液压钻机试验台的设计和应用.pdf

第1 期 总第 1 3 1 期 N o ． 1 S U M N o ． 1 3 1 机 械 管 理 开 发 MEC HANI C AL MANAGE MENT AND DEVE L OP MENT 2 0 1 3 年 2 月 F e b ． 2 0 1 3 液压钻机试验台的设计和应用 张志萍 山西晋城金晟机电有限责任公司， 山西晋城0 4 8 0 0 0 摘要 介绍了加载方式对煤矿液压钻机利用磁粉进行加载、 并由计算机 自动采集数据的试验台， 可检测液压钻机 的转速、 转矩、 拉压力、 流量等参数， 确保液压钻机进 出厂检验项 目 达标， 保证 了 质量。 关键 词 试验 台； 磁粉 制动器 ； 液压钻机 ； 数据采集 系统 中图分类号 T P 2 7 4 ． 2 文献标识码i A 文章编号1 0 0 3 7 7 3 X 2 0 1 3 0 1 0 1 1 9 0 2 O引 言 煤矿用液压钻机是煤矿开采的钻探工具， 在煤层 抽放瓦斯 、 钻探打孑 L 中起着很重要的作用， 主要特点应 有 煤矿钻机具有液压卡盘和夹持器系统， 利用钻机的 反转功能、 实现钻杆 自 动拆卸， 操作更为方便、 安全、 可 靠， 大大减轻工人劳动强度， 有效提高钻机的效率。随 着高瓦斯矿井的增加， 煤矿液压钻机的使用是否可靠、 能够保证质量将会直接影响瓦斯抽放能力的大小， 也 会直接影响井下采掘环境是否达标 、 能否正常生产。 为 了检验煤矿液压钻机 的质量 ， 根据 MT／ T 1 9 9 - - 1 9 9 6 煤矿用液压钻车通用技术条件 和M T ／ T 1 9 8 --1 9 9 6 煤矿用液压凿岩机通用技术条件 有关液压钻机基本 性能参数表的内容和出厂检验项目， 我们设计了液压 钻机试验台， 它是计算机控制模式的多通道、 多参数的 测试台， 集采集、 记录、 处理、 绘图、 显示 、 打印、 数据管 理于一体， 它可检测工作液压条件下 ， 不同负载状态的 液压钻车基本性能参数 例如流量、 转速、 转矩、 拉压力 等 ， 用以确保液压钻机质量。 1 试验台的组成结构 试验台主要由台架、 测试装置、 数据采集装置等组 成， 见图 1 。 图 1试验 台组成 图 1 ． 1 台架组成 台架 由底座 、 测试台、 地沟组成。底座由水泥浇 注而成， 测试台由六条直径2 5 m m的螺栓固定在底座 上； 地沟长3 2 6 0 m m， 宽3 3 0 0 m m， 位于地下5 0 c m处， 上面用工字钢焊接顶棚覆盖。设计地沟既是为了钻机 试验时的固定， 也是为了液压油的收集； 因在试验过程 中要有两个不同部位的测试 ， 在移动过程中难免出现 漏油现象， 加设地沟既方便又环保。试验时， 先将钻机 放在地沟上固定， 而在不同测试部位上将钻机头与不 同传感器相连测试。 1 ． 2 测试装置 主要由1 0 0 0 0 N m磁粉制动器 、 联轴器、 转矩传 感器、 拉压力传感器、 万向联轴器组成。试验台采用磁 粉加载力矩电加载方式， 具有操作简单、 可连续均匀加 载、 远距离控制等优点。加载设备是由磁粉制动器与 转矩转速传感器、 拉压力传感器配套做成加载装置。 1 基本原理 根据电磁原理， 采用磁粉作介质， 通 电情况下形成磁粉链传递扭矩。磁粉制动器主要由内 转子、 外转子、 激磁线圈、 磁粉组成。内转子和外转子 都由导磁材料制成， 内转子和外转子的工作间隙充满 了导磁磁粉。当线圈不通电时， 外转子旋转， 由于离心 力的作用， 磁粉被甩在外转子的内壁上， 磁粉与内转子 之间没有接触 ， 外转子空转。当内转子的激磁线圈通 人激磁电流时， 磁粉在磁力线作用下形成磁粉链， 把内 转子、 外转子联接起来， 由粉末间的磁性结合力和粉末 与两运动件的磨损力来传递扭矩。激磁电流增大， 传 递转矩随之增大。当中断激磁电流时， 磁粉失去束缚， 处于松散状态， 便不传递力矩。 2 主要参数 磁粉制动器用的激磁电流， 需配置 直流稳压电源。 1 磁粉制动器 额定转矩 1 万N m； 激 磁电流4 A； 2 直流稳压电源 最大输出电压6 0 V ； 输 出电流 0 4 A； 输入电压 ， 5 0 H z ． 3 试验要求n ， 试验在控制室内， 通过调节直流稳 压电源的电流值 ， 就可调节磁粉制动器的激磁电流值， 从而控制磁粉制动器的输 出转矩 ， 当给被试钻机不 同 的转速， 能测试不同转速下的转矩值。磁粉制动器的 转矩与激磁 电流的关系 ， 见图 2 。试验时 ， 应注意要缓 慢调节电流按钮 ， 防止电流增大过快， 造成“ 堵转” 现 象， 损坏被试钻机。试验结束后， 应将电流调节按钮关 到最小， 以免下次使用时启动困难。 收稿 日期 2 0 1 2 0 7 1 8 作者简介 张志萍 1 9 7 4 一 ， 女， 山西原平人， 助理工程师， 本科， 研究方向 钻机机械设计及开发。E m a i l 2 9 6 2 O 5 5 6 5 q q ． e o m 1 1 9 第1 期 总第1 3 l 期 机 械 管 理 开 发 2 0 1 3 年2 月 1 0 0 0 0 9 0 0 0 8 0 0 0 7 0 0 o 矗 ． 6 0 0 o Z 5 0 0 0 删 3 0 0 o 2 0 0 o 1 0 0 0 O ／ i 7 ／ u J ／ ， ／ ／ ／ ／ ／ ／ 一 ／ ／ ／ ／ ／ 0 4 O ．8 1 ． 2 I ． 6 D 4 2 B 3 ． 2 3 ． 6 0 i f A 图2 转矩与激磁电流的关系图 1 _ 3 参数测试和数据采集装置 1 测试钻机拉压力 先将钻机放在拉压力测试部 位上， 由钻机头将长轴q 5 7 3 的一端加紧， 另一端与拉压 传感器紧固好 ， 启动控制 电源 ， 开动钻机 ， 便可进行测 试。液压流量 即可同时进行测试 ， 可在控制柜查看数 据。实验结束时先关停钻机 ， 再关控制柜 电源 。2 测 试扭矩 先将钻机放在扭矩测试部位上， 后将 7 3 的长 轴一端固定在主机头上， 另一端需用万向联轴器与扭 矩传感器连接紧固即可， 打开控制柜电源并启动电脑， 再启动钻机， 便可进行测试。液压流量也可同时进行 测试， 可查看扭矩、 转速、 功率数据及动态曲线。实验 结束时先关钻机， 后关控制柜电源。3 所有参数的信 号采集流程见图3 。这些参数经传感器经检测后输出 模拟信号， 经屏蔽电缆输送到控制台的仪表， 仪表通过 R S 一 2 3 2 接 口， 以 A S C I I 码方式 向外发送测量数据 ， 数 据类型为浮点数， 每个浮点数由连续发送的8 个字节 组成。控制台的仪表除进行数据显示外， 还把数据传 输到计算机， 其中， 拉压力传感器输出0 ～ 5 V的模拟信 号， 由计算机的A ／ D， 将该模拟信号转换成数字值接 收， 拉压力传感器为电阻应变式， 输出灵敏度为2 m V ／ V ， 拉力量程为3 0 0 k N ， 精度等级为0 ．2 ％一 0 ．5 ％F S 。转矩、 转速传感器通过二次仪表的串口与计算机进行串行通 讯 ， 将转速、 转矩值送至计算机；转矩、 转速传感器测量 范围1 0 0 0 ～ 1 0 0 0 0 N In ， 精度为 0 ． 5 ％F S ， 频率响应 时间 1 m s 。u 所有采用的传感器体积小、 重量轻、 输 出灵敏度高， 响应时间短、 精确度高； 与其配套的二次 仪表均为数字化智能仪表， 带有总线接口， 可方便地组 建采集系统。 图 3 信号采集流 程框 图 2 试验台特点和试验效果 2 ． 1 主要特点 1 结构简单 ， 操作方便。2 可实现远距离平稳加 载， 无冲击。3 试验数据全部 由计算机 自动采集处 理 ， 自动化程度高， 测试准确， 克服了人工读数误差。 4 数据采集系统采用2 3 2 ／ 4 8 5 总线方式 ， 总线是开放 式的， 因此系统可以根据需要进行扩充和升级。 2 ． 2 试 验 效果 对C M S 1 4 0 0 0 ／ 5 5 煤矿深孔钻车进行全面测试， 证 明其性能稳定， 测试结果准确。试验后的钻机质量得 到保证， 赢得客户的信任， 对液压钻机的生产销售将有 很大帮助。 2 _ 3 总体评 价 通过性能测定可知， 钻机试验台的测量范围广， 测 试结果准确， 性能稳定， 能满足钻机出厂前的性能检测 和钻机使用后的修复检验。测试人员可直接在操纵室 进行操作， 安全系数高。测试设备的出现， 对提高钻机 质量是个很好的促进； 钻机质量能提高， 煤矿瓦斯治理 效率 自 然会提高， 是对煤矿安全生产的有力保证； 因此 所述试验设备具有 良好市场前景。 参考文献 【 1 】 徐强 ， 程立同， 孟铮， 等． 气动锚杆试验台的设计和应用I J l _ 煤矿机电， 2 0 0 2 6 2 1 2 3 ． 【 2 】 龙培 ， 胡军科． 一种全液压钻机进给系统的设计和应用 液 压与气动 ． 2 0 0 7 6 3 4 3 6 ． Hy d r a u l i c Dr i I l Ri g Te s t Ri g De s i g n a n d Ap p l i c a t i o n ZHANG Zh i P i n g S h a n x i J i n c h e n g J i n S h e n g E l e c t r i c a l a n d Me c h a n i c a l C o ． ， h d J i n c h e n g 0 4 8 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t I n t r o d u c e a me t h o d u s i n g ma g n e t i c p o wd e r l o a d i n g me t h o d o n c o a l mi n e h y d r a u l i c d ri l l i s l o a d e d ， a n d t h e c o mp u t e r a u t o ma t i c d a t a c o l l e c t i o n e x p e r i me n t p l a t f o r m ， c a n b e d e t e c t e d i n h y d r a u l i c d r i l l s p e e d ， t o r q u e ， p r e s s u r e a n d fl o w ， t o e n s u r e t h a t t h e h y d r a u l i c d r i l l i n g ma c h i n e i mp o r t a n d f a c t o r y i n s p e c t i o n p r o j e c t s t a n d a r d s ， q u a l i t y a s s u r a n c e ． Ke y wo r d s t e s t b e n c h； ma g n e t i c p o w d e r b r a k e ； h y d r a u l i c d r i l l i n g ma c h i n e； d a t a a c q u i s i t i o n s y s t e m l 20 ～ 银 ～ ～ ” “ ” 刊 2 “ ” 期 “ 一 一 篓 ～赫 酬 号 一 一一 一 一 一 ～ 一一 一 一 一 一 一一 一 ～ 一 一 一 一 一一 一 ～ 哪 社 一 一 一 瑚 ㈣ 一