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1、(10)申请公布号 CN 103512624 A (43)申请公布日 2014.01.15 CN 103512624 A (21)申请号 201310377865.5 (22)申请日 2013.08.27 G01F 1/12(2006.01) (71)申请人 黑龙江科技大学 地址 150022 黑龙江省哈尔滨市松北区浦源 路 2468 号 (72)发明人 汤春瑞 赵灿 刘丹丹 (74)专利代理机构 深圳市智科友专利商标事务 所 44241 代理人 曲家彬 (54) 发明名称 基于磁流变弹性体的采煤机截割阻力传感方 法及传感器 (57) 摘要 一种基于磁流变弹性体的采煤机截割阻力传 感方法及传感。
2、器， 解决采煤机工作过程中截齿割 煤所受到的截割阻力测量的准确度问题和调节磁 流变弹性体刚度的问题。本发明方法借助于磁流 变弹性体受力发生形变的特性， 通过对对应电学 参数的测量， 得到所受力的大小， 同时通过外加磁 场可改变磁流变弹性体刚度的特性， 增加磁流变 弹性体的受力范围。 实现了截割阻力的实时、 准确 测量， 进而实现根据截割阻力的变化对采煤机输 出功率进行实时调整的目的， 同时通过外加磁场 调节磁流变弹性体刚度的方法增大截割阻力传感 器的受力范围， 对截割阻力传感器起到了保护作 用。从而提高采煤机工作效率和使用寿命。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图。
3、 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103512624 A CN 103512624 A 1/1 页 2 1. 一种基于磁流变弹性体的采煤机截割阻力传感方法， 该方法借助于磁流变弹性体受 力发生形变的特性， 通过对对应电学参数的测量， 得到所受力的大小， 同时通过外加磁场可 改变磁流变弹性体刚度的特性， 增加磁流变弹性体的受力范围， 其特征在于 ： 该方法由以下 步骤实现 ： 步骤 1、 采煤机截齿通过基于磁流变弹性体的截割阻力传感器固定在采煤机滚筒上， 在 采煤机开始工作之前根据当前煤层状况在采。
4、煤机控制系统中设置预计的截割阻力的初始 阈值， 所设初始阈值小于根据采煤机额定输出功率确定的截割阻力的极限阈值。截齿割煤 时所受到的截割阻力通过截齿传递给磁流变弹性体， 发生形变的磁流变弹性体的内部磁性 粒子的分布发生改变， 使采煤机截割阻力传感器的电学参数发生变化， 通过检测电路测量 电学参数得到截割阻力变化与电学参数变化的对应关系， 测得截割阻力传感器所受的截割 阻力 ； 步骤 2、 采煤机工作过程中， 截割阻力传感器判断其所受的实际截割阻力是否超出所述 截割阻力的初始阈值 ； 步骤 3、 如果没有超出初始阈值则采煤机不更改阈值设定、 继续工作 ； 步骤 4、 对于截割阻力传感器所受的截割。
5、阻力超出初始阈值但小于极限阈值的情况， 通 过增加采煤机截割阻力传感器内的线圈电流强度， 从而增加采煤机截割阻力传感器的磁场 强度， 改变磁流变弹性体内部磁性粒子的分布， 增大磁流变弹性体的刚度， 同时在采煤机控 制系统中重新设置截割阻力的阈值 ； 步骤 5、 采煤机工作过程中不断重复步骤 2， 判断截割阻力传感器实际所受的截割阻力 是否超出采煤机控制系统中已设置了的阈值， 如果没有超出阈值则不更改阈值设定、 继续 工作 ； 如果超出但小于截割阻力的极限阈值， 重复步骤 4。 2. 一种基于磁流变弹性体的采煤机截割阻力传感器， 根据权利要求 1 所述的基于磁流 变弹性体的采煤机截割阻力传感方法。
6、进行工作， 其特征在于 ： 该传感器由磁流变弹性体、 绝 缘套、 电极一、 电极二、 线圈组成 ； 磁流变弹性体 (4) 为环形， 其内侧、 外侧表面设置绝缘套 (6)， 磁流变弹性体 (4) 的上、 下表面分别固定电极一 (3)、 电极二 (7)， 磁流变弹性体 (4) 内部绕有环形线圈 (5)。 3. 根据权利要求 2 所述的基于磁流变弹性体的采煤机截割阻力传感器， 其特征在于 ： 所述的磁流变弹性体 (4) 为中空的圆柱形状。 4. 根据权利要求 3 所述的基于磁流变弹性体的采煤机截割阻力传感器， 其特征在于 ： 所述的电极一 (3)、 电极二 (7) 为圆环形。 权 利 要 求 书 C。
7、N 103512624 A 2 1/3 页 3 基于磁流变弹性体的采煤机截割阻力传感方法及传感器 0001 技术领域 本发明涉及采煤机截割阻力传感器设计领域。具体是基于磁流变 弹性体的采煤机截割阻力传感器。 0002 技术背景 随着市场经济体制的建立， 煤矿企业越来越注重生产效率和经济效益。采煤机实际工 作效率的高低及其工作效果的好坏是多方面因素综合作用的结果， 如采煤机滚筒的结构， 截齿的材料、 形状、 尺寸及其排列和安装角度， 截割深度， 电动机的牵引速度， 煤层的物理机 械性质等。 而确定上述因素的基本依据是掌握截割力的特性， 准确地测量截割力， 获得截齿 在截割煤炭过程中多种因素相互作。
8、用的大量信息。 0003 煤炭的非均质性和多品种性使截割力特性在不同矿井或不同煤层上千差万别， 为 准确掌握具体矿并(煤层)的截割力特性， 以便控制采煤机的实时输出功率， 国内外一直有 人致力于煤炭截割力测量装置及其传感器的研究， 国内外采用测量机械弹性力或液压压力 方法的一些在井下测量煤炭截割力的装置和传感器， 由于其力传感器中机械元件或液压件 不可避免的惯性及阻尼作用， 不能真实测取力幅变动大且频率较高的动态截割力， 所测得 的截割力， 只是某种平均意义下的数值。 0004 目前使用最多的是应变片式力传感器， 其缺点是量程范围有限， 用于采煤机截割 力测量时截割阻力幅度变化巨大， 常常使其。
9、超量程， 且容易断裂。 0005 磁流变弹性体是磁流变材料的一个新的分支。它是由高分子聚合物 ( 如橡胶等 ) 和铁磁性颗粒组成， 混合有铁磁性颗粒的聚合物在外加磁场作用下固化， 利用磁致效应 ( 即铁磁性颗粒在磁场方向形成链或柱状聚集结构 )， 使颗粒在基体中形成有序结构。由于 磁流变弹性体兼有磁流变材料和弹性体的优点， 如响应快 (ms 量级 )， 可逆性好， 可控能力 强等， 又克服了磁流变液沉降、 稳定性差等缺点， 它的力学、 电学、 磁学诸性能可以由外加磁 场来控制， 因而近年来成为磁流变材料研究的一个热点。磁流变弹性体可以广泛应用于机 械传动， 减振隔振， 机器人和智能执行机构等领。
10、域， 可以大大简化机械结构， 完成一些传统 机械结构难以实现的功能。 发明内容 0006 本发明目的在于提供一种基于磁流变弹性体的采煤机截割阻力传感方法及传感 器， 解决采煤机工作过程中截齿割煤所受到的截割阻力测量的准确度问题和调节磁流变弹 性体刚度的问题。本发明方法借助于磁流变弹性体受力发生形变的特性， 通过对对应电学 参数的测量， 得到所受力的大小， 同时通过外加磁场可改变磁流变弹性体刚度的特性， 增加 磁流变弹性体的受力范围。 实现了截割阻力的实时、 准确测量， 进而实现根据截割阻力的变 化对采煤机输出功率进行实时调整的目的， 同时通过外加磁场调节磁流变弹性体刚度的方 法增大截割阻力传感。
11、器的受力范围， 对截割阻力传感器起到了保护作用。从而提高采煤机 工作效率和使用寿命。 0007 本发明实现发明目的采用的技术方案是， 该传感方法包括如下步骤 ： 步骤 1、 采煤机截齿通过基于磁流变弹性体的截割阻力传感器固定在采煤机滚筒上， 在 说 明 书 CN 103512624 A 3 2/3 页 4 采煤机开始工作之前根据当前煤层状况在采煤机控制系统中设置预计的截割阻力的初始 阈值， 所设初始阈值小于根据采煤机额定输出功率确定的截割阻力的极限阈值。截齿割煤 时所受到的截割阻力通过截齿传递给磁流变弹性体， 发生形变的磁流变弹性体的内部磁性 粒子的分布发生改变， 使采煤机截割阻力传感器的电学。
12、参数发生变化， 通过检测电路测量 电学参数得到截割阻力变化与电学参数变化的对应关系， 测得截割阻力传感器所受的截割 阻力 ； 步骤 2、 采煤机工作过程中， 截割阻力传感器判断其所受的实际截割阻力是否超出所述 截割阻力的初始阈值 ； 步骤 3、 如果没有超出初始阈值则采煤机不更改阈值设定、 继续工作 ； 步骤 4、 对于截割阻力传感器所受的截割阻力超出初始阈值但小于极限阈值的情况， 通 过增加采煤机截割阻力传感器内的线圈电流强度， 从而增加采煤机截割阻力传感器的磁场 强度， 改变磁流变弹性体内部磁性粒子的分布， 增大磁流变弹性体的刚度， 同时在采煤机控 制系统中重新设置截割阻力的阈值。 000。
13、8 步骤 5、 采煤机工作过程中不断重复步骤 2， 判断截割阻力传感器实际所受的截割 阻力是否超出采煤机控制系统中已设置了的阈值， 如果没有超出阈值则不更改阈值设定、 继续工作 ； 如果超出但小于截割阻力的极限阈值， 重复步骤 4。 0009 基于磁流变弹性体的采煤机截割阻力传感器， 其具体结构为 ： 该传感器由磁流变弹性体、 绝缘套、 电极一、 电极二、 线圈组成 ； 磁流变弹性体 (4) 为环 形， 其内侧、 外侧表面设置绝缘套(6)， 磁流变弹性体(4)的上、 下表面分别固定电极一(3)、 电极二 (7)， 磁流变弹性体 (4) 内部绕有环形线圈 (5)。 0010 下面结合附图和实例对。
14、本发明做进一步详细的说明。 附图说明 0011 图 1 基于磁流变弹性体的截割阻力传感器在采煤机截齿上的安装位置 图 2 基于磁流变弹性体的截割阻力传感器组成结构 具体实施方式 0012 本发明提供的传感方法包括如下步骤 ： 第一步， 采煤机截齿通过基于磁流变弹性体的截割阻力传感器固定在采煤机滚筒上， 在采煤机开始工作之前根据当前煤层状况在采煤机控制系统中设置预计的截割阻力的初 始阈值， 所设初始阈值小于根据采煤机额定输出功率确定的截割阻力的极限阈值。截齿割 煤时所受到的截割阻力通过截齿传递给磁流变弹性体， 发生形变的磁流变弹性体的内部磁 性粒子的分布发生改变， 使采煤机截割阻力传感器的电学参。
15、数发生变化， 通过检测电路测 量电学参数得到截割阻力变化与电学参数变化的对应关系， 测得截割阻力传感器所受的截 割阻力 ； 初始阈值为采煤机每次工作之前在极限阈值范围内选取的一个初始的截割阻力值。 测 得截割阻力传感器所受的截割阻力后， 根据截割阻力的变化对采煤机的输出功率大小进行 实时调整， 以适应不同性质的煤层， 提高采煤机的工作效率。如图 1 中， 1 为采煤机截齿， 2 为基于磁流变弹性体的截割阻力传感器。 说 明 书 CN 103512624 A 4 3/3 页 5 0013 第二步， 采煤机工作过程中， 截割阻力传感器判断其所受的实际截割阻力是否超 出所述截割阻力的初始阈值 ； 第。
16、三步， 如果没有超出初始阈值则采煤机不更改阈值设定、 继续工作 ； 第四步， 对于截割阻力传感器所受的截割阻力超出初始阈值但小于极限阈值的情况， 通过增加采煤机截割阻力传感器内的线圈电流强度， 从而增加采煤机截割阻力传感器的磁 场强度， 改变磁流变弹性体内部磁性粒子的分布， 增大磁流变弹性体的刚度， 同时在采煤机 控制系统中重新设置截割阻力的阈值。 0014 第五步， 采煤机工作过程中不断重复步骤 2， 判断截割阻力传感器实际所受的截割 阻力是否超出采煤机控制系统中已设置了的阈值， 如果没有超出阈值则不更改阈值设定、 继续工作 ； 如果超出但小于截割阻力的极限阈值， 重复步骤 4。 0015 。
17、在截割阻力传感器所受的截割阻力超出初始阈值但小于极限阈值的情况下， 通过 外加磁场的控制增大磁流变弹性体的刚度， 提高截割阻力传感器可承受的截割阻力， 从而 增大了截割阻力传感器的受力范围， 对截割阻力传感器起到保护作用。 0016 基于磁流变弹性体的采煤机截割阻力传感器， 其具体结构为 ： 该传感器由磁流变弹性体、 绝缘套、 电极一、 电极二、 线圈组成 ； 磁流变弹性体 (4) 为环 形， 其内侧、 外侧表面设置绝缘套(6)， 磁流变弹性体(4)的上、 下表面分别固定电极一(3)、 电极二 (7)， 磁流变弹性体 (4) 内部绕有环形线圈 (5)。 0017 如图2， 绝缘套6起绝缘及把磁。
18、流变弹性体4固定在工作位置的作用。 该传感器工 作时， 磁流变弹性体 4 上、 下表面固定的电极一 3、 电极二 7 通过引线与传感器的外接检测 电路连接， 对基于磁流变弹性体的采煤机截割阻力传感器内部的电学参数进行测量， 进而 得到截割阻力传感器所受到的截割阻力值。该传感器内部用于产生磁场的环形线圈 5 通过 引线与传感器的外接电源电路相连接， 在外接电源的驱动下产生磁场， 改变磁流变弹性体 4 内部磁性粒子的分布， 增大磁流变弹性体的刚度。 0018 本发明实施例中， 所述基于磁流变弹性体的采煤机截割阻力传感器中磁流变弹性 体 4 为中空的圆柱形状， 使用结构上轴对称的磁流变弹性体产生磁性。
19、分布较规则的磁场。 0019 本发明实施例中， 所述基于磁流变弹性体的采煤机截割阻力传感器中磁流变弹性 体2为中空的圆柱形状时， 使用的电极一3、 电极二7为圆环形， 以便在固定时与磁流变弹性 体 4 的上、 下表面相符合。 0020 本发明方法借助于磁流变弹性体受力发生形变的特性， 通过对对应电学参数的测 量， 得到所受力的大小， 同时通过外加磁场可改变磁流变弹性体刚度的特性， 增加磁流变弹 性体的受力范围。 使采煤机实现针对不同性质的煤层调节输出功率的大小， 提高工作效率， 同时延长采煤机的使用寿命。 说 明 书 CN 103512624 A 5 1/1 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103512624 A 6 。