ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬНАЯ МАШИНА С ОСНОВАННЫМ НА РАДИОЛОКАЦИИ ИЗМЕРЕНИЕМ ИЗНОСА
GRINDING MACHINE WITH RADAR-BASED WEAR MEASUREMENT

Изобретение относится к измельчительной машине, такой как дробилка, мельница или тому подобное, у которой измельчаемый материал проводится через зазор, который выполнен между, по меньшей мере, одним слоем износа, нанесенным на компонент измельчительной машины, и ответной поверхностью и с прогрессирующим износом, по меньшей мере, одного слоя износа меняется в своей протяженности. Подобные измельчительные машины предусмотрены в частности для измельчения сырых материалов (сырья), так называемых минералов, и в данном случае в частности для применения в горнодобывающей промышленности или в цементной промышленности.
Поскольку примером использования для изобретения может считаться конусная дробилка, подобная конусная дробилка описана в DE 198 53 900 A1. Конусная дробилка состоит из внешнего корпуса дробилки, который с внутренней стороны облицован состоящими из слоя износа дробильными щеками (дробильной оболочкой). В закрытой дробильными щеками камере измельчения конусной дробилки расположена несущая конус дробилки ось, которая приводится приводом в движение шатания (движение типа "пьяной бочки"), причем на нижнем конце конуса дробилки между закрепленным также на его наружной стороне слоем износа и расположенным на корпусе и образующим дробильные щеки слоем износа выполнен зазор, который задает конечный размер зерна измельчаемого конусной дробилкой материала. В рамках этого измельчения, на слоях износа дробильных щек и конуса дробилки происходит непрерывный износ, который через некоторые интервалы времени требует замены соответствующего слоя износа, причем во время срока службы слоев износа при эксплуатации конусной дробилки также дополнительно доходит до изменения величины зазора дробилки.
В вышеуказанном документе DE 198 53 900 A1, для подобной конусной дробилки указан способ установки зазора дробилки, для выполнения которого вовнутрь корпуса вводится датчик, который имеет бороскоп и выполнен в виде соединенного с телекамерой эндоскопа, и при помощи которого область зазора дробилки регистрируется телекамерой и визуализируется на мониторе. На основе сравнения измеренных в каждом случае значений для зазора дробилки с зафиксированными в новом состоянии конусной дробилки значениями может определяться имеющий в каждом случае место износ. С известной конусной дробилкой и относящимся к ней способом связан еще тот недостаток, что состоящий из бороскопа, эндоскопа, телекамеры и монитора измерительный блок имеет сложную конструкцию и в своей эксплуатации сложен в обращении. При этом, в частности, является трудоемким, для выполнения измерения датчик в каждом случае вводить вовнутрь корпуса и там в каждом случае позиционировать таким образом, что могут выполняться повторяемые измерения с сопоставимыми значениями. Одновременно имеет место тот дальнейший недостаток, что поток измельчаемого материала должен прерываться, и дробилка должна быть полностью опорожнена. Таким образом, соответствующие времена подготовки неизбежны для выполнения каждого измерения.
Далее из US 3,944,146 A известно при конусной дробилке использовать ультразвуковую технику для контроля зазора дробилки, а также для определения износа, имеющего место на внутреннем слое износа. Измерительная система включает в себя две ультразвуковые головки, из которых одна расположена в области зазора дробилки в корпусе дробилки за пределами закрепленного на нем слоя износа, а другая в области нижнего основания корпуса дробилки, причем с последней ультразвуковой головкой согласована отражающая поверхность, расположенная на поршне системы гидравлического цилиндра для перемещения конуса дробилки в корпусе дробилки. Обе ультразвуковые головки соединены с ультразвуковым измерительным блоком, а также с осциллографом для отображения пиков сигналов. Расположенная в области зазора дробилки ультразвуковая головка служит для непосредственного определения соответствующей толщины слоя износа в том случае, если испущенный ультразвуковой головкой сигнал отражается на внешней поверхности слоя износа, и время прохождения сопоставляется с имеющим место для нового состояния слоя износа временем прохождения. Если выходящие из этой ультразвуковой головки акустические волны попадают после проникновения через слой износа на противоположную поверхность конуса дробилки, то из этого может выводиться протяженность зазора дробилки. Так как это определение зазора дробилки не возможно во время эксплуатации конусной дробилки из-за проходящего через зазор дробилки материала, согласно US 3,944,146 A предложено для непрерывного контроля зазора дробилки применение второй, расположенной в основании корпуса дробилки ультразвуковой измерительной системы, причем на основе результатов обоих ультразвуковых измерительных устройств протяженность зазора дробилки определяется во время работы конусной дробилки математически и вследствие этого контролируется. С известной конусной дробилкой связан по существу тот недостаток, что применение ультразвуковой техники в измельчительных машинах и в частности в дробилках проблематично, так как ультразвук искажается возникающими при дроблении рабочими шумами и шумами измельчения, если использованные частоты перекрываются обусловленными шумами шумовыми помехами.
Из WO 2014/187824 A1 известна измельчительная машина с измерительной системой, которая основывается на использовании RFID-датчиков (радиочастотной идентификации), которые могут беспроводным образом сообщаться с соответствующим устройством. RFID-датчики расположены на активных мельничных элементах, и при прогрессирующем износе мельничных элементов RFID-метки друг за другом разрушаются, так что соответствующая связь с разрушенными RFID-метками больше не возможна. Таким образом, благодаря соответствующему, компьютерному, цифровому считыванию может обнаруживаться, насколько распространился износ активных мельничных элементов, причем мельничные элементы выполнены в виде мельничных дисков, которые изнашиваются с наружной стороны и уменьшаются в диаметре. Если несколько RFID-меток, начиная от крайнего диаметра, расположены на мельничных дисках, и разрушаются внешние RFID-метки благодаря абразивному износу, то датчиками может обнаруживаться, насколько распространился износ мельничных дисков.
Однако такое применение RFID-меток не может реализовываться при дробилке для открытых горных работ, так как дробильные щеки дробилки не предоставляют возможность принимать RFID-метки, так чтобы они могли выполнять свою функцию также без износа. Благодаря сильному механическому воздействию на дробильные щеки длительная работоспособность RFID-меток не может обеспечиваться, даже если абразивный износ активной дробильной поверхности дробильных щек еще не распространился до разрушения RFID-меток. Следовательно, ставится задача разработать измерение износа для дробилки, которая может использоваться в открытых горных работах, и при помощи которой могут измельчаться твердые, крупнодисперсные сырые материалы, и создать условия для измерения износа в частности во время эксплуатации дробилки.
Исходя из этого, в основе изобретения лежит задача оснастить измельчительную машину указанного вначале типа таким образом, что при помощи имеющей более простую конструкцию измерительной системы может без существенных времен подготовки выполняться точное определение износа и зазора, а также указать способ оценки для определения создавшегося износа и имеющегося в каждом случае зазора.
Решение этой задачи проистекает, включая предпочтительные варианты осуществления и усовершенствования изобретения, из содержания формулы изобретения, которая следует за этим описанием.
Изобретение предусматривает в своей основной идее то, что для определения износа, возникающего на слое износа, и/или для определения имеющей место в каждом случае протяженности зазора между слоем износа и ответной поверхностью расположена радиолокационная антенна, причем радиолокационная антенна включает в себя антенную область и изнашиваемую часть, которая согласована, по меньшей мере, с предусмотренной для допустимого износа областью слоя износа и с износом слоя износа в каждом случае укорачивается.
Таким образом, изобретение делает при определении износа возможным использование радиолокационной техники, для которой имеются в распоряжении надежные, точные и эффективные измерительные приборы. Особенность изобретения заключается в использовании неподвижно заделанной в состоящий из материала износа слой износа радиолокационной антенны, длина которой укорачивается при непрерывном износе слоя износа, так что в любое время и в любом рабочем состоянии, привлекая возникающее при каждом изменении материала отражение радиолокационных лучей (эпсилон R значение - диэлектрическая проницаемость), возможно непосредственное определение остаточной толщины слоя износа, а через определение расстояния между находящимся в каждом случае на внешней поверхности износа слоя износа концом радиолокационной антенны и противоположной ответной поверхностью измельчительной машины возможно определение зазора между слоем износа и ответной поверхностью. Дополнительно на основе измеренных значений можно также определять имеющий место на ответной поверхности износ, если на эту ответную поверхность нанесен слой износа. При этом радиолокационная антенна состоит из антенной области с по существу известным исполнением и наращенной на ней изнашиваемой части, длина которой имеет, по меньшей мере, настолько большое значение, как протяженность или толщина того участка слоя износа, который допустимым образом предусмотрен для износа перед необходимой заменой слоя износа. Это означает, что изнашиваемая часть соответствующей изобретению радиолокационной антенны может также иметь большую длину, чем толщина допущенной области износа слоя износа, то есть может также распространяться по всей толщине нанесенного на соответствующий компонент измельчительной машины слоя износа. Под понятием назначаемого радиолокационной антенне лепестка измерительной диаграммы направленности следует в общих чертах понимать область распространения выходящих из радиолокационной антенны радиолокационных волн.
В этом отношении с изобретением связано то преимущество, что отдельные времена подготовки для выполнения измерений не требуются, так как отдельные компоненты радиолокационной измерительной техники прочно встроены в измельчительную машину. Таким образом, изобретение делает по сравнению с известной из US 3,944,146 A ультразвуковой измерительной техникой возможными существенно более быстрые, а также выполняемые во время непрерывной эксплуатации измерения, причем может быть выше вероятность того, что область измерения в момент времени измерения свободна от измельчаемого материала. Кроме того, использование радиолокационной антенны позволяет по сравнению с использованием ультразвука более фокусированный измерительный пучок, а также более чистый характер распространения.
Изобретение можно при этом использовать не только для привлеченной в качестве примера конусной дробилки, но и для других типов конструкции дробилки, таких как в частности щековая дробилка или вальцовая дробилка, а также для дальнейших измельчительных устройств, таких как мельницы и тому подобное, если при измельчительных машинах доходит до регистрации состояния износа облицовки корпуса или до определения ширины зазора, имеющегося между облицовкой корпуса и измельчительным инструментом.
Если должно быть обеспечено, что возникают обусловленные включением дополнительной изнашиваемой части, примыкающей к антенной области, и искажающие результат измерения отражения или потери в радиолокационных волнах, то согласно примеру осуществления изобретения предусмотрено, что изнашиваемая часть радиолокационной антенны имеет по сравнению с коническим внешним видом антенной области незначительно расширяющуюся по направлению к ответной поверхности конусность и выполнена таким образом, что при прохождении радиолокационных волн через изнашиваемую часть направленное действие антенны сохраняется, и предотвращаются более высокие типы волн (моды), то есть другие типы волн, чем основные типы волн. При этом изнашиваемая часть предпочтительно выполнена из сравнительно износостойкого материала, как и слой износа, имеющего однако подходящие для радиолокации диэлектрические свойства. В качестве предпочтительного материала здесь можно назвать имеющую соответствующие свойства керамику.
Согласно примерам осуществления изобретения антенная область радиолокационной антенны выполнена в виде рупорной антенны, причем предпочтительно используется рупорная антенна, которая заполнена материалом, имеющим подходящие диэлектрические свойства, например подходящей керамикой. Подобные рупорные антенны в целом известны в радиолокационной технике. Помимо этого использование заполненной рупорной антенны является предпочтительным по сравнению с распространенной в радиолокационной технике открытой рупорной антенной, которая при использовании в измельчительной машине легко засорилась бы дробильным материалом самой разной консистенции.
В частности может быть предусмотрено, что отдельные компоненты антенной области и изнашиваемой части в каждом случае друг с другом склеены, спаяны или сцементированы.
Альтернативно может быть предусмотрено, что отдельные компоненты антенной области и изнашиваемой части расположены подвижно друг относительно друга. Этот вариант осуществления учитывает при необходимости то обстоятельство, что компоненты радиолокационной антенны могли бы во время эксплуатации измельчительной машины нагреваться, причем следовало бы учитывать различные коэффициенты расширения материалов. Конкретно могло бы быть предусмотрено, например, расположение со скольжением компонентов на промежуточных перемычках или же расположение в рамках делающей возможным послойное скольжение и состоящей из различных материалов соединительной системы.
Согласно примеру осуществления изобретения предусмотрено, что радиолокационная антенна размещена в защитной трубе, которая заделана в слой износа и изнашивается со съемом слоя износа.
Согласно примеру осуществления изобретения предусмотрено, что радиолокационная антенна при помощи присоединенного к ней волновода присоединена к радиолокационному датчику, причем может быть предусмотрено, что радиолокационный датчик расположен за пределами камеры измельчения измельчительной машины.
Если измельчительные машины имеют толстостенные корпусы, или лишь соответствующая радиолокационная антенна должна располагаться в такой толстостенной области корпуса, может быть предусмотрено, что между выполненным на радиолокационной антенне фланцем и радиолокационным датчиком расположен удлинитель волновода. В качестве дополнительного удлинителя волновода может применяться в частности известный из уровня техники полый проводник (волновод).
Если между удлинителем волновода и антенной областью радиолокационной антенны имеется переход радиолокационных волн между двумя различными средами, для создания соответствующего плавного перехода радиолокационных волн может быть предусмотрено то, что расположена переходная область, которая состоит из подходящего для просветления переходного материала.
Согласно примеру осуществления изобретения предусмотрено, что радиолокационная антенна полностью заделана в слой износа. Однако альтернативно может быть также предусмотрено, что согласование радиолокационной антенны со слоем износа таково, что радиолокационная антенна расположена на свободном конце слоя износа, непосредственно прилегая к нему, то есть, например, на нижнем конце слоя износа.
Наконец, согласно примеру осуществления изобретения может быть предусмотрено, что в слое износа и/или части корпуса расположены каналовидные выемки для приема радиолокационной антенны и/или удлинителя волновода, так что соответствующие компоненты измельчительной машины подготовлены при изготовлении в заводских условиях для вставки соответствующей изобретению радиолокационной антенны. При необходимости заделанная в слой износа радиолокационная антенна может в частности во время отливки слоя износа интегрироваться или встраиваться в него. При этом следует также учитывать размещение равным образом радиолокационного датчика в соответствующей выемке.
Если выполненная в соответствии с разъясненными выше признаками измельчительная машина предоставляет соответствующие данные измерений для времени прохождения радиолокационных волн, которые введены в интегрированную в конструкцию измельчительной машины радиолокационную антенну, то для оценки этих данных измерений предусмотрено в отношении определения износа, имеющего место на слое износа, то, что в блоке оценки разность времени прохождения радиолокационных волн, подаваемых в состоящую из антенной области и изнашиваемой части радиолокационную антенну, между их входом в антенную область и их выходом из изнашиваемой части определяется и сопоставляется с заданной в новом состоянии измельчительной машины длиной остающейся неизменной антенной области и подвергающейся износу изнашиваемой части, и из этого определяется имеющий место в каждом случае в момент времени измерения износ слоя износа.
В усовершенствовании изобретения можно определять соответствующую протяженность (ширину) зазора, если дополнительно время прохождения радиолокационных волн между их выходом из изнашиваемой части радиолокационной антенны вплоть до попадания на ответную поверхность определяется и задается в качестве меры протяженности существующего между слоем износа и ответной поверхностью зазора.
При наличии значений для износа, имеющего место на слое износа, а также для протяженности зазора можно также определять износ, который имеет место в области ответной поверхности, то есть, например, на выполненном на конусе дробилки слое износа, благодаря тому, что имеющий место на слое износа в момент времени измерения износ, включая имеющую место в момент времени измерения протяженность зазора, сопоставляется с заданными в новом состоянии измельчительной машины размерами для слоя износа и зазора, и из этого определяется износ, имеющий место на образующем ответную поверхность слое износа конуса дробилки.
На чертеже изображены примеры осуществления изобретения, которые описаны ниже. На чертеже показаны:
фиг. 1 - на изображении в перспективе выполненная в виде конусной дробилки измельчительная машина;
фиг. 2 - фрагмент области корпуса конусной дробилки с интегрированной в нее радиолокационной антенной на увеличенном изображении;
фиг. 3 - предмет с фиг. 2 в модифицированном варианте осуществления; и
фиг. 4 - радиолокационная антенна согласно фиг. 2 или 3 на увеличенном детальном изображении.
Поскольку изобретение разъясняется далее более подробно на основе выполненной в виде конусной дробилки измельчительной машины, фиг. 1 соответствует соответствующему изображению в указанном документе DE 198 53 900 A1. Конусная дробилка 10 состоит из корпуса 11, внутренняя сторона которого покрыта обозначенным как дробильные щеки слоем 12 износа. Во внутреннем пространстве корпуса 11 расположен образующий ответную поверхность 35 для слоя 12 износа конус 13 дробилки, который опирается на нижнюю часть 14 корпуса и приводится в движение приводом 15. Конус 13 дробилки оснащен на своей наружной стороне слоем 20 износа, внешняя сторона которого образует ответную поверхность 35. Если выполненные в каждом случае с противоположной конусностью слой 12 износа и конус 13 дробилки со слоем 20 износа образуют дробильный зазор в своем самом узком месте, этот дробильный зазор находится на высоте области 16 фланца, которая образована из относящейся к верхней части корпуса верхней части 17 фланца и относящейся к нижней части 14 корпуса нижней части 18 фланца.
Поскольку фиг. 2 показывает фрагмент на увеличенном изображении, этот фрагмент относится к плоскости области 16 фланца, и таким образом на фиг. 2 можно увидеть верхнюю часть 17 фланца и нижнюю часть 18 фланца. Далее можно увидеть, что размещенный на внутренней стороне корпуса 11 слой 12 износа нанесен на корпус 11 с промежуточным слоем частичной заливочной массы 21; то же самое относится к размещению слоя 20 износа на конусе 13 дробилки. В самом узком месте между слоем 20 износа конуса 13 дробилки и слоем 12 износа корпуса 11 определен в качестве дробильного зазора зазор 22.
В изображенном на фиг. 2 примере осуществления описываемая еще в дальнейшем в отношении своей конструкции радиолокационная антенна 23 расположена непосредственно под слоем 12 износа, причем в нижней части 18 фланца и прилегающей части корпуса 11 выполнено отверстие 24, через которое радиолокационная антенна 23 может проталкиваться до изображенного положения. Для этого может быть предусмотрено, что в слое износа и/или в соответствующем корпусе уже подготовлены каналовидные выемки, которые служат для приема радиолокационной антенны и/или соединительной трубы. Если радиолокационная антенна 23 подключена к не изображенному дополнительно и известному из радиолокационной техники волноводу, в частности полому проводнику, то волновод проходит через отверстие 24 за пределы корпуса 11 и здесь подключен к установленному в подходящем месте и обозначенному ссылочной позицией 36 радиолокационному датчику.
В изображенном на фиг. 3 примере осуществления соответствующее отверстие 24 для приема и соответственно проведения радиолокационной антенны 23 выполнено в верхней части 17 фланца, что означает, что радиолокационная антенна 23 расположена теперь внутри слоя 12 износа и полностью заделана в него. Из-за большей протяженности согласованной области корпуса или верхней части 17 фланца здесь предусмотрено, что между концом радиолокационной антенны 23 и не изображенным здесь дополнительно волноводом использован дополнительный удлинитель 31 волновода, один, передний конец которого соединен с радиолокационной антенной 23, и на заднем конце которого подключен посредством не изображенного дополнительно соединения соединенный с радиолокационным датчиком волновод.
Конструкция радиолокационной антенны 23 изображена в подробностях на фиг. 4. Согласно фиг. 4 радиолокационная антенна 23 состоит из образующей среднюю часть изображения антенны антенной области 25 и примыкающей к ней слева на изображении изнашиваемой части 26. На внешнем правом конце антенной области 25 расположен соединительный элемент 30 для не изображенного дополнительно и имеющего круглое поперечное сечение волновода в виде полого проводника. Между антенной областью 25 и соединительным элементом 30 расположена дальнейшая переходная область 33. Антенная область 25 радиолокационной антенны 23 состоит из известной в радиолокационной техники и заполненной имеющим подходящие диэлектрические свойства материалом рупорной антенны с конически расширяющимся в направлении изнашиваемой части 26 поперечным сечением области 27 распространения радиолокационных волн. Изнашиваемая часть 26 имеет по сравнению с конусностью области 27 распространения антенной области 25 всего лишь незначительную конусность на своей стенке 28 и равным образом заполнена имеющим подходящие диэлектрические свойства износостойким материалом 29. Для этого может использоваться подходящая керамика. Тем самым должно быть в частности обеспечено, что распространяющиеся из антенной области 25 радиолокационные волны не испытывают при прохождении через изнашиваемую часть 26 искажающего результат измерения, гасящего или заглушающего воздействия или отражений. Переходная область 33 содержит известное в радиолокационной технике просветление, которое обеспечивает плавный переход распространения волн из соединительного элемента 30 в антенную область 25. Конструкция радиолокационной антенны 23 окружена внешней защитной трубой 32, которая может быть выполнена в виде металлической трубы. Эта защитная труба подвергается равным образом, как и изнашиваемая часть 26 радиолокационной антенны 23, при прогрессирующем износе слоя 12 износа соответствующему абразивному износу.
В зависимости от конструкции и соответственно расположения радиолокационной антенны 23 возникает для выполненного, например, в виде импульсного радиолокатора радиолокационного датчика согласовываемое время прохождения радиолокационных волн до возникающего в каждом случае на граничном слое отражения. Так, можно при непосредственном подключении полого проводника к антенной области 25 радиолокационной антенны 23 равным образом определять время прохождения радиолокационных волн от радиолокационного датчика по заполненному воздухом полому проводнику до входа в антенную область 25, как и их время прохождения до выхода из радиолокационной антенны на ее передней концевой поверхности изнашиваемой части 26 в среду воздух. Эта непосредственно измеряемая при импульсном радиолокаторе разность времен прохождения представляет собой меру для остающейся в момент времени измерения длины радиолокационной антенны 23 или изнашиваемой части 26, и посредством сравнения с заданной в новом состоянии измельчительной машины длиной остающейся неизменной даже при износе антенной области 25, а также изнашиваемой части 26 можно определять имеющуюся в каждом случае актуальную толщину материала слоя 12 износа и устанавливать создавшийся за это время износ.
Поскольку выходящие из радиолокационной антенны 23 радиолокационный волны попадают после прохождения существующего в момент времени измерения зазора 22 на находящийся на конусе 13 дробилки слой 20 износа в качестве ответной поверхности 35 и отражаются от него, можно равным образом определять разность между временем прохождения радиолокационных волн до выхода из радиолокационной антенны 23 и временем прохождения до попадания на ответную поверхность 35 на конусе 13 дробилки, и из этой разности времен прохождения можно выводить непосредственно протяженность зазора 22, которая также желательна в качестве контрольной величины.
Сверх этого, изобретение помимо измерения износа на нанесенном предпочтительно на внутреннюю стенку измельчительной машины слое 12 износа делает вследствие этого возможным также определение толщины нанесенного на внешнюю сторону конуса 13 дробилки слоя 20 износа или создавшегося на нем износа. На основе знания износа, создавшегося на слое 12 износа, и имеющейся в момент времени измерения протяженности зазора 22 возможен обратный расчет в отношении износа, создавшегося на слое 20 износа, если имеются в наличии действительные для нового состояния измельчительной машины размеры слоя 12 износа и зазора 22, и на основе создавшихся в момент времени измерения изменений толщины слоя 12 износа и соответственно протяженности зазора 22 также возможен расчет создавшегося на слое 20 износа конуса 13 дробилки изменения.
Если используется радиолокатор с частотной модуляцией, то аналогично разностям времен прохождения при импульсном радиолокаторе справедливы регистрируемые соответствующим образом разности частот, которые делают возможной соответствующую оценку.
Раскрытые в вышеизложенном описании, формуле изобретения, реферате и на чертеже признаки предмета этих документов могут быть как по отдельности, так и в произвольных комбинациях друг с другом существенны для реализации изобретения в его различных вариантах осуществления.