СИСТЕМА МОНИТОРИНГА СКРЕБКОВОЙ ЦЕПИ НА ОСНОВАНИИ ИЗМЕРЕНИЯ СВЕТОПРОПУСКАНИЯ ТОРСИОННОЙ ПРУЖИНЫ И СПОСОБ ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ
SCRAPER CHAIN MONITORING SYSTEM BASED ON TORSION SPRING LIGHT TRANSMISSION MEASUREMENT AND METHOD FOR ITS APPLICATION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее раскрытие относится к области мониторинга скребковой конвейерной цепи, в частности к системе мониторинга скребковой цепи на основании измерения светопропускания торсионной пружины и способу ее применения.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Скребковый конвейер является типичным гибким тяговым транспортным оборудованием, которое выполняет функции погрузки и транспортировки, поддержки выемочного комбайна, направления выемочного комбайна и т. д. в полностью механизированной добыче угля. При работе скребкового конвейера наиболее подверженным разрушению компонентом является скребковая цепь. На отказ скребковой цепи приходится 63% всех отказов скребкового конвейера, а 42% простоев скребкового конвейера вызваны обрывом скребковой цепи. Когда скребковый конвейер выйдет из строя, это напрямую повлияет на производственную мощность угледобывающего забоя.
[0003] В китайском патенте CN106829390A раскрыто устройство обнаружения порванной цепи для скребкового конвейера и способ применения устройства обнаружения порванной цепи, в котором инфракрасные фоторезисторы на обеих сторонах желоба используются для сравнения и определения времени прохождения двух концов одного и того же скребка, чтобы определить, наклонен ли скребок и порвана ли цепь, а порванную цепь обнаруживают, исходя из рабочего состояния скребка. В китайском патенте CN104229427B раскрыт способ обнаружения разрыва цепи скребкового конвейера, в котором датчик напряжения, установленный на контактной поверхности цепи зубчатой передачи, используется для определения разрыва цепи, а разрыв цепи определяют с точки зрения механики.
[0004] В китайском патенте CN107777288A раскрыта система мониторинга в режиме реального времени и способ обнаружения разрыва цепи скребкового конвейера, в котором условия относительного смещения двух скребковых цепей контролируют тензометрическими датчиками, установленными на звеньях цепи, и позиционированием узлов, чтобы определить, происходит ли разрыв цепи. Из-за жестких условий эксплуатации скребкового конвейера тензометрический датчик, установленный на звене цепи грузовой части, может быть поврежден, поэтому данный способ предназначен для обнаружения и контроля скребковой цепи с точки зрения изменения ее положения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] Для вышеуказанных способов обнаружения на основании различных перспектив целью настоящего раскрытия является предоставление новой системы мониторинга скребковой цепи на основании измерения светопропускания торсионной пружины и способа ее применения, которая исключает низкую точность и недостаточную надежность существующей системы мониторинга скребковой конвейерной цепи.
[0006] Для решения вышеупомянутых технических проблем в настоящем раскрытии приняты следующие технические решения.
[0007] В настоящем раскрытии предоставлена система мониторинга скребковой цепи на основании измерения светопропускания торсионной пружины. Система содержит устройство обнаружения кручения зубчатого колеса, фиксирующее устройство, беспроводной приемник, аналого-цифровой преобразователь и промышленный компьютер. Устройство обнаружения кручения зубчатого колеса содержит передаточный вал с зубчатыми колесами, закрепленными на обоих концах передаточного вала. Средняя часть передаточного вала заключена в торсионную пружину. Оба конца торсионной пружины неподвижно соединены с одной торцевой поверхностью зубчатых колес на стороне, ближайшей к передаточному валу с помощью опоры, соответственно. Лазерная сенсорная панель приклеена к средней части наружной поверхности передаточного вала. Лазерная сенсорная панель накрыта торсионной пружиной с соблюдением определенного расстояния от торсионной пружины. Фиксирующее устройство обеспечено лазерной подсветкой, и осветительный конец лазерной подсветки совмещен с чувствительной зоной лазерной сенсорной панели. Устройство получения сигнала, беспроводной передатчик и блок питания дополнительно размещены в фиксирующем устройстве. Блок питания соответственно электрически соединен с лазерной подсветкой, устройством получения сигнала и беспроводным передатчиком. Устройство получения сигнала электрически соединено с беспроводным передатчиком. Лазерная сенсорная панель электрически соединена с устройством получения сигнала в фиксирующем устройстве с помощью экранированного токопроводящего провода, и беспроводной приемник, аналого-цифровой преобразователь и промышленный компьютер последовательно электрически соединены друг с другом.
[0008] Предпочтительно оба конца торсионной пружины неподвижно соединены с одной торцевой поверхностью зубчатых колес на стороне, ближайшей к передаточному валу, с помощью сварки, соответственно.
[0009] Предпочтительно сохранять безопасные расстояния между сварными соединениями на обоих концах торсионной пружины и фиксирующим устройством для предотвращения контакта торсионной пружины и столкновения с фиксирующим устройством на пределе деформации.
[0010] Предпочтительно, торсионная пружина относится к типу отдельно навитых, и зазоры между витками торсионной пружины сохранены. Торсионная пружина находится в ослабленном состоянии во время установки, где освещенная площадь лазерной сенсорной панели составляет 50 % от общей площади лазерной сенсорной панели, и торсионная пружина установлена соосно с передаточным валом и сохранено определенное расстояние от поверхности передаточного вала.
[0011] Предпочтительно, фиксирующее устройство выполнено в форме квадратной коробки, и беспроводной передатчик, устройство получения сигнала и блок питания встроены в квадратную коробку.
[0012] Предпочтительно, лазерная подсветка установлена в средней части верхней торцевой поверхности фиксирующего устройства, и излучает видимый лазерный свет на чувствительную зону лазерной сенсорной панели, когда система находится в работе.
[0013] Предпочтительно, витки торсионной пружины способны накрывать лазерную сенсорную панель полностью, как на пределе сжатия, так и на пределе растяжения.
[0014] В настоящем раскрытии дополнительно предоставлен способ мониторинга скребковой цепи на основании измерения светопропускания торсионной пружины. Способ, в частности, включает следующие этапы.
[0015] На этапе S1 промышленный компьютер инициализируют и устанавливают пороговые токи I1, I2, I3, I4, I5 и I6, последовательно соответствующие различным значениям I тока, генерируемого для освещенной площади лазерной сенсорной панели, составляющей 5%, 25%, 45%, 55%, 75% или 95%.
[0016] На этапе S2 сигнал I тока лазерной сенсорной панели получают в режиме реального времени с помощью устройства получения сигнала, и сигнал передают на промышленный компьютер во время нормальной работы скребкового конвейера.
[0017] На этапе S3 полученный сигнал I тока сравнивают с различными пороговыми токами с помощью промышленного компьютера. Определяют, что освещенная площадь S лазерной сенсорной панели больше или равна 5% и меньше или равна 25%, когда I1≤I≤I2; определяют, что освещенная площадь S лазерной сенсорной панели больше 25% и меньше или равна 45%, когда I2<I≤I3; определяют, что освещенная площадь S лазерной сенсорной панели больше 45% и меньше или равна 55%, когда I3<I≤I4; определяют, что освещенная площадь S лазерной сенсорной панели больше 55% и меньше или равна 75%, когда I4<I≤I5; определяют, что освещенная площадь S лазерной сенсорной панели больше 75% и меньше или равна 95%, когда I5<I≤I6.
[0018] На этапе S4 диапазон S вычисляют с помощью промышленного компьютера по сигналу I тока, полученному в режиме реального времени, и изменяют диапазон M, вычисленный по формуле:
когда 5%≤S≤25%, M1≤M≤M2; когда 25%<S≤45%, M2<M≤M3; когда 45%<S≤55%, M3<M≤M4; когда 55%<S≤75%, M4<M≤M5; когда 75%<S≤95%, M5<M≤M6;
где, M обозначает крутящий момент, действующий на торсионную пружину, положительные и отрицательные знаки значений M обозначают, совпадает ли направление крутящего момента с направлением спирали торсионной пружины, E обозначает модуль упругости материала торсионной пружины, d обозначает диаметр витков торсионной пружины, c обозначает осевую длину ряда рабочих витков торсионной пружины, a обозначает ширину лазерной сенсорной панели, b обозначает длину лазерной сенсорной панели, H обозначает растянутую длину торсионной пружины, n0 обозначает начальное количество витков торсионной пружины, и S обозначает освещенную площадь лазерной сенсорной панели.
На этапе S5 с помощью промышленного компьютера определяют, что цепь скребкового конвейера порвана или заклинена в соответствии с рассчитанным диапазоном S. Определяют, что цепь скребкового конвейера порвана, когда I1<I≤I2, то есть M1<M≤M2 или I5<I≤I6, то есть M5<M≤M6; определяют, что цепь скребкового конвейера заклинена, когда I2<I≤I3, то есть M2<M≤M3 или I4<I≤I5, то есть M4<M≤M5; и определяют, что цепь скребкового конвейера работает нормально, работает нормально, когда I3<I≤I4, то есть M3<M≤M4.
[0019] На этапе S6 повторяют этапы S2-S5 для мониторинга цепи скребкового конвейера в режиме реального времени.
[0020] Положительное влияние настоящего раскрытия заключается в следующем. Каждый компонент системы мониторинга, используемый в настоящем раскрытии, установлен на передаточном валу, а торсионная пружина закреплена только на внутренней стороне одной торцевой поверхности зубчатого колеса, расположенной рядом с передаточным валом, величина растяжения торсионной пружины может косвенно и точно отражать рабочее состояние зубчатого колеса и цепи, что помогает промышленному компьютеру осуществлять мониторинг состояния рабочего колеса скребкового конвейера. В этом способе относительный крутящий момент двух зубчатых колес преобразуется в изменение плотности торсионной пружины, площадь светопропускания преобразуется в текущее значение с помощью лазерной сенсорной панели, изменяющийся диапазон торсионной пружины рассчитывается промышленным компьютером с помощью предварительно заданного порогового значения и собственной программы для мониторинга рабочих условий цепи. По сравнению с прямым измерением относительного крутящего момента двух зубчатых колес, устройство может быть легко установлено и является достаточно несложным в последующем обслуживании, а также характеризуется новой концепцией, стабильной и надежной системой и высокой рекламной ценностью.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0021] Для более ясного описания технических решений в вариантах осуществления настоящего раскрытия или предшествующем уровне техники ниже кратко представлены прилагаемые графические материалы, необходимые для описания вариантов осуществления или предшествующего уровня техники. Будет очевидно, что сопроводительные графические материалы в следующем описании просто иллюстрируют некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, и специалисты в данной области техники могут получить другие сопроводительные графические материалы из этих сопроводительных графических материалов без творческих усилий.
[0022] На фиг. 1 представлено схематическое изображение системы мониторинга скребковой цепи на основании измерения светопропускания торсионной пружины и способа ее применения, предусмотренных вариантом осуществления настоящего изобретения.
[0023] На фиг. 2 представлено схематическое изображение торсионной пружины и опоры, предусмотренных вариантом осуществления настоящего изобретения.
[0024] На фиг. 3 представлена схема передачи сигнала между устройством получения сигнала, беспроводным приемником, аналого-цифровым преобразователем и промышленным компьютером, предусмотренных вариантом осуществления настоящего изобретения.
[0025] На фиг. 4 представлена блок-схема системы мониторинга, предусмотренной вариантом осуществления настоящего изобретения.
[0026] Описание ссылочных позиций:
1. Лазерная подсветка; 2. Экранированный токопроводящий провод; 3. Лазерная сенсорная панель; 4. Торсионная пружина; 5. Зубчатое колесо; 6. Передаточный вал, 7. Фиксирующее устройство; 8. Беспроводной приемник; 9. Аналого-цифровой преобразователь; 10. Промышленный компьютер; 11. Опора.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0027] Технические решения в вариантах осуществления настоящего раскрытия будут ясно и полно описаны ниже со ссылкой на сопроводительные графические материалы вариантов осуществления настоящего раскрытия. Будет очевидно, что описанные варианты осуществления являются лишь некоторыми, а не всеми вариантами осуществления настоящего изобретения. На основе вариантов осуществления настоящего изобретения, другие варианты осуществления, полученные обычными специалистами в данной области без творческих усилий, входят в объем охраны настоящего изобретения.
[0028] Как изображено на фиг. 1-4, предусмотрена система мониторинга скребковой цепи на основании измерения светопропускания торсионной пружины. Данная система содержит устройство обнаружения кручения зубчатого колеса, фиксирующее устройство 7, беспроводной приемник 8, аналого-цифровой преобразователь 9 и промышленный компьютер 10. Устройство обнаружения кручения зубчатого колеса содержит передаточный вал 6 с зубчатыми колесами 5, закрепленными на обоих концах передаточного вала 6. Средняя часть передаточного вала 6 заключена в торсионную пружину 4. Оба конца торсионной пружины 4 неподвижно соединены с одной торцевой поверхностью зубчатых колес 5 на стороне, ближайшей к передаточному валу 6, с помощью опоры 11, соответственно. Лазерная сенсорная панель 3 приклеена к средней части наружной поверхности передаточного вала 6. Лазерная сенсорная панель 3 накрыта торсионной пружиной 4 с соблюдением определенного расстояния от торсионной пружины. Лазерная подсветка 1 предусмотрена в положении посередине в верхней части фиксирующего устройства 7, и осветительный конец лазерной подсветки 1 совмещен с чувствительной зоной лазерной сенсорной панели 3. Устройство получения сигнала, беспроводной передатчик и блок питания дополнительно размещены в фиксирующем устройстве 7. Блок питания соответственно электрически соединен с лазерной подсветкой 1, устройством получения сигнала и беспроводным передатчиком. Устройство получения сигнала электрически соединено с беспроводным передатчиком. Лазерная сенсорная панель 3 электрически соединена с устройством получения сигнала в фиксирующем устройстве 7 с помощью экранированного токопроводящего провода 2, и беспроводной приемник 8, аналого-цифровой преобразователь 9 и промышленный компьютер 10 последовательно электрически соединены друг с другом.
[0029] Оба конца торсионной пружины 4 неподвижно соединены с одной торцевой поверхностью зубчатых колес 5 на стороне, ближайшей к передаточному валу 6, с помощью сварки, соответственно.
[0030] Безопасные расстояния между сварными соединениями на обоих концах торсионной пружины 4 и фиксирующим устройством 7 сохранены для предотвращения контакта торсионной пружины 4 и столкновения с фиксирующим устройством 7 на пределе деформации.
[0031] Торсионная пружина 4 относится к типу отдельно навитых, и зазоры между витками торсионной пружины сохранены. Торсионная пружина 4 находится в ослабленном состоянии во время установки, где освещенная площадь лазерной сенсорной панели 3 составляет 50 % от общей площади лазерной сенсорной панели 3, и торсионная пружина 4 установлена соосно с передаточным валом 6 и сохранено определенное расстояние от поверхности передаточного вала 6.
[0032] Фиксирующее устройство 7 выполнено в форме квадратной коробки, и беспроводной передатчик, устройство получения сигнала и блок питания встроены в квадратную коробку.
[0033] Витки торсионной пружины 4 способны накрывать лазерную сенсорную панель 3 как на пределе сжатия, так и на пределе растяжения.
[0034] Лазерная подсветка 1 установлена в средней части верхней торцевой поверхности фиксирующего устройства 7, и излучает видимый лазерный свет на чувствительную зону лазерной сенсорной панели 3, когда система находится в работе.
[0035] Принцип работы заключается в следующем. Лазерная подсветка 1 установлена в верхней части фиксирующего устройства 7, безопасные расстояния сохранены между витками торсионной пружины 4 и лазерной сенсорной панелью, торсионная пружина 4 подвергается деформации, вызванной относительным вращением зубчатого колеса, что изменяет плотность рабочих витков. Лазерная подсветка 1 излучает лазер на лазерную сенсорную панель 3 в нижней части витков через зазоры между рабочими витками торсионной пружины 4, токи различных амплитуд генерируются лазерной сенсорной панелью 3, чем достигается преобразование из изменения крутящего момента зубчатого тока в изменение тока. Сигнал тока, обработанный с помощью беспроводного передатчика в фиксирующем устройстве 7, передается на беспроводной приемник 8, и сигнал передается на аналого-цифровой преобразователь с помощью беспроводного приемника 8, цифровой сигнал передается на промышленный компьютер 10 с помощью аналого-цифрового преобразователя после дискретизации, квантования и кодирования. Диапазон крутящего момента зубчатого колеса вычисляют с помощью промышленного компьютера 10, путем сравнения значений тока с предварительно установленными пороговыми токами для определения того, что цепь скребкового конвейера порвана или заклинена.
[0036] В вариантах осуществления настоящего раскрытия дополнительно предоставлен способ мониторинга скребковой цепи на основании измерения светопропускания торсионной пружины. Способ, в частности, включает следующие этапы.
[0037] На этапе S1 промышленный компьютер 10 инициализируют и устанавливают пороговые токи I1, I2, I3, I4, I5 и I6, последовательно соответствующие различным значениям I тока, генерируемого для освещенной площади лазерной сенсорной панели 3, составляющие 5%, 25%, 45%, 55%, 75% или 95%.
[0038] На этапе S2 сигнал I тока лазерной сенсорной панели 3 обрабатывают в режиме реального времени с помощью устройства получения сигнала, и сигнал передают на промышленный компьютер 10 во время нормальной работы скребкового конвейера.
[0039] На этапе S3 с помощью промышленного компьютера 10 полученный сигнал I тока сравнивают с пороговым током. Определяют, что освещенная площадь S лазерной сенсорной панели 3 больше или равна 5% и меньше или равна 25%, когда I1≤I≤I2; определяют, что освещенная площадь S лазерной сенсорной панели 3 больше 25% и меньше или равна 45%, когда I2<I≤I3; определяют, что освещенная площадь S лазерной сенсорной панели 3 больше 45% и меньше или равна 55%, когда I3<I≤I4; определяют, что освещенная площадь S лазерной сенсорной панели 3 больше 55% и меньше или равна 75%, когда I4<I≤I5; и определяют, что освещенная площадь S лазерной сенсорной панели 3 больше 75% и меньше или равна 95%, когда I5<I≤I6.
[0040] На этапе S4 диапазон S вычисляют с помощью промышленного компьютера 10 по сигналу I тока, полученному в режиме реального времени, и изменяют диапазон M, вычисленный по формуле
когда 5%≤S≤25%, M1≤M≤M2; когда 25%<S≤45%, M2<M≤M3; когда 45%<S≤55%, M3<M≤M4; когда 55%<S≤75%, M4<M≤M5; когда 75%<S≤95%, M5<M≤M6;
где, M обозначает крутящий момент, действующий на торсионную пружину, положительные и отрицательные знаки значений M обозначают, совпадает ли направление крутящего момента с направлением спирали торсионной пружины, E обозначает модуль упругости материала торсионной пружины, d обозначает диаметр витков торсионной пружины, c обозначает осевую длину ряда рабочих витков торсионной пружины, a обозначает ширину лазерной сенсорной панели, b обозначает длину лазерной сенсорной панели, H обозначает растянутую длину торсионной пружины (кроме опор 11 на обоих концах), n0 обозначает начальное количество витков торсионной пружины, и S обозначает освещенную площадь лазерной сенсорной панели.
[0041] На этапе S5 с помощью промышленного компьютера 10 определяют, что цепь скребкового конвейера порвана или заклинена в соответствии с рассчитанным диапазоном S. Определяют, что цепь скребкового конвейера порвана, когда I1<I≤I2, то есть M1<M≤M2 или I5<I≤I6, то есть M5<M≤M6; определяют, что цепь скребкового конвейера заклинена, когда I2<I≤I3, то есть M2<M≤M3 или I4<I≤I5, то есть M4<M≤M5; и определяют, что цепь скребкового конвейера работает нормально, когда I3<I≤I4, то есть M3<M≤M4.
[0042] На этапе S6 повторяют этапы S2-S5 для мониторинга цепи скребкового конвейера в режиме реального времени.
[0043] Очевидно, что специалисты в данной области могут вносить различные изменения и модификации в настоящее раскрытие, не отступая от духа и объема настоящего раскрытия. Таким образом, если эти изменения и модификации настоящего раскрытия попадают под объем прилагаемой формулы изобретения и эквивалентной технологии, настоящее раскрытие также предназначено для охвата этих изменений и модификаций.