一種液壓支架頂梁載荷分布的監測方法及裝置與流程
2023-12-01 08:54:11 1
本發明涉及礦山生產設備監測技術領域，具體涉及一種液壓支架頂梁載荷分布的監測方法及裝置。
背景技術：
液壓支架是綜合機械化長壁採煤工作面最重要的生產裝備之一，主要作用是支護工作面頂板，為煤炭採出提供可靠穩定的工作空間。液壓支架主要結構包括頂梁、掩護梁、立柱、底座及各類液控單元。其中，頂梁是支架承受頂板載荷、創造安全生產空間的最重要結構，其承載頂板載荷的分布規律主要表徵著支架受力的合理與否，會直接影響液壓支架整體工作性能，進而影響液壓支架對工作面圍巖穩定性的控制效果，所以對支架頂梁工作中載荷分布的監測反饋具有重要的實際意義。
現有液壓支架頂梁實際頂梁受力分布主要有直接測量法和間接計算法。液壓支架頂梁載荷的直接測量法主要是在支架頂梁與頂板巖層間安設壓力盒，進行頂板來壓數據的採集。但是這種方法有如下不足：一是安裝時需要從側護板之間間隙安裝，工人安全係數低；二是安裝時對頂板形成擾動，需要應力重新穩定後觀測數據，數據監測可靠性和穩定性低；三是壓力盒處於無保護狀態且數據導出線纜與頂板直接接觸易損壞，設備損壞率高；四是在移架過程中，壓力盒位置會產生變化，不能精確測得頂梁固定位置的壓力值，亦不能精確測得液壓支架正常生產工作循環中降柱、移架、支撐各工序頂板壓力變化。液壓支架頂梁載荷的間接計算法是通過立柱壓力值和支架工作位態計算推理確定，即：利用支架立柱與頂梁接觸形式為柱窩式點接觸，測定立柱壓力值(只能反映立柱—頂梁接觸位置的局部受力)和支架位態參數，通過力學計算推導出頂梁載荷分布的理論值。此種方法存在如下不足：一是對於頂梁載荷實際受力值大小與位置等更加細緻具體的分布無法獲取。二是支架位態的測定受到人為因素和現場環境因素幹擾較大，存在不確定性，而且支架位態信息的較小誤差對計算頂梁載荷分布可能產生較大的差異。實際上，液壓支架頂梁載荷分布由於受到開採工藝和空間的不同呈現出明顯的動態變化，而其分布的規律直接影響到支架承載能力，關係到工作面端面頂板和煤壁的穩定性。
以上兩種方法表明現階段對液壓支架頂梁承載特性的實際分析僅僅停留在簡單測量和理論分析的階段，也沒有一種能夠提供頂板實際詳細受力的監測方法。
技術實現要素：
為了克服上述現有方法的不足，本發明提供了一種液壓支架頂梁載荷分布的監測方法。該監測方法在不破壞支架頂梁整體結構的前提下，對其進行改造升級，方法簡單、使用方便。在現場生產中能夠對頂梁受力進行長期監測，獲取支架隨工作面回採時降架、移架、升架和正常工作各個工序中頂板載荷數據，用於分析液壓支架不同工序時的頂梁載荷受力分布，指導現場生產，同時為液壓支架優化設計提供實測數據支持。本發明實用性強、數據真實有效，有利於及時調整支架位態使其處於正常工作狀態，保障工作面頂板安全，便於推廣使用。另外，本發明還提供能夠實現上述監測方法的監測裝置。
為實現本發明的上述目的，本發明的用於液壓支架頂梁載荷分布的監測方法，包括如下順序進行的步驟：
在液壓支架頂梁與頂板的直接接觸區域設置監測裝置定位孔；
以定位孔圓心為軸心在支架頂梁箱體底板內部固定並安裝監測裝置；
在支架頂梁箱體底板上設置線纜槽，將頂板壓力數據導出並傳輸到數據採集器。
其中，所述液壓支架頂梁與頂板的直接接觸區域為頂梁上表面除去側護板覆蓋的矩形區域；或者，所述定位孔為穿過支架頂梁箱體上部鋼板的圓形孔；或者，所述定位孔布置方式為在液壓支架頂梁上與頂板接觸區域內均勻布置；或者，所述線纜槽為設置於頂梁箱體底面上的圓形孔。
其中，在液壓支架頂梁與頂板的直接接觸區域沿支架頂梁縱向和橫向等間距布置定位孔，在沿頂梁長度方向布置4～8排，在沿頂梁寬度方向布置2～3排，布置密度以不破壞頂梁承載能力為前提，以能夠反映頂梁全範圍內的載荷分布。
此外，本發明還提供一種液壓支架頂梁載荷分布實時監測裝置，包括傳壓柱、壓力盒、限位器；其中，所述液壓支架頂梁載荷分布監測裝置通過限位器與支架頂梁進行固定；所述傳壓柱、壓力盒、限位器三者同軸心組裝；所述壓力盒通過限位器控制其徑向運動；
所述傳壓柱與工作面頂板接觸，可沿定位孔軸線方向上下運動；所述限位器一側留有壓力盒線纜接出口。
其中，所述傳壓柱由定位孔、限位器控制其徑向運動，可沿限位器內壁及定位孔在其軸線方向上下運動並向壓力盒傳遞頂板壓力。
其中，所述傳壓柱的直徑、壓力盒的外徑、限位器內徑與定位孔直徑相互匹配，大小由壓力盒最大水平截面圓直徑確定；傳壓柱高度根據支架頂梁箱型體高度確定，傳壓柱超出支架頂梁頂面5～10mm，做圓角處理，圓角半徑與超出高度相等。
其中，所述傳壓柱與限位器均為不低於液壓支架頂梁硬度的材料製成。
其中，所述限位器位置由定位孔軸線位置確定，與箱型體底板內部固定，在頂梁非箱型體結構處，將限位器與定位孔同軸心對正後，將限位器頂部與頂梁頂板進行固定，所述限位器留設壓力盒線纜槽。
與現有技術相比，本發明的液壓支架頂梁載荷分布的監測方法及裝置具有如下有益效果：
1)採用本發明的監測方法監測液壓支架頂梁載荷分布時，能夠在不擾動頂梁上方頂板的情況下直接監測液壓支架頂梁實際載荷分布數據，避免了現有直接監測法直接安裝時需從支架之間安裝，對頂板形成擾動、載荷數據不可靠的缺點，從而獲取液壓支架原始工作狀態時的更加真實有效的數據。
2)採用本發明的監測方法監測液壓支架頂梁載荷分布時，能夠監測液壓支架的各個工作工序時的頂梁實際載荷分布數據，相比於直接監測法的監測點不固定、數據不可靠和間接計算法不能反映頂梁實際真正載荷分布的弊端，本方法能夠提供頂梁固定監測點的可靠數據，反映頂梁的實際載荷分布。
3)採用本發明的監測方法能夠監測得到液壓支架頂梁箱體上表面除去側護板覆蓋的矩形區域在縱向和橫向的載荷分布，相比於直接監測法的測點位置多位於側護板上方且不能反映頂梁中部載荷和間接計算法把支架作為平面問題理論計算分析載荷分布的缺點，本方法可測得頂梁與頂板直接接觸區域範圍內載荷數據的實際值。
附圖說明
圖1為本發明液壓支架頂梁載荷分布監測裝置與支架頂梁裝配示意圖
圖2為本發明液壓支架頂梁載荷分布監測裝置結構示意圖
附圖標記說明：1-傳壓柱；2-壓力盒；3-限位器；4-載荷監測裝置；5-液壓支架頂梁；6-定位孔；7-線纜槽。
具體實施方式
如圖1示，本發明提供一種液壓支架頂梁載荷分布的監測方法，包括如下順序進行的步驟：
首先，在液壓支架頂梁1與頂板2的直接接觸區域3設置監測裝置定位孔4；
其次，以定位孔4的圓心為軸心在支架頂梁箱體5底板內部固定並安裝監測裝置6；
最後，在支架頂梁箱體5底板上設置線纜槽7，利用監測裝置6的線纜12將頂板壓力數據導出並傳輸到數據採集器。
其中，液壓支架頂梁與頂板的直接接觸區域3為頂梁上表面除去側護板覆蓋的矩形區域8；或者，定位孔4為穿過支架頂梁箱體5上部鋼板的圓形孔；或者，定位孔布置方式為在液壓支架頂梁1與頂板2接觸區域8內均勻布置；或者，線纜槽7為設置於支架頂梁箱體5底面上的圓形孔。
其中，在液壓支架頂梁與頂板的直接接觸區域8沿支架頂梁縱向和橫向等間距布置定位孔4，在沿頂梁長度方向布置4～8排，在沿頂梁寬度方向布置2～3排，布置密度以不破壞頂梁承載能力為前提，以能夠反映頂梁全範圍內的載荷分布。
採用本發明的監測方法能夠在不擾動液壓支架頂梁1上方頂板2的情況下直接監測液壓支架頂梁實際載荷分布數據，避免了現有直接監測法直接安裝壓力盒時需從支架之間安裝，對頂板形成擾動、載荷數據不可靠的缺點，從而獲取液壓支架原始工作狀態時的更加真實有效的數據。
採用本發明的監測方法能夠監測各個工作工序時的液壓支架頂梁1實際載荷分布數據，相比於直接監測法的監測點不固定、數據不可靠和間接計算法不能反映頂梁實際真正載荷分布的弊端，本方法能夠提供頂梁固定監測點的可靠數據，反映頂梁的實際載荷分布。
採用本發明的監測方法能夠監測得到液壓支架頂梁1上表面除去側護板覆蓋的矩形區域8在縱向和橫向的載荷分布，相比於直接監測法的測點位置多位於側護板上方且不能反映頂梁中部載荷和間接計算法把支架作為平面問題理論計算分析載荷分布的缺點，本方法可測得頂梁與頂板直接接觸區域8範圍內載荷數據的實際值。
此外，如圖2所示，本發明還提供一種實現上述的監測方法的液壓支架頂梁載荷分布監測裝置，包括傳壓柱9、壓力盒10、限位器11；其中，液壓支架頂梁載荷分布監測裝置通過限位器11與支架頂梁箱體5底板進行焊接固定，將壓力盒10安裝入限位器11，從線纜出口13引出線纜12，經箱體線纜槽7導出，再將傳壓柱9安裝入限位器11內的壓力盒10之上；頂板2作用於液壓支架頂梁1的載荷經傳壓柱9傳到壓力盒10，壓力盒10測得載荷數據並經線纜12導出到數據採集器。
其中，傳壓柱9、壓力盒10、限位器11三者同軸心組裝；壓力盒10通過限位器11控制其徑向運動；傳壓柱9與工作面頂板2接觸，可沿定位孔軸線方向上下運動；限位器11一側留有壓力盒線纜12的接出口。
其中，傳壓柱9由定位孔4、限位器11控制其徑向運動，可沿限位器11內壁及定位孔4在其軸線方向上下運動並向壓力盒10傳遞頂板壓力。
其中，傳壓柱9的直徑、壓力盒10的外徑、限位器11內徑與定位孔4直徑相互匹配，大小由壓力盒10最大水平截面圓直徑確定；傳壓柱9高度根據支架頂梁箱體5高度確定，傳壓柱9超出液壓支架頂梁1頂面5～10mm，做圓角處理，圓角半徑與超出高度相等。
其中，傳壓柱9與限位器11均為不低於液壓支架頂梁1硬度的材料製成。
其中，限位器11位置由定位孔4軸線位置確定，與支架頂梁箱體5底板內部焊接固定，在頂梁非箱型體結構14處，將限位器11與定位孔4同軸心對正後，將限位器11頂部與液壓支架頂梁1進行焊接固定，壓力盒線纜12由限位器11的線纜出口13直接導出。
儘管上文對本發明作了詳細說明，但本發明不限於此，本技術領域的技術人員可以根據本發明的原理進行修改，因此，凡按照本發明的原理進行的各種修改都應當理解為落入本發明的保護範圍。