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正交试验优化拉力传感器参数

返回列表来源:天氏库力 发布日期 2018-10-20 浏览:

钢丝绳张力的实时监测对煤矿设备安全运行和人身安全至关重要。目前,钢丝绳张力检测方法有标记法、悬挂法、振波法、压轮一力电转换传感器法以及基于传感器测量的动态检测方法等。仅基于传感器测量的动态检测方法可以实现对提升钢丝绳张力的实时监测。同时,我们还可以利用检测仪器进行钢丝绳的张力测试,例如:拉力试验机,拉力机,万能材料试验机等;这里,我们重点介绍传统的钢丝绳张力检测试法:
 
1、建模
 对传感器弹性体进行合理的设计至关重要。测力传感器类型繁多,常见的有电阻式、电感式、电容式和压电式。其中电感式和压电式测力传感器受环境的影响较大,抗干扰能力较弱,无法适应矿井恶劣的环境;电容式和压阻式测力传感器的量程较小。应变式测力传感器具有结构简单、量程大、抗干扰能力强等优点。我们这里选用应变式测力传感器,其弹性体部分由轮箍、轮辐和轮毅组成,在olidWorks中建模,如图1所示。
图1:拉力试验机传感器结构
图1:拉力试验机传感器结构
 
2、试验方法
 
2. 1试验指标和因素的选取
传感器有很多性能指标,其中固有频率和灵敏度最为重要。灵敏度与固有频率是一对矛盾因素。当灵敏度增加时,固有频率会急剧下降;当固有频率升高时,灵敏度会降低。为了使传感器的性能最佳,这里选取一项综合性能参数W=S·K作为试验指标,W值越高说明其综合性能越好。
 
轮辐的长度、轮辐截面的宽度和轮辐截面的高度都会影响轮辐梁的变形,进而影响其灵敏度和固有频率,故选作设计因素。
 
2. 2轴向灵敏度分析
 
根据设计需要,传感器弹性体主要承受轴向力,故在此只考虑轴向灵敏度。灵敏度表示在静力学分析中轴向载荷所产生的应变与外加载荷的比值。这里以轮辐长10 mm,轮副截面宽11 mm、高20 mm外部载荷196 000 N为例,得出轮辐处最大的应变。轮辐的应变云图如图2所示。
 
图2:轮辐的应变云图
图2:轮辐的应变云图
 
该轮辐式传感器为剪切应变,当受力时矩形截面的轮辐发生剪切变形,故采用“探测”工具粗略探索轮辐上的应变结果图解。首先目测轮辐上的最大应变区域,然后在其中选一合适的网格单元进行横向的探测,即垂直于轮毅的方向。探测结果如图3所示。在横向上,轮辐上的剪应力呈抛物线形分布,并且在20101单元所在的轴向上应变最大,再对20101所处的轴向上进行图解探测,探测结果如图4所示。在轴向上,轮辐上的剪应力也呈抛物线形分布,在24404单元处得到最大应变值6.83E-04由此可得轴向灵敏度。
图3:拉力试验机探测结果
图3:拉力试验机探测结果
 
2. 3建立正交表
由于传感器安装条件的限制,选取适中的尺寸为基本尺寸。每个因素以此为基准,上下变动,变动幅度大致相同,约为基本尺寸的10%。取每个因素的水平数为3,见表1。
表1:正交试验结果
表1:正交试验结果
 
本次正交试验通过轮辐的长度、轮辐截面的宽度、轮辐截面的高度3个试验因素,每项因素取3个水平,评价传感器优良的主要指标是综合性能参数w,按正交试验表L9 (34)设计安排9组试验。表2是正交试验结果。
表2:正交试验结果
表2:正交试验结果
 
为了获得较高的综合指标值(W=S·K),综合考虑S与W的取值,再权衡弹性体的结构尺寸对S及K的影响,得出的最优结构参数如表3所示。
表3::最优结构参数表
表3::最优结构参数表
 
随着工矿自动化的深入发展,对测试系统的精度要求越来越高。这里应用正交试验法结合有限元软件,对矿用压力传感器的结构进行了优化设计,使其动静态性能指标得到提高,矿下提升机的安全性能也随之得到改善。
 
拉力试验机
拉力试验机

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【本文标签】:钢丝绳张力监测,拉力传感参数优化

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