轮辐式传感器支持采矿机械高负载运行受力检测

发布时间：2025年11月18日 17时18分31秒

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　　采矿机械的工作场景往往远比普通工业设备更为严苛，高冲击力、持续高负荷、频繁交变的受力状态构成了设备长期运转的真实写照。井下运输车、液压支架、钻采装备、提升系统等大型机械，几乎时刻承受着来自矿石重量、机械运动惯性以及环境变化带来的复杂应力。若无法实时掌握关键部件的受力情况，设备便极易因超载、疲劳裂纹或异常冲击而出现故障，甚至引发重大安全风险。因此，构建可靠的受力监测体系成为行业发展的重要方向之一。在众多力学测量技术路线中，轮辐式传感器凭借大量程、高稳定性与结构强度优异等特征，被广泛用于采矿机械的高负载运行检测。依托其对复杂受力状态的快速响应能力，可让采矿设备实现更加智能的健康监测、精准的载荷判断以及高效的作业规划。

　　一、轮辐式传感器的结构优势赋能高负载采矿装备

　　1. 适应大吨位负荷的主结构特点

　　轮辐式传感器采用辐条式应变结构，通过中心与周边固定点之间的力传递使载荷在金属体内形成均匀且可测的应力场。辐条数量与形状经过力学优化，可确保在巨大压力或拉力作用下保持优良的弹性变形区间，使应变片采集到的信号清晰、稳定、不发生塑性形变。

　　采矿机械对传感器的承载能力要求极高，部分设备的瞬时载荷甚至可达数百吨。传统结构的力学传感器容易出现金属屈服或疲劳损伤，而轮辐式设计可通过增大受力面积、分散应力路径以及提升刚性结构来应对这种极端工况。因此，它不仅能承受高静态载荷，也可以适应频繁冲击和周期性动态负荷。

　　2. 耐冲击与抗环境干扰能力强

　　采矿环境中粉尘、湿度、泥浆、振动、温度变化乃至腐蚀性气体均对传感器长期稳定工作造成挑战。轮辐式传感器通常采用合金钢或高强度不锈钢材质，并进行电镀或特殊涂层处理，以抵御腐蚀、撞击及表面磨损。同时，其内部的应变片布置方式具有高度保护性，焊封工艺可避免外界湿气或粉尘侵入，保证传感稳定性。

　　二、采矿机械高负载运行对受力检测的迫切需求

　　1. 提升设备安全性的基础手段

　　采矿机械失败的根本原因大多源于受力失衡或载荷超限。例如液压支架受力分配不均会导致顶板下沉风险，矿车承载超过结构极限可能引发车架断裂，提升系统载荷判断失误则会引起钢丝绳断裂等严重事故。实时受力监测可提前预警异常，使设备在危险状态形成前自动停机或限载运行，避免事故扩大。

　　2. 支撑智能开采与数字化矿山建设

　　现代矿山逐步向自动化、无人化方向迈进，设备各项参数必须实现数据化、网络化与可视化。轮辐式传感器作为载荷监测核心组件，其输出信号能够直接进入控制系统，用于自动调节工作节奏、执行力矩分配、制定作业路径，并作为设备健康管理的关键数据源。

　　高负载运行的实时数据也将成为“数字孪生矿山”模型的重要基础，使运营人员可以远程观察设备受力状态，判断结构疲劳寿命，合理规划检修周期。

　　三、轮辐式传感器在典型采矿机械中的应用场景

　　1. 矿用运输设备载荷检测

　　矿车、自卸车、井下运输车辆时常需要运载大量矿石，其载荷不仅重量大，还具有重心易偏移、冲击强烈的特点。

　　轮辐式传感器可安装在车轴、转向机构或承载节点处，实时测量其受力变化。通过数据判断车辆是否装载过量，是否因矿石移动导致偏载，或是否因路况恶劣引发冲击超限。数据可与车辆控制系统联动，以限制加速方式、调整速度或提示人工干预。

　　2. 液压支架与井下支护系统受力感知

　　液压支架是采煤工作面安全的支柱，其承受的顶板压力随采空区推进而不断变化。过高的压力可能导致支架失稳，而压力不足又可能引起支护脱落。

　　将轮辐式传感器集成于支架的立柱或底座连接位置，可让系统实时获取支护受力状态，使智能化支架能够自动增压、减压、报警或停机。结合多点布置方式，还可绘制工作面压力分布曲线，提升整体安全性。

　　3. 采掘设备工作臂与钻机受力分析

　　掘进机、装载机、采矿钻机在工作时会产生高度复杂的多方向力，由于岩层硬度不同、角度变化大、冲击频繁，设备易产生疲劳损伤。

　　轮辐式传感器可安装在机械臂铰点、钻杆连接点或推力机构处，帮助监控实时扭矩、推力载荷和反作用力。通过数据分析，操作系统可自动调整工作节奏，避免因过度挤压而导致结构破裂。

　　4. 提升系统载荷监测

　　矿井提升系统承担着人员、设备与矿石的垂直运输任务，其安全要求极高。轮辐式传感器可布置在提升容器连接机构或平衡装置内，用于精确测量吊载重量及冲击力。

　　实时载荷数据可用于失重检测、过载报警、防坠系统联动，为提升系统提供强有力的安全保障。

　　四、轮辐式传感器助力矿山设备数据智能化与诊断体系构建

　　1. 受力数据推动设备健康管理升级

　　传统采矿机械维护模式以经验为主，在高负载工况下容易忽略潜在隐患。轮辐式传感器提供的大量运行数据使系统能够建立设备状态感知模型，从而实现以下功能：

　　预测疲劳寿命

　　判断结构是否存在异常振动或裂纹

　　精确制定检修周期

　　提升零部件利用率

　　减少停机损失

　　数据驱动的检修模式能显著提升矿山生产的连续性和设备可靠性。

　　2. 支撑无人化作业的自动控制需求

　　无人驾驶矿车、自动液压支架和智能掘进设备的核心在于实时数据输入的准确性。轮辐式传感器输出的受力数据能够与导航、位置感知、环境监测等系统联动，实现更精细的动作控制。

　　例如：

　　无人矿车根据载荷自动调整加速度和转弯速度

　　无人掘进机器人通过受力反馈判断岩层硬度变化

　　支架系统根据压力自动调节支护节奏

　　这些功能均以可靠受力数据为基础。

　　五、应用轮辐式传感器后的实际收益

　　1. 大幅降低设备故障率

　　通过对关键受力节点的持续监控，系统能够提前识别载荷异常与冲击极值，避免结构件因超荷而损坏。矿山行业统计显示，载荷实时监测可减少约40%—60%的结构类故障。

　　2. 提升人员与设备安全等级

　　受力监测是判断危险工况最直接的方法。监测系统可及时提醒操作人员或自动执行保护措施，以防止事故发生。对于井下环境而言，这种预警能力具有极高价值。

　　3. 提高生产效率与设备利用率

　　设备能够在最合理的受力区间内运行，从而减少不必要的停机或限载。轮辐式传感器的受力数据还能帮助改进作业节奏，使矿山整体生产效率提升10%以上。

　　4. 优化矿山管理决策

　　受力数据与生产数据结合后，可形成更全面的矿山数字化分析体系。管理层能够明确设备瓶颈、优化资源配置、提升计划准确性。

　　六、轮辐式传感器在采矿行业的发展前景

　　采矿行业正在向智能化、低人工、高效率、安全可控的方向不断发展。未来轮辐式传感器的发展趋势包括：

　　1. 更高量程与更强可靠性

　　面对更深矿井和更大吨位设备需求，传感器将进一步提升抗冲击能力与可承受负荷。

　　2. 智能化传感模块集成

　　包括内置放大器、温度补偿算法、无线传输模块、边缘计算功能等，使传感器不再只是数据采集器，而是小型计算终端。

　　3. 更强环境适应性

　　未来产品将具备更高等级的防爆、防水、防腐蚀能力，更适合井下极端环境。

　　4. 与数字孪生系统深度融合

　　受力数据将成为矿山虚拟模型运行的输入核心，使设备运行预测更加精准。

　　总的来讲，轮辐式传感器作为采矿机械高负载运行监测的重要技术装备，凭借其优良的力学结构、强大的抗干扰能力与可靠的信号输出，在矿山安全保障、设备健康监控和智能化运营系统中扮演着不可替代的角色。通过高精度受力数据的持续输入，采矿企业可以逐步构建更加完善的数字化运行体系，实现更高效、更安全、更可控的生产方式。未来，随着矿山自动化水平的不断提高，轮辐式传感器将在更多采矿设备中得到深度应用，成为推动行业升级的重要力量。

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