題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項目名稱：
- 煤炭三向截割力傳感器
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 設(shè)計了一種用于測量采煤機截齒截割力的新型三向力傳感器，可以精確獲得截齒在截割煤炭過程中的受力情況，為深入研究煤炭截割機理，定量評價煤炭截割特性、合理選擇和設(shè)計采煤機及截齒提供了重要的依據(jù)。
- 詳細介紹：
- 設(shè)計了一種新型三向力傳感器，用于精確測量采煤機截齒的截割力。它采用一種特殊結(jié)構(gòu)的彈性體，應(yīng)用應(yīng)變式全剪切測量原理，實現(xiàn)了三向力信息的同時獲取，此種結(jié)構(gòu)和測量方法在三向力傳感器中屬首創(chuàng)，與同類傳感器相比具有精度高、結(jié)構(gòu)簡單，加工方便等特點。三向力傳感器最突出的難點是三向力互干擾問題，本傳感器通過合理的結(jié)構(gòu)和橋路設(shè)計，理論上三個方向的信號輸出具有正交性，且三個方向都有較高的靈敏度和足夠的剛度，實驗和仿真分析表明該傳感器具有三分力間互干擾小，線性度好，回差小等特點，有效地解決三向力傳感器互干擾問題。對傳感器結(jié)構(gòu)尺寸稍加改造還可用于其它測量場合，如機器人手腕力，機床刀具切削力測量等。目前市場上使用的三向力傳感器大多是進口的，價格昂貴，而本作品結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，制作成本低，因此具有較廣闊的市場前景和推廣價值。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計發(fā)明目的：設(shè)計出一種能準(zhǔn)確測量采煤機截齒三向截割分力的新型三向力傳感器，為深入研究煤炭截割機理、定量分析煤炭截割特性、合理設(shè)計選擇采煤機截齒等提供重要依據(jù)，也可用于其它三向力測量，為三向力傳感器增添一新的類型。 基本設(shè)計思路：設(shè)計一種新型結(jié)構(gòu)的彈性體，采用應(yīng)變式全剪切測量原理實現(xiàn)三向力的測量；應(yīng)用有限元分析法對傳感器模型進行優(yōu)化設(shè)計，并獲得傳感器的靜、動態(tài)特性，在應(yīng)力分析的基礎(chǔ)上合理布置橋路，通過標(biāo)定實驗和理論計算獲得傳感器的主要性能指標(biāo)。 創(chuàng)新點：設(shè)計出具有整體彈性元件、三向正交應(yīng)變特性的新型應(yīng)變式全剪切三向力傳感器，全面提高了應(yīng)變式三向力傳感器的靜動態(tài)特性。 技術(shù)關(guān)鍵問題： 1）設(shè)計出具有三向正交應(yīng)變特性的彈性體結(jié)構(gòu)； 2）確定應(yīng)變片的布置及測量電橋連法，保證理論上三向力信號沒有相互干擾； 3）解決高靈敏度與較大測量頻率范圍之間的矛盾，提高傳感器的靜、動態(tài)特性； 4）解決實驗?zāi)Ｐ偷闹圃旃に嚭驼w聯(lián)結(jié)、防護問題。 主要技術(shù)指標(biāo)： 非線性誤差：≤1%； 軸向靈敏度：5.47με/N； 水平靈敏度：9.38με/N；交叉靈敏度：≤2%； 軸向測量范圍：≤3KN；兩側(cè)向測量范圍：≤1.5KN； 軸向固有頻率：≥3000Hz；側(cè)向固有頻率：1500Hz左右
科學(xué)性、先進性
- 本作品通過設(shè)計一種特殊結(jié)構(gòu)的彈性體，采用應(yīng)變式全剪切測量原理，實現(xiàn)對三向力信息的同時獲取，此種結(jié)構(gòu)和測量方法在三向力傳感器中屬首創(chuàng)，與同類傳感器相比具有精度高、結(jié)構(gòu)簡單，加工方便的特點。三向力傳感器最突出的難點是三向力的互干擾問題，本傳感器通過合理的結(jié)構(gòu)和橋路設(shè)計，理論上三個方向的信號輸出具有正交性，且三個方向都有較高的靈敏度和足夠的剛度，實驗和仿真分析表明該傳感器具有三分力間互干擾小，線性度好，回差小等特點，有效地解決三向力傳感器互干擾問題。 參考文獻 [1] 強錫富，傳感器[M] 北京：機械工業(yè)出版社.2001 [2] 姜力，劉宏等.多維力/力矩傳感器靜態(tài)解耦的研究[J].儀器儀表學(xué)報，2004，25（3）284-287 [3] 方立等.新型三維力傳感器的研制與應(yīng)用[J].傳感器技術(shù)，2002，21(7):35-37 [4] 陳渠，高天林，秦智.煤巖截割三向力傳感器的研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，1990，12，40-44
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2009年4月16日在某大學(xué)第三屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外科技作品競賽中榮獲“特等獎” 2009年6月7日在第三屆“挑戰(zhàn)杯”合鍛集團安徽省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽中榮獲“一等獎”
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 一次性轉(zhuǎn)讓給企業(yè)，簽定轉(zhuǎn)讓合同。
作品可展示的形式
- 實物 ；圖紙；現(xiàn)場演示；圖片
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 使用說明:該作品與動態(tài)電阻應(yīng)變儀和信號存儲設(shè)備配套使用,使用時將傳感器固定在被測位置處,通過信號線與應(yīng)變儀和信號記錄儀連接,測試前應(yīng)先進行動態(tài)電阻應(yīng)變儀平衡調(diào)節(jié)和標(biāo)定工作。測試后對記錄的信號進行數(shù)據(jù)處理得到力值。 技術(shù)特點：采用應(yīng)變式全剪切測量；精度高、結(jié)構(gòu)簡單，加工方便；三個正交方向有較高的靈敏度和足夠的剛度；分力間互干擾小，線性度好，回差?。唤Y(jié)構(gòu)簡單，制造工藝性好。 適應(yīng)范圍：該作品可進行空間三向力信號的測量，主要用于測量采煤機截齒三向截割分力。對外形結(jié)構(gòu)尺寸稍加改變也可用于機器人手腕力、機床刀具切削力等的測量。 本作品結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，制作成本低，如能進行市場開發(fā)，必將帶來可觀的經(jīng)濟效益。
同類課題研究水平概述
- 目前，國內(nèi)外測量煤炭截割力的方法可分為地面模擬測量和井下實測兩大類。 前一類的典型代表是中國礦業(yè)大學(xué)陶馳東教授設(shè)計的單齒受力測試裝置，其測力傳感器為八角環(huán)式電阻應(yīng)變傳感器，這種傳感器雖較好地解決了三向力之間的互干擾問題，但它的剛度很難提高，從而影響傳感器的動態(tài)性能指標(biāo)，不能準(zhǔn)確測出截割過程中的高頻力信號。地面模擬測量的優(yōu)點是簡單、方便，但得不到截齒在采煤過程中的真實受力信息。井下實測截割力的方法具有很多的優(yōu)點，典型的有：遼寧工程技術(shù)大學(xué)研制的MJ-1型截割阻抗測定裝置。此系統(tǒng)采用的是液壓式測力傳感器，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，但截割力是幅度變動大且頻率較高的動態(tài)力，由于機械和液壓系統(tǒng)的阻尼作用，采用測量工作油壓變化的方法，不可能測出截割力的真實情況。美國研制的井下截割力測量儀，采用的是電阻應(yīng)變式傳感器，測量的精度高，可在井下測得單個截齒的動態(tài)截割力的徑向分力和切向分力，但是不能測出截齒的側(cè)向分力。此外波蘭、德國、前蘇聯(lián)等國都研制了不同的井下截割力測量儀，但由于其傳感器部分或是彈簧式或是液壓式的，都不能準(zhǔn)確測出截齒的瞬態(tài)受力情況。 國內(nèi)對力傳感器的研究主要集中在單向力傳感器上，對三向力傳感器研究的很少。在研究煤炭截割力時主要是利用單向拉、壓傳感器來測量軸向截割阻力，而測不到側(cè)向分力，用于研究煤炭截割力實驗的三向力傳感器在國內(nèi)還未曾見到。
