Ty的值計算出切向力的方向。
[0100] 2. 4主要材料選擇及其特性參數(shù)
[0101] 平行板電容器的結(jié)構(gòu)剖面圖類似于三明治結(jié)構(gòu)如圖1〇所示。由圖1〇可知，1為上 PCB基板，2為下PCB基板，3為驅(qū)動電極，4為感應(yīng)電極，5為彈性介質(zhì)。極板距屯=0. 1mm， 上下基板內(nèi)側(cè)空間除銅箔電極外，均為用失蠟鑄造法充填的PDMS(聚二甲基硅氧烷）超 彈絕緣介質(zhì)。其機(jī)械和物理特性參數(shù)為楊氏模量E= 6. 2MPa，而其抗剪彈性模量為G= 4.IMPa，介質(zhì)極化時相對介電常數(shù)ey = 2. 5。由于介質(zhì)的E和G遠(yuǎn)小于銅的彈性模量E銅 =103GPa，故電容器內(nèi)部介質(zhì)在應(yīng)力狀態(tài)下的變形遠(yuǎn)大于極板的變形。
[0102] 2. 5電極引線設(shè)計
[0103] 無論是驅(qū)動電極或感應(yīng)電極都需備有引出線，考慮各個驅(qū)動電極在信號電平上都 是接地的，故驅(qū)動電極只需共用同一個引出線。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)單獨(dú)引 線與傳感系統(tǒng)信號處理器連接，傳感系統(tǒng)信號處理器根據(jù)每個圓環(huán)的輸出值自由組合進(jìn)行 計算，之后進(jìn)行求平均得出切向力的大小和法向力大小，在精度要求不高的情況下，圓環(huán)電 容單元組可以只選擇兩個最優(yōu)圓環(huán)引出2根引線，通過這兩個圓環(huán)求出^和七，從而得出切 向力的大小和法向力大??；X方向差動電容單元組和Y方向差動電容單元組分別各自通過 一個引出線引出與傳感系統(tǒng)信號處理器連接，用于計算切向力的方向。所述傳感系統(tǒng)信號 處理器和電容單元之間設(shè)有中間變換器，變換器用于設(shè)置電壓或頻率對電容的傳輸系數(shù)。 整個電容組件共有至少7個管腳從平面封裝的側(cè)面引出，以便整個組件頂部與底部外表面 能方便地與測量對象接觸。
[0104] 本發(fā)明在新材料和新工藝的支撐下，完成了一種新型三維力敏感電容組合的設(shè) 計。在lOXIOmm2的受力面上，無論是法向或切向，都可向介質(zhì)較均勻的傳遞應(yīng)力。在空間 力與傳感器表面的接觸中外力只有1個，對電容求和可得到法向Fn的信息，即整個電極板 都對求Fn做出貢獻(xiàn)，同時又可獲得^和Fy的信息，從而完整描述一個三維力，按設(shè)計參數(shù) 可以提高一次轉(zhuǎn)換的法向靈敏度和切向靈敏度和最大線性誤差。
[0105] 本發(fā)明截齒三向力測量裝置可測出旋轉(zhuǎn)截割工況下單個截齒1截割不同煤巖的 受力信號，具有較高的采樣頻率，減少了信號的損失以及干擾信號的影響。嵌入式鎬齒旋轉(zhuǎn) 截割測力裝置克服了傳統(tǒng)裝置非智能化、應(yīng)用現(xiàn)場難以調(diào)節(jié)及不便與上位機(jī)通信等缺點(diǎn)。 為深入研宄煤炭截割機(jī)理、定量評價煤炭截割特性、合理選擇和使用采煤機(jī)、優(yōu)化設(shè)計采煤 機(jī)和截齒1提供依據(jù)。
[0106] 上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式 的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實質(zhì)性的改進(jìn)，或未經(jīng)改 進(jìn)將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種采煤機(jī)截齒截割力測量裝置，其特征在于，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(yīng)電極。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采煤機(jī)截齒截割力測量裝置，其特征在于，所述測量裝置還 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。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采煤機(jī)截齒截割力測量裝置，其特征在于，所述每個圓環(huán)電 容單元的感應(yīng)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(yīng) 電極寬度相同，條狀電容單元的驅(qū)動電極長度大于感應(yīng)電極長度，條狀電容單元的驅(qū)動電 極長度兩端分別預(yù)留左差位S左和右差位S右，b0驅(qū)=b0感+S右+S左，其中b0驅(qū)為條狀電容 單元的驅(qū)動電極長度，K3為條狀電容單元的感應(yīng)電極長度。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的采煤機(jī)截齒截割力測量裝置，其特征在于，所述條狀電容單 元的左差位右差位，且，其中屯為彈性介質(zhì)厚度，G為彈性介質(zhì)的 抗剪模量，1_為最大應(yīng)力值。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采煤機(jī)截齒截割力測量裝置，其特征在于，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(yīng)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。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的采煤機(jī)截齒截割力測量裝置，其特征在于，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，^為圓環(huán)電 容單元圓環(huán)的寬度，asH相鄰兩圓環(huán)電容單元之間的電極間距。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采煤機(jī)截齒截割力測量裝置，其特征在于，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，，其 中，aT為平行板的長度，as#為相鄰兩條狀電容單元之間的電極間距，％條狀電容單元的寬 度。8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的采煤機(jī)截齒截割力測量裝置，其特征在于，所述同心圓環(huán)電 容單元的寬度^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其中，屯為彈性介質(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。9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采煤機(jī)截齒截割力測量裝置，其特征在于，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(yīng)電極單獨(dú)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(yīng)電極分別通過一根引 出線與傳感系統(tǒng)信號處理器連接。10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采煤機(jī)截齒截割力測量裝置，其特征在于，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)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種采煤機(jī)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，傳感器包括圓環(huán)電容單元組和條狀電容單元組，圓環(huán)電容單元組用于測切向力和法向力的大小，條狀電容單元組用于測量切向力的方向，可以獲得截齒在截割煤炭過程中的受力信息，為深入研究煤炭截割機(jī)理、定量評價煤炭截割特性、合理選擇和使用采煤機(jī)、優(yōu)化設(shè)計采煤機(jī)和截齒提供了依據(jù)，進(jìn)而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。
【IPC分類】G01L5/16
【公開號】CN104990664
【申請?zhí)枴緾N201510460619
【發(fā)明人】王國義, 吳鳳霞, 李驍頡
【申請人】安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年7月28日