液压支架推移千斤顶磁致伸缩传感器应用

　　液压支架是现代采煤设备机械化和自动化的关键设备，它与大功率采煤机和刮板运输机相结合，实现液压支架的各种动作，从而形成综合机械化采煤系统。由于煤矿井下工作环境的特殊性和复杂性，改变传统手动操作，可有效提高液压支架自动化程度，成为液压支架发展的主要趋势。

　　推移千斤顶负责推溜和移架两个动作，在液压支架整个工作过程中起着至关重要的作用；推移千斤顶工作稳定性，将决定工作环境安全性和生产效率。本文针对推移千斤顶控制效率偏低问题，对其磁致伸缩行程传感器技术进行研究，完善其自动化控制系统，降低人工操作，对提高安全系数有着重要意义。

　　推移千斤顶行程传感技术

　　本文介绍的推移千斤顶所采用的型号是ZJY24.TY125.推移千斤顶与普通的液压缸相比具有很大的不同，因此在设计其结构时进行创新结构设计，活塞为固定式结构，采用空心活塞杆，缸底底部设置连接杆，用以放置磁致伸缩传感器。具体结构剖面图如图1所示。

　　1、行程传感器的选型

　　推移千斤顶工作环境比较复杂，工况较为恶劣，对传感器稳定性要求较高，而通常采用的外置式传感器很难满足此类工况要求，故将活塞杆结构改为内置磁致伸缩位移传感器。内置传感器采取磁致伸缩原理，而推移千斤顶活塞杆为固定式结构，因此活塞不会随着活塞杆伸缩发生相对运动，所以设计一种新型的连接装置，通过螺纹与缸筒连接，且连接磁环；随着缸筒伸缩，完成信号采集与传递。磁环的外形图如图 2 所示，可以看出，磁环自身体积较小，占用推移千斤顶内部空间很少；磁环通过螺纹与连接杆相连，便于安装与拆卸。与其他传感器相比，此位移传感器有很多的优势，尤其在复杂环境下的适应性良好。因此，在一些重复动作较多的工业领域应用度较高。本文介绍的推移千斤顶选用德国公司的sns/rs/型行程传感器，该磁致伸缩位移传感器有效测量长度为 700mm，推移千斤顶行程长度为 660mm。

　　2、位移传感器测量原理

　　磁致伸缩位移传感器采用磁致伸缩原理，由磁环、波导丝、测量杆和电子仓组成。具体工作原理：电子仓中的发射器发射脉冲电流，沿着钢管在波导丝内传播；依据电磁感应定律，电流在钢管垂直的平面上将会产生环形磁场，且磁场会在电流传播方向上移动。电流传播到磁环处时，环形磁场将会与磁环所的稳恒磁场相互叠加，从而行成螺旋形磁场；根据威德曼效应，在螺旋形磁场作用下，波导丝将会产生扭转波。扭转波最终被位于两端的阻尼器所吸收。磁致伸缩换能器由三部分组成，分别是偏置磁铁、磁致伸缩带和拾取线圈。当磁致伸缩换能器吸收扭转波后，磁致伸缩薄带将会产生一定变形；根据逆磁致伸缩效应，磁致伸缩薄带变形到一定程度时，会导致磁致伸缩薄带内部磁感应强度变化。因此，换能器拾取线圈内磁通量将会发生变化。

　　电磁感应定律如式（1）所示。

　　ε=-ndφ/dt=-dBs/dt=-nSdB/dt  （1）

　　式中，n 为线圈匝数；φ 为磁通量；B 为磁感应强度；S 为线圈面积。故扭转波的传播速度如式（2）所示。

　　V=√G/ρ （2）

　　式中，G 为波导丝剪切弹性模量；ρ 为波导丝的密度。由于弹性模量和密度固定的，因此在波导丝中的扭转波传播速度为固定数值。磁环中永久磁铁与传感头之间的距离如式（3）、式（4）所示。

　　S=V*T=T*√G/ρ  （3）

　　T=T1+T2  （4）

　　式中，T 为传感器脉冲电流发射与回收的时间间隔；T1为波导丝中扭转波产生与回收的时间间隔；T2为电流脉冲发射与到磁环位置的时间间隔。

　　由于电流脉冲速度极快，T2可以近似为零，忽略不计。因此只需测出 T1即可求出 S 值。传感器在工作过程中，会连续不断的发出电流脉冲，每次磁环与传感器相对运动，都会测量出新的行程值。

　　试验验证

　　试验依托于现有煤炭缸试验台，具备煤炭缸试验能力，并通过了煤炭安全认证。前期已经试验过一批推移千斤顶和侧推千斤顶，试验可靠，试验台如图3所示按照液压支架《煤矿用液压支架第 2 部分：立柱和千斤顶技术条件》（GB25974.2-2010）中相关试验标准，在空载工况下，推移千斤顶进行伸缩往复运动 3 次，主要检测运动行程是否符合标准和实际工作要求，并且可以检测到是否会有爬行和渗漏情况出现。试验结果如图2 所示

　　1. 控制台；2. 加载缸；3. 增压缸；4. 油液加载系统；5. 冷却器；6. 煤炭缸；7. 乳化液油箱

　　结论

　　本文针对传统液压支架手动控制效率偏低的问题，在推移千斤顶内部安装了磁致伸缩位移传感器，试验结果表明，安装传感器符合标准和实际工作要求，可有效提高自动化程度与工作安全系数，降低劳动强度。