本實用新型涉及掘進機截割性能測試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種縱軸式掘進機截割模擬試驗系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

掘進和開采是煤炭生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，其方針是：采掘并重，掘進先行。如何快速、安全的進行巷道掘進是保證煤礦高產(chǎn)的前提，掘進機的截割頭是截割與破碎煤巖體的工作機構(gòu)，其設(shè)計是否合理將直接影響到掘進機整機的可靠性、截割效率以及截齒消耗率，此外在復(fù)雜工況下，掘進機截割煤巖時，將產(chǎn)生劇烈的振動，過于強烈的振動和擺動不僅造成截齒的超前磨損和合金頭的脫落，而且易造成關(guān)鍵零部件過度疲勞、液壓系統(tǒng)失效、電氣設(shè)備誤動作及損壞等現(xiàn)象，影響掘進機的工作可靠性，降低其生產(chǎn)效率。

為提高掘進機的工作性能，煤機設(shè)計生產(chǎn)單位需要進行截割試驗來對掘進機截割性能進行評估，根據(jù)試驗結(jié)果對截割頭及其他結(jié)構(gòu)進行二次優(yōu)化，但由于掘進工作面環(huán)境惡劣、工況復(fù)雜的特點，進行井下截割試驗時測試數(shù)據(jù)易受環(huán)境干擾難以采集，多因素影響下的數(shù)據(jù)參數(shù)識別難度增大、當(dāng)工作面來壓時，井下安全難以保證。現(xiàn)有的掘進機截割試驗主要有以下兩種：一種是在整機上進行截割測試，但在整機上試驗需要的配套設(shè)備較為復(fù)雜，需要大量的資金和時間來完成整套測試，使得測試成本較高；另一種是建立簡單的傳動系統(tǒng)，并配有簡化的截割頭進行截割，但該方法無法模擬掘進機懸臂縱向和橫向擺動截割時的運動狀態(tài)，且無法對截割時懸臂、回轉(zhuǎn)臺等結(jié)構(gòu)件的受力及振動等信息的測試，影響測試結(jié)果，測試精度較差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的整機測試成本較高的問題，以及簡單的傳動系統(tǒng)無法模擬掘進機懸臂縱向和橫向擺動截割時的運動狀態(tài)，影響測試結(jié)果的問題，如圖1所示，本實用新型提供了一種縱軸式掘進機截割模擬試驗系統(tǒng)，所述縱軸式掘進機截割模擬試驗系統(tǒng)包括掘進機截割部、縱向滑道、縱向推拉機構(gòu)、模擬煤巖壁、支撐平臺和控制系統(tǒng)；

掘進機截割部包括懸臂、截割頭和轉(zhuǎn)動機構(gòu)，懸臂的一端與截割頭連接，懸臂的另一端與轉(zhuǎn)動機構(gòu)轉(zhuǎn)動連接，轉(zhuǎn)動機構(gòu)安裝在支撐平臺上且能夠帶動懸臂進行上下擺動和左右擺動，支撐平臺安裝在縱向滑道上，縱向推拉機構(gòu)與支撐平臺連接，縱向推拉機構(gòu)能夠帶動掘進機截割部在縱向滑道上滑動使得掘進機截割部向模擬煤巖壁運動，控制系統(tǒng)與所述縱向推拉機構(gòu)連接。

所述轉(zhuǎn)動機構(gòu)包括回轉(zhuǎn)臺、調(diào)高油缸、回轉(zhuǎn)軸承和回轉(zhuǎn)油缸；

回轉(zhuǎn)臺設(shè)有兩個前上耳、兩個前下耳和兩個后上耳，所述懸臂的另一端與兩個前上耳鉸接，兩個前下耳各連接一個調(diào)高油缸，兩個調(diào)高油缸的輸出端與所述懸臂的底部鉸接；

回轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)中心安裝有所述回轉(zhuǎn)軸承，所述支撐平臺上設(shè)有凸臺，所述回轉(zhuǎn)軸承安裝在所述凸臺上，每個所述后上耳均鉸接一個回轉(zhuǎn)油缸，每個所述回轉(zhuǎn)油缸鉸接在所述支撐平臺上，調(diào)高油缸和回轉(zhuǎn)油缸均與所述控制系統(tǒng)連接。

所述縱向滑道包括第一導(dǎo)軌、第二導(dǎo)軌和滑軌；

滑軌安裝在所述支撐平臺的底部兩側(cè)，位于所述支撐平臺底部一側(cè)的滑軌在第一導(dǎo)軌上滑動，位于所述支撐平臺底部另一側(cè)的滑軌在第二導(dǎo)軌上滑動，第一導(dǎo)軌和第二導(dǎo)軌平行布置。

所述懸臂的中部和所述回轉(zhuǎn)臺的前下耳處均安裝有振動傳感器，所述振動傳感器與數(shù)據(jù)分析裝置連接。

所述回轉(zhuǎn)臺上和所述支撐平臺的后端均安裝有粉塵檢測儀，粉塵檢測儀與數(shù)據(jù)分析裝置連接。

所述回轉(zhuǎn)油缸上安裝有壓力傳感器，壓力傳感器與數(shù)據(jù)分析裝置連接。

所述懸臂內(nèi)部設(shè)有水路，懸臂的中部設(shè)有多個噴嘴，多個噴嘴與水路連通，水路與供水系統(tǒng)連接。

所述縱向推拉機構(gòu)為推拉油缸。

所述縱軸式掘進機截割模擬試驗系統(tǒng)還包括上擠壓板、左側(cè)擠壓板、右側(cè)擠壓板和多個固定三腳架；

左側(cè)擠壓板和右側(cè)擠壓板分別位于所述模擬煤巖壁的兩個側(cè)面，上擠壓板位于所述模擬煤巖壁的頂面，多個固定三腳架并列布置且抵壓所述模擬煤巖壁的后面。

所述縱軸式掘進機截割模擬試驗系統(tǒng)還包括脈沖錘和脈沖錘固定架；

所述脈沖錘固定架包括兩個立柱和一個頂梁，兩個立柱固定在所述模擬煤巖壁的兩側(cè)，頂梁固定在兩個立柱的頂部，所述脈沖錘安裝在所述頂梁接近所述模擬煤巖壁的一側(cè)且能夠沿著頂梁來回移動。

在本實用新型的縱軸式掘進機截割模擬試驗系統(tǒng)中，掘進機截割部可以沿著縱向滑道進行滑動，從而實現(xiàn)掘進機截割部的鉆進截割，通過兩個回轉(zhuǎn)油缸的配合實現(xiàn)掘進機的左右橫擺截割，通過兩個調(diào)高油缸的配合實現(xiàn)掘進機的上下擺動截割，因此本實用新型中的模擬試驗系統(tǒng)能夠模擬實際掘進機的截割運動；本實用新型中的模擬試驗系統(tǒng)還包括振動傳感器、壓力傳感器和粉塵檢測儀，通過振動傳感器、壓力傳感器和粉塵檢測儀采集數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析裝置對采集的數(shù)據(jù)進行分析統(tǒng)計，可以全面了解掘進機截割時的動態(tài)特性，進而實現(xiàn)對掘進機截割頭性能的綜合評價；本實用新型中的模擬試驗系統(tǒng)還包括脈沖錘，用來模擬實際開采過程中的礦壓及開采動應(yīng)力等外部擾動，提高了測試結(jié)果的精度；另一方面，該試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、配套設(shè)備較少，可在短時間、低成本條件下完成對掘進機性能的測試；同時截割頭可與截割頭驅(qū)動裝置的傳動軸之間實現(xiàn)快速更換，以完成對不同型號截割頭截割性能的測試；模擬煤巖壁制作和安裝方便，只需要較小的成本便能快速制作出不同掘進工作面對應(yīng)的模擬煤壁。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實用新型提供的縱軸式掘進機截割模擬試驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型提供的掘進機在縱向滑道上的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實用新型提供的縱軸式掘進機截割模擬試驗系統(tǒng)的局部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實用新型提供的縱軸式掘進機截割模擬試驗系統(tǒng)的局部結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，

1掘進機截割部，2縱向滑道，3縱向推拉機構(gòu)，4模擬煤巖壁，5懸臂，6截割頭，7轉(zhuǎn)動機構(gòu)，8支撐平臺，9第一導(dǎo)軌，10第二導(dǎo)軌，11滑軌，12回轉(zhuǎn)臺，13調(diào)高油缸，14回轉(zhuǎn)軸承，15回轉(zhuǎn)油缸，16振動傳感器，17壓力傳感器，18粉塵檢測儀，19噴嘴，20上擠壓板，21左側(cè)擠壓板，22右側(cè)擠壓板，23固定三腳架，24脈沖錘，25立柱，26頂梁；

A前上耳，B前下耳，C后上耳。

具體實施方式

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的整機測試成本較高的問題，以及簡單的傳動系統(tǒng)無法模擬掘進機懸臂橫向和縱向擺動截割時的運動狀態(tài)，影響測試結(jié)果的問題，如圖1所示，本實用新型提供了一種縱軸式掘進機截割模擬試驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括掘進機截割部1、縱向滑道2、縱向推拉機構(gòu)3、模擬煤巖壁4、支撐平臺8和控制系統(tǒng)；

掘進機截割部1包括懸臂5、截割頭6和轉(zhuǎn)動機構(gòu)7，懸臂5的一端與截割頭6連接，懸臂5的另一端與轉(zhuǎn)動機構(gòu)7轉(zhuǎn)動連接，轉(zhuǎn)動機構(gòu)7安裝在支撐平臺8上且能夠帶動懸臂5進行上下擺動和左右擺動，支撐平臺8安裝在縱向滑道2上，縱向推拉機構(gòu)3與支撐平臺8連接，縱向推拉機構(gòu)3能夠帶動掘進機截割部1在縱向滑道2上滑動使得掘進機截割部1向模擬煤巖壁4運動，控制系統(tǒng)與縱向推拉機構(gòu)3連接。

在本實用新型中，縱向推拉機構(gòu)3可以為推拉油缸，控制系統(tǒng)可以包括液壓泵和控制器，其中控制系統(tǒng)未在圖中示出，推拉油缸與液壓泵連接，控制器可以控制推拉油缸做伸縮運動，從而使得掘進機截割部1在縱向滑道2上來回移動，使截割頭6對模擬煤巖壁4進行鉆進截割，轉(zhuǎn)動機構(gòu)7能夠帶動懸臂5上下和左右擺動，使掘進機截割部1對模擬煤巖壁4進行縱向和橫向截割，在本實用新型中，縱向推拉機構(gòu)3還可以為多個桿件連接而成的能夠進行伸縮運動的機械臂。本實用新型中，懸臂5內(nèi)布置有截割頭驅(qū)動裝置，能夠帶動截割頭6旋轉(zhuǎn)，為截割頭6截割模擬煤巖壁4提供動力，截割頭驅(qū)動裝置包括電機、減速器和傳動軸，傳動軸與截割頭6連接，電機的輸出端經(jīng)過減速器減速后通過傳動軸帶動截割頭6旋轉(zhuǎn)，其中傳動軸與截割頭6之間可以實現(xiàn)快速更換。

在本實用新型中，模擬煤巖壁4以煤為主，輔以水泥、水、減水劑等原料，將選用的煤、水泥通過水混合，并加入適量的減水劑，配制成試驗所需的模擬煤巖壁4。

如圖1、圖2和圖3所示，在本實用新型中，縱向滑道2包括第一導(dǎo)軌9、第二導(dǎo)軌10和滑軌11；

滑軌11安裝在支撐平臺8的底部兩側(cè)，位于支撐平臺8底部一側(cè)的滑軌11在第一導(dǎo)軌9上滑動，位于支撐平臺8底部另一側(cè)的滑軌11在第二導(dǎo)軌10上滑動，第一導(dǎo)軌9和第二導(dǎo)軌10平行布置。

在本實用新型中，支撐平臺8的底部兩側(cè)均設(shè)有兩個滑軌11，當(dāng)縱向推拉機構(gòu)3推動支撐平臺8時，使得支撐平臺8沿著第一導(dǎo)軌9和第二導(dǎo)軌10滑動，從而實現(xiàn)掘進機截割部1對模擬煤巖壁4的鉆進。

如圖1、圖2和圖3所示，在本實用新型中，轉(zhuǎn)動機構(gòu)7包括回轉(zhuǎn)臺12、調(diào)高油缸13、回轉(zhuǎn)軸承14和回轉(zhuǎn)油缸15；

回轉(zhuǎn)臺12設(shè)有兩個前上耳A、兩個前下耳B和兩個后上耳C，懸臂5的另一端與兩個前上耳A鉸接，兩個前下耳B各連接一個調(diào)高油缸13，兩個調(diào)高油缸13的輸出端與懸臂5的底部鉸接；

回轉(zhuǎn)臺12的回轉(zhuǎn)中心安裝有回轉(zhuǎn)軸承14，支撐平臺8上設(shè)有凸臺，回轉(zhuǎn)軸承14安裝在凸臺上，每個后上耳C均鉸接一個回轉(zhuǎn)油缸15，每個回轉(zhuǎn)油缸15鉸接在支撐平臺8上，調(diào)高油缸13和回轉(zhuǎn)油缸15均與控制系統(tǒng)連接。

通過控制系統(tǒng)可以控制兩個調(diào)高油缸13伸長和回縮，因為懸臂5與回轉(zhuǎn)臺12的前上耳A為鉸接，因此可以實現(xiàn)懸臂5帶動截割頭6進行上下擺動；控制系統(tǒng)還可以控制兩個回轉(zhuǎn)油缸15，因為回轉(zhuǎn)油缸15與回轉(zhuǎn)臺12連接，通過兩個回轉(zhuǎn)油缸15的配合，使得回轉(zhuǎn)臺12圍繞凸臺進行旋轉(zhuǎn)，進而實現(xiàn)懸臂5帶動截割頭6進行左右擺動。

如圖2所示，在本實用新型中，還可以在懸臂5的中部和回轉(zhuǎn)臺12的前下耳B處均安裝振動傳感器16，振動傳感器16與數(shù)據(jù)分析裝置連接。本實用新型中的數(shù)據(jù)分析裝置可以為計算機，位于懸臂5中部和回轉(zhuǎn)臺12前下耳B的振動傳感器16可以檢測出在懸臂5在采用不同的橫擺速度和鉆進速度對模擬煤巖壁4鉆進時，懸臂5以及回轉(zhuǎn)臺12前下耳B的振動數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分析裝置可以記錄下懸臂5在不同的橫擺速度和鉆進速度下所對應(yīng)的振動數(shù)據(jù)，并進行分析對比，可以得出不同工況下掘進機截割部1的振動情況，并對截割頭6的結(jié)構(gòu)進行合理的改進，使其達到最佳的截割性能。在本實用新型中，可以根據(jù)實際的試驗情況，在掘進機截割部1的其他位置也安裝振動傳感器16，從而了解截割過程中掘進機截割部1其他部位的振動情況。

如圖2所示，在本實用新型中，還可以在回轉(zhuǎn)油缸15上安裝壓力傳感器17，壓力傳感器17與數(shù)據(jù)分析裝置連接。通過安裝在回轉(zhuǎn)油缸15上的壓力傳感器17測得的數(shù)據(jù)，可以獲取回轉(zhuǎn)油缸15壓力的動態(tài)變化，還可以根據(jù)實際情況在轉(zhuǎn)動機構(gòu)7的調(diào)高油缸13上也安裝壓力傳感器17，當(dāng)本實用新型中的縱向推拉機構(gòu)3采用推拉油缸時，也可以在縱向推拉機構(gòu)3上也安裝壓力傳感器17。

如圖2所示，在本實用新型中，還可以在回轉(zhuǎn)臺12上和支撐平臺8的后端均安裝粉塵檢測儀18，粉塵檢測儀18與數(shù)據(jù)分析裝置連接。在實際的掘進過程中，掘進機截割部1的截割頭6在截割煤巖壁時，會產(chǎn)生大量的粉塵進而對掘進機駕駛?cè)藛T和井下工作人員產(chǎn)生一定的影響，因此本實用新型中的模擬試驗系統(tǒng)通過分別在回轉(zhuǎn)臺12上以及支撐平臺8的后端安裝粉塵檢測儀18，可以根據(jù)粉塵檢測儀18返回給數(shù)據(jù)分析裝置的數(shù)據(jù)得知距離截割工作面不同位置處的粉塵濃度，以及截割頭6的結(jié)構(gòu)參數(shù)和掘進機截割部1的運動參數(shù)對粉塵濃度的影響，可以更好的模擬實際的截割過程。

在本實用新型中，根據(jù)振動傳感器16測得的振動數(shù)據(jù)、壓力傳感器17測得的壓力數(shù)據(jù)以及粉塵檢測儀18測得的粉塵濃度可以全面了解截割頭6截割時的動態(tài)特性，進而實現(xiàn)對截割頭6截割性能的綜合評價。

如圖2所示，在本實用新型中，還可以在懸臂5內(nèi)部設(shè)有水路，在懸臂5的中部設(shè)有多個噴嘴19，多個噴嘴19與水路連通，水路與供水系統(tǒng)連接。由于本實用新型中的模擬試驗系統(tǒng)是在實驗室內(nèi)進行模擬試驗的，因此在截割頭6截割模擬煤巖壁4的過程中產(chǎn)生的粉塵會對實驗室的環(huán)境產(chǎn)生一定影響，因此，當(dāng)實驗過程中產(chǎn)生的粉塵濃度較大時，供水系統(tǒng)提供的水可以流經(jīng)水路通過多個噴嘴19形成噴霧，以降低空氣中的粉塵濃度。在本實用新型中，也可以在噴嘴19進行噴霧的過程中，通過粉塵檢測儀18檢測粉塵濃度，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，可以在實際的掘進過程中在掘進機的懸臂上設(shè)置噴嘴，用以改善工作人員的工作環(huán)境。

在本實用新型中，如圖1和圖4所示，在本實用新型中，縱軸式掘進機截割模擬試驗系統(tǒng)還包括上擠壓板20、左側(cè)擠壓板21、右側(cè)擠壓板22和多個固定三腳架23；

左側(cè)擠壓板21和右側(cè)擠壓板22分別位于模擬煤巖壁4的兩個側(cè)面，上擠壓板20位于模擬煤巖壁4的頂面，多個固定三腳架23并列布置且抵壓模擬煤巖壁4的后面。

通過在模擬煤巖壁4的左右兩個側(cè)面和頂面固定擠壓板，可以保證掘進過程中模擬煤巖壁4的穩(wěn)定性，同時在模擬煤巖壁4的后面固定三腳架23，用以對模擬煤巖壁4進行支撐，避免截割頭6截割時模擬煤巖壁4的移動，其中，固定三腳架23的個數(shù)可以根據(jù)實際情況進行設(shè)計，在本實用新型的實施例中，設(shè)置了三個固定三腳架23。

在本實用新型中，如圖1和圖4所示，縱軸式掘進機截割模擬試驗系統(tǒng)還包括脈沖錘24和脈沖錘固定架；

脈沖錘固定架包括兩個立柱25和一個頂梁26，兩個立柱25固定在模擬煤巖壁4的兩側(cè)，頂梁26固定在兩個立柱25的頂部，脈沖錘24安裝在頂梁26接近模擬煤巖壁4的一側(cè)且能夠沿著頂梁26來回移動。

由于掘進機在實際的截割過程中，礦壓、開采動應(yīng)力等外部擾動會造成掘進工作面煤巖體內(nèi)應(yīng)力場重分布、煤巖性質(zhì)發(fā)生一定的改變，對掘進機的截割過程產(chǎn)生影響，因此，在本實用新型中設(shè)置了一個脈沖錘24，并將脈沖錘24固定在脈沖錘固定架上，當(dāng)進行模擬時，可以設(shè)定脈沖錘24的脈沖頻率以及振幅的大小來模擬不同的外部擾動，如此使得實驗過程更加貼近實際情況，提高了實驗檢測數(shù)據(jù)的精度。

在本實用新型的縱軸式掘進機截割模擬試驗系統(tǒng)中，掘進機截割部1可以沿著縱向滑道2進行滑動，從而實現(xiàn)截割頭6的鉆進截割，通過兩個回轉(zhuǎn)油缸15的配合實現(xiàn)掘進機截割部1的左右橫擺截割，通過兩個調(diào)高油缸13的配合實現(xiàn)掘進機截割部1的上下擺動截割，因此本實用新型中的模擬試驗系統(tǒng)能夠模擬實際掘進機的截割運動；本實用新型中的模擬試驗系統(tǒng)還包括振動傳感器16、壓力傳感器17和粉塵檢測儀18，通過振動傳感器16、壓力傳感器17和粉塵檢測儀18采集數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析裝置對采集的數(shù)據(jù)進行分析統(tǒng)計，可以全面了解掘進機截割部1截割時的動態(tài)特性，進而實現(xiàn)對截割頭6性能的綜合評價；本實用新型中的模擬試驗系統(tǒng)還包括脈沖錘24，用來模擬實際開采過程中的礦壓及開采動應(yīng)力等外部擾動，提高了測試結(jié)果的精度；另一方面，該試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、配套設(shè)備較少，可在短時間、低成本條件下完成對掘進機性能的測試；同時截割頭可與截割頭驅(qū)動裝置的傳動軸之間實現(xiàn)快速更換，以完成對不同型號截割頭截割性能的測試；模擬煤巖壁制作和安裝方便，只需要較小的成本便能快速制作出不同掘進工作面對應(yīng)的模擬煤壁。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。