【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于鉆探裝備技術(shù)和工業(yè)控制領(lǐng)域，涉及一種錨桿鉆頭柔性焊接性能檢測系統(tǒng)及實現(xiàn)方法；同時涉及一種plc控制、檢測系統(tǒng)及算法。
技術(shù)介紹
1、煤礦巷道錨桿支護是巷道支護中應(yīng)用最廣的技術(shù)之一，巷道掘進量和支護鉆孔工作量大，錨桿鉆頭消耗量也較大。錨桿鉆頭適用于煤系地層，一般以軟-中硬(f系數(shù)≤8)地層居多。隨著礦井開采深度的加大，工程地質(zhì)條件也越來越復(fù)雜，煤層頂板堅硬巖石、煤層中含有大量矸石或遇到軟硬互層時，錨桿鉆頭上的pdc切削齒會出現(xiàn)崩刃、掉片等失效現(xiàn)象。在錨桿鉆頭的制造過程中，pdc切削齒的釬焊是關(guān)鍵工序。因此，如何精確的測算錨桿鉆頭的焊接強度對于提高其焊接性能尤為重要。錨桿鉆頭焊接強度的測試主要存在如下難點：(1)尺寸與形態(tài)的復(fù)雜性：錨桿鉆頭具有小巧緊湊的尺寸及高度不規(guī)則的外形，極大地增加了測試準備的復(fù)雜度；(2)裝夾定位的精確性：確保測試過程中錨桿鉆頭的穩(wěn)定性是獲取準確數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。由于測試要求施加垂直于釬縫的力，且在整個測試周期中鉆頭不得有任何旋轉(zhuǎn)或位移，這對裝夾系統(tǒng)的設(shè)計提出了較高的要求。高精度測量與定位技術(shù)，如微細加工與定位夾具，需能牢固鎖定鉆頭位置，又能避免引入額外應(yīng)力影響測試結(jié)果，這種裝夾結(jié)構(gòu)是測試過程中必須克服的難題。(3)壓頭的材質(zhì)和接觸位置的精準定位：鑒于釬縫連接處的接觸面積極為有限，選擇合適的壓頭形狀與材質(zhì)至關(guān)重要。理想的壓頭需能夠準確無誤地對準并緊密貼合pdc切削齒與釬縫的接合部位，又必須嚴格避免與復(fù)合片上的金剛石層發(fā)生直接接觸，以防引發(fā)金剛石層的崩裂或損傷，進而保障測試結(jié)果的準確性和可靠性。此外，壓
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本專利技術(shù)的目的在于，提供一種錨桿鉆頭柔性焊接性能檢測系統(tǒng)及實現(xiàn)方法，解決現(xiàn)有錨桿鉆頭焊接性能測試中面臨的上述難點。
2、為了解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：
3、一種錨桿鉆頭柔性焊接性能檢測系統(tǒng)，包括支撐座、定位板、支撐柱、充氣口、步進電機、固定套、旋轉(zhuǎn)盤、旋轉(zhuǎn)軸、伺服電機、滑動臺、氣缸、壓頭、試驗機底座、垂直滑動座、水平滑動座、控制模塊、檢測模塊、算法模塊和通訊模塊；
4、所述支撐座上垂直安裝定位板，定位板上設(shè)有檢測孔和旋轉(zhuǎn)軸安裝槽；在定位板前方的支撐座上設(shè)有豎向的支撐柱且該支撐柱靠近檢測孔布設(shè)，支撐柱上方設(shè)有壓頭，支撐柱下方通過支撐座內(nèi)部通路連通充氣口；在定位板后方的支撐座末端設(shè)有與定位板平行相對的電機安裝板，電機安裝板上安裝步進電機，旋轉(zhuǎn)軸安裝在步進電機和旋轉(zhuǎn)軸安裝槽之間，旋轉(zhuǎn)盤套在旋轉(zhuǎn)軸上并能隨旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動；旋轉(zhuǎn)盤上周向設(shè)有多個固定套且固定套能隨旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)至與檢測孔同軸相對；所述伺服電機位于旋轉(zhuǎn)盤后方并能與固定套對接后帶動固定套轉(zhuǎn)動；伺服電機下方通過滑動臺安裝在支撐座的滑軌上，且滑動臺與氣缸相連以在氣缸驅(qū)動下帶動伺服電機沿滑軌前后移動；所述支撐座底部依次為試驗機底座、垂直滑動座和水平滑動座；
5、所述控制模塊能控制步進電機、伺服電機、氣缸、充氣口充放氣、垂直滑動座和水平滑動座；所述檢測模塊包括力傳感器、軸心檢測傳感器、位移傳感器、激光測距傳感器；所述算法模塊能用于計算錨桿鉆頭的有效焊接面積、最大剪切力和疲勞剪切力、剪切強度和疲勞剪切強度；通訊模塊能用于實現(xiàn)設(shè)備間的信息交互。
6、本專利技術(shù)還包括如下技術(shù)特征：
7、具體的，該錨桿鉆頭從上到下依次為切削頭、喇叭口段、圓柱定位段和尾部螺紋段；在尾部螺紋段上有軸向的定位槽，切削頭后部為支撐部，切削頭邊緣為壓頭接觸部位；該切削頭為整片型或半片型。
8、具體的，所述支撐座四角位置設(shè)有螺紋孔以固定試驗機底座；支撐座中后部設(shè)有垂直于定位板的滑軌，支撐座末端設(shè)有兩個凹槽且位于滑軌兩側(cè)以安裝電機安裝板；支撐座前部設(shè)有兩個沉頭螺釘孔以固定定位板；在支撐座上還設(shè)有支撐柱安裝孔且通過支撐座內(nèi)部通路連通支撐座側(cè)壁的充氣口以通過充放氣頂起或降低支撐柱。
9、具體的，所述定位板上的檢測孔內(nèi)設(shè)有兩個定位凸臺以與所述定位槽配合；檢測孔內(nèi)沿軸向從前到后依次為喇叭口、圓柱面和定位平面以與錨桿鉆頭的喇叭口段、圓柱定位段配合；定位板底部設(shè)有兩個螺紋孔以與支撐座固定；定位板上的旋轉(zhuǎn)軸安裝槽為軸承和擋圈安裝孔，用于安裝旋轉(zhuǎn)軸；定位板頂部前邊緣倒角以防止試驗過程中與壓頭發(fā)生碰撞；定位板與支撐座之間通過對稱的加強筋加固以防止受力時發(fā)生變形，該加強筋上安裝有軸心檢測傳感器和位移傳感器。
10、具體的，所述支撐柱頂部設(shè)有平面以與錨桿鉆頭支撐部接觸，保證試驗過程中錨桿鉆頭不發(fā)生移動；支撐柱下部設(shè)有凸臺，以使支撐柱在試驗完成卸下錨桿鉆頭后，浮于支撐座上；對于不同直徑尺寸的錨桿鉆頭，充氣口充氣將支撐柱頂起的高度發(fā)生變化，從而適應(yīng)多種不同直徑尺寸的錨桿鉆頭測試。
11、具體的，所述固定套能與錨桿鉆頭尾部螺紋段擰緊，起到固定錨桿鉆頭的作用；多個固定套分別為不同螺紋規(guī)格以固定不同螺紋的錨桿鉆頭；固定套同軸裝入旋轉(zhuǎn)盤上的套筒內(nèi)且固定套上的彈性卡圈與套筒內(nèi)彈性卡圈配合，防止旋轉(zhuǎn)過程中固定套在套筒內(nèi)發(fā)生軸向移動；固定套尾端為內(nèi)六方孔，內(nèi)六方孔內(nèi)壁設(shè)有兩個螺紋孔且該螺紋孔內(nèi)裝有彈性螺釘，伺服電機連接軸進入內(nèi)六方孔且通過連接軸上凹槽與彈性螺釘卡緊，從而伺服電機帶動固定套轉(zhuǎn)動。
12、具體的，所述旋轉(zhuǎn)盤包括圓盤本體及其上的多個套筒，圓盤本體與定位板平行相對，多個套筒與多個固定套一一對應(yīng)，旋轉(zhuǎn)盤上每個套筒的筒底為六方孔且該六方孔與固定套尾端的內(nèi)六方孔對齊以便于伺服電機的連接軸伸入；旋轉(zhuǎn)軸穿過旋轉(zhuǎn)盤中心且二者緊固，旋轉(zhuǎn)盤上集成了高精度角度傳感器與同軸度檢測傳感器；
13、具體的，所述壓頭通過其上的孔與試驗機安裝；壓頭與錨桿鉆頭的壓頭接觸部位接觸，壓頭上集成了力傳感器，能實時監(jiān)測并記錄釬縫處壓力變化；壓頭還配備了激光測距傳感器，用于檢測接觸位置。
14、具體的，所述垂直滑動座由電機i驅(qū)動進行垂直方向移動，水平滑動座由電機ii驅(qū)動進行水平方向移動，從而調(diào)節(jié)壓頭作用在錨桿鉆頭上的位置。
15、所述的錨桿鉆頭柔性焊接性能檢測系統(tǒng)進行檢測的實現(xiàn)方法，包括以下步驟：
16、步驟s1：將錨桿鉆頭裝入定位板上的檢測孔；
17、步驟s2：控制模塊設(shè)置移動速度、樣品直徑，計算有效焊接面積；通過檢測模塊，檢測各裝置狀態(tài)，角度、壓力、位移傳感器初始化，之后通過控制模塊，啟動氣缸將支撐柱頂起，與錨桿鉆頭上支撐部接觸，當壓力達到0.5mpa時保壓，此時錨桿鉆頭不發(fā)生軸向和周向運動；
18、步驟s3：檢測到支撐柱已被頂起到預(yù)定位置，啟動步進電機，控制模塊通過旋轉(zhuǎn)盤狀態(tài)及錨桿鉆頭螺紋尺寸計算出旋轉(zhuǎn)盤待旋轉(zhuǎn)角度，啟動本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種錨桿鉆頭柔性焊接性能檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括支撐座(1)、定位板(2)、支撐柱(3)、充氣口(4)、步進電機(8)、固定套(5)、旋轉(zhuǎn)盤(6)、旋轉(zhuǎn)軸(7)、伺服電機(10)、滑動臺(9)、氣缸(11)、壓頭(13)、試驗機底座(14)、垂直滑動座(15)、水平滑動座(16)、控制模塊、檢測模塊、算法模塊和通訊模塊；
2.如權(quán)利要求1所述的錨桿鉆頭柔性焊接性能檢測系統(tǒng)，其特征在于，該錨桿鉆頭(100)從上到下依次為切削頭(I)、喇叭口段(II)、圓柱定位段(III)和尾部螺紋段(IV)；在尾部螺紋段(IV)上有軸向的定位槽(V)，切削頭(I)后部為支撐部(VI)，切削頭(I)邊緣釬縫處為壓頭接觸部位(VII)；該切削頭(I)為整片型或半片型。
3.如權(quán)利要求1所述的錨桿鉆頭柔性焊接性能檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述支撐座(1)四角位置設(shè)有螺紋孔以固定試驗機底座(14)；支撐座(1)中后部設(shè)有垂直于定位板(2)的滑軌(101)，支撐座(1)末端設(shè)有兩個凹槽且位于滑軌(101)兩側(cè)以安裝電機安裝板；支撐座(1)前部設(shè)有兩個沉頭螺釘孔(102)以固定定位板
4.如權(quán)利要求2所述的錨桿鉆頭柔性焊接性能檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述定位板(2)上的檢測孔(201)內(nèi)設(shè)有兩個定位凸臺(202)以與所述定位槽(V)配合；檢測孔(201)內(nèi)沿軸向從前到后依次為喇叭口(203)、圓柱面(204)和定位平面(205)以與錨桿鉆頭(100)的喇叭口、圓柱定位段(III)配合；定位板(2)底部設(shè)有兩個螺紋孔以與支撐座(1)固定；定位板(2)上的旋轉(zhuǎn)軸安裝槽(206)為軸承和擋圈安裝孔，用于安裝旋轉(zhuǎn)軸(7)；定位板(2)頂部前邊緣倒角以防止試驗過程中與壓頭(13)發(fā)生碰撞；定位板(2)與支撐座(1)之間通過對稱的加強筋(12)加固以防止受力時發(fā)生變形，該加強筋(12)上安裝有軸心檢測傳感器和位移傳感器。
5.如權(quán)利要求2所述的錨桿鉆頭柔性焊接性能檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述支撐柱(3)頂部設(shè)有平面(301)以與錨桿鉆頭(100)支撐部(VI)接觸，保證試驗過程中錨桿鉆頭(100)不發(fā)生移動；支撐柱(3)下部設(shè)有凸臺(302)，以使支撐柱(3)在試驗完成卸下錨桿鉆頭(100)后，浮于支撐座(1)上；對于不同直徑尺寸的錨桿鉆頭(100)，充氣口(4)充氣將支撐柱(3)頂起的高度發(fā)生變化，從而適應(yīng)多種不同直徑尺寸的錨桿鉆頭(100)測試。
6.如權(quán)利要求2所述的錨桿鉆頭柔性焊接性能檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述固定套(5)能與錨桿鉆頭(100)尾部螺紋段(IV)擰緊，起到固定錨桿鉆頭(100)的作用；多個固定套(5)分別為不同螺紋規(guī)格以固定不同螺紋的錨桿鉆頭(100)；固定套(5)同軸裝入旋轉(zhuǎn)盤(6)上的套筒(602)內(nèi)且固定套(5)上的彈性卡圈與套筒(602)內(nèi)彈性卡圈配合，防止旋轉(zhuǎn)過程中固定套(5)在套筒(602)內(nèi)發(fā)生軸向移動；固定套(5)尾端為內(nèi)六方孔(501)，內(nèi)六方孔(501)內(nèi)壁設(shè)有兩個螺紋孔且該螺紋孔內(nèi)裝有彈性螺釘(502)，伺服電機(10)連接軸進入內(nèi)六方孔(501)且通過連接軸上凹槽與彈性螺釘(502)卡緊，從而伺服電機(10)帶動固定套(5)轉(zhuǎn)動。
7.如權(quán)利要求6所述的錨桿鉆頭柔性焊接性能檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)盤(6)包括圓盤本體(601)及其上的多個套筒(602)，圓盤本體(601)與定位板(2)平行相對，多個套筒(602)與多個固定套(5)一一對應(yīng)；旋轉(zhuǎn)盤(6)上每個套筒(602)的筒底為六方孔(603)且該六方孔(603)與固定套(5)尾端的內(nèi)六方孔(501)對齊以便于伺服電機(10)的連接軸伸入；旋轉(zhuǎn)軸(7)穿過旋轉(zhuǎn)盤(6)中心且二者緊固；旋轉(zhuǎn)盤(6)上集成了高精度角度傳感器與同軸度檢測傳感器。
8.如權(quán)利要求2所述的錨桿鉆頭柔性焊接性能檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述壓頭(13)通過其上的孔與試驗機安裝；壓頭(13)與錨桿鉆頭(100)的壓頭接觸部位(VII)接觸，壓頭(13)上集成了力傳感器，能實時監(jiān)測并記錄釬縫處壓力變化；壓頭(13)還配備了激光測距傳感器，用于檢測接觸位置。
9.如權(quán)利要求1所述的錨桿鉆頭柔性焊接性能檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述垂直滑動座(15)由電機I驅(qū)動進行垂直方向移動，水平滑動座(16)由電機II驅(qū)動進行水平方向移動，從而調(diào)節(jié)壓頭(13)作用在錨桿鉆頭(100)上的位置。
10.權(quán)利要求1至9任一權(quán)利要求所述的錨桿鉆頭柔性焊接性能檢測系統(tǒng)進行檢...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種錨桿鉆頭柔性焊接性能檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括支撐座(1)、定位板(2)、支撐柱(3)、充氣口(4)、步進電機(8)、固定套(5)、旋轉(zhuǎn)盤(6)、旋轉(zhuǎn)軸(7)、伺服電機(10)、滑動臺(9)、氣缸(11)、壓頭(13)、試驗機底座(14)、垂直滑動座(15)、水平滑動座(16)、控制模塊、檢測模塊、算法模塊和通訊模塊；
2.如權(quán)利要求1所述的錨桿鉆頭柔性焊接性能檢測系統(tǒng)，其特征在于，該錨桿鉆頭(100)從上到下依次為切削頭(i)、喇叭口段(ii)、圓柱定位段(iii)和尾部螺紋段(iv)；在尾部螺紋段(iv)上有軸向的定位槽(v)，切削頭(i)后部為支撐部(vi)，切削頭(i)邊緣釬縫處為壓頭接觸部位(vii)；該切削頭(i)為整片型或半片型。
3.如權(quán)利要求1所述的錨桿鉆頭柔性焊接性能檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述支撐座(1)四角位置設(shè)有螺紋孔以固定試驗機底座(14)；支撐座(1)中后部設(shè)有垂直于定位板(2)的滑軌(101)，支撐座(1)末端設(shè)有兩個凹槽且位于滑軌(101)兩側(cè)以安裝電機安裝板；支撐座(1)前部設(shè)有兩個沉頭螺釘孔(102)以固定定位板(2)；在支撐座(1)上還設(shè)有支撐柱安裝孔(103)且通過支撐座(1)內(nèi)部通路連通支撐座(1)側(cè)壁的充氣口(4)以通過充放氣頂起或降低支撐柱(3)。
4.如權(quán)利要求2所述的錨桿鉆頭柔性焊接性能檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述定位板(2)上的檢測孔(201)內(nèi)設(shè)有兩個定位凸臺(202)以與所述定位槽(v)配合；檢測孔(201)內(nèi)沿軸向從前到后依次為喇叭口(203)、圓柱面(204)和定位平面(205)以與錨桿鉆頭(100)的喇叭口、圓柱定位段(iii)配合；定位板(2)底部設(shè)有兩個螺紋孔以與支撐座(1)固定；定位板(2)上的旋轉(zhuǎn)軸安裝槽(206)為軸承和擋圈安裝孔，用于安裝旋轉(zhuǎn)軸(7)；定位板(2)頂部前邊緣倒角以防止試驗過程中與壓頭(13)發(fā)生碰撞；定位板(2)與支撐座(1)之間通過對稱的加強筋(12)加固以防止受力時發(fā)生變形，該加強筋(12)上安裝有軸心檢測傳感器和位移傳感器。
5.如權(quán)利要求2所述的錨桿鉆頭柔性焊接性能檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述支撐柱(3)頂部設(shè)有平面(301)以與錨桿鉆頭(100)支撐部(vi)接觸，保證試驗過程中錨桿鉆頭(100)不發(fā)生移動；支撐柱(3)下部設(shè)有凸臺(...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張素慧，姚寧平，劉慶修，高佳晨，周春，伍濤，居培，
申請(專利權(quán))人：中煤科工西安研究院集團有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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