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1、三维力传感器论文：煤炭三维截割力传感器的设计与解耦分析【中文摘要】设计了一种煤炭三维截割力传感器,通过传感器可以准确获得采煤机截齿在截割过程中的受力信息,从而为深入研究煤炭截割机理、定量评价煤炭截割特性、合理选择和使用采煤机和截齿提供依据。该传感器是采用电阻应变式的测量原理,通过黏贴在弹性体上应变片的受力变形测出三维力信号。传感器由弹性体、连接件和保护罩组成,弹性体是传感器的核心部分。本文设计的弹性体是一个圆环结构,在圆环的上下两层各开4个槽孔,槽孔是对称分布的,相位相差45°。上下层槽孔间和同层槽孔间的薄壁区为剪切应力敏感区,不同的剪切应变区对应测量由不同方向的力产生的应变。弹性体的结构
2、尺寸通过正交试验方法进行优化设计得到。其次,采用有限元软件Ansys对传感器进行了静态分析、模态分析、谐响应分析和瞬态响应分析,得到了传感器在静态载荷作用下的应变变化规律,从而确定了应变片的贴片位置。同时得出了传感器的固有频率、振型和频响特性。再次,对弹性体进行贴片,通过合理的组桥方式,从理论上消除维间耦合。传感器的标定实验是采用加标准砝码的方法进行的。通过静态标定,得到了传感器的非线性度、灵敏度、回程误差等静态性能指标。最后对传感器进行解耦,本文采用最小二乘法对传感器进行静态线性解耦,采用BP神经网络方法和独立成分分析方法进行静态非线性解耦。证实了BP神经网络解耦的方法比最小二乘法和独立
3、成分分析方法解耦的精度高。图表参【英文摘要】Inthispaper.akindofthree-axiscoal-cuttingforcesensorispresented.Wecanobtainforceinformationofshearerinthecuttingprocessthroughthesensor,whichprovidesabasisforin-depthresearchofcutcoalmechanism,quantitativeassessingofcutcoalfeatures,reasonableoptionsandtheuseofcoalcuttersandcu
4、tteeth.Thesensormeasuresthree-axisforcesignalsthroughstressdeformationofthestraingaugeinelasticbody.Firstly,sensoriscomprisedofelasticbody,fittingandaprotectivecovering.Theelasticbodyisthecorepartofthesensor.Itisatorusstructure,andfourslotsareopenedinthetorusstructureoftheaboveandbelow.Slotissymme
5、trical,45°phasedifference.Thethin-walledareabetweentheaboveslotandthebelowslotisnamedshearstressarea.Differentshearstrainareacorrespondingmeasuredifferentdirectionofforce.Thesizeofelasticbodystructureisoptimizedthroughorthogonaltests.Secondly,thestaticanalysis,modalanalysis,harmonicresponseanalysi
6、sandtransientresponseanalysisofsensorhadbeenrunbyfiniteelementsoftwareAnsys.Strainchangingregularityofthesensorinthestaticloadwasobtained,sothatwecandeterminethepositionofthestraingaugepatchwasdetermine.Meanwhile,thenaturalfrequency,vibrationmodeandfrequencyresponsecharacteristicsofthesensorwerede
7、rived.Thirdly,staingaugewaspastedontheelasticbody.ThroughthereasonableBridgecircuit,couplingbetweendimensionswaseliminatedintheory.Sensorcalibrationexperimentwascarriedoutusingthemethodofplusstandardfarmar.Nonlin
