矿山金属井架受力自动监测及安全评估装置

技术领域

本发明涉及一种矿山金属井架受力自动监测及安全评估装置。

背景技术

煤矿提升设备中的井架钢结构变形情况由于存在人工观测难度大、监测滞后性、监测设备布置困难、现场环境恶劣、设备故障率过高等问题，致使井架结构的日常维保难度较大。现提出一种新型矿山金属井架受力自动监测及安全评估装置，可将井架各部件的主要变化参数，故障信息和现场环境状态经多种通信接口和网络采集汇总，在主控箱内形成数据监测系统；经数据通讯系统传输至上位机系统进行综合监测和管理；再利用大数据处理和分析技术，提取设备的特征数据，结合故障诊断模型和专家知识库进行综合分析，对设备健康程度做出评价，同时确定故障的部位、原因、类型、性质，提供维修建议，为矿山金属井架的维保提供数据支持及重点方向，提高监测及时性、高效性。

2017年12月26日公开的、公开号为CN206801616U中国实用新型公开了一种矿井架结构安全健康监测系统，它包括：用于探测矿井架的倾斜角的倾斜传感器、用于探测结构杆的位移的位移传感器、用于探测矿井架基座的沉降的应变传感器、用于探测矿井架的腐蚀参数的腐蚀传感器、监测主机，监测主机与倾斜传感器、位移传感器、应变传感器、腐蚀传感器连接。有益效果是：实时监测矿井架的倾斜度、矿井架结构杆的位移、矿井架的沉降、矿井架表面或内部的腐蚀信息，收集安全信息，便于管理人员及时获取矿井架的安全信息，提前做好应对措施。

2020年05月12日授权的、授权公告号为CN 107687838 B中国发明专利公开了一种基于激光传感器系统的铁塔倾斜检测，该系统分为激光发射端部分和激光接收端部分。激光发射端部分，通过单片机实现继电器的定时吸合或断开，实现激光器断续发射激光，向激光接收端传递光信号。激光接收端部分，当受光器接收到激光照射时，则微控制器会侦测到受光器中一组电路连通出现高电平，通过微控制器记录高电平的持续时间，将电信号翻译成相应的摩尔斯电码符号，并与接收端内预置的口令逐位比对。若出现符合的摩尔斯密码字段，则说明铁塔倾斜状态正常，并向远程监控中心，发送报告铁塔状态正常。否则，发出铁塔倾斜报警。

众所周知，矿山金属井架受负载波动或是大风影响，其顶部总是在一定范围内摆动。矿山金属井架局部变形、倾斜或应力变化，都会引起矿山金属井架的摆动频率、摆动范围的变化。研究矿山金属井架的摆动频率、摆动范围的变化，有助于进一步掌握矿山金属井架的变化趋势。

以上两种井架监测专利技术都是从矿山井架局部变形、倾斜或应力变化角度监测矿山井架，均未涉及对矿山井架顶部摆动范围、频率的监测。

实用新型内容

本发明要解决的技术问题是如何填补现有技术上述空白，提供一种便于监测摆动范围和频率的矿山金属井架受力自动监测及安全评估装置。

为解决上述技术问题，本矿山金属井架受力自动监测及安全评估装置，包括：倾斜传感器、应变传感器和接入通讯网络的监测主机，其中，倾斜传感器安装在配用矿山金属井架的侧壁；应变传感器安装在配用矿山金属井架的关键受力部位的连接处；监测主机设置在监测机房，监测主机包括：安装有管理软件的主机、与主机数据连接的显示器、与主机数据连接的输入设备、与主机数据连接的无线路由器，主机分别与倾斜传感器、应变传感器连接，其特征在于：其还包括垂直激光发射机构和光靶，其中，光靶水平固定在配用矿山金属井架的工作平台的下表面，光靶下表面上绘有多个不同半径的同心圆环，每个同心圆环上均标出其半径尺寸数值，所述垂直激光发射机构包括可调机架和激光发射器，激光发射器固定在可调机架上，通过自动或人工调节可调机架，可使激光发射器发射的激光束保持竖直向上。

使用前，如图1所示，先将光靶固定在配用矿山金属井架的工作平台下表面上。然后对光靶下方的地面稍作平整。然后将所述垂直激光发射机构的可调机架放置在地面上。通过自动或人工调节可调机架，可使激光发射器发射的激光束保持竖直向上。并于无风、空载时，打开激光发射器，水平移动可调机架或光靶，使激光发射器发射的激光束恰好照射至光靶上同心圆环的圆心上。然后固定可调机架和光靶，即可完成本矿山金属井架受力自动监测及安全评估装置的安装和调试。注意，激光发射器与光靶靶心之间应无遮蔽物。

使用过程中，激光发射器发射的激光在光靶上形成一个激光光斑，随着矿井金属井架在风力、负载波动的影响下，不断地摆动。所述激光光斑也在光靶上来回移动，通过观察其移动的范围和频率变化，从而可推知矿山井架的摆动的幅度和频率。

光斑偏离同心圆环的圆心的距离越大，说明矿山金属井架顶部摆动幅度越大，反之则摆度幅度越小；光斑往复移动频率越大，说明矿山金属井架顶部摆动频率越大，反之则摆度幅度越小；通过观察光斑偏离同心圆环的圆心的距离波动幅度和频率变化，即可得知矿山金属井架顶部摆动幅度和频率变化。如此设计，结构简单，使用直观方便。

作为优化，所述可调机架为重力自动调节架，该重力自动调节架包括基板、铰接环，所述基板中心设有两个相对弧形支臂，所述铰接环上设有两个外水平短轴，两个外水平短轴的轴心线重合，并与铰接环的轴心线垂直相交，且铰接环通过两个外水平短轴铰接在两个弧形支臂上部；

所述激光发射器为回旋体，激光发射器内部设有蓄电池，通过该蓄电池供电，该蓄电池设有充电插口，激光发射器上部还设有两个内水平短轴，两个内水平短轴的轴心线重合，并与激光发射器的轴心线垂直相交，激光发射器通过两个内水平短轴铰接在铰接环上，两个外水平短轴的轴心线与两个内水平短轴的轴心线垂直相交，所述激光发射器底部固连有一配重球，该配重球四周均匀对称开有四个重心调节螺纹孔，每个重心调节螺纹孔内旋设有一个圆柱形调节螺钉，每个圆柱形调节螺钉外端设有十字槽或一字槽，通过调节四个圆柱形调节螺钉的旋入深度，可将激光发射器和配重球的整体重心，调节至激光发射器所发激光束的反向延长线上。

所述重力自动调节架在设计、制造时，充分考虑到各个部件重量分布，其激光发射器和配重球的整体重心尽量靠近激光发射器所发激光束的反向延长线，在出厂前或投用前，在对配重球上的四个圆柱形调节螺钉进行精确调整，确保激光发射器和配重球的整体重心位于激光发射器所发激光束的反向延长线上。

使用时，只将光靶正下方的地面稍作平整，然后将重力自动调节架的基板放置在地面上，配重球在重力影响下，即可使激光发射器保持竖直，使其发射的激光保持竖直向上。如此设计，可调机架可以自动调节，使激光发射器发出的激光束保持垂直。

作为优化，其还包括远景摄像头，该远景摄像头与所述显示器相连，远景摄像头设置在垂直激光发射机构一侧，并指向光靶的靶心。如此设计，通过显示器远程观测，更加方便。

作为优化，其还包括近红外工业相机和贮存器，所述近红外工业相机设置在配用矿山金属井架上，并指向光靶的靶心，所述近红外工业相机与主机的信号输入端相连，所述贮存器与主机数据连接，主机自动计算近红外工业相机所摄取的光靶上的激光光斑与光靶上的靶心的偏移距离，并记录当前时刻，存储到贮存器中，并在显示器上以时间为横坐标，以偏移距离为纵坐标的激光光斑偏移距离变化趋势图。

如此设计，通过变化趋势图，可以清楚地看到在一段时间内，矿山金属井架的摆动幅度、频率和变化规律。变化规律的突然变化，往往代表矿山金属井架的局部变形、倾斜、局部应力变化甚至是局部断裂。从而更加便于人们及时发现事故隐患。

本发明矿山金属井架受力自动监测及安全评估装置具有结构简单，使用方便、直观的优点，适用于矿山金属井架、铁塔的自动监控中。

附图说明

下面结合附图对本发明矿山金属井架受力自动监测及安全评估装置作进一步说明：

图1是本矿山金属井架受力自动监测及安全评估装置实施方式一的使用状态结构示意图；

图2是本矿山金属井架受力自动监测及安全评估装置实施方式二的使用状态结构示意图；

图3是图2所示本矿山金属井架受力自动监测及安全评估装置的主机、显示器及其上的激光光斑偏移距离变化趋势图。

图中：1为倾斜传感器、2为应变传感器、3为配用矿山金属井架的斜拉钢索、4为主机、5为显示器、6为光靶、7为工作平台、8为同心圆环、9为激光发射器、10为基板、11为铰接环、12为弧形支臂、13为外水平短轴、14为内水平短轴、15为配重球、16为重心调节螺纹孔、17为圆柱形调节螺钉、18为远景摄像头、19为近红外工业相机、20为光靶6上的激光光斑、21为激光束、L为光靶6上的激光光斑20与靶心之间的偏移距离，t为近红外工业相机拍摄光靶6及其上激光光斑20影像的当前时刻。

具体实施方式

实施方式一：如图1所示，本矿山金属井架受力自动监测及安全评估装置包括倾斜传感器1、应变传感器2和接入通讯网络的监测主机(图中未示出)，其中，倾斜传感器1安装在配用矿山金属井架的侧壁；应变传感器2安装在配用矿山金属井架的关键受力部位的连接处；监测主机设置在监测机房，监测主机包括：安装有管理软件的主机4、与主机4数据连接的显示器5、与主机4数据连接的输入设备(图中未示出)、与主机4数据连接的无线路由器(图中未示出)，主机4分别与倾斜传感器1、应变传感器2连接，其特征在于：其还包括垂直激光发射机构和光靶6，其中，光靶6水平固定在配用矿山金属井架的工作平台7的下表面，光靶6下表面上绘有多个不同半径的同心圆环8，每个同心圆环8上均标出其半径尺寸数值，所述垂直激光发射机构包括可调机架和激光发射器9，激光发射器9固定在可调机架上，通过自动或人工调节可调机架，可使激光发射器9发射的激光束保持竖直向上。

所述可调机架为重力自动调节架，该重力自动调节架包括基板10、铰接环11，所述基板10中心设有两个相对弧形支臂12，所述铰接环11上设有两个外水平短轴13，两个外水平短轴13的轴心线重合，并与铰接环11的轴心线垂直相交，且铰接环11通过两个外水平短轴13铰接在两个弧形支臂12上部；

所述激光发射器9为回旋体，激光发射器9内部设有蓄电池(图中未示出)，通过该蓄电池供电，该蓄电池设有充电插口，激光发射器9上部还设有两个内水平短轴14，两个内水平短轴14的轴心线重合，并与激光发射器9的轴心线垂直相交，激光发射器9通过两个内水平短轴14铰接在铰接环11上，两个外水平短轴13的轴心线与两个内水平短轴14的轴心线垂直相交，所述激光发射器9底部固连有一配重球15，该配重球15四周均匀对称开有四个重心调节螺纹孔16，每个重心调节螺纹孔16内旋设有一个圆柱形调节螺钉17，每个圆柱形调节螺钉17外端设有十字槽或一字槽，通过调节四个圆柱形调节螺钉17的旋入深度，可将激光发射器6和配重球15的整体重心，调节至激光发射器9所发激光束的反向延长线上。

其还包括远景摄像头18，该远景摄像头18与所述显示器5相连，远景摄像头18设置在垂直激光发射机构一侧，并指向光靶6的靶心。

注：如是夜间使用，所述光靶6应配有相应的照明光源，略，日间不必配光源。

实施方式二：如图2、3所示，其还包括近红外工业相机19和贮存器(图中未示出)，所述近红外工业相机19设置在配用矿山金属井架上，并指向光靶6的靶心，所述近红外工业相机19与主机4的信号输入端相连，所述贮存器与主机4数据连接，主机4自动计算近红外工业相机19所摄取的光靶6上的激光光斑20与光靶6上的靶心的偏移距离L，并记录当前时刻t，存储到贮存器中，并在显示器上以时间t为横坐标，以偏移距离L为纵坐标的激光光斑偏移距离变化趋势图，其余结构如实施方式一所述，略。