正交試驗優(yōu)化拉力傳感器參數(shù)

來源：天氏庫力發(fā)布日期 2018-10-20 瀏覽：

鋼絲繩張力的實時監(jiān)測對煤礦設備安全運行和人身安全至關重要。目前，鋼絲繩張力檢測方法有標記法、懸掛法、振波法、壓輪一力電轉(zhuǎn)換傳感器法以及基于傳感器測量的動態(tài)檢測方法等。僅基于傳感器測量的動態(tài)檢測方法可以實現(xiàn)對提升鋼絲繩張力的實時監(jiān)測。同時，我們還可以利用檢測儀器進行鋼絲繩的張力測試，例如：拉力試驗機,拉力機,萬能材料試驗機等；這里，我們重點介紹傳統(tǒng)的鋼絲繩張力檢測試法：

1、建模

對傳感器彈性體進行合理的設計至關重要。測力傳感器類型繁多，常見的有電阻式、電感式、電容式和壓電式。其中電感式和壓電式測力傳感器受環(huán)境的影響較大，抗干擾能力較弱，無法適應礦井惡劣的環(huán)境;電容式和壓阻式測力傳感器的量程較小。應變式測力傳感器具有結構簡單、量程大、抗干擾能力強等優(yōu)點。我們這里選用應變式測力傳感器，其彈性體部分由輪箍、輪輻和輪毅組成，在olidWorks中建模，如圖1所示。

圖1：拉力試驗機傳感器結構

2、試驗方法

2. 1試驗指標和因素的選取

傳感器有很多性能指標，其中固有頻率和靈敏度最為重要。靈敏度與固有頻率是一對矛盾因素。當靈敏度增加時，固有頻率會急劇下降;當固有頻率升高時，靈敏度會降低。為了使傳感器的性能最佳，這里選取一項綜合性能參數(shù)W=S·K作為試驗指標，W值越高說明其綜合性能越好。

輪輻的長度、輪輻截面的寬度和輪輻截面的高度都會影響輪輻梁的變形，進而影響其靈敏度和固有頻率，故選作設計因素。

2. 2軸向靈敏度分析

根據(jù)設計需要，傳感器彈性體主要承受軸向力，故在此只考慮軸向靈敏度。靈敏度表示在靜力學分析中軸向載荷所產(chǎn)生的應變與外加載荷的比值。這里以輪輻長10 mm，輪副截面寬11 mm、高20 mm外部載荷196 000 N為例，得出輪輻處最大的應變。輪輻的應變云圖如圖2所示。

圖2：輪輻的應變云圖

該輪輻式傳感器為剪切應變，當受力時矩形截面的輪輻發(fā)生剪切變形，故采用“探測”工具粗略探索輪輻上的應變結果圖解。首先目測輪輻上的最大應變區(qū)域，然后在其中選一合適的網(wǎng)格單元進行橫向的探測，即垂直于輪毅的方向。探測結果如圖3所示。在橫向上，輪輻上的剪應力呈拋物線形分布，并且在20101單元所在的軸向上應變最大，再對20101所處的軸向上進行圖解探測，探測結果如圖4所示。在軸向上，輪輻上的剪應力也呈拋物線形分布，在24404單元處得到最大應變值6.83E-04由此可得軸向靈敏度。