调高油缸的制作方法

1.本发明涉及一种液压缸，尤其是内置有磁致伸缩位移传感器的液压缸，能很好地适应采煤机的使用工况以及大量程、高精度的控制要求。


背景技术：

2.采煤机正向自动化、无人化发展，作为滚筒自动调高控制的技术支撑，采高监测的准确性和可靠性越来越重要。目前常用的方法是在采煤机摇臂转动轴线处安装摆角传感器采高测量装置，该测量装置由于容易受到其安装联接机构磨损的影响存在测量精度降低的问题，同时也有一些机组受机身空间限制或因部件间存在干涉而无法安装摆角传感器，因此还不能实现采高监测。
3.调高油缸作为控制滚筒高度的重要部件，在其上设置行程测量装置也可以用来监测采高。然而有的位移传感器本身难以兼顾大量程、高精度的控制要求而不能用于采煤机，有的位移传感器由于采用外置式、半外置式安装方式也难以适应采煤机的恶劣工况以及狭窄空间。磁致伸缩位移传感器本身量程和精度可以用于采煤机，但目前还没有在调高油缸上设置全内置式磁致伸缩位移传感器的应用。


技术实现要素：

4.本发明旨在提供一种调高油缸，能适应采煤机的工作环境，用于实现采煤机采高监测，并能满足大量程、高精度的控制要求。
5.本发明的主要技术方案有：
6.一种调高油缸，包括缸筒、缸底、缸盖、活塞、活塞杆、磁致伸缩位移传感器和连接器，缸底固定在缸筒的一端开口处并封闭相应端开口，缸盖固定在缸筒的另一端开口处并封闭相应端开口，活塞套设并固定在活塞杆上，活塞在缸筒内与缸筒滑动配合，活塞杆为空心活塞杆，所述磁致伸缩位移传感器包括传感电子头、测杆和位置磁铁，传感电子头安装在所述缸底内，测杆和位置磁铁安装在活塞杆内，测杆伸入活塞杆的中心孔内同时从位置磁铁的中心孔中穿过，所述连接器上配有螺纹式航空插头，所述缸底内设有相连通的轴向凹槽和侧向凹槽，轴向凹槽开口于缸底的内侧端面，侧向凹槽开口于缸底的外柱面，所述传感电子头固定安装在轴向凹槽中，所述连接器固定安装在侧向凹槽中，所述磁致伸缩位移传感器的传感导线从传感电子头引出后通过所述连接器与航空插头保持电气连接。
7.所述连接器与缸底的相应配合面之间设有径向密封。
8.所述调高油缸还可以包括保护座，保护座为管状结构件，保护座的下部安装在所述侧向凹槽内，保护座的底面与侧向凹槽的底面之间设有轴向密封，所述连接器的大部和整个航空插头均位于保护座中。
9.所述保护座由快接接头和底座两部分焊接而成，底座大部嵌入侧向凹槽内，快接接头位于缸底之外，快接接头上连接有高压软管。
10.所述快接接头的出线角度优选为125
°
。
11.缸底朝外的实体结构内可以设有条形凹槽，条形凹槽的槽口边缘设有防护板，条形凹槽和防护板围出嵌入式防护结构的平衡阀安装位。
12.以缸筒延伸方向为前后方向、连接器和航空插头所在位置为上方，所述缸底优选采用左右对称结构，缸底的上部左右分别设有两个进出油口，下部左右各设有一个所述平衡阀安装位，当左右其中一侧的两个进出油口处于使用状态时，其上安装接头，对侧的两个进出油口上则安装螺堵；当左右其中一侧的平衡阀安装位安装平衡阀时，另一侧的平衡阀安装位安装闷盖；所述缸筒的外壁上还焊接有一段油道，油道的一端油口与调高油缸的有杆腔相通，另一端油口通过设置在缸底内部的油孔与左右两侧中各一个进出油口相通，左右两侧中的另一个进出油口与调高油缸的无杆腔相通。
13.所述传感电子头通过定位结构定位于轴向凹槽中，所述定位结构优选包括安装套、定位螺钉、防松螺钉和密封螺塞，所述传感电子头固定在所述安装套内，所述安装套安装在轴向凹槽中，所述缸底内还设有与轴向凹槽贯通的径向限位孔，所述定位螺钉、密封螺塞和防松螺钉由内向外依次螺纹连接在所述径向限位孔中，其中所述定位螺钉的头部刚好嵌入位于安装套外圆柱面的限位凹槽内，所述密封螺塞外侧抵住定位螺钉。
14.所述安装套包括均为环形零件的基座和压盖，所述基座内设有定位凹槽，传感电子头安装在定位凹槽中，通过螺纹连接在基座的螺纹孔中的所述压盖固定。
15.本发明的有益效果是：
16.由于所述磁致伸缩位移传感器全部内置于调高油缸的缸体，集成度高，使得整个调高油缸结构紧凑，几乎不额外占用采煤机机身空间，而且很大程度上减轻了调高油缸缸体以外环境给行程测量带来的不良影响，因此能很好地适应采煤机的使用工况，且稳定性好。
17.由于磁致伸缩位移传感器的电缆及出线部位设置了可靠的防尘防水以及安全防护措施，因此能很好地适应采煤机的使用工况，同时由于相关防护措施结构型式简单得当，因此兼具管线安装维护的便利性。
18.由于设置了左右两套进出油口和左右两个平衡阀安装位，且调高油缸安装在采煤机左或右牵引部时，其进出油口和平衡阀都可以始终选择在便于安装维护的外侧面，因此满足了采煤机左右调高油缸统一互换的特殊要求。
19.此外，所述调高油缸可与摆角传感器形成采高监测系统的冗余机制，确保自动化工作的连续可靠。
附图说明
20.图1为所述调高油缸的一个实施例的结构示意图；
21.图2为图1的俯视图(快接接头未显示)；
22.图3为图1的右视图；
23.图4为所述调高油缸的出线口的局部放大图；
24.图5为所述传感电子头的定位结构的局部放大图；
25.图6为所述调高油缸实现采高测量的原理图。
26.附图标记：
27.1.活塞杆；2.缸筒；3.活塞；4.油道；5.缸底；6.径向限位孔；7.测杆；8.位置磁铁；
9.传感电子头；10.连接器；11.保护座；12.航空插头；13.平衡阀；14.接头；15.螺堵；16.闷盖；17.高压软管；18.定位螺钉；19.防松螺钉；20.密封螺塞。
具体实施方式
28.如图1-6所示，本发明公开了一种调高油缸，包括缸筒2、缸底5、缸盖、活塞3、活塞杆1、磁致伸缩位移传感器和连接器10。缸底固定在缸筒的一端开口处并封闭相应端开口，缸盖固定在缸筒的另一端开口处并封闭相应端开口，缸筒、缸盖和缸底组成缸体。活塞套设并固定在活塞杆上，活塞在缸筒内与缸筒滑动配合。活塞杆为空心活塞杆。所述磁致伸缩位移传感器包括传感电子头9、测杆(内含波导丝)7和位置磁铁8，位置磁铁呈环形，工作时测杆从位置磁铁的中心穿过。磁致伸缩位移传感器的工作原理是：传感电子头9产生电流脉冲，该电流脉冲在测杆内传输，在测杆外产生圆周磁场，当该磁场和位置磁铁产生的磁场相交时，由于磁致伸缩的作用，测杆内会产生一个应变机械波脉冲信号，这个应变机械波脉冲信号以固定的速度传输，并很快会被传感电子头检测到。由于这个应变机械波脉冲信号在测杆内的传输时间与位置磁铁和传感电子头之间的距离成正比，通过测量所述传输时间就可以得出位置磁铁和传感电子头之间的距离，通过探测到发出电流脉冲和返回应变机械脉冲的时间差，计算出位置磁铁在测杆延伸方向上的位移量。
29.传感电子头9安装在所述缸底5内，测杆7和位置磁铁8安装在活塞杆1内，其中测杆7伸入活塞杆的中心孔内同时从位置磁铁的中心孔中穿过。位置磁铁跟随活塞、活塞杆往复运动，位置磁铁到传感电子头的距离随之改变，由于传感电子头固定在缸底内，这个改变反映的是活塞、活塞杆相对缸体的位置变化。随着电流脉冲的持续发出，行程变化随之被感应。
30.由于所述磁致伸缩位移传感器全部内置于调高油缸的缸体，使得整个调高油缸结构紧凑，且很大程度上减轻了液压缸缸体以外环境给行程测量带来的不良影响，因此所述调高油缸能很好地适应采煤机的使用工况，且稳定性好。
31.所述连接器上配有螺纹式航空插头12。磁致伸缩位移传感器引出的散线连接至连接器，航空插头则连接电缆，电缆的另一端将连接到传感中心。采用航空插头可方便电缆的安装和更换。所述缸底内设有相连通的轴向凹槽和侧向凹槽，轴向凹槽开口于缸底的内侧端面，侧向凹槽开口于缸底的外柱面。所述传感电子头9固定安装在轴向凹槽中，所述连接器固定安装在侧向凹槽中。附图所示实施例中所述连接器通过其上的法兰盘由4颗m4螺钉紧固在缸底内。所述磁致伸缩位移传感器的传感导线从传感电子头引出后通过所述连接器与航空插头保持电气连接。
32.附图所示实施例中采用四针连接器与航空插头12对接后，再用m12螺纹锁紧，锁紧状态下连接器与航空插头保持可靠的电气连接。
33.所述连接器与缸底的相应配合面(附图所示实施例中为圆柱面)之间设有径向密封，防止井下喷雾水和粉尘进入调高油缸，保护电子元件及保持缸内清洁。
34.所述调高油缸还包括保护座11，保护座为管状结构件，充当调高油缸的出线口，通过其上的法兰结构可拆卸固定安装在缸底上。保护座的下部嵌入所述侧向凹槽内，保护座的上部悬伸在缸体外，保护座的底面与侧向凹槽的底面之间设有轴向密封。所述连接器的大部和整个航空插头均位于保护座中，以免受到外力挤压和碰撞。
35.附图所示实施例中所述保护座由快接接头和底座两部分焊接而成，底座大部嵌入侧向凹槽内，所述轴向密封设置在底座上，快接接头位于缸底之外，快接接头上连接有高压软管17。高压软管的长度根据电缆线的长度确定。快接接头及所述高压软管用于磁致伸缩位移传感器的电缆线走线，不但起到防尘防水作用，还能避免电缆线沿程因受压损坏。
36.连接器、航空插头和保护座以及所述径向密封和轴向密封构成了所述调高油缸的出线部位的密封和安全防护结构，使所述调高油缸能够可靠而稳定地工作在采煤机的工作环境。
37.所述快接接头的出线角度(即快接接头的轴线与邻近的航空插头延伸方向的夹角)优选为125
°
，即使调高油缸因伸缩变化引起角度改变，也可保证电缆线顺畅地进入牵引机壳走线口。
38.为方便调高油缸和平衡阀13配合使用，在所述缸底上还设置了平衡阀安装位。本实施例中，缸底朝外的实体结构内设有条形凹槽，条形凹槽的槽口边缘设有防护板，条形凹槽和防护板围出嵌入式防护结构的平衡阀安装位。平衡阀装好后沉入其中，能有效避开外力的冲击和损坏。
39.以缸筒延伸方向为前后方向、连接器和航空插头所在位置为上方，所述缸底优选采用左右对称结构。缸底的上部左右分别设有两个进出油口，下部左右各设有一个平衡阀安装位，以确保所述调高油缸在同一采煤机左右牵引部上安装的互换性。当左右其中一侧的两个进出油口处于使用状态时，其上安装接头14，并通过接头连接油管，对侧的两个进出油口上则安装螺堵15。当左右其中一侧的平衡阀安装位分别安装平衡阀13时，另一侧的平衡阀安装位安装闷盖16。螺堵15和闷盖16用于封闭暂时不用的开口。所述调高油缸安装到采煤机上时，进出油口和航空插头要始终保持在调高油缸的上部以便于油管和电缆线就近进入牵引机壳。
40.所述缸筒的外壁上还焊接有一段油道4，油道的一端油口与调高油缸的有杆腔相通，另一端油口通过设置在缸底内部的油孔与左右两侧中各一个进出油口相通，左右两侧的另一个进出油口与调高油缸的无杆腔相通。通过设置油道连接有杆腔与进出油口，不增大缸筒直径，避免与采煤机外壳干涉。
41.所述传感电子头通过定位结构定位于轴向凹槽中。本实施例中所述定位结构包括安装套、定位螺钉18、防松螺钉19和密封螺塞20，所述传感电子头固定在所述安装套内，所述安装套安装在轴向凹槽中，所述缸底内还设有与轴向凹槽贯通的径向限位孔6，所述定位螺钉、密封螺塞和防松螺钉由内向外依次螺纹连接在所述径向限位孔中，其中所述定位螺钉的头部刚好嵌入位于安装套外圆柱面上的限位凹槽内，防止安装套轴向窜动，所述密封螺塞从外侧抵住定位螺钉，防止污染物通过径向限位孔进入缸内。所述限位凹槽可以是环槽。
42.所述安装套可以包括均为环形零件的基座和压盖，所述基座内设有定位凹槽，传感电子头安装在定位凹槽中，通过螺纹连接在基座的螺纹孔中的所述压盖固定。所述限位凹槽设置在所述基座的外圆柱面上。同时，所述基座的外圆柱面上还设有密封槽，密封槽内安装有密封圈，用于安装套与缸底之间的径向密封。
43.所述磁致伸缩位移传感器的输出电流(4-20ma)先输送至采煤机传感中心，转化为对应的位移数字信号(0mm-最大行程)，再通过总线通信方式传输给主机控制系统，最后通
过油缸行程变化量δl和摇臂采高h之间的函数关系(参见下面的公式)计算出当前的采高数据。
44.采高计算原理参见图6，其中点o代表滚筒的旋转中心轴线，点a代表摇臂与采煤机机身铰接的铰接轴线，点b代表调高油缸与摇臂铰接的铰接轴线，点c代表调高油缸与采煤机机身铰接的铰接轴线；长度a为a到c的距离，长度b为a到b的距离，长度l1为a到o的距离，长度h1为a到底板的距离，长度l为b到c的距离，长度r为滚筒的半径，长度h为滚筒最高点到底板的距离，即采高；角α是oa连线与水平线的夹角，角β是oa连线与ab连线的夹角，角θ是ab连线与ac连线的夹角，角γ是ac连线与水平线的夹角。
45.各长度和角具有如下几何关系：
[0046][0047]
对于既定的采煤机和既定的工作面，长度a、b、l1、h1、r以及角β和γ是已知且固定的，通过所述磁致伸缩位移传感器测得行程变化量δl结合调高油缸本身的几何尺寸可以确定长度l，根据a、b和l的值，可以计算得到角θ，根据角θ、β和γ可以计算出角α，再根据角α、长度l1、h1和r可以最终计算出采高h。
[0048]
所述调高油缸可与现有的摆角传感器采高测量装置形成采高监测系统的冗余机制，确保自动化工作的连续可靠。
[0049]
所述调高油缸集成度高，稳定性好，几乎不额外占用机身空间，且具有可靠的电缆及出线部位的安全防护措施，不仅能适应采煤机的使用工况，还能满足大量程、高精度的控制要求。
[0050]
本文中所称的轴向和径向是指活塞杆的轴向和径向。

技术特征：
1.一种调高油缸，其特征在于：包括缸筒、缸底、缸盖、活塞、活塞杆、磁致伸缩位移传感器和连接器，缸底固定在缸筒的一端开口处并封闭相应端开口，缸盖固定在缸筒的另一端开口处并封闭相应端开口，活塞套设并固定在活塞杆上，活塞在缸筒内与缸筒滑动配合，活塞杆为空心活塞杆，所述磁致伸缩位移传感器包括传感电子头、测杆和位置磁铁，传感电子头安装在所述缸底内，测杆和位置磁铁安装在活塞杆内，测杆伸入活塞杆的中心孔内同时从位置磁铁的中心孔中穿过，所述连接器上配有螺纹式航空插头，所述缸底内设有相连通的轴向凹槽和侧向凹槽，轴向凹槽开口于缸底的内侧端面，侧向凹槽开口于缸底的外柱面，所述传感电子头固定安装在轴向凹槽中，所述连接器固定安装在侧向凹槽中，所述磁致伸缩位移传感器的传感导线从传感电子头引出后通过所述连接器与航空插头保持电气连接。2.如权利要求1所述的调高油缸，其特征在于：所述连接器与缸底的相应配合面之间设有径向密封。3.如权利要求2所述的调高油缸，其特征在于：还包括保护座，保护座为管状结构件，保护座的下部安装在所述侧向凹槽内，保护座的底面与侧向凹槽的底面之间设有轴向密封，所述连接器的大部和整个航空插头均位于保护座中。4.如权利要求3所述的调高油缸，其特征在于：所述保护座由快接接头和底座两部分焊接而成，底座大部嵌入侧向凹槽内，快接接头位于缸底之外，快接接头上连接有高压软管。5.如权利要求4所述的调高油缸，其特征在于：所述快接接头的出线角度为125
°
。6.如权利要求5所述的调高油缸，其特征在于：缸底朝外的实体结构内设有条形凹槽，条形凹槽的槽口边缘设有防护板，条形凹槽和防护板围出嵌入式防护结构的平衡阀安装位。7.如权利要求6所述的调高油缸，其特征在于：以缸筒延伸方向为前后方向、连接器和航空插头所在位置为上方，所述缸底采用左右对称结构，缸底的上部左右分别设有两个进出油口，下部左右各设有一个所述平衡阀安装位，当左右其中一侧的两个进出油口处于使用状态时，其上安装接头，对侧的两个进出油口上则安装螺堵；当左右其中一侧的平衡阀安装位安装平衡阀时，另一侧的平衡阀安装位安装闷盖；所述缸筒的外壁上还焊接有一段油道，油道的一端油口与调高油缸的有杆腔相通，另一端油口通过设置在缸底内部的油孔与左右两侧中各一个进出油口相通，左右两侧中的另一个进出油口与调高油缸的无杆腔相通。8.如权利要求2、3、4、5、6或7所述的调高油缸，其特征在于：所述传感电子头通过定位结构定位于轴向凹槽中，所述定位结构包括安装套、定位螺钉、防松螺钉和密封螺塞，所述传感电子头固定在所述安装套内，所述安装套安装在轴向凹槽中，所述缸底内还设有与轴向凹槽贯通的径向限位孔，所述定位螺钉、密封螺塞和防松螺钉由内向外依次螺纹连接在所述径向限位孔中，其中所述定位螺钉的头部刚好嵌入位于安装套外圆柱面的限位凹槽内，所述密封螺塞外侧抵住定位螺钉。9.如权利要求8所述的调高油缸，其特征在于：所述安装套包括均为环形零件的基座和压盖，所述基座内设有定位凹槽，传感电子头安装在定位凹槽中，通过螺纹连接在基座的螺纹孔中的所述压盖固定。

技术总结
本发明涉及一种调高油缸，包括缸筒、缸底、缸盖、活塞、活塞杆、磁致伸缩位移传感器和连接器，活塞套设并固定在活塞杆上，活塞在缸筒内与缸筒滑动配合，活塞杆为空心活塞杆，磁致伸缩位移传感器包括传感电子头、测杆和位置磁铁，传感电子头安装在缸底内，测杆和位置磁铁安装在活塞杆内，测杆伸入活塞杆的中心孔内同时从位置磁铁的中心孔中穿过，连接器上配有航空插头，缸底内设有相连通的轴向凹槽和侧向凹槽，传感电子头和连接器分别固定安装在轴向凹槽和侧向凹槽中，磁致伸缩位移传感器的传感导线从传感电子头引出后通过连接器与航空插头保持电气连接。本发明能适应采煤机的工作环境，用于实现采煤机采高监测，并能满足大量程、高精度控制要求。高精度控制要求。高精度控制要求。


技术研发人员：朱红 李庆亮 周常飞 翟雨生 王振乾 刘凯 魏升 胡俊 郭岱 胡璟 贺新星 李季
受保护的技术使用者：天地上海采掘装备科技有限公司
技术研发日：2023.07.04
技术公布日：2023/10/15