正交试验优化拉力传感器参数.pdf

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1、·76·煤矿机电2017年第4期刘露露．正交试验优化拉力传感器参数[J]．煤矿机电，2017(4)：76-77，81．doi：10．16545／j．cnki．cmet．201704．023正交试验优化拉力传感器参数刘露露(中国煤炭科工集团检测技术研究中心，上海201401)摘要：分析弹性体主要结构参数对传感器性能的影响，提出对矿用提升钢丝绳动态张力监测传感器弹性体部分进行优化方案，结合正交试验方法对弹性体结构进行优化设计，得到了弹性体的最优结构。关键词：动态张力测试；弹性体；正交试验中图分类号：TD326文献标识码：B文章编号：1001—0874

2、(2017)04—0076—03OptimjzatiOnOfTenSiOnSensOrbyOrthOgOnaITeStLi¨L“Zu(CCTEGTestingTechnologyResearchCenter，Shanghai201401，China)AbStract：Basedontheanalysisofinnuenceofmainstmcturalparameteroftheelastomerontheperformanceofthesensor，putfbrwardtheoptimalpI、Djectofthedynamictensions

3、ensorfbrmininghoistingIDpe．Usingtheorthogonaltestmethod，thestmcturalpammeterSofsensorelastomerhaVebeenoptimized．Keywords：dynamictensiontest；elastomer；onhogonaltestO引言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‘1J。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心圳。仅基于传感器测量的动态检测方法可以实现对提升

4、钢丝绳张力的实时监测。基于传感器测量的方法，国内还没有很成熟的研究成果，传感器设计是主要的技术关键。1建模对测力传感器弹性体进行合理的设计至关重要。5J。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。本文选用应变式测力传感器，其弹性体部分由轮箍、轮辐和轮毂组成，在SolidWorks中建模，如图1所示。轮毅；2一螺纹槽；3一轮辐；4一通孔；5一轮箍图l传感

5、器弹性体结构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。本文选取一项综合性能参数形=S·K作为试验指标，形值越高说明其综合性能越好。2017年第4期煤矿机电·77·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

6、向载荷所产生的应变与外加载荷的比值。本文以轮辐长10mm，轮副截面宽11mm、高20mm，外部载荷196000N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轮辐的应变五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¨J。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，即垂直于轮毂的方向。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

7、。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舭，由此可得轴向灵敏度。2．3建立正交表由于传感器安装条件的限制，选取适中的尺寸图3垂直于轮毂方向的探测结果图4横向于轮毂方向的探测结果为基本尺寸。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弹性元件结构优化试验水平表mm水平因素l23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形，按正交试验表L。(34)设计安排9

8、组试验。表2是正交试验结果。表2正交试验结果(下转第8l页)2017年第4期煤矿机电·81·面、综合地分析和判断，切实构建一个完善的机电