一种内置式液压油缸位移与速度传感器的制作方法

本发明涉及传感器的技术领域，特别是涉及一种内置式液压油缸位移与速度传感器。

背景技术：

随着自动化、无人化采掘装备的需求，在工作过程中装备上需要布置多种传感器对执行元件进行检测。在煤矿采掘装备中，液压油缸是设备的主要执行元件，液压油缸的位移及速度是主要检测参数。目前，在油缸上安装位移传感器一般采用外部安装或活塞杆中心内置安装两种方式。对于采用外部安装方式的位移传感器，由于缺少保护装置，且煤矿采掘装备外部工作环境恶劣，容易造成传感器损坏，而且煤矿采掘装备结构紧凑，采用外部安装方式导致油缸安装体积变大，会使油缸的安装受限。对于活塞杆中心内置安装的位移传感器，主要使用磁致伸缩式，其固定端安装在缸筒底部，感应杆可在在活塞杆内部移动。这就需要在活塞杆中加工细长孔，如果油缸行程较大，工艺孔加工就很困难，加工精度难以保证，对传感器的检测精度有影响，而且内置式的传感器如果出现问题，更换极为困难。同时液压油缸的运行速度对采掘效率有重要影响，在目前的采掘装备上，油缸的运行速度完全依靠操作人员的感觉，如果要实现采掘装备的自动化或无人化，那么油缸的运行速度必须是可见的，通过设定运行的速度值，可以对装备的液压系统进行实时的控制。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种内置式液压油缸位移与速度传感器，可安装于煤矿采掘装备液压油缸内，实现液压油缸位移及速度同时检测的功能。

为实现上述目的，本发明提供一种内置式液压油缸位移与速度传感器，包括壳体、封闭壳体开口的后盖、固定座、锥齿轮轴i、涡卷弹簧、轮毂、拉线、锥齿轮轴ii、解码电路板、定子线圈和转子线圈；固定座固定在所述壳体上，设置有涡卷弹簧安装腔；锥齿轮轴i穿过涡卷弹簧安装腔和轮毂，与涡卷弹簧安装腔转动连接，与轮毂固定连接；涡卷弹簧套设在锥齿轮轴i外，内端与锥齿轮轴i固定连接，外端与涡卷弹簧安装腔固定连接；轮毂位于固定座和锥齿轮轴i的齿轮端之间，周向设置有布置拉线的拉线槽；拉线缠绕在拉线槽内，端部从固定座中引出与液压油缸的活塞连接；壳体和后盖内设置有线圈安装腔和解码电路板安装腔；锥齿轮轴ii与线圈安装腔转动连接，齿轮端伸出线圈安装腔且与所述锥齿轮轴i的齿轮端啮合；定子线圈固定在线圈安装腔内；转子线圈固定在锥齿轮轴ii上，且位于定子线圈内；定子线圈上有6个接线端，分别为励磁正接口w1、励磁负接口w2、余弦通道正接口c1、余弦通道负接口c2、正弦通道正接口s1、正弦通道负接口s2；解码电路板安装在所述解码电路板安装腔内，分别与定子线圈和位于后盖上的接线端子连接，解码电路板根据余弦通道输出电压和正弦通道输出电压解算转子线圈转动的角度和角速度，测算液压油缸的位移及速度。

进一步地，锥齿轮轴i和锥齿轮轴ii的传动比为1:1。

进一步地，固定座上转动设置有滑轮；拉线从固定座中引出经过所述滑轮后与液压油缸的活塞连接。

进一步地，拉线的端部设置有固定螺钉。

进一步地，壳体和后盖均为圆筒状；壳体上设置有密封圈安装槽和紧定螺钉限位槽。

进一步地，上述内置式液压油缸位移与速度传感器，还包括位于涡卷弹簧两侧的轴承i；轴承i的外圈与涡卷弹簧安装腔固定连接，内圈与锥齿轮轴i固定连接。

进一步地，上述内置式液压油缸位移与速度传感器，还包括封闭涡卷弹簧安装腔开口的端盖；锥齿轮轴i的末端穿过所述端盖，且安装有轴端挡圈i。

进一步地，上述内置式液压油缸位移与速度传感器，还包括位于转子线圈两侧的轴承ii；轴承ii的外圈与线圈安装腔固定连接，内圈与锥齿轮轴ii固定连接。

进一步地，转子线圈过盈连接在锥齿轮轴ii上，与轴承ii之间设置有挡环。

进一步地，锥齿轮轴ii的末端穿过后盖，且安装有轴端挡圈ii；锥齿轮轴ii靠近齿轮端的位置为台阶状，卡在壳体外。

本发明的有益效果是：

将本发明提供的内置式液压油缸位移与速度传感器装于液压油缸内底部，通过紧定螺钉将其固定，拉线的端部固定在活塞上，活塞带动拉线运动，拉线牵拉轮毂转动，与轮毂连接的锥齿轮轴i转动，带动与锥齿轮轴i啮合的锥齿轮轴ii转动，转子线圈相对定子线圈发生转动，解码电路板根据余弦通道输出电压和正弦通道输出电压解算转子线圈转动（包括正向转动和反向转动）的角度和角速度即锥齿轮轴ii转动的角度和角速度，根据锥齿轮轴i和锥齿轮轴ii的传动比计算锥齿轮轴i转动的角度和角速度，即轮毂转动的角度及角速度，结合轮毂的半径计算得到拉线的位移和移动速度，最终测算出液压油缸的位移及速度。本发明提供的内置式液压油缸位移与速度传感器无需在活塞杆中加工细长孔，便于安装和更换，且能实现液压油缸位移及速度同时检测的功能。

附图说明

图1为本实施例提供的内置式液压油缸位移与速度传感器的结构示意图；

图2为图1所示内置式液压油缸位移与速度传感器的主视图；

图3为图2所示内置式液压油缸位移与速度传感器的左视图；

图4为图2所示内置式液压油缸位移与速度传感器a-a方向的剖视图；

图5为图3所示内置式液压油缸位移与速度传感器b-b方向的剖视图；

图6为图1所示内置式液压油缸位移与速度传感器中定子线圈、转子线圈的原理图；

图7为内置式液压油缸位移与速度传感器的安装示意图。

图中：1-壳体；2-后盖；3-固定座；4-锥齿轮轴i；5-涡卷弹簧；6-轮毂；7-拉线；8-锥齿轮轴ii；9-解码电路板；10-定子线圈；11-转子线圈；12-接线端子；13-滑轮；14-固定螺钉；15-密封圈；16-轴承i；17-端盖；18-轴端挡圈i；19-轴承ii；20-挡环；21-轴端挡圈ii；22-旋转密封圈；23-o型密封圈；24-后盖螺钉；25-固定座螺钉；26-定子线圈螺钉；101-活塞；102-紧定螺钉；103-油口；104-电气接线口。

具体实施方式

本实施例提供一种内置式液压油缸位移与速度传感器，包括壳体1、封闭壳体1开口的后盖2、固定座3、锥齿轮轴i4、涡卷弹簧5、轮毂6、拉线7、锥齿轮轴ii8、解码电路板9、定子线圈10和转子线圈11；固定座3固定在壳体1上，设置有涡卷弹簧安装腔；锥齿轮轴i4穿过涡卷弹簧安装腔和轮毂6，与涡卷弹簧安装腔转动连接，与轮毂6固定连接；涡卷弹簧5套设在锥齿轮轴i4外，内端与锥齿轮轴i4固定连接，外端与涡卷弹簧安装腔固定连接；轮毂6位于固定座3和锥齿轮轴i4的齿轮端之间，周向设置有布置拉线7的拉线槽；拉线7缠绕在拉线槽内，端部从固定座3中引出与液压油缸的活塞101连接；壳体1和后盖2内设置有线圈安装腔和解码电路板安装腔；锥齿轮轴ii8与线圈安装腔转动连接，齿轮端伸出线圈安装腔且与锥齿轮轴i4的齿轮端啮合；定子线圈10固定在定子线圈、转子线圈安装腔内；转子线圈11固定套设在锥齿轮轴ii8上，且位于定子线圈10内；定子线圈10上有6个接线端，分别为励磁正接口w1、励磁负接口w2、余弦通道正接口c1、余弦通道负接口c2、正弦通道正接口s1、正弦通道负接口s2，本实施例中余弦通道和正弦通道的输出电压方程式分别为：

，

，

其中，为余弦通道输出电压，为正弦通道输出电压，为励磁电压，k为增益系数，为转子线圈的转角；

解码电路板9安装在解码电路板安装腔内，分别与定子线圈10和位于后盖2上的接线端子12连接，根据余弦通道输出电压和正弦通道输出电压解算转子线圈11转动的角度和角速度，测算液压油缸的位移及速度。

将上述内置式液压油缸位移与速度传感器装于液压油缸内底部，通过紧定螺钉102将其固定，拉线7的端部固定在活塞101上，活塞101带动拉线7运动，拉线7牵拉轮毂6转动，与轮毂6连接的锥齿轮轴i4转动，带动与锥齿轮轴i4啮合的锥齿轮轴ii8转动，转子线圈11相对定子线圈10发生转动，解码电路板9根据余弦通道和正弦通道的输出电压方程式计算转子线圈11转动（包括正向转动和反向转动）的角度及角速度即锥齿轮轴ii8转动的角度和角速度，根据锥齿轮轴i4和锥齿轮轴ii8的传动比计算锥齿轮轴i4转动的角度和角速度，即轮毂6转动的角度及角速度，结合轮毂6的半径计算得到拉线7的位移和移动速度，最终测算出液压油缸的位移及速度。在本实施例中，解码电路板9的解码过程为相关技术领域的技术人员所公知的，在此不再赘述。涡卷弹簧5在活塞101伸出的过程中，被压缩储能，同时对拉线7提供一定张紧力，涡卷弹簧5在活塞101回缩的过程中，释放能量也能对拉线7提供一定张紧力，保证拉线7缠绕在拉线槽内不会滑脱。

进一步地，为了便于计算，锥齿轮轴i4和锥齿轮轴ii8的传动比为1:1。

进一步地，固定座3上转动设置有滑轮13；拉线7从固定座3中引出经过滑轮13后与液压油缸的活塞101连接。滑轮13保证了拉线7沿固定方向运动，并且减少拉线7的磨损。

进一步地，拉线7的端部设置有与活塞101连接的固定螺钉14。

进一步地，轮毂6上的拉线槽为梯形槽。

进一步地，壳体1和后盖2均为圆筒状，与液压油缸活塞腔的形状相适应，便于安装；壳体1上设置有密封圈安装槽和紧定螺钉限位槽，密封圈安装槽内安装有密封圈15，密封圈15优选为o型密封圈。安装时，紧定螺钉102穿过液压油缸缸壁，插入紧定螺钉限位槽内，密封圈15与液压油缸活塞腔的内壁紧贴，防止油口103中的油液流到接线端子12与电气接线口104之间。

进一步地，上述内置式液压油缸位移与速度传感器，还包括位于涡卷弹簧5两侧的轴承i16；轴承i16的外圈与涡卷弹簧安装腔固定连接，内圈与锥齿轮轴i4固定连接，实现锥齿轮轴i4与涡卷弹簧安装腔的转动连接。

进一步地，锥齿轮轴i4与轮毂6为花键连接。

进一步地，上述内置式液压油缸位移与速度传感器，还包括封闭涡卷弹簧安装腔开口的端盖17；锥齿轮轴i4的末端穿过端盖17，且安装有轴端挡圈i18，防止锥齿轮轴i4轴向窜动。

进一步地，上述内置式液压油缸位移与速度传感器，还包括位于转子线圈11两侧的轴承ii19；轴承ii19的外圈与线圈安装腔固定连接，内圈与锥齿轮轴ii8固定连接，实现锥齿轮轴ii8与线圈安装腔转动连接。

进一步地，转子线圈11过盈连接在锥齿轮轴ii8上，与轴承ii8之间设置有用于限位的挡环20。

进一步地，锥齿轮轴ii8的末端穿过后盖2，且安装有轴端挡圈ii21；锥齿轮轴ii8靠近齿轮端的位置为台阶状，卡在壳体1外，与轴端挡圈ii21配合防止锥齿轮轴ii8轴向窜动。

进一步地，锥齿轮轴ii8和壳体1与后盖2之间设置有旋转密封圈22，后盖2和壳体1之间安装有o型密封圈23，防止油液进入线圈安装腔和解码电路板安装腔内。

进一步地，壳体1上设置有用于安装固定座3和轮毂6的安装口，后盖2通过后盖螺钉24固定在壳体1上，固定座3通过固定座螺钉25固定在壳体1上，定子线圈10通过定子线圈螺钉26固定在壳体1内。

以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。