Датчик угла наклона горной машины Советский патент 1987 года по МПК E21C35/24 G01C9/08 

113

Изобретение относится к горной - промьшшенности и может быть использовано для измерения углов наклона горной мап1ины, например проходческого комбайна в продольной и поперечно плоскостях.

Цель изобретения - повьшшние точности измерений при малых углах наклона горной машр1ны.

На фиг. 1 приведена схема датчика наклона; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг, 1.

Датчик содержит корпус 1, установленный на опорах 2, размещенные внутри корпуса 1 регистрирующий блок 3 и маятниковый узел, состоящий из двуплечего рычага 4 с грузом 5 на его нижнем плече и компенсатор 6 возмущений, установленньш в направ- хряющей 7, закрепленной на верхнем плче рычага 4, перпендикулярно оси 8 подвеса и качания.

. В качестве регистрирующего блока может быть использован, например, по тенциометрический или фотоэлектрический датчик,, входной вал которого связан с осью 8 качания.

Принцип действия датчика угла наклона основан на физической сущности работы маятника как простейшего указателя вертикали.

Датчик угла наклона работает следующим образом.

При наклоне горной машины, например в поперечной плоскости, корпус 1 с опорой 2 отклоняется от вертикали, заданной положением маятникового узла и регистрирую1ций блок 3 снимает отсчет этого отклонения по отношению к рычагу 4. При наличии наклона продольной оси машины корпус 1 поворачивается свободно под действием силы тяжести в опоре 2 на угол, близкий углу продольного наклона, чем достигается инвариантность датчика к угла наклона в продольной плоскости и по- вьрается его точность и надежность. Так как компенсатор 6 возмущений закреплен в направляющей 7 с помощью винтов, то балансировку его осуществляют следуюш;им образом: ослабляют регулировочные винты и перемещают компенсатор 6 возмущений в плоскости

качания до тех пор, пока ось рычага 4 не совпадет с вертикальной осью (при нулевом угле наклона датчика). Этим устраняется статические погрешности датчика наклона.

0

5

0

25

Принцип действия компенсатора 6 возмущений основан на компенсации каждой составляющей возмущений, а -именно поперечных ускорений, периодических и случайных колебаний, наиболее характерных для горных, в частности проходческих машин.

Поперечные ускорения, обусловленные на проходческих машинах в основном их разворотами и изменением скорости подачи рабочих органов, менее влияют на точность измерений угла наклона, чем периодические и случайные колебания. С учетом этого в данном компенсаторе возмущений применен принцип частичной компенсации поперечных ускорений с учетом обеспечения требуемой статической точности угла наклона. Рассмотрим более подробно этот принцип.

При действии на датчик угла наклона, находящийся в состоянии покоя поперечного ускорения, на верхнем и нижнем плечах рычага возникают вращающие моменты, направленные в противоположные стороны. Условие полной их взаимокомпенсации (без учета момента трения) можно записать в виде

30

1

РД,

(О,

Груза, сосуда компенсатора и жидкости;

о/, 1 - длина соответственно нижнего и верхнего и плеч рьмага.

ем частичной компенсации по - ускорений является соотно

(Р.

Р.)

1 iP,-L.

(2)

45

50

Уточним соотношение (2) с учетом обеспечения требуемой статической точности, под которой понимают величину половины зоны статической нечувствительности (определяется углом забоя) величину которой выводят из условия статического равновесия

sinc/3-Fcl з1по;з-р.и(о/,)+13-Мт 0,

(3)

1(о(0 повьшение центра тяжести жидкости от основания cof суда;;

момент трения рычага в опоре.

31357569

Для малой величины угла забоя можно принять 1(с/,) 0.

Тогда зависимость (3) можно представить в виде .

sino/Jp L - (PC + РЖ)-

Откуда с учетом sin малых углов)

Mj.

3 (P,+ Р,,)

(PC

Р,)1

р L г- с/,

Так как выражение (6) удовлетворяет условию (2), то оно является математическим выражением принципа оптимальной компенсации поперечных ускорений с обеспечением заданной величины статической точности.

Дпя компенсации периодических колебаний, обусловленньк на проходческих машинах в основном частотой вращения режущих органов (или автоколе баниями скорости подачи) в предлагаемом датчике угла наклона принят известный принцип увеличения периода собственных колебаний маятниковой системы и обеспечение тем самым его нечувствительности к более высоким частотам возмущающих колебаний.

Для малых колебаний датчика угла наклона с уче;том известных зависимостей

Т Yp-b

i yLrtl tl- 2 Tf (7)

PL IP.-L

максимальный период ко- лебаний маятниковой сис-п темы с учетом возмущающих колебаний;

суммарный момент инерции системы, равный сумме моментов инерции груза сосуда с жидкостью, относительно оси колебания.

С учетом

f J.

1 Т

где f - минимальная частота компенсируемых периодических возмущений, можно из вьфажения (7) найти оптимальное значение параметров нижнего маятника

W

и, подставив его в зависимость (6), получить общее выражение для выбора основных параметров компенсатора возмущений

10

(10)

15

20

Компенсация случайных колебаний в данном датчике угла наклона осуществляется одновременно также демпфи- ро ванием возникающих колебаний за счет выбора существенно отличающихся периода колебаний лсидкости .в компенсаторе возмущений и периода колебаний маятникового узла.

Компенсация возникающих возмущений в продольной плоскости осуществляется аналогичньши способами, как и для Поперечных возмущений, только ко- 25 лебательными системами в данном слу- д чае будут корпус 1 датчика угла наклона и компенсатор 6 возмущений, совер- щающие колебания относительно оси опор 2.

30

Формула изобретения

Датчик угла наклона горной мащины, содержащий корпус с опорой, регистрирующий блок и маятниковьм узел, вьшол- ненный в виде двуплечего рычага с грузом на его нижнем плече и компенсатора возмущений, установленного перпендикулярно оси подвеса и качания на верхнем плече, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений при малых углах наклона горной машины, он снаб- жен направляющей, в которой закреплен компенсатор возмущений, при этом массу компенсатора возмущений и длину верхнего плеча двуплечего рычага выбирают из соотношения

50

РК PrL

- MI 4

3

f 2у - MI

I 2. с/3

Р - масса компенсатора возмущений;

Р - масса груза; L - длина рерхнего и нижнего

. плеч двуплечего рычага; М, - момент трения в опоре закрепления датчика;

5 1357569

- статическая точность (угол

застоя) датчика наклона; минимальная частота компенсируемых возмущений;

6

суммарный момент инерции компенсатора возмущений и груза отйосительно оси качания .

Изобретение относится к горной автоматике и позволяет с высокой точностью измерять малые углы наклона горной машины. Датчик содержит корпус 1 с опорой 2, регистрирующий блок I 3 и маятниковый узел в виде двуплечего рычага 4 с грузом 5 на его нйжнем плече. На верхнем плече рычага 4 закреплена направляющая 7, в которой з акреплен компенсатор возмущений (KB) 6 перпендикулярно оси 8 подвеса и ка- .чания. Sec КБ и длину верхнего плеча рычага 4 выбирают из соотношения Рк1 РгЬ - f ys - Мт/« з9 где Р, - вес KB; Р - вес груза; 1, L - длина верхнего и нижнего плеч «рычага; М - момент трения в опоре закрепления датчика; статическая точность (угол застоя) датчика; f - минимальная частота компенсируемых возмущений; У - суммарный момент инерхщи КБ 6 и(Груза 5 относительно оси 8. При наличии наклона гбрной ма|шины корпус 1 поворачивается в опоре 2. Блок 3 регистрирует это отклонение по отношению к рычагу 4. Случайные отклонения компенсируются KB 6. Его принцип работы основан на компенсации каждой составляющей возмущений .поперечныхi ускорений, периодических и случайн ых возмущений. 2 ил. с (О

J

Редактор С. Патрушева

Составитель Г, Алексеева

Техред М.Ходанич Корректор Л, Тяско

Заказ 5977/30 Тираж 453Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035j Москва, }К-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, т, Ужгород, ул. Проектная,4