[發(fā)明專利]基于磁流變彈性體的采煤機(jī)截割阻力傳感方法及傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310377865.5
• 申請(qǐng)日: 2013-08-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103512624A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 湯春瑞;趙燦;劉丹丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 黑龍江科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01F1/12
• 分類號(hào): G01F1/12
• 代理公司: 深圳市智科友專利商標(biāo)事務(wù)所 44241
• 代理人: 曲家彬

技術(shù)領(lǐng)域?????本發(fā)明涉及采煤機(jī)截割阻力傳感器設(shè)計(jì)領(lǐng)域。具體是基于磁流變彈性體的采煤機(jī)截割阻力傳感器。

技術(shù)背景??

隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的建立，煤礦企業(yè)越來(lái)越注重生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。采煤機(jī)實(shí)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(jī)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(dòng)機(jī)的牽引速度，煤層的物理機(jī)械性質(zhì)等。而確定上述因素的基本依據(jù)是掌握截割力的特性，準(zhǔn)確地測(cè)量截割力，獲得截齒在截割煤炭過(guò)程中多種因素相互作用的大量信息。

煤炭的非均質(zhì)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(wàn)別，為準(zhǔn)確掌握具體礦并(煤層)的截割力特性，以便控制采煤機(jī)的實(shí)時(shí)輸出功率，國(guó)內(nèi)外一直有人致力于煤炭截割力測(cè)量裝置及其傳感器的研究，國(guó)內(nèi)外采用測(cè)量機(jī)械彈性力或液壓壓力方法的一些在井下測(cè)量煤炭截割力的裝置和傳感器，由于其力傳感器中機(jī)械元件或液壓件不可避免的慣性及阻尼作用，不能真實(shí)測(cè)取力幅變動(dòng)大且頻率較高的動(dòng)態(tài)截割力，所測(cè)得的截割力，只是某種平均意義下的數(shù)值。

目前使用最多的是應(yīng)變片式力傳感器，其缺點(diǎn)是量程范圍有限，用于采煤機(jī)截割力測(cè)量時(shí)截割阻力幅度變化巨大，常常使其超量程，且容易斷裂。

磁流變彈性體是磁流變材料的一個(gè)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(chǎng)作用下固化，利用磁致效應(yīng)(即鐵磁性顆粒在磁場(chǎng)方向形成鏈或柱狀聚集結(jié)構(gòu))，使顆粒在基體中形成有序結(jié)構(gòu)。由于磁流變彈性體兼有磁流變材料和彈性體的優(yōu)點(diǎn)，如響應(yīng)快(ms量級(jí))，可逆性好，可控能力強(qiáng)等，又克服了磁流變液沉降、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，它的力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)諸性能可以由外加磁場(chǎng)來(lái)控制，因而近年來(lái)成為磁流變材料研究的一個(gè)熱點(diǎn)。磁流變彈性體可以廣泛應(yīng)用于機(jī)械傳動(dòng)，減振隔振，機(jī)器人和智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)等領(lǐng)域，可以大大簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，完成一些傳統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)的功能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種基于磁流變彈性體的采煤機(jī)截割阻力傳感方法及傳感器，解決采煤機(jī)工作過(guò)程中截齒割煤所受到的截割阻力測(cè)量的準(zhǔn)確度問(wèn)題和調(diào)節(jié)磁流變彈性體剛度的問(wèn)題。本發(fā)明方法借助于磁流變彈性體受力發(fā)生形變的特性，通過(guò)對(duì)對(duì)應(yīng)電學(xué)參數(shù)的測(cè)量，得到所受力的大小，同時(shí)通過(guò)外加磁場(chǎng)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范圍。實(shí)現(xiàn)了截割阻力的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確測(cè)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)根據(jù)截割阻力的變化對(duì)采煤機(jī)輸出功率進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整的目的，同時(shí)通過(guò)外加磁場(chǎng)調(diào)節(jié)磁流變彈性體剛度的方法增大截割阻力傳感器的受力范圍，對(duì)截割阻力傳感器起到了保護(hù)作用。從而提高采煤機(jī)工作效率和使用壽命。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是，該傳感方法包括如下步驟：

步驟1、采煤機(jī)截齒通過(guò)基于磁流變彈性體的截割阻力傳感器固定在采煤機(jī)滾筒上，在采煤機(jī)開(kāi)始工作之前根據(jù)當(dāng)前煤層狀況在采煤機(jī)控制系統(tǒng)中設(shè)置預(yù)計(jì)的截割阻力的初始閾值，所設(shè)初始閾值小于根據(jù)采煤機(jī)額定輸出功率確定的截割阻力的極限閾值。截齒割煤時(shí)所受到的截割阻力通過(guò)截齒傳遞給磁流變彈性體，發(fā)生形變的磁流變彈性體的內(nèi)部磁性粒子的分布發(fā)生改變，使采煤機(jī)截割阻力傳感器的電學(xué)參數(shù)發(fā)生變化，通過(guò)檢測(cè)電路測(cè)量電學(xué)參數(shù)得到截割阻力變化與電學(xué)參數(shù)變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系，測(cè)得截割阻力傳感器所受的截割阻力；

步驟2、采煤機(jī)工作過(guò)程中，截割阻力傳感器判斷其所受的實(shí)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(méi)有超出初始閾值則采煤機(jī)不更改閾值設(shè)定、繼續(xù)工作；

步驟4、對(duì)于截割阻力傳感器所受的截割阻力超出初始閾值但小于極限閾值的情況，通過(guò)增加采煤機(jī)截割阻力傳感器內(nèi)的線圈電流強(qiáng)度，從而增加采煤機(jī)截割阻力傳感器的磁場(chǎng)強(qiáng)度，改變磁流變彈性體內(nèi)部磁性粒子的分布，增大磁流變彈性體的剛度，同時(shí)在采煤機(jī)控制系統(tǒng)中重新設(shè)置截割阻力的閾值。

步驟5、采煤機(jī)工作過(guò)程中不斷重復(fù)步驟2，判斷截割阻力傳感器實(shí)際所受的截割阻力是否超出采煤機(jī)控制系統(tǒng)中已設(shè)置了的閾值，如果沒(méi)有超出閾值則不更改閾值設(shè)定、繼續(xù)工作；如果超出但小于截割阻力的極限閾值，重復(fù)步驟4。?

基于磁流變彈性體的采煤機(jī)截割阻力傳感器，其具體結(jié)構(gòu)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(4)為環(huán)形，其內(nèi)側(cè)、外側(cè)表面設(shè)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(nèi)部繞有環(huán)形線圈(5)。

?下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

附圖說(shuō)明