[发明专利]截齿旋转截割测力装置

说明书

技术领域

本发明属于煤炭机械技术领域，涉及到一种截齿装置，具体涉及一种截齿旋转截割测力装置。

背景技术

合理选择采煤机的型号和截齿类型，对采煤机的工作效率和截齿的寿命有一定影响。采煤机实际工作效率的高低及其工作效果的好坏是多方面因素综合作用的结果，如采煤机滚筒的结构，截齿的材料、形状、尺寸及其排列和安装角度，截割深度，电动机的牵引速度，煤层的物理机械性质等。由于不同矿井和不同煤层的煤炭性质都有所不同,且煤炭在截割过程中的破碎是随机的,因此采煤机在截割过程中所受的力也不同。准确的测量截割力,可以获得截齿在煤炭截割过程中的大量力信息,从而为定量评价煤炭截割特性、深入研究煤炭截割机理、合理选择和使用采煤机和截齿等提供重要依据。

某些测量单个截齿或标准测试刀具的煤炭截割力装置的传感器存在两大问题：不能测三向截割分力,多数仅能测主截割力，个别可测主截割力和径向力；动态特性差，数据失真较大。煤炭截割力是力幅变动大、频率较高的随机动态力，须用动态性能好、灵敏度高、分力交叉干扰小的三向力传感器测量，由此获得单齿的截割分力。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种截齿旋转截割测力装置，使用该测量装置，可以获得截齿在截割煤炭过程中的受力信息，为深入研究煤炭截割机理、定量评价煤炭截割特性、合理选择和使用采煤机、优化设计采煤机和截齿提供了依据，进而提高企业的生产效率和经济效益。

本发明的技术方案是：一种截齿旋转截割测力装置，包括截齿、齿座、三向力传感器和传感系统信号处理器，所述截齿包括截齿头和截齿本体，截齿本体安装于齿座安装孔内，所述三向力传感器设在截齿头与齿座的接触面，传感器的下PCB板与齿座固定，上PCB板与截齿头接触但不固定，所述三向力传感器包括X方向差动电容单元组合和Y方向差动电容单元组合，所述X方向差动电容单元组合和Y方向差动电容单元组合均包括两个以上相互形成差动的电容单元模块，所述电容单元模块采用由两个以上的条状电容单元组成的梳齿结构，每个条状电容单元包括上极板的驱动电极和下极板的感应电极，所述X方向差动电容单元组合和Y方向差动电容单元组合的电容值求和计算传感器的法向力且消除切向力影响。

煤炭截齿三向截割力测量装置还包括轴承，轴承安装于齿座安装孔内，截齿本体安装于轴承中心。的每个条状电容单元的驱动电极和感应电极宽度相同，驱动电极的长度大于感应电极长度，驱动电极长度两端分别预留左差位δ_左和右差位δ_右，b_0驱＝b_0感+δ_右+δ_左，其中，b_0驱为条状电容单元的驱动电极长度，b_0感为条状电容单元的感应电极长度。所述差位δ_左＝δ_右，且其中d₀为弹性介质厚度，G为弹性介质的抗剪模量，τ_max为最大应力值。所述两组相互形成差动的电容单元模块的条状电容单元的驱动电极和感应电极沿宽度方向设有初始错位偏移，错位偏移大小相同、方向相反。所述梳齿状结构包括20个以上条状电容单元、与条状电容单元一一对应连接的引线，相邻两条状电容单元之间设有电极间距a_δ。所述平行板面积S＝M(a₀+a_δ)b₀，其中，M为条状电容单元数量，b₀为条状电容单元的长度，a₀条状电容单元的宽度。所述电容单元模块的每个条状电容单元的引线通过并联或者独立连接到传感系统信号处理器。所述条状电容单元的宽度其中，d₀为弹性介质厚度，E为弹性介质的杨氏模量，G为弹性介质的抗剪模量。所述传感系统信号处理器和电容单元模块之间设有中间变换器，中间变换器用于设置电压对电容或频率对电容的传输系数。

本发明有如下积极效果：本发明的煤炭截齿三向截割力测量装置能够测量截齿在截割煤炭过程中的三维受力信息，准确的测量截割力,可以获得截齿在煤炭截割过程中的大量力信息,从而为定量评价煤炭截割特性、深入研究煤炭截割机理、合理选择和使用采煤机和截齿等提供重要依据。本发明在电容传感器测量三维力的基础上，有效使用平板有效面积，并且通过差动等方法有效解决三维力间耦合，从而使法向与切向转换都达到较高的线性、精度与灵敏度。

附图说明

图1是本发明的具体实施方式的条状电容单元及其坐标系。