本發(fā)明涉及礦業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種重載刮板輸送機(jī)圓環(huán)鏈的摩擦腐蝕疲勞試驗(yàn)裝置及方法。

背景技術(shù)：

綜采技術(shù)是當(dāng)今最先進(jìn)的井下開采技術(shù)，而刮板輸送機(jī)是關(guān)鍵的綜采設(shè)備之一，它不僅起著煤炭運(yùn)輸作用，同時也是采煤機(jī)的運(yùn)行軌道。隨著綜采技術(shù)的不斷發(fā)展，以及礦井的大型化與深層化，刮板輸送機(jī)不斷向大功率、長運(yùn)距以及高鏈速方向發(fā)展，即重載刮板輸送機(jī)。一旦重載刮板輸送機(jī)因故障失效，將導(dǎo)致采煤工作面的停產(chǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致大型煤礦的重大經(jīng)濟(jì)損失。

作為刮板輸送機(jī)牽引機(jī)構(gòu)的重要組成部分，圓環(huán)鏈處于動載和沖擊載荷工況下，鏈傳動的多邊形效應(yīng)導(dǎo)致鏈速變化，進(jìn)而導(dǎo)致慣性引起的動載荷；刮板輸送機(jī)運(yùn)行過程中貨載量變化(空載、滿載或超載)也會引起圓環(huán)鏈上的動載荷；采煤過程中煤塊落在圓環(huán)鏈上，導(dǎo)致圓環(huán)鏈的沖擊載荷或者卡鏈，這些都將導(dǎo)致圓環(huán)鏈承受動載荷及沖擊載荷。動載荷作用導(dǎo)致圓環(huán)鏈緊鏈、松鏈的交替特性，導(dǎo)致平環(huán)-立環(huán)間的摩擦磨損；圓環(huán)鏈在中部槽上輸送物料過程中，圓環(huán)鏈與煤粉、中部槽三者之間形成三體磨損；圓環(huán)鏈與鏈輪之間因動載特性亦發(fā)生摩擦磨損特性，因此交變的動載荷和沖擊載荷以及摩擦磨損的共同作用，會導(dǎo)致圓環(huán)鏈的摩擦疲勞損傷。隨著礦井深度的增加，特別是當(dāng)井深達(dá)到千米級別時，重載刮板輸送機(jī)將工作在高溫環(huán)境下，中部槽上存在著的積水與煤以及溶解在水中的井下氣體混合物將對圓環(huán)鏈產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，加劇圓環(huán)鏈的磨損。因此，重載刮板輸送機(jī)圓環(huán)鏈發(fā)生摩擦腐蝕疲勞現(xiàn)象，嚴(yán)重時會導(dǎo)致圓環(huán)鏈斷裂。據(jù)統(tǒng)計(jì)，41.5％的刮板輸送機(jī)停機(jī)是由于圓環(huán)鏈斷鏈造成的。因此，研究深井重載刮板輸送機(jī)在高溫腐蝕環(huán)境、動載及沖擊載荷工況下圓環(huán)鏈的腐蝕磨損速率和疲勞壽命對重載刮板輸送機(jī)的設(shè)計(jì)具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種重載刮板輸送機(jī)圓環(huán)鏈的摩擦腐蝕疲勞試驗(yàn)裝置及方法，模擬重載刮板輸送機(jī)圓環(huán)鏈在工作環(huán)境下的摩擦腐蝕疲勞行為，同時動態(tài)監(jiān)測圓環(huán)鏈上的動張力、摩擦力、沖擊載荷、溫度、腐蝕磨損速率及疲勞壽命，以解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，操作方便，測量結(jié)果全面可靠。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種重載刮板輸送機(jī)圓環(huán)鏈的摩擦腐蝕疲勞試驗(yàn)裝置，包括基架、模擬加載系統(tǒng)、模擬加熱系統(tǒng)、模擬摩擦系統(tǒng)、模擬腐蝕系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)；

其中，所述基架包括底座、三個短立柱、四個支撐立柱、兩根橫梁、支撐平臺；其中三個短立柱分別為第一短立柱、第二短立柱、第三短立柱，其中第一短立柱、第二短立柱分別固定在底座的兩端，第三短立柱固定在底座的中部；四個支撐立柱固定在底座上，成矩形布置，四個支撐立柱分別為該矩形的頂點(diǎn)；兩根橫梁固定在四個支撐立柱上端形成矩形的兩條長邊，支撐平臺固定于兩根橫梁上；

所述模擬加載系統(tǒng)包括模擬疲勞載荷加載系統(tǒng)和模擬沖擊載荷加載系統(tǒng)；

模擬疲勞載荷加載系統(tǒng)包括第一電動缸、兩個板環(huán)拉力傳感器、U型螺栓、兩個直桿吊鉤及圓環(huán)鏈，其中U型螺栓固定在第二短立柱上，第一電動缸固定在第一短立柱上，且通過連接環(huán)與一個板環(huán)拉力傳感器連接，另一個板環(huán)拉力傳感器通過連接環(huán)與U型螺栓相連，圓環(huán)鏈的兩端通過兩個直桿吊鉤分別與兩個板環(huán)拉力傳感器相連；

模擬沖擊載荷加載系統(tǒng)包括第二電動缸和沖擊板，其中第二電動缸固定在支撐平臺上，第二電動缸下方設(shè)置有中部槽模擬箱，圓環(huán)鏈從兩側(cè)貫穿整個中部槽模擬箱，且圓環(huán)鏈與中部槽模擬箱的底板接觸；第二電動缸的活塞桿伸入中部槽模擬箱內(nèi)，沖擊板水平固定在第二電動缸的活塞桿端部，沖擊板的底面與圓環(huán)鏈接觸，通過沖擊板對圓環(huán)鏈?zhǔn)┘酉蛳碌臎_擊載荷；

所述模擬加熱系統(tǒng)包括兩個U型鋼、兩個風(fēng)扇、兩個PCT電加熱器、溫度傳感器及溫控箱，其中兩個U型鋼分別開口向下扣在中部槽模擬箱的上方并固定，且兩個U型鋼之間留有空位；兩個U型鋼中部設(shè)有方孔，兩個風(fēng)扇分別固定于兩個U型鋼上的方孔處，兩個PCT電加熱器分別固定于兩個風(fēng)扇上，使加熱后的空氣進(jìn)入中部槽模擬箱內(nèi)；溫度傳感器固定在中部槽模擬箱的內(nèi)壁上，PCT電加熱器及溫度傳感器通過電線與溫控箱相連，通過閉環(huán)控制模擬圓環(huán)鏈的高溫工作環(huán)境；

所述模擬摩擦系統(tǒng)包括兩條固定在底座上的平行導(dǎo)軌、兩個與導(dǎo)軌相適配的滑塊、支撐板、四個三維力傳感器、中部槽模擬箱及第三電動缸，其中支撐板固定在兩個滑塊上，中部槽模擬箱的底部通過與四個三維力傳感器的連接固定在支撐板上；第三電動缸固定在第三短立柱上，第三電動缸的活塞桿端部與支撐板相連，從而帶動滑塊、支撐板及中部槽模擬箱沿導(dǎo)軌的一體滑動；

所述模擬腐蝕系統(tǒng)包括橡膠密封裝置及置于中部槽模擬箱內(nèi)的腐蝕介質(zhì)，其中腐蝕介質(zhì)的液面低于溫度傳感器，橡膠密封裝置設(shè)置在中部槽模擬箱內(nèi)部的開口處；中部槽模擬箱的底板及中部槽模擬箱內(nèi)的腐蝕介質(zhì)與圓環(huán)鏈形成三體摩擦；

所述監(jiān)測系統(tǒng)包括兩個板環(huán)拉力傳感器、四個三維力傳感器、溫度傳感器、溫控箱、輔助電極、工作電極、參比電極、電化學(xué)工作站及計(jì)算機(jī)存儲設(shè)備，其中參比電極為飽和甘汞電極，置于腐蝕介質(zhì)外部；輔助電極為與中部槽模擬箱同材料的金屬片，置于腐蝕介質(zhì)中；工作電極為置于腐蝕介質(zhì)中的圓環(huán)鏈，且輔助電極、工作電極、參比電極通過導(dǎo)線與電化學(xué)工作站相連；兩個板環(huán)拉力傳感器、四個三維力傳感器、溫控箱及電化學(xué)工作站通過數(shù)據(jù)線將測量數(shù)值傳輸?shù)接?jì)算機(jī)存儲設(shè)備上。

進(jìn)一步的，所述模擬沖擊載荷加載系統(tǒng)中的沖擊板底部有凹槽，從而防止圓環(huán)鏈在沖擊載荷作用下偏離原位置。

進(jìn)一步的，為防止其他部件和圓環(huán)鏈非工作面被腐蝕，所述兩個直桿吊鉤表面、沖擊板表面、溫度傳感器表面、中部槽模擬箱內(nèi)壁均涂有耐腐蝕膠。

進(jìn)一步的，所述基架包括立柜，立柜設(shè)置于底座上且立柜上擺放有溫控箱、電化學(xué)工作站。

進(jìn)一步的，所述模擬加熱系統(tǒng)包括兩個蓋板，兩個蓋板蓋住中部槽模擬箱的兩端，且通過合頁與中部槽模擬箱相連，用于給中部槽模擬箱保溫。

進(jìn)一步的，所述腐蝕介質(zhì)為煤粉和電解質(zhì)腐蝕溶液混合物。

一種重載刮板輸送機(jī)圓環(huán)鏈的摩擦腐蝕疲勞試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

(a)在中部槽模擬箱內(nèi)加入腐蝕介質(zhì)；

(b)開啟PTC電加熱器及風(fēng)扇，關(guān)閉中部槽模擬箱上方的蓋板，對中部槽模擬箱內(nèi)部進(jìn)行加熱，同時啟動溫控箱，使中部槽模擬箱內(nèi)部溫度保持恒定；

(c)控制模擬疲勞載荷加載系統(tǒng)中第一電動缸的活塞桿收縮，對圓環(huán)鏈?zhǔn)┘宇A(yù)緊力，當(dāng)圓環(huán)鏈兩端的板環(huán)拉力傳感器上的示數(shù)達(dá)到初始設(shè)定值時停止活塞桿收縮；然后通過計(jì)算機(jī)控制第一電動缸的伸縮，實(shí)現(xiàn)圓環(huán)鏈上動張力的施加；

(d)將中部槽模擬箱下方的四個三維力傳感器調(diào)零后，啟動模擬摩擦系統(tǒng)中的第三電動缸，按設(shè)定速度推動中部槽模擬箱作往復(fù)直線運(yùn)動；通過計(jì)算機(jī)控制模擬沖擊載荷加載系統(tǒng)中的第二電動缸，通過沖擊板對圓環(huán)鏈?zhǔn)┘記_擊載荷；

(e)通過記錄兩個板環(huán)拉力傳感器上的示數(shù)值，實(shí)現(xiàn)圓環(huán)鏈上的動張力監(jiān)測；通過記錄四個三維力傳感器上的示數(shù)值，實(shí)現(xiàn)圓環(huán)鏈上的摩擦力以及沖擊載荷監(jiān)測；利用電化學(xué)工作站測量出電極間的電流密度或電極電位后，由相關(guān)軟件計(jì)算得到圓環(huán)鏈的電化學(xué)腐蝕速率，從而實(shí)現(xiàn)圓環(huán)鏈腐蝕磨損速率的監(jiān)測；通過溫度傳感器以及溫控箱，實(shí)現(xiàn)對中部槽模擬箱內(nèi)的溫度監(jiān)控；通過記錄圓環(huán)鏈斷鏈時第一電動缸、第二電動缸、第三電動缸對圓環(huán)鏈的動載加載次數(shù)，實(shí)現(xiàn)圓環(huán)鏈的疲勞壽命監(jiān)測。

改變電動缸的推拉速度、電動缸加載力的大小及頻率、腐蝕介質(zhì)各成分密度、溫控箱所設(shè)定溫度可實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)行速度、不同動載、不同沖擊載荷、不同摩擦腐蝕條件以及不同溫度工況下圓環(huán)鏈摩擦腐蝕疲勞監(jiān)測。

有益效果：本發(fā)明提供的實(shí)現(xiàn)一種重載刮板輸送機(jī)圓環(huán)鏈的摩擦腐蝕疲勞試驗(yàn)裝置及方法可以模擬重載刮板輸送機(jī)圓環(huán)鏈在工作環(huán)境下的摩擦腐蝕疲勞行為，同時動態(tài)監(jiān)測圓環(huán)鏈上的動張力、摩擦力、沖擊載荷、溫度、腐蝕磨損速率及疲勞壽命，從而實(shí)現(xiàn)重載刮板輸送機(jī)圓環(huán)鏈摩擦腐蝕疲勞損傷的定量表征和壽命預(yù)測，對復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境中重載刮板輸送機(jī)圓環(huán)鏈的安全可靠運(yùn)行具有重要的指導(dǎo)意義。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)的不足，操作方便，且測量結(jié)果直觀、全面、可靠。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種重載刮板輸送機(jī)圓環(huán)鏈的摩擦腐蝕疲勞試驗(yàn)裝置的主視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一種重載刮板輸送機(jī)圓環(huán)鏈的摩擦腐蝕疲勞試驗(yàn)裝置的A—A截面圖；

圖3為本發(fā)明一種重載刮板輸送機(jī)圓環(huán)鏈的摩擦腐蝕疲勞試驗(yàn)裝置的B—B截面圖；

圖4為本發(fā)明一種重載刮板輸送機(jī)圓環(huán)鏈的摩擦腐蝕疲勞試驗(yàn)裝置中的中部槽模擬箱俯視圖；

圖中包括：1、底座，2、第一短立柱，3、第二短立柱，4、支撐立柱，5、橫梁，6、第二電動缸，7、U型螺栓，8、立柜，9、板環(huán)拉力傳感器，10、直桿吊鉤，11、第二電動缸，12、沖擊板，13、PCT電加熱器，14、風(fēng)扇，15、第三短立柱，16、第三電動缸，17、導(dǎo)軌，18、滑塊，19、中部槽模擬箱，20、合頁，21、電化學(xué)工作站，22、溫控箱，23、圓環(huán)鏈，24、支撐板，25、三維力傳感器，26、橡膠密封裝置，27、支撐平臺，28、溫度傳感器，29、腐蝕介質(zhì)，30、輔助電極，31、工作電極，32、參比電極，33、U型鋼，34、蓋板，35、放線孔

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。

如圖1所示為一種重載刮板輸送機(jī)圓環(huán)鏈的摩擦腐蝕疲勞試驗(yàn)裝置，包括基架、模擬加載系統(tǒng)、模擬加熱系統(tǒng)、模擬摩擦系統(tǒng)、模擬腐蝕系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)；

其中，所述基架包括底座1、三個短立柱、四個支撐立柱4、兩根橫梁5、支撐平臺27及立柜8；其中三個短立柱分別為第一短立柱2、第二短立柱3、第三短立柱15，其中第一短立柱2、第二短立柱3分別固定在底座1的兩端，第三短立柱15固定在底座1的中部；四個支撐立柱4固定在底座1上，成矩形布置，四個支撐立柱4分別為該矩形的頂點(diǎn)；兩根橫梁5通過螺栓固定在四個支撐立柱4上形成矩形的兩條長邊，支撐平臺27通過螺栓固定于橫梁5上，立柜8置于底座1上，且立柜8上擺放有溫控箱22及電化學(xué)工作站21。

所述模擬加載系統(tǒng)包括模擬疲勞載荷加載系統(tǒng)和模擬沖擊載荷加載系統(tǒng)；

模擬疲勞載荷加載系統(tǒng)包括第一電動缸6、兩個板環(huán)拉力傳感器9、U型螺栓7、兩個直桿吊鉤10及圓環(huán)鏈23，其中U型螺栓7固定在第二短立柱3上，第一電動缸6固定在第一短立柱2上，且通過連接環(huán)與一個板環(huán)拉力傳感器9連接，另一個板環(huán)拉力傳感器9通過連接環(huán)與U型螺栓7相連，圓環(huán)鏈23的兩端通過兩個直桿吊鉤10分別與兩個板環(huán)拉力傳感器9相連；

模擬沖擊載荷加載系統(tǒng)包括第二電動缸11和沖擊板12，其中第二電動缸11通過螺栓固定在支撐平臺27上，第二電動缸11下方設(shè)置有中部槽模擬箱19，圓環(huán)鏈23從兩側(cè)貫穿整個中部槽模擬箱19，且圓環(huán)鏈23與中部槽模擬箱19的底板接觸；第二電動缸11的活塞桿伸入中部槽模擬箱19內(nèi)，沖擊板12水平固定在第二電動缸11的活塞桿端部，沖擊板12的底面與圓環(huán)鏈23接觸；所述模擬沖擊載荷加載系統(tǒng)中的沖擊板12底部有凹槽。

如圖4所示，所述模擬加熱系統(tǒng)包括兩個U型鋼33、兩個風(fēng)扇14、兩個PCT電加熱器13、溫度傳感器28、溫控箱22及兩個蓋板34，其中兩個U型鋼33分別開口向下扣在中部槽模擬箱29的上方并通過螺栓固定，且兩個U型鋼33之間留有空位；兩個U型鋼33中部設(shè)有方孔，兩個風(fēng)扇14通過螺釘分別固定于兩個U型鋼33的方孔處，兩個PCT電加熱器13通過螺釘分別固定于兩個風(fēng)扇14上；溫度傳感器28固定在中部槽模擬箱19的內(nèi)壁上，PCT電加熱器13及溫度傳感器28通過電線與溫控箱22相連；兩個蓋板34蓋住中部槽模擬箱19的兩端并通過合頁20與中部槽模擬箱19相連。

如圖2所示，所述模擬摩擦系統(tǒng)包括兩條固定在底座上的平行導(dǎo)軌17、兩個與導(dǎo)軌17相配合的滑塊18、支撐板24、四個三維力傳感器25、中部槽模擬箱19及第三電動缸16，其中支撐板24通過與角鋼的連接固定在滑塊18上，中部槽模擬箱19的底部通過與四個三維力傳感器25的連接固定在支撐板24上；第三電動缸16固定在第三短立柱15上，第三電動缸16的活塞桿端部通過角鋼與支撐板24相連。

如圖3所示，所述模擬腐蝕系統(tǒng)包括橡膠密封裝置26及置于中部槽模擬箱19內(nèi)的腐蝕介質(zhì)29，其中橡膠密封裝置26設(shè)置在中部槽模擬箱19內(nèi)部的開口處，腐蝕介質(zhì)29為煤粉和電解質(zhì)腐蝕溶液混合物，腐蝕介質(zhì)29的液面低于溫度傳感器28；所述兩個直桿吊鉤10表面、沖擊板12表面、溫度傳感器28表面、中部槽模擬箱19內(nèi)壁均涂有耐腐蝕膠。

所述監(jiān)測系統(tǒng)包括兩個板環(huán)拉力傳感器9、四個三維力傳感器25、溫度傳感器28、溫控箱22、輔助電極30、工作電極31、參比電極32、電化學(xué)工作站21及計(jì)算機(jī)存儲設(shè)備，其中參比電極32為飽和甘汞電極，置于腐蝕介質(zhì)29外部；輔助電極30為與中部槽模擬箱同材料的金屬片，置于腐蝕介質(zhì)29中；工作電極31為處于腐蝕介質(zhì)中的圓環(huán)鏈23，且輔助電極30、工作電極31、參比電極32通過導(dǎo)線與電化學(xué)工作站21相連；兩個板環(huán)拉力傳感器9、四個三維力傳感器25、溫控箱22及電化學(xué)工作站21通過數(shù)據(jù)線將測量數(shù)值傳輸?shù)接?jì)算機(jī)存儲設(shè)備上；溫度傳感器28、溫控箱22、輔助電極30及工作電極31的電線通過一側(cè)蓋板34上的放線孔35放入中部槽模擬箱19內(nèi)。

一種重載刮板輸送機(jī)圓環(huán)鏈的摩擦腐蝕疲勞試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

(a)在中部槽模擬箱19內(nèi)加入腐蝕介質(zhì)29；

(b)開啟PTC電加熱器13及風(fēng)扇14，關(guān)閉中部槽模擬箱19上方的蓋板34，對中部槽模擬箱19內(nèi)部進(jìn)行加熱，同時啟動溫控箱22及溫度傳感器28，使中部槽模擬箱19內(nèi)部溫度保持恒定；

(c)控制模擬疲勞載荷加載系統(tǒng)中第一電動缸6的活塞桿收縮，對圓環(huán)鏈23施加預(yù)緊力，當(dāng)圓環(huán)鏈23兩端的板環(huán)拉力傳感器9上的示數(shù)達(dá)到初始設(shè)定值時停止活塞桿收縮；然后通過計(jì)算機(jī)控制第一電動缸6的伸縮，實(shí)現(xiàn)圓環(huán)鏈23上動張力的施加；

(d)將中部槽模擬箱19下方的四個三維力傳感器25調(diào)零后，啟動模擬摩擦系統(tǒng)中的第三電動缸16，按設(shè)定速度推動中部槽模擬箱19作往復(fù)直線運(yùn)動；通過計(jì)算機(jī)控制模擬沖擊載荷加載系統(tǒng)中的第二電動缸11，通過沖擊板12對圓環(huán)鏈23施加沖擊載荷；

(e)通過記錄兩個板環(huán)拉力傳感器9上的示數(shù)值，實(shí)現(xiàn)圓環(huán)鏈23上的動張力監(jiān)測；通過記錄四個三維力傳感器25上的示數(shù)值，實(shí)現(xiàn)圓環(huán)鏈23上的摩擦力以及沖擊載荷監(jiān)測；利用電化學(xué)工作站21測量出電極間的電流密度或電極電位后，由相關(guān)軟件計(jì)算得到圓環(huán)鏈23的電化學(xué)腐蝕速率，從而實(shí)現(xiàn)圓環(huán)鏈23腐蝕磨損速率的監(jiān)測；通過溫度傳感器28以及溫控箱22，實(shí)現(xiàn)對中部槽模擬箱19內(nèi)的溫度監(jiān)控；通過記錄圓環(huán)鏈23斷鏈時第一電動缸6、第二電動缸11、第三電動缸16對圓環(huán)鏈23的動載加載次數(shù)，實(shí)現(xiàn)圓環(huán)鏈23的疲勞壽命監(jiān)測。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。