CN219694530U - 掘进机主驱动的受力监测系统及掘进机主驱动 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种掘进机主驱动的受力监测系统及掘进机主驱动，掘进机主驱动具有主轴承、连接在主轴承上的驱动盘以及与主轴承啮合的驱动轮，主轴承与驱动轮之间形成有啮合区，受力监测系统包括：应力监测机构，布置在靠近啮合区处的主轴承的端面；监测集成机构，具有数据收发模块和数据处理模块，数据处理模块与应力监测机构电连接；第一无线收发模块，布置在驱动盘上，第一无线收发模块与数据收发模块电连接。本实用新型解决了掘进机运行过程中，主驱动的大齿圈和小齿轮啮合后的轮齿的齿根应力数据无法直接获取，进而无法实现对主驱动上齿圈和齿轮的受力状态进行监测的问题。

Description

掘进机主驱动的受力监测系统及掘进机主驱动

技术领域

本实用新型涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种掘进机主驱动的受力监测系统及掘进机主驱动。

背景技术

主驱动为大型掘进机的关键核心部位，在工作过程中，主驱动的主轴主要承受轴向载荷、径向载荷、大扭矩及瞬间高冲击的作用力，主轴承齿轮的承载能力是设计过程中考虑的关键问题。设计阶段通常通过理论分析及仿真计算齿轮强度，但是实际掘进过程中大齿圈、小齿轮啮合后的齿根应力数据目前无法直接获取。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种掘进机主驱动的受力监测系统及掘进机主驱动，解决掘进机运行过程中，主驱动的大齿圈和小齿轮啮合后的轮齿的齿根应力数据无法直接获取，进而无法实现对主驱动上齿圈和齿轮的受力状态进行监测的问题。

本实用新型的上述实施目的主要由以下技术方案来实现：

一方面，本实用新型提供一种掘进机主驱动的受力监测系统，所述掘进机主驱动具有主轴承、连接在所述主轴承上的驱动盘以及与所述主轴承啮合的驱动轮，所述主轴承与所述驱动轮之间形成有啮合区，所述受力监测系统包括：

应力监测机构，布置在靠近所述啮合区处的所述主轴承的端面；

监测集成机构，具有数据收发模块和数据处理模块，所述数据处理模块与所述应力监测机构电连接；

第一无线收发模块，布置在所述驱动盘上，所述第一无线收发模块与所述数据收发模块电连接。

在本实用新型的一个较佳的实施方式中，所述监测集成机构还包括数据存储模块，所述数据存储模块用于存储所述数据处理模块处理后的所述反馈信号数据。

在本实用新型的一个较佳的实施方式中，所述监测集成机构还包括供电模块，所述供电模块用于向所述应力监测机构供电。

在本实用新型的一个较佳的实施方式中，所述供电模块为蓄电池。

在本实用新型的一个较佳的实施方式中，所述监测集成机构布置在靠近所述驱动盘一侧的所述主轴承的内圈的内侧面上，所述应力监测机构布置在远离所述驱动盘一侧的所述主轴承的内圈的端面上；所述应力监测机构包括超声波发射探头和超声波接收探头，所述超声波发射探头和所述超声波接收探头分别位于所述内圈的相邻两个轮齿之间的两个齿根处。

在本实用新型的一个较佳的实施方式中，所述超声波发射探头和所述超声波接收探头使用的超声波为临界折射纵波，即L_CR波。

在本实用新型的一个较佳的实施方式中，所述受力监测系统还包括显示模块、以及能与所述第一无线收发模块通信连接的第二无线收发模块，所述第二无线收发模块用于接收来自所述显示模块的控制信号并将其传输至所述第一无线收发模块；所述掘进机主驱动具有承载所述驱动轮的驱动箱，所述驱动箱与所述驱动盘之间形成有环形间隙，所述第一无线收发模块和所述第二无线收发模块均位于所述环形间隙内并相对设置。

在本实用新型的一个较佳的实施方式中，所述第一无线收发模块多个，多个所述第一无线收发模块沿所述驱动盘的周向均匀设置，和/或，所述第二无线收发模块为多个，多个所述第二无线收发模块沿所述驱动箱的周向均匀设置。

在本实用新型的一个较佳的实施方式中，所述驱动盘上开设有第一穿线孔，连接在所述第一无线收发模块和所述应力监测集成模组之间的第一数据传输线位于所述第一穿线孔中；所述驱动箱上开设有第二穿线孔，连接在所述第二无线收发模块和所述显示模块之间的第二数据传输线位于所述第二穿线孔中。

另一方面，本实用新型还提供一种掘进机主驱动，所述掘进机主驱动具有主轴承、连接在所述主轴承上的驱动盘、与所述主轴承啮合的驱动轮、以及如上所述的掘进机主驱动的受力监测系统，所述主轴承与所述驱动轮之间形成有啮合区；

其中，所述受力监测系统的应力监测机构安装在靠近所述啮合区处的所述主轴承的端面，所述监测集成机构布置在所述主轴承的内圈上。

与现有技术相比，本实用新型所述的技术方案具有以下特点和优点：

本实用新型所述的掘进机主驱动的受力监测系统，安装在掘进机主驱动内部，在掘进机运行状态下，实时在线监测主轴承上齿圈的齿根处受到的应力，有利于掌握主驱动的实际扭矩，判断掘进参数，对齿圈应用工况做出在线评估。通过超声波探头对主轴承齿轮的应力进行无损监测，且齿轮应力监测点位于齿圈端面，不会降低主轴承的承载性能及正常运行。信号收集点与齿圈直接接触，无信号收集路线的误差累积，应力监测精度高，监测结构简单。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。在附图中：

图1为本实用新型具有受力监测系统的掘进机主驱动的结构示意图；

图2为本实用新型所述的掘进机主驱动的受力监测系统的结构示意图；

图3为本实用新型所述掘进机主驱动的受力监测系统的应力监测机构的位置结构示意图；

图4为图3所示结构的A向视图；

图5为本实用新型所述掘进机主驱动的受力监测系的监测集成机构的结构示意图。

附图标号说明：

10、掘进机主驱动；11、主轴承；111、内圈；112、外圈；113、齿圈；12、驱动盘；121、第一穿线孔；13、驱动轮；14、驱动箱；141、第二穿线孔；15、啮合区；16、环形间隙；20、应力监测机构；21、超声波发射探头；22、超声波接收探头；30、监测集成机构；31、数据收发模块；32、数据处理模块；33、数据存储模块；34、供电模块；40、第一无线收发模块；50、第二无线收发模块；60、显示模块；70、掘进机主体。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施方式一：

本实用新型提供一种掘进机主驱动的受力监测系统，如图1、图2和图5所示，掘进机主驱动10具有主轴承11、连接在主轴承11上的驱动盘12以及与主轴承11啮合的驱动轮13，主轴承11与驱动轮13之间形成有啮合区15，掘进机主驱动的受力监测系统包括：

应力监测机构20，布置在靠近啮合区15处的主轴承11的端面；

监测集成机构30，具有数据收发模块31和数据处理模块32，数据处理模块32与应力监测机构20电连接；

第一无线收发模块40，布置在驱动盘12上，第一无线收发模块40与数据收发模块31电连接；

其中，数据收发模块31能接收第一无线收发模块40的控制信号，并将该控制信号传输至应力监测机构20，应力监测机构20能将其获取的监测信号传输至数据处理模块32，监测信号经数据处理模块32处理后生成反馈信号数据并传输至第一无线收发模块40。

本实用新型所述的掘进机主驱动的受力监测系统，安装在掘进机的驱动结构的内部，在掘进机运行过程中，通过安装在主轴承11的端面上的应力监测机构20对主轴承11上的齿圈113受到的应力进行实时监测，有利于掌握主驱动的实际扭矩，判断掘进参数，对齿圈113应用工况做出在线评估，保证掘进机主驱动10能够长期安全稳定地工作。

具体的，如图1所示，本实用新型所述的掘进机主驱动的受力监测系统安装在掘进机主驱动10的内部。本实施例中，掘进机主驱动10包括沿着掘进机掘进方向X依次连接的掘进机主体70、主轴承11、驱动盘12；其中主轴承11包括内圈111和外圈112，外圈112固定在掘进机主体70上，驱动盘12固定在内圈111上。主驱动的内圈111的内侧设置有与驱动轮13相配合的齿圈113，内圈111上的齿圈113与驱动轮13之间相互啮合并形成有啮合区15。当掘进机主驱动10进行工作时，驱动轮13转动，带动与其啮合的内圈111相对于外圈112进行转动，内圈111进而带动固定在其上的驱动盘12进行转动，从而实现驱动掘进机进行旋转作业。

本实用新型所述的掘进机主驱动的受力监测系统安装在主轴承11和驱动盘12的内侧，包括应力监测机构20、监测集成机构30以及第一无线收发模块40。如图1所示，在本实施例中，应力监测机构20设置在主轴承11的内圈111靠近掘进机主体70一侧的端面上，且靠近齿圈113与驱动轮13的啮合区15布置，应力监测机构20与齿圈113上啮合中的轮齿相对应；监测集成机构30设置在主轴承11的内侧面上，且靠近连接在内圈111上的驱动盘12一侧布置，监测集成机构30与应力监测机构20通过穿设于啮合区15的数据传输线电性连接，其中，如图5所示，监测集成机构30包括数据收发模块31和数据处理模块32，数据处理模块32与应力监测机构20电性连接；第一无线收发模块40设置在驱动盘12的内侧，且靠近主轴承11的内圈111布置，第一无线收发模块40与监测集成机构30中的数据收发模块31通过数据传输线电性连接。

如图1和图2所示，本实用新型所述的掘进机主驱动的受力监测系统在进行受力监测时，第一无线收发模块40接收外部的控制信号，之后将控制信号传输给监测集成机构30中的数据收发模块31，之后数据收发模块31将该控制信号传输给应力监测机构20，应力监测机构20收到控制信号后进行检测作业，将检测到的反馈信号数据传输给监测集成机构30中的数据处理模块32，数据处理模块32在收到应力监测机构20的反馈信号数据后进行数据处理，之后经数据收发模块31将处理后的反馈信号数据传输给第一无线收发模块40，第一无线收发模块40将反馈信号数据经无线传输送到外部。在本实施例中，应力监测机构20可为超声波探头，基于声弹性理论，利用弹性介质中声速与应力之间的变化关系，即当应力发生变化时，超声波的传播速度也会随之发生变化，通过测量齿圈113中超声波传播速度的变化量，计算得到齿圈113的轮齿位置处的应力，逆向求出超声波传播时间与轮齿位置的应力对应的非线性关系，将该非线性关系应用于运行状态下的主轴承11的监测。因此，本实用新型所述的掘进机主驱动10的受力监测系统在进行工作前，需通过标定实验来标定应力大小与超声波传播时间之间的关系，对齿圈113的齿面加载已知的不同大小的应力来计算对应的超声波探头所检测的声时差，从而得到应力大小与超声波传播时间之间的关系曲线，之后将该关系曲线用于齿圈113的应力监测。

在本实用新型的一个可行的实施例中，如图3和图4所示，应力监测机构20包括超声波发射探头21和超声波接收探头22，超声波发射探头21和超声波接收探头22分别位于主轴承11的内圈111上相邻的两个轮齿之间的两个齿根处。

具体的，应力监测机构20在进行检测作业时，位于内圈111的一个轮齿齿根处的超声波发射探头21发射超声波信号，该超声波信号能够在内圈111的相邻的齿根之间进行传递，与上述轮齿相邻的另一轮齿齿根处的超声波接收探头22接收到经过传递的超声波信号，并将上述发射超声波信号和接收超声波信号的时间差传递给监测集成机构30，通过与标定试验得到的声时差和轮齿应力的关系进行对比，可以得到轮齿齿根处的应力大小。较佳的，本实用新型采用的超声波为临界折射纵波，即L_CR波，其能够较好的反应应力与声速的关系，测量数据较为准确。

在本实用新型的一个可行的实施例中，如图5所示，监测集成机构30还包括数据存储模块33，数据存储模块33用于存储数据处理模块32处理后的反馈信号数据。数据存储模块33与数据处理模块32和数据收发模块31电性连接，数据存储模块33作为反馈信号数据的“中转站”，可以存储经过数据处理模块32处理后的反馈信号数据。

在本实用新型的一个可行的实施例中，如图5所示，监测集成机构30还包括供电模块34，供电模块34用于向应力监测机构20供电。供电模块34与应力监测机构20电性连接，该供电模块34除了用于向应力监测机构20供电外，还能够向监测集成机构30中的数据收发模块31、数据处理模块32、以及数据存储模块33供电；在本实施例中，供电模块34为蓄电池。

在本实用新型的一个可行的实施例中，如图1和图2所示，掘进机主驱动10的受力监测系统还包括显示模块60、以及能与第一无线收发模块40通信连接的第二无线收发模块50，第二无线收发模块50用于接收来自显示模块60的控制信号并将其传输至第一无线收发模块40；掘进机主驱动10具有承载驱动轮13的驱动箱14，驱动箱14与驱动盘12之间形成有环形间隙16，第一无线收发模块40和第二无线收发模块50均位于环形间隙16内并相对设置。

第二无线收发模块50和显示模块60可以将经过监测集成机构30处理后的反馈信号数据接收处理并将计算得到的测量位置的应力大小通过显示模块60显示出来。

具体的，如图1所示，掘进机主驱动10还包括承载驱动轮13的驱动箱14，驱动箱14位于主轴承11和驱动盘12的内侧且固定在掘进机主体70上，驱动箱14用于带动驱动轮13进行转动。在本实施例中，驱动盘12的内侧和驱动箱14的外侧之间形成环形间隙16，安装在驱动盘12内侧的第一无线收发模块40位于该环形间隙16内部，在驱动箱14外侧与第一无线收发模块40相对应的位置安装有第二无线收发模块50，第二无线收发模块50和第一无线收发模块40之间能够进行无线通讯，第二无线收发模块50可以将控制信号无线传输给第一无线收发模块40，第一无线收发模块40可以将经过处理的反馈信号数据无线传输给第二无线收发模块50。第二无线收发模块50通过数据传输线与显示模块60电性连接，显示模块60可以对接收到的反馈数据信号进行处理将监测到的相应应力的大小显示出来，从而可以直观的观察到运行中齿圈113的受力状态。

在本实用新型的一个可行的实施例中，第一无线收发模块40多个，多个第一无线收发模块40沿驱动盘12的周向均匀设置；多个第一无线收发模块40可以保证其与第二无线收发模块50之间信号传输的稳定性。掘进机在运行过程中，驱动盘12相对驱动箱14进行转动，也即第一无线收发模块40相对第二无线收发模块50进行转动，驱动盘12的周向方向设置多个第一无线收发模块40可以避免当驱动盘12转动时第一无线收发模块40和第二收发模块因位置错开较大产生的信号传输中断。在本实用新型的另一可行的实施例中，第二无线收发模块50多个，多个第二无线收发模块50沿驱动箱14的周向均匀设置；在另一较佳的实施例中，第一无线收发模块40和第二无线收发模块50均为多个，分别均匀分布在驱动盘12的周向和驱动箱14的周向。

在本实用新型的一个可行的实施例中，如图1所示，驱动盘12上开设有第一穿线孔121，连接在第一无线收发模块40和监测集成机构30之间的第一数据传输线位于第一穿线孔121中；驱动箱14上开设有第二穿线孔141，连接在第二无线收发模块50和显示模块60之间的第二数据传输线位于第二穿线孔141中。在驱动盘12和驱动箱14上开设用于穿设数据传输线的第一穿线孔121和第二穿线孔141，避免了将数据传输线布置在驱动盘12与驱动箱14之间的狭缝中，可以防止数据传输线脱落、缠绕等其它原因引起掘进机主驱动10的受力监测系统的失效。

实施方式二：

本实用新型还提供一种掘进机主驱动10，如图1所示，掘进机主驱动10具有主轴承11、连接在主轴承11上的驱动盘12、与主轴承11啮合的驱动轮13、以及如实施方式一中所述的掘进机主驱动10的受力监测系统，主轴承11与驱动轮13之间形成有啮合区15；其中，受力监测系统的应力监测机构20安装在靠近啮合区15处的主轴承11的端面，监测集成机构30布置在主轴承11的内圈111上。

本实用新型的掘进机主驱动10能够实现对主轴承11上的齿圈113的应力进行实时监测，有利于掌握掘进机主驱动10的实际扭矩，判断掘进参数，对齿圈113应用工况做出在线评估。在本实施例中，应力监测机构20可为超声波探头，通过该超声波探头对主轴承11齿轮的应力进行无损监测，且齿轮应力监测点位于齿圈113端面，不会降低主轴承11的承载性能及正常运行。信号收集点与齿圈113直接接触，无信号收集路线的误差累积，应力监测精度高，监测结构简单。

具体的，如图1所示，掘进机主驱动10的受力监测系统已于实施方式一中进行了详细描述，此处不再进行赘述；在本实施例中，如图3所示，应力监测机构20为超声波探头，该超声波探头靠近齿圈113端面的一侧由磁性材料制成，该超声波探头通过吸附的方式固定在主轴承11上；另外，监测集成机构30靠近主轴承11的内圈111的一侧也由磁性材料制成，监测集成机构30也通过吸附的方式固定在主轴承11上。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种掘进机主驱动的受力监测系统，所述掘进机主驱动(10)具有主轴承(11)、连接在所述主轴承(11)上的驱动盘(12)以及与所述主轴承(11)啮合的驱动轮(13)，所述主轴承(11)与所述驱动轮(13)之间形成有啮合区(15)，其特征在于，所述受力监测系统包括：

应力监测机构(20)，布置在靠近所述啮合区(15)处的所述主轴承(11)的端面；

监测集成机构(30)，具有数据收发模块(31)和数据处理模块(32)，所述数据处理模块(32)与所述应力监测机构(20)电连接；

第一无线收发模块(40)，布置在所述驱动盘(12)上，所述第一无线收发模块(40)与所述数据收发模块(31)电连接。

2.根据权利要求1所述的掘进机主驱动的受力监测系统，其特征在于，所述监测集成机构(30)还包括数据存储模块(33)，所述数据存储模块(33)用于存储所述数据处理模块(32)处理后的反馈信号数据。

3.根据权利要求1或2所述的掘进机主驱动的受力监测系统，其特征在于，所述监测集成机构(30)还包括供电模块(34)，所述供电模块(34)用于向所述应力监测机构(20)供电。

4.根据权利要求3所述的掘进机主驱动的受力监测系统，其特征在于，所述供电模块(34)为蓄电池。

5.根据权利要求1所述的掘进机主驱动的受力监测系统，其特征在于，所述监测集成机构(30)布置在靠近所述驱动盘(12)一侧的所述主轴承(11)的内圈(111)的内侧面上，所述应力监测机构(20)布置在远离所述驱动盘(12)一侧的所述主轴承(11)的内圈(111)的端面上；所述应力监测机构(20)包括超声波发射探头(21)和超声波接收探头(22)，所述超声波发射探头(21)和所述超声波接收探头(22)分别位于所述内圈(111)的相邻两个轮齿之间的两个齿根处。

6.根据权利要求5所述的掘进机主驱动的受力监测系统，其特征在于，所述超声波发射探头(21)和所述超声波接收探头(22)使用的超声波为临界折射纵波，即L_CR波。

7.根据权利要求1所述的掘进机主驱动的受力监测系统，其特征在于，所述受力监测系统还包括显示模块(60)、以及能与所述第一无线收发模块(40)通信连接的第二无线收发模块(50)，所述第二无线收发模块(50)用于接收来自所述显示模块(60)的控制信号并将其传输至所述第一无线收发模块(40)；所述掘进机主驱动(10)具有承载所述驱动轮(13)的驱动箱(14)，所述驱动箱(14)与所述驱动盘(12)之间形成有环形间隙(16)，所述第一无线收发模块(40)和所述第二无线收发模块(50)均位于所述环形间隙(16)内并相对设置。

8.根据权利要求7所述的掘进机主驱动的受力监测系统，其特征在于，

所述第一无线收发模块(40)多个，多个所述第一无线收发模块(40)沿所述驱动盘(12)的周向均匀设置，和/或，

所述第二无线收发模块(50)为多个，多个所述第二无线收发模块(50)沿所述驱动箱(14)的周向均匀设置。

9.根据权利要求7所述的掘进机主驱动的受力监测系统，其特征在于，所述驱动盘(12)上开设有第一穿线孔(121)，连接在所述第一无线收发模块(40)和所述应力监测集成模组之间的第一数据传输线位于所述第一穿线孔(121)中；所述驱动箱(14)上开设有第二穿线孔(141)，连接在所述第二无线收发模块(50)和所述显示模块(60)之间的第二数据传输线位于所述第二穿线孔(141)中。

10.一种掘进机主驱动，其特征在于，所述掘进机主驱动(10)具有主轴承(11)、连接在所述主轴承(11)上的驱动盘(12)、与所述主轴承(11)啮合的驱动轮(13)、以及如权利要求1-9中任一项所述的掘进机主驱动(10)的受力监测系统，所述主轴承(11)与所述驱动轮(13)之间形成有啮合区(15)；

其中，所述受力监测系统的应力监测机构(20)安装在靠近所述啮合区(15)处的所述主轴承(11)的端面，所述监测集成机构(30)布置在所述主轴承(11)的内圈(111)上。