泵, 马达性能参数由检测元件检测。

(3) 牵引部试验。牵引部由采煤机主电机驱动, 牵引部链轮输出轴与加载装置联接, 采用溢流阀加载, 原理同液压马达试验, 并采用同一加载系统。

2 液压系统设计

2.1 液压系统的原理分析

采煤机测试系统需要进行液压泵、马达及牵引部等多个元部件的试验, 每个元部件又有多项试验内容, 但是, 并非多个元部件同时试验, 而且本测试系统只在液压泵、马达或牵引部检修时才使用。因此, 可针对每个元部件单独进行回路设计, 然后再将其组合在一起。

液压泵试验时, 采用电机经增速箱直接驱动液压泵, 液压泵出口溢流阀加载的试验方法。液压泵的输入功率由转矩转速传感器测量, 液压泵的性能由压力传感器和流量传感器测量。液压马达试验时, 采用电机驱动液压泵, 液压泵输出的压力油驱动液压马达, 液压马达出轴经增速箱驱动加载泵, 由溢流阀对加载泵进行加载的试验方法。液压马达的输出转速和转矩由转矩转速传感器测量。牵引部试验时, 采用采煤机主电机直接驱动牵引部, 牵引部出轴经增速箱驱动加载泵, 由溢流阀对加载泵进行加载的试验方法。其测量原理与液压马达的测量原理相同。

2.2 液压系统设计

液压系统设计必须从实际出发, 注重调查研究, 在满足工作性能要求、工作可靠的前提下, 力求系统结构简单、成本低、效率高、操作维护方便及使用寿命长。根据上述分析, 本测试系统的液压系统由泵站系统、液压泵系统、液压马达系统、牵引部系统等个部分组成。

2.3 主要元件的选择

(1) 液压泵。液压泵是液压传动系统中的能量转换元件, 由原动机驱动, 把输入的机械能转换成液压能, 再以压力流量的形式输送到系统中去, 它是液压系统中的动力元件。液压泵是液压系统中的核心元件, 合理地选择液压泵对于降低液压系统的能耗, 提高系统的效率, 降低噪声改善工作性能和保证系统的可靠工作都是十分重要的。选择液压泵的原则是根据主机工况、功率大小和液压系统对工作性能的要求, 首先应决定选用变量泵还是定量泵, 变量泵的价格高, 但能达到提高工作效率、节能等要求。然后, 再根据各类泵的性能特点及成本等确定选用何种结构类型的液压泵, 最后按系统所要求的压力流量大小确定其规格型号。

(2) 电动机的选择。电动机带动液压泵将机械能转换为液压能, 对于液压泵的正常运转是非常重要的。在各种电动机中, 异步电动机, 特别是鼠笼异步电动机, 其结构简单, 运行可靠, 广泛应用于国民经济和日常生活的各个领域, 是生产量最大、应用最广的电机。直流电动机调速和控制性能优异, 主要用于需要速度控制的高性能电力拖动系统和伺服控制系统以及便携式或移动式的电子电气设备中。

(3) 液压控制阀的选择。阀类元件的规格应按阀所在的回路的最大工作压力和通过该阀的最大流量从产品样本上选定。选用阀类元件时应考虑其结构形式、特性、压力等级、连接方式、集成方式及操纵方式等。选择压力控制阀时, 应考虑压力阀的压力调节范围、流量变化范围、所要求的压力灵敏度和平稳性等。特别是溢流阀的额定流量必须满足液压泵最大流量的要求。

3 测试系统硬件、软件介绍

测试系统的硬件包括各种传感器、二次仪表、输入输出接口、计算机等。其性能的好坏直接影响到测试系统的可靠性和测试结果的精度。温度、压力、流量、转速、转矩等模拟量信号由PCL-812PG模拟量采集卡采集, 开关量信号由西门子S7-200PLC可编程序逻辑控制器采集和控制, 来自压力变送器和转矩转速仪的模拟量信号为0~5V直流电压信号, 来自流量变送器的模拟量信号为4mA~20mA电流信号, 利用相应软件将其中两路通道设置为电流量输入, 另外四路通道设置为电压量输入, 然后在PCL-812PG模拟量采集卡设置程序中设置好采集卡的中断号、内存地址及各通道的模拟量输入范围。

采煤机测试系统监控软件是在基于组态软件基础上进行的二次开发, 软件组态主要包括三个方面设备组态、数据库组态、界面组态。