履带行驶结构的内置式无线应变采集卡设计研究

针对煤矿履带掘进机器人在行驶过程中难以获取履带载荷的问题,基于电阻应变片的应变效应和测量电路,设计了一套适用于采集履带行驶结构动态特性的四通道无线应变采集卡。首先,分析了应变采集卡的电路和工作原理。然后,将2对应变片对称布置在试样板中,以DH5902N坚固型数据采集分析系统所采集的应变数据作为标准,通过仿真与试验相结合的方法对应变采集卡4个通道的灵敏度分别进行了标定。最后,将应变采集卡集成封装后内置于履带行驶结构中,并探讨了应变采集卡在封装环境下连续工作时的温度变化规律。结果表明,所设计的应变采集卡可同时采集4个通道的应变信号,其最高采样频率为1000 Hz,发射功率为4.5 dBm,应变采集误差不超过5×10^(-6)。该应变采集卡在封装环境下连续工作34.7 h后的温度稳定在34.58℃左右,可实现履带行驶结构的多自由度应变信号检测。研究结果为履带行驶结构动态载荷的实时采集以及掘进机器人的可靠性分析和故障预测提供了技术支撑。

掘进机器人行驶状态嵌入式传感系统研究

针对掘进机器人履带行驶结构作业处于高冲击、碰撞、高湿度和复杂煤岩底质等空间受限环境、受到的外部动载荷通常无法直接测量或测量比较复杂问题,提出了一种可实时监测掘进机器人履带动载荷的嵌入式传感系统无线监测方法。设计了适用于掘进机器人的特种履带行驶结构,搭建基体-夹板-无线采集模块等组成的多层复合封装防护结构,在封闭环境下对嵌入式传感系统进行无线传输特性及行驶状态下的动应力分布研究,并进行传感系统封装集成的测试精度标定试验。将嵌入式传感系统随机替换履带链环中的一块山型减振垫,对掘进机器人行驶状态周期循环的履带载荷历程进行监测测试。结果表明,该嵌入式传感系统在不改变履带链环整体受力的前提下,能实时采集履带行驶结构的动载荷并无线传输给上位机,动载荷时间历程数据完备、稳定可靠,解决了井下极端工况下掘进机器人履带行驶结构动载荷获取难题。