煤炭截齒三向截割力測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于煤炭機械技術(shù)領(lǐng)域，設及到一種截齒裝置，具體設及一種煤炭截 齒S向截割力測量裝置。
【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W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=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=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，本實用新型提供一種煤炭截齒=向截割力測量裝置， 使用該測量裝置，可W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(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。 陽〇化]本實用新型的技術(shù)方案是：一種煤炭截齒=向截割力測量裝置，包括截齒、齒座、 =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=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=向力傳感器包括X方向電容單元組和Y方向 電容單元組，所述X方向電容單元組和Y方向電容單元組均包括電容單元模塊，所述電容單 元模塊是由兩個W上的條狀電容單元組成的梳齒狀結(jié)構(gòu)，每個條狀電容單元包括上極板的 驅(qū)動電極和下極板的感應電極，所述電容單元模塊包括由兩個W上寬度a。長度b。的條狀電 容單元組成的第一條狀電容單元組和兩個W上寬度ka。長度b。的條狀電容單元組成的第二 條狀電容單元組。
[0006] 煤炭截齒=向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 安裝于軸承中屯、。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，驅(qū)動電極的長 度大于感應電極長度，驅(qū)動電極長度兩端分別預留左差位5t和右差位5 6，bu9g=b。感+5 $+5t，其中，bu9g為條狀電容單元的驅(qū)動電極長度，bug為條狀電容單元的感應電極長度。 所述差位5 5$，且>如'：^，其中d。為條狀電容單元介質(zhì)厚度，G為彈性介質(zhì)的 抗剪模量，Tm。、為最大應力值。所述梳齒狀結(jié)構(gòu)包括20個W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Be。所述平行板面積S =M(au+2ae+ka。)bu/2，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。所述第一條狀電容單元組和第二條狀電容單元組的條狀電容單元引線通過并 聯(lián)或者獨立連接到傳感系統(tǒng)信號處理器。所述條狀電容單元的寬度：
其中，d。為介 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。所述第一條狀電容單元組和 第二條狀電容單元組與傳感系統(tǒng)信號處理器之間分別設有中間變換器，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)。所述傳感器系統(tǒng)信號處理器包括多路信號高速切 換電路、A/D變換電路和控制電路，所述高速切換電路包括=級切換電路，前一級切換電路 的輸出為下一級切換電路的輸入信號，最后一級切換電路經(jīng)A/D變換電路送入控制電路。
[0007] 本實用新型有如下積極效果：本實用新型的煤炭截齒S向截割力測量裝置能夠測 量截齒在截割煤炭過程中的=維受力信息，準確的測量截割力，可W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)。
【附圖說明】
[0008] 圖1是本實用新型的【具體實施方式】的條狀電容單元及其坐標系。
[0009] 圖2是本實用新型的【具體實施方式】的條狀電容單元示意圖。
[0010] 圖3是本實用新型的【具體實施方式】的條狀電容單元右向偏移示意圖。
[0011] 圖4是本實用新型的【具體實施方式】的條狀電容單元左向偏移示意圖。
[0012] 圖5是本實用新型的【具體實施方式】的寬度為曰。和ka。的電容對受力偏移圖。
[0013] 圖6是本實用新型的【具體實施方式】的平行板=維力壓力傳感器結(jié)構(gòu)圖。
[0014] 圖7是本實用新型的【具體實施方式】的單元電容對的信號示意圖。
[0015] 圖8是本實用新型【具體實施方式】截齒的結(jié)構(gòu)圖。
[0016] 圖9是本實用新型【具體實施方式】截齒的局部剖面圖。 陽017] 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】
[0018] 下面對照附圖，通過對實施例的描述，本實用新型的【具體實施方式】如所設及的各 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，W幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員對本實用新型的發(fā)明 構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準確和深入的理解。
[0019] 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8和9所示，為本實用新型截齒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的中屯、，截齒1相 對齒座2進行旋轉(zhuǎn)運動。本實用新型的截齒本體102和齒座2內(nèi)孔之間設有軸承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。
[0020] 如圖8,本實用新型的立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W測量=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(diào)理放大模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊及電源模塊，采樣頻率不低于lOOHz。各通 道信號由信號調(diào)理電路和放大電路處理后，經(jīng)信號轉(zhuǎn)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(guān)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W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W在無外接電源的情況下正 常工作。電源電壓輸入調(diào)節(jié)電路對輸入的直流電源進行調(diào)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。
[0021] W下詳述本實用新型的S向力傳感器的測量原理：如圖4-6為本實用新型壓力傳 感器的極板結(jié)構(gòu)圖，本實用新型傳感器包括X方向電容單元組和Y方向電容單元組，所述X方向電容單元組和Y方向電容單元組均包括電容單元模塊，所述電容單元模塊采用由兩個 W上的條狀電容單元組成的梳齒狀結(jié)構(gòu)，每個條狀電容單元包括上極板的驅(qū)動電極和下極 板的感應電極。所述電容單元模塊包括由兩個W上寬度a。長度b。條狀電容單元組成的第 一條狀電容單元組和兩個W上寬度ka。長度