CN109781054B - 一种方向角检测装置及液压支架直线度检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种方向角检测装置,包括装配盒和中心轴,沿垂直装配盒表面的方向看,中心轴中心具有一牵引孔,牵引孔上固定有一弹力绳;所述中心轴沿轴向的两端分别固定有与中心轴固定配合的上锥齿轮和与中心轴沿周向自由配合的下锥齿轮;沿中心轴径向的两侧分别设置有一个与上锥齿轮和下锥齿轮啮合的侧锥齿轮,所述侧锥齿轮上分别设置有能够获取其转动角度的角度传感器;侧锥齿轮能够在装配盒内以其轴线为转轴自由转动。本发明还提供了基于方向角检测装置对液压支架直线度进行检测的方法。本发明的优点在于:通过多个锥齿轮的配合,使中心轴能够跟随弹力绳的方向转动,能够便捷的确定两个平面的偏转状态,为直线度检测提供了便捷的解决方案。
Description
技术领域
本发明涉及空间平面直线度检测装置技术领域,尤其涉及一种方向角检测装置及液压支架直线度检测方法。
背景技术
液压支架时矿井掘进过程中重要的超前支护设备,在综采工作面上通常将多个液压支架并排设置对巷道顶部进行支护,在生产过程中液压支架需要随着综采工作面不断前移,在液压支架分别移动后会导致其相对位置出现偏差,为了保证采煤机和刮板运输机的正常工作,液压支架在推进后需要保持一定的直线度,即相邻液压支架的偏转情况不能太大,因此需要提供一种便捷的确定相邻液压支架的偏转情况的装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够确定空间内两个平面之间是否发生偏转的方向角检测装置及利用该方向角检测装置确定相邻液压支架是否存在偏转的方法。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的:
一种方向角检测装置,包括装配盒和中心轴,沿垂直装配盒表面的方向看,中心轴中心具有一牵引孔,牵引孔上固定有一弹力绳;所述中心轴沿轴向的两端分别固定有与中心轴固定配合的上锥齿轮和与中心轴沿周向自由配合的下锥齿轮;沿中心轴径向的两侧分别设置有一个与上锥齿轮和下锥齿轮啮合的侧锥齿轮,所述侧锥齿轮上分别设置有能够获取其转动角度的角度传感器;侧锥齿轮能够在装配盒内以其轴线为转轴自由转动。
优选地,所述侧锥齿轮沿轴向远离中心轴的一侧设置有固定杆,所述装配盒内还固定有两个轴承座,每个侧锥齿轮的固定杆分别与一个轴承座内的轴承沿周向自由配合。
优选地,所述轴承座包括沿固定杆轴向与轴承座配合的盖体,所述轴承座和盖体相对的一面分别沿轴向内凹形成第一容置腔和第二容置腔,轴承外圈与第一容置腔的内壁过盈配合,轴承内圈与固定杆的外壁过盈配合。
优选地,所述第二容置腔的内壁上具有至少一个沿径向向外延伸的第一限位槽,所述固定杆端部的外周上沿径向开设有第二限位槽;第二容置腔内容置有一涡卷弹簧,所述涡卷弹簧的外端固定在第一限位槽内,内端固定在第二限位槽内。
优选地,轴承座沿轴向的远离中心轴的一侧还固定有所述角度传感器,所述固定杆沿轴向开设有装配孔,所述装配孔为腰型孔,所述角度传感器的传动轴插接于装配孔内与固定杆沿周向固定配合。
优选地,所述上锥齿轮中心具有固定孔,所述固定孔为腰型孔,中心轴插接于固定孔中与上锥齿轮沿周向固定配合。
优选地,所述装配盒底部固定连接有一底盖,所述底盖沿其所在平面向外延伸设置有与安装平面配合的安装孔,所述底盖的边缘均匀设置有多个具有螺纹孔且与底盖垂直的装配面,所述装配盒与底盖配合时,所述装配面与装配盒的表面贴合并通过螺杆固定连接。
优选地,沿垂直于底盖所在平面的方向看,所述装配盒为矩形结构,所述底盖四角处分别设置有与装配盒内壁贴合的并相互垂直的两个装配面。
优选地,所述装配盒还具有一上盖,中心轴放置于装配盒与上盖围成的空间内,所述上盖具有与牵引孔同心的通孔,所述上盖沿垂直于装配盒所在的平面的方向与装配盒固定连接,所述弹力绳穿过通孔,且弹力绳偏离通孔轴向0~75°之间时,与通孔不会发生接触。
本发明还提供了使用所述方向角检测装置检测液压支架直线度的方法,将方向角检测装置和弹力绳的自由端分别固定在并排放置的相邻液压支架的顶梁相对的侧面上,将固定方向角检测装置和弹力绳的侧面分别定义为第一平面和第二平面;沿第一平面的法向看,当相邻液压支架的顶梁完全重合时,弹力绳与第一平面法向重合,定义此时方向角检测装置为初始状态;所述第二平面相对第一平面的直线度δ定义为:
其中α是弹力绳偏离第一平面法向的角度;δ越接近1,代表偏离程度越大。
优选地,角度α满足以下关系:
即
其中,n1是中心轴左侧的角度传感器数值,左侧的侧锥齿轮向上转动时,n1为正数;n2是中心轴右侧的角度传感器数值,右侧的从侧锥齿轮向下转动时,n2为正数;i是齿轮传动比。
本发明提供的方向角检测装置及液压支架直线度检测方法的优点在于:通过多个锥齿轮的配合,使中心轴能够跟随弹力绳的方向转动,通过调整通孔的大小能够使弹力绳的偏转范围满足不同的应用场景,能够便捷的确定两个平面的偏转状态,为解决液压支架的直线度检测提供了便捷的方案。
附图说明
图1是本发明的实施例所提供的方向角检测装置的示意图;
图2是本发明的实施例所提供的方向角检测装置的锥齿轮配合的示意图;
图3是本发明的实施例所提供的方向角检测装置的装配盒的示意图;
图4是本发明的实施例所提供的方向角检测装置的侧锥齿轮配合的爆炸图;
图5是本发明的实施例所提供的方向角检测装置的侧锥齿轮的轴向视图;
图6是本发明的实施例所提供的方向角检测装置的上锥齿轮轴向视图;
图7是本发明的实施例所提供的液压支架直线度检测方法原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明作进一步的详细说明。
结合图1和图2,本实施例提供了一种方向角检测装置,包括装配盒1和中心轴2;沿垂直装配盒1表面的方向看,所述中心轴2的中心具有一牵引孔21,牵引孔21上固定有一能够牵引中心轴2转动的弹力绳(图未示);所述中心轴2沿轴向的两端分别固定有与中心轴2固定配合的上锥齿轮4和与中心轴2沿周向自由配合的下锥齿轮5,沿中心轴2径向的两侧分别设置有一个与上锥齿轮4和下锥齿轮5啮合的侧锥齿轮6,所述侧锥齿轮6上分别设置有能够获取其转动角度的角度传感器7,侧锥齿轮6能够在装配盒1内以其轴线为转轴自由转动。
在使用时,将装配盒1固定在一个平面上,将弹力绳自由端固定在另一个平面上,且在没有偏转的情况下,装配盒1的固定位置与弹力绳的自由端固定位置在同一法线上,当两个平面存在偏转时,弹力绳发生偏转并带动中心轴2偏转,使牵引孔21的轴向与弹力绳的长度方向始终保持重合,最终记录角度传感器7的数值即可获得弹力绳相对于固定装配盒1的平面法线的偏转角,从而对两个平面进行直线度检测。
结合图3,所述装配盒1底部还固定连接有一底盖13,所述底盖13沿其所在的平面向外延伸设置有与安装平面配合的安装孔14,所述底盖13的边缘均匀设置有多个具有螺纹孔18且与底盖垂直的装配面15,装配盒1卡合在底盖13上时,所述装配面15与装配盒1的侧面贴合,通过螺栓连接装配盒1和装配面15即可实现装配盒1与底盖13的固定连接,为了让产品更美观,一般将装配面15设置于装配盒1的内表面。所述装配盒侧面以及上表面还开设有用于供引线穿过的接线口19。
优选实施例中,沿垂直于底盖13所在的平面看,所述装配盒1为矩形结构,底盖13相对的两边向外延伸有与安装平面相配合的凸耳16,所述底盖13的四角分别设置有与装配盒1内壁贴合并相互垂直的两个装配面15。
结合图4,所述侧锥齿轮6沿轴向远离中心轴的一侧设置有固定杆61,所述装配盒1内还在中心轴2两侧分别设置有一凹槽17,所述凹槽17内固定有一轴承座8,轴承座8包括沿固定杆61轴向与轴承座8配合的盖体81,所述轴承座8和盖体81相对的一面分别沿轴向内凹形成第一容置腔(图未示)和第二容置腔82,第一容置腔内容置有一轴承83,所述轴承83的外圈与第一容置腔的内壁过盈配合,轴承83的内圈与固定杆61的外壁过盈配合;所述第二容置腔82的内壁上具有至少一个沿径向向外延伸的第一限位槽84,所述固定杆61端部的外周上沿径向开设有第二限位槽62,第二容置腔82内容置有一涡卷弹簧85,所述涡卷弹簧85的外端固定在第一限位槽84内,内端固定在第二限位槽62内;侧锥齿轮6转动时,涡卷弹簧85能够驱动侧锥齿轮6自动回到初始位置。
结合图5,所述固定杆61沿轴向开设有一装配孔63,所述装配孔63为腰型孔,所述角度传感器7的传动轴71插接于装配孔63中从而与固定杆61沿轴向固定配合,在侧锥齿轮6转动时能够带动传动轴71转动从而记录转动角度;所述角度传感器7固定于盖体81沿轴向远离中心轴2的一侧。
在具体设置时,在轴承83与涡卷弹簧85之间还设置有分别对轴承83的内外圈进行轴向限位的内卡圈86和外卡圈87,这些结构是本领域技术人员在固定轴承83是选用的常规零件,具体结构和固定方式此处不再赘述。
结合图6,所述上锥齿轮4的中心具有固定孔41,所述固定孔41设置为腰型孔,中心轴2插接于固定孔41中从而与上锥齿轮4沿周向固定配合,本领域普通技术人员也可以选用其他非圆周结构的固定孔41和与其配合的中心轴2来实现上锥齿轮4与中心轴2的周向配合。所述下锥齿轮5与中心轴2通过轴承或类似结构配合即可,上锥齿轮4和下锥齿轮5的具体固定方式选用本领域现有技术即可,此处不再赘述。
再参考图1,所述装配盒1还具有一上盖11,中心轴2放置于装配盒1与上盖11围成的空间内,所述上盖11具有与牵引孔21同心的通孔,所述上盖沿垂直于装配盒所在的平面的方向与装配盒固定连接,所述弹力绳穿过通孔,且弹力绳偏离通孔轴向0~75°之间时,与通孔不会发生接触。在具体使用时,弹力绳3沿中心轴2的轴向偏转时,齿轮本身不会阻止弹力绳的运动,而沿中心轴2的径向偏转时,侧锥齿轮6本身会对弹力绳的运动产生阻挡作用,因此可以将通孔设置为长边沿中心轴2轴向的椭圆形或类似结构,从而最大限度的允许弹力绳的偏转运动。
参考图7,本实施例还提供了采用上述方向角检测装置进行液压支架直角度检测的方法,将方向角检测装置和弹力绳的自由端分别固定在并排放置的相邻液压支架的顶梁相对的侧面上,将固定方向角检测装置和弹力绳自由端的侧面分别定义为第一平面A和第二平面B;沿第一平面A的法向看,当相邻液压支架的顶梁完全重合时,弹力绳与第一平面A的法向重合,定义此时方向角检测装置为初始状态;在实际设置时一般是先在液压支架的顶梁上确定该相对应的位置,直接将方向角检测装置和弹力绳3固定在相应的位置即可;所述第二平面B相对第一平面A的直线度δ定义为:
其中α是弹力绳偏离第一平面法向的角度;δ越接近1,代表偏离程度越大;角度α满足以下关系:
即
当弹力绳相对于中心轴2的轴向转动角度θ时,上锥齿轮4跟随中心轴2转动,使得两个侧锥齿轮6分别沿相反的方向转动,则
其中,n1是中心轴左侧的角度传感器数值,左侧的侧锥齿轮向上转动时,n1为正数;n2是中心轴右侧的角度传感器数值,右侧的从侧锥齿轮向下转动时,n2为正数;i是齿轮传动比。
基于上述内容,所述角度传感器7需要满足输出正负角度的要求,所述角度传感器7可以选用旋转电位器或旋转编码器等器件。
同理,当弹力绳相对于轴承83轴向转动角度时,上锥齿轮4不发生转动,两个侧锥齿轮6以相同的方向转动,其转动速度与齿轮传动比相关,当两个侧锥齿轮6的上锥齿轮4和下锥齿轮5的齿轮传动比均相同时,下锥齿轮5也不发生转动;传动比不同时,下锥齿轮5也会发生转动;角度满足:
结合上述公式,即可求出弹力绳相对第一平面A法向的偏转角α,从而确定第二平面B在空间内相对于第一平面A的直线度。
工作中可以根据直线度δ以及相关的其他参数判定相邻的液压支架是否之间的排列位置是否满足正常工作的要求,如果如要调整液压支架之间的相对位置关系时,根据角度θ、的数值调整第二平面B所在的液压支架,使θ、趋近于零即可。
需要注意的是,通过上述方法仅能确定两个平面之间存在偏转,但无法确定两个平面的夹角,而在固定弹力绳的平面相对弹力绳的固定点发生偏转时也无法测出存在偏转,但是对于液压支架的使用场景来说,可以忽略这一问题,因此本实施例提供的方法能够对液压支架的直线度进行有效的检测判断;在有其他要求时,可以考虑在两个平面上分别设置本实施例提供的方向角检测装置或在其中一个平面上设置多个方向角检测装置。
Claims (10)
1.一种确定空间内两个平面之间的偏转状态的方向角检测装置,其特征在于:包括装配盒和中心轴,沿垂直装配盒表面的方向看,中心轴中心具有一牵引孔,牵引孔上固定有一能够牵引中心轴转动的弹力绳;所述中心轴沿轴向的两端分别固定有与中心轴固定配合的上锥齿轮和与中心轴沿周向自由配合的下锥齿轮;沿中心轴径向的两侧分别设置有一个与上锥齿轮和下锥齿轮啮合的侧锥齿轮,所述侧锥齿轮上分别设置有能够获取其转动角度的角度传感器;侧锥齿轮能够在装配盒内以其轴线为转轴自由转动;方向角检测装置和弹力绳的自由端分别固定在并排放置的相邻液压支架的顶梁相对的侧面上;所述装配盒还具有一上盖,中心轴放置于装配盒与上盖围成的空间内。
2.根据权利要求1所述的一种确定空间内两个平面之间的偏转状态的方向角检测装置,其特征在于:所述侧锥齿轮沿轴向远离中心轴的一侧设置有固定杆,所述装配盒内还固定有两个轴承座,每个侧锥齿轮的固定杆分别与一个轴承座内的轴承沿周向自由配合。
3.根据权利要求2所述的一种确定空间内两个平面之间的偏转状态的方向角检测装置,其特征在于:所述轴承座包括沿固定杆轴向与轴承座配合的盖体,所述轴承座和盖体相对的一面分别沿轴向内凹形成第一容置腔和第二容置腔,轴承外圈与第一容置腔的内壁过盈配合,轴承内圈与固定杆的外壁过盈配合。
4.根据权利要求3所述的一种确定空间内两个平面之间的偏转状态的方向角检测装置,其特征在于:所述第二容置腔的内壁上具有至少一个沿径向向外延伸的第一限位槽,所述固定杆端部的外周上沿径向开设有第二限位槽;第二容置腔内容置有一涡卷弹簧,所述涡卷弹簧的外端固定在第一限位槽内,内端固定在第二限位槽内;
轴承座沿轴向的远离中心轴的一侧固定所述角度传感器,所述固定杆沿轴向开设有装配孔,所述装配孔为腰型孔,所述角度传感器的传动轴插接于装配孔内与固定杆沿周向固定配合。
5.根据权利要求1所述的一种确定空间内两个平面之间的偏转状态的方向角检测装置,其特征在于:所述上锥齿轮中心具有固定孔,所述固定孔为腰型孔,中心轴插接于固定孔中与上锥齿轮沿周向固定配合。
6.根据权利要求1所述的一种确定空间内两个平面之间的偏转状态的方向角检测装置,其特征在于:所述装配盒底部固定连接有一底盖,所述底盖沿其所在平面向外延伸设置有与安装平面配合的安装孔,所述底盖的边缘均匀设置有多个具有螺纹孔且与底盖垂直的装配面,所述装配盒与底盖配合时,所述装配面与装配盒的表面贴合并通过螺杆固定连接。
7.根据权利要求6所述的一种确定空间内两个平面之间的偏转状态的方向角检测装置,其特征在于:沿垂直于底盖所在平面的方向看,所述装配盒为矩形结构,所述底盖四角处分别设置有与装配盒内壁贴合的并相互垂直的两个装配面。
8.根据权利要求1所述的一种确定空间内两个平面之间的偏转状态的方向角检测装置,其特征在于:所述上盖具有与牵引孔同心的通孔,所述上盖沿垂直于装配盒所在的平面的方向与装配盒固定连接,所述弹力绳穿过通孔,且弹力绳偏离通孔轴向0~75°之间时,与通孔不会发生接触。
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