[發明專利]礦用正鏟挖掘機空間斗齒實時故障監測系統及其識別方法

有效

• 申請號: 202011279453.4
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112378564B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 楊麗曼;郭旭澤;李運華
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01L5/1627
• 分類號: G01L5/1627;G01M13/00
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 姜海榮

本發明公開了一種礦用正鏟挖掘機空間斗齒實時故障監測系統及其識別方法，鏟斗具有第一銷軸和兩個第一銷孔；第一銷軸與斗桿上的第二銷孔連接；兩個第一銷孔分別通過兩個第二銷軸與兩個驅動液壓缸連接；第一銷軸和第二銷軸的表面均布置安裝有雙向銷軸傳感器，雙向銷軸傳感器測量豎直作用力和水平作用力；通過第一銷軸上的雙向銷軸傳感器監測的作用力，判斷是否有斗齒產生磨損或損壞，通過兩個第二銷軸上的雙向銷軸傳感器監測的作用力進行對比，判斷產生磨損或損壞的斗齒。本發明利用斗齒與鏟斗的銷軸之間的力矩傳遞關系和銷軸載荷的空間分布模型構建空間斗齒實時故障監測系統，通過銷軸上載荷分布異常信息的判斷，實時進行故障的識別和定位。

技術領域

本發明涉及挖掘機技術領域，具體說是關于特大型礦用正鏟挖掘機對工作裝置的斗齒發生磨損或斷裂導致斗齒故障的監測和判斷，更具體的說是涉及一種礦用正鏟挖掘機空間斗齒實時故障監測系統及其識別方法。

背景技術

特大型礦用正鏟挖掘機的裝機功率大，生產效率高，作業穩定，廣泛應用于煤礦石露天開采作業。而隨著露天采礦規模的日益擴大，挖掘機的安全有效地作業已成為露天開采作業關注的重點之一。根據對挖掘機故障情況統計，挖掘機工作裝置的故障占總故障率的65％。工作裝置的斗齒安裝在鏟斗的最前邊，屬于懸梁臂結構，在作業過程中直接與煤礦石接觸，受到的載荷復雜多變，包含較大的沖擊載荷、彎矩等，其發生故障的概率更大。因此，斗齒是挖掘作業的關鍵，其健康狀態將直接決定礦用挖掘機能否長期、穩定地工作。

由于特大型礦用正鏟挖掘機工作裝置較為龐大，且斗齒安裝在鏟斗的最前端，挖掘機操作人員視野受限，無法用肉眼直接觀測到發生故障的斗齒；同時，特大型礦用挖掘機工作裝置的作業環境極為惡劣，若工作人員站在工作裝置前端檢查斗齒是否發生故障，易造成安全隱患；若在鏟斗的上部加裝視覺傳感器，雖然可以對各個斗齒直接進行監測，但挖掘過程中礦山的煤礦石滑落容易對傳感器造成損壞。

目前，針對特大型礦用挖掘機工作裝置斗齒的故障類型，快速準確地找到故障源是挖掘機工作裝置斗齒故障研究的研究重點之一。中國礦業大學的周凌威針對斗齒常發生磨損、斷裂、脫落等故障，提出一種斗齒故障檢測系統，選用合適的攝像頭，結合深度學習的目標檢測算法以及圖像處理技術，對斗齒故障檢測算法進行研究，但工程實際中攝像頭的安裝和防護存在限制，挖掘過程中煤礦石滑落容易對傳感器造成損壞；靳海軍等設計了一種電鏟斗齒定位系統，以現有斗齒無線定位監測技術為基礎，通過改變信號報警方式及射頻信號發射裝置固定安裝方式，在斗齒工作部位的內部設計安裝射頻信號發射裝置的內腔，當發生斗齒斷裂時，射頻信號發射裝置會通過定位找到發生故障的斗齒的位置。但射頻信號易受干擾，且信號強度偏弱，報警信息延遲，射頻信號發射裝置安裝固定不牢；除此之外，大多數對斗齒故障的檢測主要依靠人工實地檢查，這樣不僅費時費力，而且容易造成安全隱患。可見，目前對斗齒故障檢測主要的視覺圖像處理、視頻信號定位和人工檢測方式，都存在一定的局限性。

因此，如何提供一種智能程度高、安全性強的斗齒實時故障監測系統及其識別方法，是本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種礦用正鏟挖掘機空間斗齒實時故障監測系統及其識別方法，旨在解決上述技術問題。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種礦用正鏟挖掘機空間斗齒實時故障監測系統，包括鏟斗；所述鏟斗具有第一銷軸和對稱布置的兩個第一銷孔；所述第一銷軸與斗桿上的第二銷孔連接；兩個所述第一銷孔分別通過兩個第二銷軸與兩個驅動液壓缸連接；其特征在于：所述第一銷軸和第二銷軸的表面均布置安裝有雙向銷軸傳感器，所述雙向銷軸傳感器與相應的所述第一銷孔和第二銷孔的內壁接觸感應，并測量所述鏟斗工作狀態下豎直方向的作用力和所述鏟斗工作方向的水平作用力。