采煤机电涡流加载试验测试系统研制

摘 要：系统的介绍了采煤机电涡流加载测试系统的主要构成、原理；通过理论分析，给出了系统的硬件和软件选型、设计，利用工控机强大的数据处理能力，结合VB良好的操作界面，对系统进行了优化和调试，并根据具体的功能要求进行程序测试。该套设备投入生产测试以来，节约了一定的资金，提高了采煤机维修的质量。

关键词：采煤机；电涡流测功；加载测试；计算机辅助测试系统

1 采煤机加载测试系统的重要意义

随着采掘机械化的发展，技术装备的功率和复杂性日益增加，设备的自动化程度的逐步提高有利于矿井安全生产，增产增效，减轻职工劳动强度等。但是由于煤矿生产工作面接替较快，设备使用流动循环性大，工作使用环境极为恶劣，操作及维护空间受限，采煤機故障频发，维修成本急剧增加。直接导致生产效率低下，和企业生产成本增加，而且不利于煤矿安全生产。

在一些煤矿综采工作面，现场生产实际调研统计，采煤机摇臂截割部故障的率较高，主要表现为电机烧毁、漏油、轴承损坏、断轴、严重的造成壳体损害报废。目前，采煤机等设备均在采煤工作面结束以后成套设备进行升井到地面维修车间进行维修。在修复过程中，修复各种影响因素的限制，采煤机截割臂等关键部件加载试验几乎不做，一般只是通电空载运行实验。这样维修后的采煤机在入井，采煤机切割部，电机，减速机等部件往往产生新的故障，这样导致综采工作面的生产效率低下，增加了安全隐患，也大大增高了设备的维修成本。因此，近年来，国内开始切割采煤机负载的一部分进行了研究。电涡流测功机加载方式的加载平台，有利于提高生产效率，降低维修成本，避免一些安全事故，提高了煤矿生产的经济效益和社会效益。[1]

2 采煤机加载试验的分类

2.1 摩擦加载测试试验台。这种试验台的缺点比较多：加载测试能力不足、浪费能源、产生很多的热量污染环境、试验测试数据不稳定；优点是投入资金比较少、安装调试方便等。

2.2 直流发电逆变加载测试。这种测试可以对较大功率采煤机进行加载实验，比如采煤机截割部、行走部等，这种方式能够回收一部分能源。但是这种加载测试方式结构复杂，日常管理和测试技术严谨，测试过程，被测试电动机一旦过载，就会出现故障，导致无法测量。

2.3 异步电动机反馈加载测试。其缺点是测试的种类较少，同时在测试过程中被测电动机不能过载。其优点是能够回收能源。

2.4 采煤机电涡流测功加载实验台主要采用机械闭环的加载方式。其主要组成部分为：电涡流测功机、控制器及测力装置组成测功装置，可以测取被测机械的输出转矩和转速、从而得出输出功率。电涡流测功机利用涡流损耗的原理来吸收功率。逐渐取代磁粉离合器、水力测功机、直流发电机组等。电涡流测功机在中小功率、低速的加载测试技术上，易于实现计算机技术的广泛应用，实现智能控制。具有测试范围宽广、测量精度高、转动惯量小、结构简单、对突变负荷响应为0.2s、可以双向测试的特点，实现远距离自动化操纵及数显、打印测量的水平较高。同时，为适应某些特殊机械，将设备的垂直转动变换成水平传动方式。[2]

3 电涡流加载测试技术及测试标准

3.1 电涡流加载测试系统简介

电涡流检测系统装载煤炭的最大特点是所有的测试数据的采集和处理，并由计算机自动完成，方便可靠，避免了各种人为因素的影响。在测试过程中，从相应的传感器信号，首先发送到仪器展示柜二次仪表，二次仪表的传感器信号被放大，过滤，转换，数字显示，并通过相应的接口电路传输给计算机，通过测试软件进行数据处理，如存储，显示，打印等在。第二次仪表输出信号有两种形式，一种为模拟油的温度，电压，电流，有功功率，功率信号；一个是数字转矩，转速，功率信号。这两种检测信号分别通过A/D转换和RS232等接口电路送至工控计算机，由工控计算机进行处理。[3]

3.2 电涡流测试系统主要部件组成及结构

电涡流测试系统的主要设备包括：4块平台、1台转矩转速传感器、2台增速器、1台电涡流测功加载器、1台加载控制仪、1个20立方下水池、1套水泵电机组，1台1140V电量测试柜、1台3300V电量测试柜、1个红外测温仪、1台噪声测试仪、1套水压传感器、1套水温传感器、6套电流传感器、6套电压传感器、4套功率传感器、数显仪表18套等。加载测试系统原理框图如图1。

图1 电涡流加载系统总体框图

4 系统关键技术的实现

4.1 系统硬件设计

以PCI总线为主的采煤机加载试验测试系统。系统的原理框图如图2所示。研华PCI总线具有抗干扰能力强、同时连接的设备多、传输距离远等特点，为了实现系统闭环智能控制，实时性能好，系统采用1条RS232总线，通过专用双端屏蔽电缆将扭矩测试仅和加载器控制器到工控机的一个串口上。对实时性要求不高的，如电压表、电流表、温度等测试连接到PCL813B，经过数据处理送到工控机PCI总线，系统用计算机具备通过网线连接到交换机上，随时了解现场情况或查询历史数据。IPC通过2个串行接口，该电压表，电流表，温度测试仪，扭力测试仪和实时控制器发送命令，每个点的温度，并从电压表，电流表，电压和温度的测试只扭矩测试只检索的值在网格中，电流值，采煤机切割单元值，转矩，速度和功率等。利用加载、减载等命令控制加载器，工控机总线传输回来数值以数据表格或曲线等方式显示再显示器上，同时，工控机启动存储程序，将上传数据进行存储，以便后期技术人员进行查询、分析和打印。[4]

由于现场距离较远，为了减少现场环境等对测试系统干扰，温度传感器选用热电阻传感器。温度测试仪为电流型，测试电流范围为：4-20mA。增加变送器中的热电阻，发射器将指示温度的电阻值转换成4-20mA的电流值被传递到温度测量仪。温度测定仪连续周期检测的多个电流值，并根据按照工业CPU的命令，分别将温度值与CPU的要求的通信协议周期性地显示在仪器的温度测量，显示，温度检测仪。在同一时间，在所测量的电机动力线CT和PT的输出被直接连接到电流表和电压表，根据IPC这些表在总线上发送的命令分别的电流值和电压值被传递到计算机。工控机按照存储的《试验规范》、《检验规范》和《采煤机截割部的试验》要求，采用扭矩测试仪实时测得的数据，通过加载控制器对系统进行控制，可以进行闭环实时测试。

4.2 通讯协议的处理

将电流表、电压表、温度测试仪、扭矩测试仪等部件通讯协议统一安排在PCI总线上有效的解决了相互之间的干扰，系统稳定性较好。

4.3 软件编译

工控系统软件的主要功能有：参数的设置、数据采集处理、试验的自动测试、试验报表和特性曲线的自动生成及历史数据的查询和打印。系统采用模块化、结构化、层次化程序设计技术。系统中模块化程序主要有：数字量输入板卡子程序、数字量输出板卡子程序、模拟量输入板卡子程序、模拟输出板卡子程序、启动电机调速子程序、电压调整子程序、电流调整子程序、滤波子程序和保护子程序等等。

4.4 数据采集及处理的实现[5]

系統软件部分主要通过调用DRV_AIVoltageIn（DriverHandle， （LPT_AIVoltageIn）&ptAIVoltageIn）函数，来采集数据。

CString szBuffer；

char szErrMsg[80]；

strcpy（szErrMsg，"Device open error ！"）；

szBuffer.Format（"data = %10.6f"， fVoltage）；

if （（ErrCde = DRV_AIVoltageIn（DriverHandle，

（LPT_AIVoltageIn）&ptAIVoltageIn）） ！= 0）

{

DRV_GetErrorMessage（ErrCde，（LPSTR）szErrMsg）；

51

MessageBox（（LPCSTR）szErrMsg，"Driver Message"，MB_OK）；

DRV_DeviceClose（（LONG far *）&DriverHandle）；

return；

}

CWnd* pWnd = GetDlgItem（IDC_EDIT1）； //在编辑框和列表框中显示数据

pWnd->SetWindowText（szBuffer）；

pDataList->InsertString（0，szBuffer）；

CDialog：：OnTimer（nIDEvent）；

}

void CStartDlg：：OnButton2（） //停止数据采集

{

// TODO： Add your control notification handler code here

KillTimer（1）；

DRV_DeviceClose（（LONG far *）&DriverHandle）；

}

void CStartDlg：：OnOK（） //退出程序

{

if（DriverHandle ！=（long）NULL）//判断句柄是否已经释放，如没有则在此释放

DRV_DeviceClose（（LONG far *）&DriverHandle）；

CDialog：：OnOK（）；

}

4.5 软件的运行

计算机辅助测试软件的中文WindowsXP操作系统下，Visual Basic6.0为编程环境，开发界面友好，提示和帮助所有的中国，易于学习，易于使用的操作，系统的稳定性和容错性是好的。维修方便，采用模块化结构和层次关系菜单时，软件的设计与开发，采用容错技术。VB程序的结构如图3所示。

测试软件先经编译后，建立桌面快捷图标，在测试时，双击桌面上测试软件“采煤机、减速器加载试验台”，即可启动主控模块。

在主控模块中，菜单的设计主要包涵试验项目及其扩展功能，性能测试主菜单内容包括：

采煤机切割性能试验，减速性能测试，炮头缓速测试等。对应于每个测试模块，根据所述第一系统提示选择对象的设备，输入设备编号，然后实现以下功能：数据采集，数据存储，报表打印。所有的功能都在菜单上，单击鼠标右键，会出现浮动菜单上的上述功能。

采煤机截割部性能试验、减速器性能试验、掘进机炮头减速器试验等。对应于每一个测试模块，首先要根据系统提示选择被试设备型号，输入设备编号，然后实现的功能有：数据采集、数据存盘、报表打印等。各项功能均采用菜单驱动，单击鼠标右键即可出现关于以上功能的浮动菜单。

图3 采煤机加载实验程序框图

5 结束语

本文对电涡流加载系统进行阐述和技术分析，并在这个基础上研发采煤机加载试验系统，包括硬件部分、计算机数据自动采集与数据处理系统等部分。测试软件进行数据处理，如存盘、显示、打印功能等。目前，投入使用的采煤机电涡流加载试验台，能够满足所有维修各类采煤机、减速机等设备的性能检测，全面提升了综采设备的维修水平。

参考文献

[1]王宏权，付文清.采煤机整机加载试验的构想[J].煤矿机械，2011， 32（9）：61-62.

[2]刘礼志，黄良沛.面向维修的采煤机截割部加载试验台的研制[J].煤炭技术，2007，25（5）：14-16.

[3]孙忠义.电牵引采煤机的研制、使用及发展前景[A].中国煤矿综采机械化发展30周年学术研讨论文专集[C].2000.

[4]张福起.采煤机整机加载试验方案[J].煤矿机械，2011，32（2）：151-153.

[5]羊跃海，钱嗣鸣.采煤机电牵引部试验的加载装置[J].煤矿机电，1998，28（4）：9-11.

作者简介：孔伟（1972-），男，工程师，1997年毕业于淮南工业学院（现安徽理工大学），现从事机电方面的技术与管理工作。