截齒旋轉截割測力裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于煤炭機械技術領域，涉及到一種截齒裝置，具體涉及一種截齒旋轉截 割測力裝置。
【背景技術】
[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果，如采 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。由于不同礦井和不同煤層的煤炭性質都有所不同，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 研究煤炭截割機理、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)明內容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種截齒旋轉截割測力裝置，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，為深入研究煤炭截割機理、定量評價煤 炭截割特性、合理選擇和使用采煤機、優(yōu)化設計采煤機和截齒提供了依據(jù)，進而提高企業(yè)的 生產效率和經濟效益。
[0005] 本發(fā)明的技術方案是：一種截齒旋轉截割測力裝置，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，所述三向力傳感器設在截齒頭與齒座的接觸面，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，所述三向力傳感器包括X方向差動電容單元組合和Y方向差動 電容單元組合，所述X方向差動電容單元組合和Y方向差動電容單元組合均包括兩個以上 相互形成差動的電容單元模塊，所述電容單元模塊采用由兩個以上的條狀電容單元組成的 梳齒結構，每個條狀電容單元包括上極板的驅動電極和下極板的感應電極，所述X方向差 動電容單元組合和Y方向差動電容單元組合的電容值求和計算傳感器的法向力且消除切 向力影響。
[0006] 煤炭截齒三向截割力測量裝置還包括軸承，軸承安裝于齒座安裝孔內，截齒本體 安裝于軸承中心。的每個條狀電容單元的驅動電極和感應電極寬度相同，驅動電極的長度 大于感應電極長度，驅動電極長度兩端分別預留左差位8&和右差位 +SP其中，b。_為條狀電容單元的驅動電極長度，b。s為條狀電容單元的感應電極長度。所
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動電極和 感應電極沿寬度方向設有初始錯位偏移，錯位偏移大小相同、方向相反。所述梳齒狀結構包 括20個以上條狀電容單元、與條狀電容單元一一對應連接的引線，相鄰兩條狀電容單元之 間設有電極間距a5。所述平行板面積S=M(a(]+a5)b。，其中，M為條狀電容單元數(shù)量，b。為 條狀電容單元的長度，a。條狀電容單元的寬度。所述電容單元模塊的每個條狀電容單元的
其中，d。為彈性介質厚度，E為彈性介質的楊氏模量，G為彈性介質的抗剪模量。所述傳感 系統(tǒng)信號處理器和電容單元模塊之間設有中間變換器，中間變換器用于設置電壓對電容或 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)明的煤炭截齒三向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、深入研究煤炭截割機理、合理選擇和使用采 煤機和截齒等提供重要依據(jù)。本發(fā)明在電容傳感器測量三維力的基礎上，有效使用平板有 效面積，并且通過差動等方法有效解決三維力間耦合，從而使法向與切向轉換都達到較高 的線性、精度與靈敏度。
【附圖說明】
[0008] 圖1是本發(fā)明的【具體實施方式】的條狀電容單元及其坐標系。
[0009] 圖2是本發(fā)明的【具體實施方式】的條狀電容單元示意圖。
[0010] 圖3是本發(fā)明的【具體實施方式】的條狀電容單元右向偏移示意圖。
[0011] 圖4是本發(fā)明的【具體實施方式】的條狀電容單元左向偏移示意圖。
[0012] 圖5是本發(fā)明的【具體實施方式】的條狀電容單元對的初始錯位圖。
[0013] 圖6是本發(fā)明的【具體實施方式】的條狀電容單元對受力后偏移圖。
[0014] 圖7是本發(fā)明的【具體實施方式】的平行板三維力壓力傳感器結構圖。
[0015] 圖8是本發(fā)明的【具體實施方式】的平行板三維力壓力傳感器驅動電極結構圖。
[0016] 圖9是本發(fā)明的【具體實施方式】的平行板三維力壓力傳感器感應電極結構圖。
[0017] 圖10是本發(fā)明的【具體實施方式】的通過相同傳遞系數(shù)K實現(xiàn)輸出響應求和。
[0018] 圖11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。
[0019] 圖12為本發(fā)明【具體實施方式】截齒的結構圖。
[0020] 圖13為本發(fā)明【具體實施方式】截齒的局部剖面圖。
[0021] 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】
[0022] 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】如所涉及的各構件 的形狀、構造、各部分之間的相互位置及連接關系、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，以幫助本領域技術人員對本發(fā)明的發(fā)明構思、技術 方案有更完整、準確和深入的理解。
[0023] 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12和13所示，為本發(fā)明截齒1的結構示意圖， 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，截齒本體102安裝于軸承3的中心，截齒1相 對齒座2進行旋轉運動。本發(fā)明的截齒本體102和齒座2內孔之間設有軸承3結構，截齒 1和齒座2之間形成滾動摩擦，避免現(xiàn)有技術中因滑動摩擦而形成截齒1旋轉不順，進而產 生磨損不均、偏磨損等問題。
[0024] 如圖12,本發(fā)明的三向力傳感器設在截齒頭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固定，上PCB板與截齒1 接觸但是不固定。傳感器可以測量三個方向x，y，z的力，每個信號通道均有獨立的信號獲 取電路，每個通道的信號相互不影響，傳感系統(tǒng)信號處理器主要包括avr單片機最小系統(tǒng)、 信號調理放大模塊、A/D轉換模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊及電源模塊，采樣頻率不低于100Hz。各通 道信號由信號調理電路和放大電路處理后，經信號轉換模塊接入avr單片機，并對數(shù)據(jù)進 行存儲操作。avr單片機接有數(shù)據(jù)采集/串口通信切換開關和SD卡讀寫模塊。該裝置支持 FAT文件系統(tǒng)，單片機數(shù)據(jù)存儲后，與上位機的數(shù)據(jù)交換是具有FAT文件系統(tǒng)功能的模式， 即SD卡在單片機工作過程中可以得到數(shù)據(jù)，然后直接將SD卡通過USB接口與上位機進行 文件的讀取、復制與存儲等文件操作。該裝置自帶電源模塊，可以在無外接電源的情況下正 常工作。電源電壓輸入調節(jié)電路對輸入的直流電源進行調節(jié)。通信電路用于數(shù)字信號的傳 輸和實現(xiàn)嵌入式測量裝置與上位機直接的數(shù)據(jù)交互。
[0025] 以下詳述本發(fā)明的三向力傳感器的