电测在矿压检.pdf

电测在矿压检测方面的应用 山西矿业学院任萍 沼孛兴伟 外注式单体液压支柱是长壁式 自然垮落 采煤工作面中使用较多的支护设备。本文简 述使用 电测技术， 以直接检测的方法 ，检 测 外注式单体液压支柱外载荷的测量仪器的应 用研究情 况。 一 、单体液压支柱外藏荷皂测量 矿压显现给单体液压支柱的外载荷， 可 以用直接测量液压支柱工作腔 内的液体压强 来表达， 其测量精度很 高，也极为可靠 转换器是非 电量 电测量的关键部件。单 体液压 支柱工作腔 内的液体压强是均布的， 感受它的压力，采用圆板薄膜式、周边固定 的弹性 元件作敏感元件。圆板薄膜受液压 力 作用的变形一定要在其弹性范围 内 并应 有 足够的强度。如在 圆板薄膜 上某点取径 向和 切向两个方向，其受液压 力的径 向和切 向应 力状态 。如 下式 a r [ 1 R 。 z 。 1 1 a t 1 R 一 1 3 I 在 圆板薄膜 上某一点的径 向和 切向应变 准和工作标准 ，建 立了从厂长到普遥工人等 各类人员质量责任制。建立了购 储、运、 发等质量保证体系，尤其在产品计量检测手 段上，加强了计量器具配备和计量器具的检 测，使能源 、工 艺控制、质量控制、经营管 理计量检测率、计量标准、计量器具周检合 格 率及计量器具抽检合 格率垒部达到国家一 级 计量 标准。 4 ． 以提商产品可靠性为重点，开展了百 日质量服务活动。 白1 9 9 0 年 5月 起， 连续开展 了三个百 日 质量 服务活动 。垒厂职工 针对本单位 本 岗 位的质量 问题，积极开展 眼睛 向内，面 向 自 己的质量诊 断活动。对质量先进个人 给予表 彰奖励，对责任心不强而造成质量问题的职 工 予以处罚 ，使 全厂上下 出现 了生 产优质 品 一 5 2 ～ 光荣，生产 劣质 品可耻 的局 面。 5 ． 做好售后服务，使产品发挥较好的社 会效益 。 成立了由高级工程师、工程师、工人技 师和安装工组成的技术服务队，建立了为用 户服务制度和售后服务人员职责、考核办法 等。采取随机、零修、咨询等多种形式，特 别对新产品采取跟踪服务。为帮助用户掌握 采煤机性哉和操作方法，多次举办采煤机司 机和维修工培训班。1 9 8 8 年以来共举办了5 9 期，1 0 4 人参加。 提高了操作和维修人员的技 术水平，收到 了较好的社会效益。近年来， 全国有2 1 个采煤队使用我厂采煤机，实现年 产 原煤 超百 万吨的记录，每年全 国高档普采 上纲要的采煤队中，7 0 是使用我厂采煤机 创造的。 维普资讯 状态。如下式t e 3 p 1 - R- 3 x 2 ／ 』 2 一 1 R ／ 式中p 液压均布载荷； h 圆板薄膜 厚度 | 材 料的泊桑 系数 ’ R 圆板薄 膜半 径|x 离圆心的径 向距离 ’E一 一材 料的弹性模量。 由式1 可 知， 当x0 时， 即在圈板薄 膜 中 心处， 其径 向应 力和 切 向应力 均为 最大值 、 且 相等l 口 口 器 1 R 3 目前煤矿井下常使用的单体液压支柱为 DZ 系列。其工作腔内 的压 力 最 大 为3 7 ． 6 MP a 。取圆板薄膜承受液压 均 布 压 强为4 O MPa ，这样据式 1 、 2 和 3 即可确定 圆板薄膜的几何尺寸，并进行强度校核 此 处不 予详述 。 据式 2 所示，在xO处， 即在圆板 薄膜 中心处 的径 向应 变e ， 和 切 向应变e 为 最 大，且 相等l ￡ 岳 1 - 应XR日 寸 ， 即圆板薄膜周边处 ， 其径 向应变 为l e ， 一 音 1 一 R 5 切 向应 变为 t e t 0 综上所 述，圆板薄膜 的变形特征与其受均布 匪力 的关 系，为线性 函数关系，如最 2 所 示 圆板薄膜 的应变届非电量。如果采用电 阻应 变计作为 转换 的传 感元件，可 将这个非 电量转换 成 电量。 电阻应 变计 的电阻变化率 与被测件的应 变关系为 A R ／ RK￡ 6 式 中 △R／ R 应变 计的电阻 变 化率J K 应变计的灵敏系数；￡ 被测 件 的应 变值 。 电阻应变计 粘贴在 圆板薄膜 的表面 上，圆板 薄膜的另一面受液压力作用，使薄膜产生变 形，由应变驱动电阻应变计 发 生 相 应的变 形，由此应变计 的 电阻值产生增量 。与原变 值的比即为由应变所产生的应变计 电阻变阻 率 。 在圆板薄膜表面的电阻应变计 ，组成全 桥 ， 如图 1所 示 。 给垒桥B D端供一直流 电压 ， 在另一端AC 作为输出，如电桥是平衡的。 剜 输出端电压△ U0 |如电桥的每桥臂上的电 阻应变计，都有增阻A Ri i 1 、2 、3 、4 ， 则电桥输出端的电压输出与各个桥臂上的电 阻变化率的关系式为t A U 号 c 一 一 7 式 中△ U一 电桥 输出端 电 压|E一 供 桥 电 压 。 图 1 应 雯计 奎桥 如果将电阻应变计R ，贴在圆板薄膜 切向方 向。即R- t 其应 变为正值 拉 。其 电 阻变化 率为 ， 蒋l应变计R ， 贴在圆 板薄膜径 I 、 l t 向方向， 并在xR ／ v 。 处， 此处的径向应变 为负值 压 。 其电阻变化率 为 一A Rt R } 同样，将 电阻应变计 R， R 也依次作如上处 理。郧得}A R。 t ／ ga t 、一A R ‘ r ／ R‘ r ， 将 4 个桥臂上的电阻变化率代入式 7 即得。 一5 3 维普资讯 A U导 A R1 ／ Rl A R I R 2 ， 4 A R “I RB t A R． I R R 8 将式 6 代入式 8 得 AU ￡ 1 ￡ ￡ 8 ． e 4 ， 9 4 由式 9 可见 ，按上述方法粘贴应 变计 ，可 以提高 电桥的 电压输出受敏度 。 当圆板薄膜受温度影响时，各桥臂上的 电阻变化率相等，△ Uo 。 相邻两臂的电阻变化率，受温度影响的电阻 变化率，有互相补偿作用，所 以，电阻应变 计 全桥接法不受温度干扰。 式 9 可知 ，电桥各臂的应 变值的代 数和与 电桥 的输 出电压也是近似线性，保证 了非电量转换成可测电量的真实性，这种转 换方法，可使转换精度达到9 ． 2 ， 是极为可 靠的。 、鼓字转 换 单体液压支柱 在工作 期间，承受顶板压 力的工作阻力，惯用工程单位 以 吨 力 t f 计。电桥输出的电压信号，是液压支柱工作 腔工作介质压强的模拟电量，可以将这个电 压信号进行数字转换，由数字显示。其原理 框图如图 2。 图 2转换 原理示意 图 ， - 为了使 电阻应变计 电桥输 出的电压在测 取电位器上有足够大的值 在取值电位器前 端设置直流放大器，如图 3 】开示。 放大器采用超低失调和低漂移集成电路，电 源在3 V～士l 6 V 时。均可正常工作， 失诃 一 54 一 电压不大 于V 6 o g V，超低失调温度漂移 T。 0 ． 7 rL ／ C 。输出电压随时间变化 的超 稳定性 0 ． 5 p ． V／ ml n 放大 器的放大 倍 数 为4 5 ～ 5 O 倍，最大输出可以达到4 0 0 mV，并设置 在取值电位器上。经取值△ u ，这个电压模 拟量与液压 支柱 工作 阻力相当。 圈 3 放 大 器电路示意 数 字转换 及指 示，采用3 { 数字 电压表， 量程为0 1 9 9 ． 9 mV，用i mV 相 当于支柱工 作阻力 1吨 t f 。数字转换 电路。如 图 4所 示 。 图4 数 字转抉示 意图 三 、结 塔 根据上述原理研制的检测仪o 用检测仪测量单体液压 支 柱 的工作阻 力。属国内首刨 由于检测仪有体积小、重 量轻、操作方便、读数可靠、 精度高等特点， 已被使用单位认可，它是检查工作 面支柱工 作状态，并 以此为 监测顶板 动 态 的 有效工 具。对于 回采工作面的顶板管理 ，保证 安全 生 产等方面，有 显著 的效益。1 9 9 0 年 6月至 1 9 9 1 年 6月期问，分别在太原市煤气化公司 嘉乐泉囊芦峪n两煤矿，经过 6 个月的井下 使用，由检测仪采集近万个支柱工作阻力数 据，两矿的矿压检测已通过 太 原 市 科委鉴 定。 责任编辑赵立拣 维普资讯