基於磁流變彈性體的採煤機截割阻力傳感方法及傳感器的製造方法
2023-04-26 22:47:11
基於磁流變彈性體的採煤機截割阻力傳感方法及傳感器的製造方法
【專利摘要】一種基於磁流變彈性體的採煤機截割阻力傳感方法及傳感器，解決採煤機工作過程中截齒割煤所受到的截割阻力測量的準確度問題和調節磁流變彈性體剛度的問題。本發明方法藉助於磁流變彈性體受力發生形變的特性，通過對對應電學參數的測量，得到所受力的大小，同時通過外加磁場可改變磁流變彈性體剛度的特性，增加磁流變彈性體的受力範圍。實現了截割阻力的實時、準確測量，進而實現根據截割阻力的變化對採煤機輸出功率進行實時調整的目的，同時通過外加磁場調節磁流變彈性體剛度的方法增大截割阻力傳感器的受力範圍，對截割阻力傳感器起到了保護作用。從而提高採煤機工作效率和使用壽命。
【專利說明】基於磁流變彈性體的採煤機截割阻力傳感方法及傳感器
[0001]【技術領域】 本發明涉及採煤機截割阻力傳感器設計領域。具體是基於磁流變彈性體的採煤機截割阻力傳感器。
[0002]技術背景
隨著市場經濟體制的建立，煤礦企業越來越注重生產效率和經濟效益。採煤機實際工作效率的高低及其工作效果的好壞是多方面因素綜合作用的結果，如採煤機滾筒的結構，截齒的材料、形狀、尺寸及其排列和安裝角度，截割深度，電動機的牽引速度，煤層的物理機械性質等。而確定上述因素的基本依據是掌握截割力的特性，準確地測量截割力，獲得截齒在截割煤炭過程中多種因素相互作用的大量信息。
[0003]煤炭的非均質性和多品種性使截割力特性在不同礦井或不同煤層上千差萬別，為準確掌握具體礦並(煤層)的截割力特性，以便控制採煤機的實時輸出功率，國內外一直有人致力於煤炭截割力測量裝置及其傳感器的研究，國內外採用測量機械彈性力或液壓壓力方法的一些在井下測量煤炭截割力的裝置和傳感器，由於其力傳感器中機械元件或液壓件不可避免的慣性及阻尼作用，不能真實測取力幅變動大且頻率較高的動態截割力，所測得的截割力，只是某種平均意義下的數值。
[0004]目前使用最多的是應變片式力傳感器，其缺點是量程範圍有限，用於採煤機截割力測量時截割阻力幅度變化巨大，常常使其超量程，且容易斷裂。
[0005]磁流變彈性體是磁流變材料的一個新的分支。它是由高分子聚合物(如橡膠等)和鐵磁性顆粒組成，混合有鐵磁性顆粒的聚合物在外加磁場作用下固化，利用磁致效應(即鐵磁性顆粒在磁場方向形成鏈或柱狀聚集結構)，使顆粒在基體中形成有序結構。由於磁流變彈性體兼有磁流變材料和彈性體的優點，如響應快(ms量級)，可逆性好，可控能力強等，又克服了磁流變液沉降、穩定性差等缺點，它的力學、電學、磁學諸性能可以由外加磁場來控制，因而近年來成為磁流變材料研究的一個熱點。磁流變彈性體可以廣泛應用於機械傳動，減振隔振，機器人和智能執行機構等領域，可以大大簡化機械結構，完成一些傳統機械結構難以實現的功能。
【發明內容】
[0006]本發明目的在於提供一種基於磁流變彈性體的採煤機截割阻力傳感方法及傳感器，解決採煤機工作過程中截齒割煤所受到的截割阻力測量的準確度問題和調節磁流變彈性體剛度的問題。本發明方法藉助於磁流變彈性體受力發生形變的特性，通過對對應電學參數的測量，得到所受力的大小，同時通過外加磁場可改變磁流變彈性體剛度的特性，增加磁流變彈性體的受力範圍。實現了截割阻力的實時、準確測量，進而實現根據截割阻力的變化對採煤機輸出功率進行實時調整的目的，同時通過外加磁場調節磁流變彈性體剛度的方法增大截割阻力傳感器的受力範圍，對截割阻力傳感器起到了保護作用。從而提高採煤機工作效率和使用壽命。
[0007]本發明實現發明目的採用的技術方案是，該傳感方法包括如下步驟:
步驟1、採煤機截齒通過基於磁流變彈性體的截割阻力傳感器固定在採煤機滾筒上，在採煤機開始工作之前根據當前煤層狀況在採煤機控制系統中設置預計的截割阻力的初始閾值，所設初始閾值小於根據採煤機額定輸出功率確定的截割阻力的極限閾值。截齒割煤時所受到的截割阻力通過截齒傳遞給磁流變彈性體，發生形變的磁流變彈性體的內部磁性粒子的分布發生改變，使採煤機截割阻力傳感器的電學參數發生變化，通過檢測電路測量電學參數得到截割阻力變化與電學參數變化的對應關係，測得截割阻力傳感器所受的截割阻力；
步驟2、採煤機工作過程中，截割阻力傳感器判斷其所受的實際截割阻力是否超出所述截割阻力的初始閾值；
步驟3、如果沒有超出初始閾值則採煤機不更改閾值設定、繼續工作；
步驟4、對於截割阻力傳感器所受的截割阻力超出初始閾值但小於極限閾值的情況，通過增加採煤機截割阻力傳感器內的線圈電流強度，從而增加採煤機截割阻力傳感器的磁場強度，改變磁流變彈性體內部磁性粒子的分布，增大磁流變彈性體的剛度，同時在採煤機控制系統中重新設置截割阻力的閾值。
[0008]步驟5、採煤機工作過程中不斷重複步驟2，判斷截割阻力傳感器實際所受的截割阻力是否超出採煤機控制系統中已設置了的閾值，如果沒有超出閾值則不更改閾值設定、繼續工作；如果超出但小於截割阻力的極限閾值，重複步驟4。
[0009]基於磁流變彈性體的採煤機截割阻力傳感器，其具體結構為:
該傳感器由磁流變彈性體、絕緣套、電極一、電極二、線圈組成；磁流變彈性體⑷為環形，其內側、外側表面設置絕緣套出)，磁流變彈性體(4)的上、下表面分別固定電極一(3)、電極二(7)，磁流變彈性體(4)內部繞有環形線圈(5)。
[0010]下面結合附圖和實例對本發明做進一步詳細的說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1基於磁流變彈性體的截割阻力傳感器在採煤機截齒上的安裝位置 圖2基於磁流變彈性體的截割阻力傳感器組成結構
【具體實施方式】
[0012]本發明提供的傳感方法包括如下步驟:
第一步，採煤機截齒通過基於磁流變彈性體的截割阻力傳感器固定在採煤機滾筒上，在採煤機開始工作之前根據當前煤層狀況在採煤機控制系統中設置預計的截割阻力的初始閾值，所設初始閾值小於根據採煤機額定輸出功率確定的截割阻力的極限閾值。截齒割煤時所受到的截割阻力通過截齒傳遞給磁流變彈性體，發生形變的磁流變彈性體的內部磁性粒子的分布發生改變，使採煤機截割阻力傳感器的電學參數發生變化，通過檢測電路測量電學參數得到截割阻力變化與電學參數變化的對應關係，測得截割阻力傳感器所受的截割阻力；
初始閾值為採煤機每次工作之前在極限閾值範圍內選取的一個初始的截割阻力值。測得截割阻力傳感器所受的截割阻力後，根據截割阻力的變化對採煤機的輸出功率大小進行實時調整，以適應不同性質的煤層，提高採煤機的工作效率。如圖1中，I為採煤機截齒，2為基於磁流變彈性體的截割阻力傳感器。[0013]第二步，採煤機工作過程中，截割阻力傳感器判斷其所受的實際截割阻力是否超出所述截割阻力的初始閾值；
第三步，如果沒有超出初始閾值則採煤機不更改閾值設定、繼續工作；
第四步，對於截割阻力傳感器所受的截割阻力超出初始閾值但小於極限閾值的情況，通過增加採煤機截割阻力傳感器內的線圈電流強度，從而增加採煤機截割阻力傳感器的磁場強度，改變磁流變彈性體內部磁性粒子的分布，增大磁流變彈性體的剛度，同時在採煤機控制系統中重新設置截割阻力的閾值。
[0014]第五步，採煤機工作過程中不斷重複步驟2，判斷截割阻力傳感器實際所受的截割阻力是否超出採煤機控制系統中已設置了的閾值，如果沒有超出閾值則不更改閾值設定、繼續工作；如果超出但小於截割阻力的極限閾值，重複步驟4。
[0015]在截割阻力傳感器所受的截割阻力超出初始閾值但小於極限閾值的情況下，通過外加磁場的控制增大磁流變彈性體的剛度，提高截割阻力傳感器可承受的截割阻力，從而增大了截割阻力傳感器的受力範圍，對截割阻力傳感器起到保護作用。
[0016]基於磁流變彈性體的採煤機截割阻力傳感器，其具體結構為:
該傳感器由磁流變彈性體、絕緣套、電極一、電極二、線圈組成；磁流變彈性體⑷為環形，其內側、外側表面設置絕緣套出)，磁流變彈性體(4)的上、下表面分別固定電極一(3)、電極二(7)，磁流變彈性體(4)內部繞有環形線圈(5)。
[0017]如圖2，絕緣套6起絕緣及把磁流變彈性體4固定在工作位置的作用。該傳感器工作時，磁流變彈性體4上、下表面固定的電極一 3、電極二 7通過引線與傳感器的外接檢測電路連接，對基於磁流變彈性體的採煤機截割阻力傳感器內部的電學參數進行測量，進而得到截割阻力傳感器所受到的截割阻力值。該傳感器內部用於產生磁場的環形線圈5通過弓丨線與傳感器的外接電源電路相連接，在外接電源的驅動下產生磁場，改變磁流變彈性體4內部磁性粒子的分布，增大磁流變彈性體的剛度。
[0018]本發明實施例中，所述基於磁流變彈性體的採煤機截割阻力傳感器中磁流變彈性體4為中空的圓柱形狀，使用結構上軸對稱的磁流變彈性體產生磁性分布較規則的磁場。
[0019]本發明實施例中，所述基於磁流變彈性體的採煤機截割阻力傳感器中磁流變彈性體2為中空的圓柱形狀時,使用的電極一 3、電極二 7為圓環形，以便在固定時與磁流變彈性體4的上、下表面相符合。
[0020]本發明方法藉助於磁流變彈性體受力發生形變的特性，通過對對應電學參數的測量，得到所受力的大小，同時通過外加磁場可改變磁流變彈性體剛度的特性，增加磁流變彈性體的受力範圍。使採煤機實現針對不同性質的煤層調節輸出功率的大小，提高工作效率，同時延長採煤機的使用壽命。
【權利要求】
1.一種基於磁流變彈性體的採煤機截割阻力傳感方法，該方法藉助於磁流變彈性體受力發生形變的特性，通過對對應電學參數的測量，得到所受力的大小，同時通過外加磁場可改變磁流變彈性體剛度的特性，增加磁流變彈性體的受力範圍，其特徵在於:該方法由以下步驟實現: 步驟1、採煤機截齒通過基於磁流變彈性體的截割阻力傳感器固定在採煤機滾筒上，在採煤機開始工作之前根據當前煤層狀況在採煤機控制系統中設置預計的截割阻力的初始閾值，所設初始閾值小於根據採煤機額定輸出功率確定的截割阻力的極限閾值。截齒割煤時所受到的截割阻力通過截齒傳遞給磁流變彈性體，發生形變的磁流變彈性體的內部磁性粒子的分布發生改變，使採煤機截割阻力傳感器的電學參數發生變化，通過檢測電路測量電學參數得到截割阻力變化與電學參數變化的對應關係，測得截割阻力傳感器所受的截割阻力； 步驟2、採煤機工作過程中，截割阻力傳感器判斷其所受的實際截割阻力是否超出所述截割阻力的初始閾值； 步驟3、如果沒有超出初始閾值則採煤機不更改閾值設定、繼續工作； 步驟4、對於截割阻力傳感器所受的截割阻力超出初始閾值但小於極限閾值的情況，通過增加採煤機截割阻力傳感器內的線圈電流強度，從而增加採煤機截割阻力傳感器的磁場強度，改變磁流變彈性體內部磁性粒子的分布，增大磁流變彈性體的剛度，同時在採煤機控制系統中重新設置截割阻力的閾值； 步驟5、採煤機工作過程中不斷重複步驟2，判斷截割阻力傳感器實際所受的截割阻力是否超出採煤機控制系統中已設置了的閾值，如果沒有超出閾值則不更改閾值設定、繼續工作；如果超出但小於截割阻力的極限閾值，重複步驟4。
2.一種基於磁流變彈性體的採煤機截割阻力傳感器，根據權利要求1所述的基於磁流變彈性體的採煤機截割阻力傳感方法進行工作，其特徵在於:該傳感器由磁流變彈性體、絕緣套、電極一、電極二、線圈組成； 磁流變彈性體(4)為環形，其內側、外側表面設置絕緣套(6)，磁流變彈性體(4)的上、下表面分別固定電極一(3)、電極二(7)，磁流變彈性體(4)內部繞有環形線圈(5)。
3.根據權利要求2所述的基於磁流變彈性體的採煤機截割阻力傳感器，其特徵在於:所述的磁流變彈性體(4)為中空的圓柱形狀。
4.根據權利要求3所述的基於磁流變彈性體的採煤機截割阻力傳感器，其特徵在於:所述的電極一(3)、電極二(7) 為圓環形。
【文檔編號】G01F1/12GK103512624SQ201310377865
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年8月27日 優先權日:2013年8月27日
【發明者】湯春瑞, 趙燦, 劉丹丹 申請人:黑龍江科技大學