采煤機截齒截割力測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于煤炭機械技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種截齒裝置，具體涉及一種采煤機截齒 截割力測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 合理選擇采煤機的型號和截齒類型，對采煤機的工作效率和截齒的壽命有一定影 響。采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(jié)果，如采 煤機滾筒的結(jié)構(gòu)，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(zhì)等。由于不同礦井和不同煤層的煤炭性質(zhì)都有所不同，且煤炭在 截割過程中的破碎是隨機的，因此采煤機在截割過程中所受的力也不同。準確的測量截割 力，可以獲得截齒在煤炭截割過程中的大量力信息，從而為定量評價煤炭截割特性、深入 研宄煤炭截割機理、合理選擇和使用采煤機和截齒等提供重要依據(jù)。
[0003] 某些測量單個截齒或標準測試刀具的煤炭截割力裝置的傳感器存在兩大問題：不 能測三向截割分力，多數(shù)僅能測主截割力，個別可測主截割力和徑向力；動態(tài)特性差，數(shù)據(jù) 失真較大。煤炭截割力是力幅變動大、頻率較高的隨機動態(tài)力，須用動態(tài)性能好、靈敏度高、 分力交叉干擾小的三向力傳感器測量，由此獲得單齒的截割分力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種采煤機截齒截割力測量裝置，使用該 測量裝置，可以獲得截齒在截割煤炭過程中的受力信息，為深入研宄煤炭截割機理、定量評 價煤炭截割特性、合理選擇和使用采煤機、優(yōu)化設(shè)計采煤機和截齒提供了依據(jù)，進而提高企 業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種采煤機截齒截割力測量裝置，包括截齒、齒座、三向力 傳感器和傳感系統(tǒng)信號處理器，所述截齒包括截齒頭和截齒本體，截齒本體安裝于齒座安 裝孔內(nèi)，所述三向力傳感器設(shè)在截齒頭與齒座的接觸面，三向力傳感器的下PCB板與齒座 固定，上PCB板與截齒頭接觸但不固定，三向力傳感器包括圓環(huán)電容單元組和條狀電容單 元組，所述條狀電容單元組設(shè)置在圓環(huán)電容單元組外基板的四角，圓環(huán)電容單元組包括兩 對以上圓環(huán)電容單元對，所述圓環(huán)電容單元對包括兩個圓環(huán)電容單元，所述條狀電容單元 組包括X方向差動電容單元組和Y方向差動電容單元組，X方向差動電容單元組和Y方向 差動電容單元組均包括兩個以上相互形成差動的電容單元模塊，所述電容單元模塊是由兩 個以上的條狀電容單元組成的梳齒狀結(jié)構(gòu)，每個圓環(huán)電容單元和條狀電容單元均包括上極 板的驅(qū)動電極和下極板的感應電極。
[0006] 采煤機截齒截割力測量裝置，還包括軸承，軸承安裝于齒座安裝孔內(nèi)，截齒本體安 裝于軸承中心。所述每個圓環(huán)電容單元的感應電極和驅(qū)動電極正對且形狀相同，所述每個 條狀電容單元的驅(qū)動電極和感應電極寬度相同，條狀電容單元的驅(qū)動電極長度大于感應電 極長度，條狀電容單元的驅(qū)動電極長度兩端分別預留左差位8&和右差位感 + 其中bMg為條狀電容單元的驅(qū)動電極長度，1^3為條狀電容單元的感應電極長 度。所述條狀電容單元的左差位S左=右差位S右，其中dQ為彈性介質(zhì) 厚度，G為彈性介質(zhì)的抗剪模量，T_為最大應力值。所述兩組相互形成差動的電容單元 模塊的條狀電容單元的驅(qū)動電極和感應電極沿寬度方向設(shè)有初始錯位偏移，錯位偏移大小 相同、方向相反。所述圓環(huán)電容單元組包括n個同心圓環(huán)電容單元，其中
其 中，aT為平行板的長度，1^為圓環(huán)電容單元圓環(huán)的寬度，asH為相鄰兩圓環(huán)電容單元之間 的電極間距。X方向差動電容單元組和Y方向差動電容單元組均包括m個條狀電容單元，
m 〔中，aT為平行板的長度，as #為相鄰兩條狀電容單元之間 的丨H」此L，aQ東'4A 年H'、」度。所述同心圓環(huán)電容單元的寬度rH和條狀電容單元的 寬度％相等；條狀電容單元電極間距as #和圓環(huán)電容單元電極間距asH相等，所述條狀電 容單元的寬度an = ^，其中，士為彈性介質(zhì)厚度，E為彈性介質(zhì)的楊氏模量，G為彈性介質(zhì) 的抗剪模量。所述圓環(huán)電容單元組和條狀電容單元組的驅(qū)動電極通過一個引出線與傳感系 統(tǒng)信號處理器連接，所述圓環(huán)電容單元組的每個圓環(huán)電容單元的感應電極單獨引線與傳感 系統(tǒng)信號處理器連接，所述X方向差動電容單元組和Y方向差動電容單元組的電容單元模 塊感應電極分別通過一根引出線與傳感系統(tǒng)信號處理器連接。所述圓環(huán)電容單元、電容單 元模塊與傳感系統(tǒng)信號處理器之間分別設(shè)有中間變換器，中間變換器用于設(shè)置電壓對電容 或頻率對電容的傳輸系數(shù)。
[0007] 本發(fā)明有如下積極效果：本發(fā)明的煤炭截齒截割力測量裝置能夠測量截齒在截割 煤炭過程中的三維受力信息，準確的測量截割力，可以獲得截齒在煤炭截割過程中的大量 力信息，從而為定量評價煤炭截割特性、深入研宄煤炭截割機理、合理選擇和使用采煤機 和截齒等提供重要依據(jù)。本發(fā)明的三向力傳感器靈敏度高，極板利用效率高，整個圓環(huán)電容 單元組都對法向力作出貢獻，并且具有較好的動態(tài)性能，可用于測量單個截齒的三向分力。
【附圖說明】
[0008] 圖1是本發(fā)明的【具體實施方式】的同心圓環(huán)偏移錯位面積分析圖。
[0009] 圖2是本發(fā)明的【具體實施方式】的為外同心圓環(huán)錯位對外徑圓分析圖。
[0010] 圖3是本發(fā)明的【具體實施方式】的平行板電容的平面設(shè)計圖。
[0011] 圖4是本發(fā)明的【具體實施方式】的驅(qū)動電極的結(jié)構(gòu)圖。
[0012] 圖5是本發(fā)明的【具體實施方式】的平板電容板的直角坐標系。
[0013] 圖6是本發(fā)明的【具體實施方式】的兩組圓環(huán)電容組結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖7是本發(fā)明的【具體實施方式】的差動條狀電容單元的初始錯位圖。
[0015] 圖8是本發(fā)明的【具體實施方式】的差動條狀電容單元受力后偏移圖。
[0016] 圖9是本發(fā)明的【具體實施方式】的單元電容對的信號差動示意圖。
[0017] 圖10是本發(fā)明的【具體實施方式】的截齒的結(jié)構(gòu)圖。
[0018] 圖11是本發(fā)明的【具體實施方式】的截齒的局部剖面圖。
[0019] 其中，1截齒，101截齒頭，102截齒本體，2齒座，3軸承。
【具體實施方式】
[0020] 下面對照附圖，通過對實施例的描述，本發(fā)明的【具體實施方式】如所涉及的各構(gòu)件 的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理、制造工藝及 操作使用方法等，作進一步詳細的說明，以幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思、技術(shù) 方案有更完整、準確和深入的理解。
[0021] 在煤巖截割實驗中，截割實驗裝置包括主運動系統(tǒng)、輔助運動系統(tǒng)和截齒1，在運 動系統(tǒng)的動力作用下，截齒1截割煤巖，如圖10和11所示，為本發(fā)明截齒1的結(jié)構(gòu)示意圖， 截齒1裝置包括截齒1、齒座2和軸承3,截齒1包括截齒頭101和截齒本體102,齒座2具 有安裝孔，軸承3安裝于齒座2的安裝孔內(nèi)，截齒本體102安裝于軸承3的中心，截齒1相 對齒座2進行旋轉(zhuǎn)運動。本發(fā)明的截齒本體102和齒座2內(nèi)孔之間設(shè)有軸承3結(jié)構(gòu)，截齒 1和齒座2之間形成滾動摩擦，避免現(xiàn)有技術(shù)中因滑動摩擦而形成截齒1旋轉(zhuǎn)不順，進而產(chǎn) 生磨損不均、偏磨損等問題。
[0022] 如圖10,本發(fā)明的三向力傳感器設(shè)在截齒頭101與齒座2相接的表面，傳感器的 上下PCB板面分別與截齒頭101和齒座2接觸，下PCB板與齒座2