刮板输送机圆环链无线张力传感器研制.pdf

第44卷第“期 2018年9月 工矿自动化 Industry and Mine Automation Vol. 44 No. 9 Sep. 2018 文章编号671-251X201809-0077-07 D O I 10. 13272/j. issn. 1671-251x. 2018050093 刮 板 输 送 机 圓 环 链 无 线 张 方 传 感 器 研 制 路铁楠 安标国家矿用产品安全标志中心有限公司， 北 京 100013 摘要 针对现有刮板输送机圆环链张力检测方法采用有线方式无法实时检测圆环链张力的问题， 设计了 一种基于R F I D的刮板输送机圆环链无线张力传感器。该传感器选用电阻应变片作为敏感元件， 通过电桥 式应变测量电路将应变片检测到的应变信号转换为与圆琢链张力相关的电压信号， 电压信号经放大、 滤波等 调理后送入无线射频芯片n R F24L E1， 通 过n R F24L E1 的无线发射模块发送到无线采集分站， 实现对圆环链 张力的实时检测与数据无线传输； 根据实时检测到的圆环链张力及张力变化情况， 可以判断圆环链的松紧程 度 ， 有效预测与准确判定圆环链的断链故障。实验结果验证了该传感器的可靠性。 关键词 刮板输送机；圆环链；张力检测； 无线张力传感器；电阻应变测量；RFID 中图分类号T D634. 2 文献标志码A 网络出版地址Lttp //kns. cnki. net/kcms/detail/32. 1627. T P. 20180823. 0840. 003. html Development of wireless tension sensor of round link chain of scraper conveyor L U O Tienan Mining Products Safety Approval and Certification Center, Beijing 100013, China Abstract In view of problem that existing tension measuring s of round link chain of scraper conveyor could not detect tension of round link chain in real time by using wired , a wireless tension sensor of round link chain of scraper conveyor based on RFID was designed. The sensor uses resistance strain gauge as sensitive element, strain signal detected by resistance strain gauge is converted to voltage signal relating to tension signal through bridge strain measurement circuit. The voltage signal is sent to n R F24L E1 after being magnified and filtered, and then it is sent to wireless collection substation by wireless transmission module of n R F24L E1, so as to realize real time wireless measurement of tension of the round link chain and t he da t a wireless transmission. According to the real time tension and tension changes situation of round link chain, the sensor can iudge the degree of tightness of round link chain, and can effectively forecast and truly determine broken chain fault. The experimental results verify the reliability of the sensor. Key words scraper conveyor; round link chain； tension detection； wireless tension sensor; resistance strain measurement； RFID 刮板输送机是煤矿井下采煤工作面主要的生产 着运行轨迹的改变与负载的变化， 圆环链经周期性 运输设备， 圆环链是刮板输送机中不可缺少的部分， 的冲击载荷与静态载荷长时间地反复作用[12]， 极易 收稿日期 2018-05-29;修回日期 2018-08-10;责任编辑 张强。 作者筒介 路铁楠“984 ， 男， 北京人， 助理研究员， 主要从事矿用产品安全标志认证工作，E-mailcamel3172163. com。 引用格式 骆铁楠.刮板输送机圆环链无线张力传感器研制工矿自动化， 2018,4497-83. LUO Tienan. Development of wireless tension sensor of round link chain of scraper conveyor[J] . Industry and Mine Automation， 2018,4497-83. 〇 引言 同时也是刮板输送机中最薄弱的部分， 圆环链在运 行中会受到冲击、 振动、 拉伸等各种载荷的作用， 随 78 工 矿 自 动 化2 0 1 8 年 第 4 4 卷 发生疲劳断裂、 跳链或掉链等故障[ 3 4]， 这些故障的 发生均与张力相关。因此， 对圆环链张力进行监测 具有重大意义。 国内外学者对圆环链的张力进行了大量的理论 分析及间接的推导计算， 如郭忠[ ]对链轮和链条啮 合的冲击载荷进行了仿真分析， 闵希春等） ]通过有 限元分析得出圆环链的最大应力主要集中在链环的 圆弧内侧， 何柏岩等[7]通过圆环链传动系统动力学 分 析 得 出 在 各 种 工 况 下 链 条 张 力 的 信 息 ， 李国平等[8 ]以间接的方式通过检测液压缸内液体压 力推导出圆环链的张力， 徐广明等） ]分析了链条张 力 的 分 布 ， 设计了 一 种 最 大 张 力 的 简 单 算 法 ， 乔日华等[1 0 ]通过链条伸长量和预张力的检测分析 得出链条的工作状态， 但要根据圆环链的运行状况 进行人工修正。以上张力监测方法均未对圆环链的 张力进行直接、 准确的计算， 测量数据都是采用有线 传输方式进行传输， 但圆环链是运动的， 采用有线方 式无法实时检测到其张力。 针对现有张力检测方法存在的问题， 本文以 R F24L E1 无线射频芯片、H X711程控放大与数模 转换芯片、 单片机为核心， 结 合C A N总线， 研制了 基 于R F I D的刮板输送机圆环链无线张力传感器， 实现对刮板输送机圆环链张力的实时检测和无线传 输 。根据实时检测到的圆环链张力， 不仅可以准确 判断圆环链的松紧程度， 保证圆环链的正常工作， 还 可以有效预测断链故障。 /圆环链张力的检测与无线传输 1.1 圆环链张力检测 基于应变测量技术， 通过电桥电路完成圆环链 张力信号的采集， 张力信号经调理电路转换为可识 别的标准电压信号。 由于圆环链长期受动载荷作用， 应力状态是单 方向的轴向拉应力， 所以， 应选用疲劳寿命较长的单 轴应变片。此外， 圆环链的张力测量在较高的温度 下进行， 为避免温度产生的误差[11]， 应在应变电路 中加入温度自补偿应变片。本 文 选 用B F H120- 3A A 应 变 作 张 力 传 器 感元件。B F H120-3A A型箔式电阻应变片采用进 口康铜作为敏感栅的材料， 其灵敏系数在弹性形变 范围内可以保持常数， 进入塑性变形范围内仍基本 能够保持常数， 测量范围较大， 保证了应变采集的可 靠性;康铜的电阻温度系数小且稳定， 能减小由温度 生。 通过应变电测法测得被测圆环链上的轴向应变 e， 然后根据张力和应变之间的数学关系计算出张力 值 。根据材料力学的相关知识， 可 知 应 力a、 应 变e 与材料弹性模量 三者之间存在如下关系 a eE 1 圆环链的材料弹性模量C可查， 根据式（ 1可 求得圆环链的轴向应力a。将轴向应力理解为圆环 链的某一法向截面上的压强， 圆环链所受张力的方 向也为轴向， 则张力F可表示为 F aS “ 式 中S为圆环链的法向截面面积。 圆环链的直径为已知， 可求得法向截面面积 S为 S 传感器的测量值与实际加载拉力值 的差稳定在一 0. 131〜 0. 122kN， 误差较小， 满足 应用要求。 2 该传感器可根据实时检测到的圆环链张力 及张力变化情况判断圆环链的松紧程度， 有效预测 与准确判定圆环链的断链故障。 3 考虑到井下复杂的电磁环境， 如何消除电 磁干扰对传感器的影响， 确保无线通信的稳定性， 将 是后续研究需解决的问题。 参考文献（References 1 *王云敏.刮板输送机常见故障与预防处理方法[b].煤 炭技术， 2009,28124-25. W A N G Yunmin. Drag conveyor common fault prevention and treatment]. Coal Technology， 2009, 28124-25. 1 根据应变电测技术、R FID无线射频技术， 结合实际工况与测量要求， 研 制 了 基 于R FID的刮 板输送机圆环链无线张力传感器。该传感器利用电 应变测 应变 测到 应变 号 换为与圆环链张力相关的电压信号， 电压信号经放 大、 滤 波 等 调 理 后 送 人n R F24L E1 的A D转换模 块 ，A D转 换 后 的 数 字 信 号 经 调 制 后 ， 通 过 n R F24L E1 的无线发射模块发送到无线采集分站， 实现对圆环链张力的实时检测与无线传输。测试结 果表明，该传感器在空旷环境中，10 m以内无线信 [ 2 ] 张春芝.刮板输送机动力学建模及链环疲劳可靠性研 究[D].北京 中国矿业大学（ 北京） ， 2012. [ 3 ] 毛君， 褚德英， 汝长青.基于Pro/Engineer的刮板输 送机三维动态仿真与优化设计[].煤炭科学技术， 2003,31128-11. M A O Jun，C H U Deying，R U Changqing. Three dimension dynamic simulation and optimized design of scraper conveyer with Pro/Engineer[J]. Coal Science and Technology , 2003,3112 8-11. [ 4 ] 毛君， 师建国， 张东升， 等.重型刮板输送机动力建模 与仿真[J].煤炭学报， 2008,331 03-106. 2 0 1 8 年 第 9 期骆 铁 楠 刮 板 输 送 机 圆 环 链 无 线 张 力 传 感 器 研 制 83 M A O Jun, SHI Jianguo, Z H A N G Dongsheng, et al. Dynamic modeling and simulation of heavy scraper conveyor ] . Journal of China Coal Society, 2008, 331 103-106. 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