Устройство для определения износа скользящей муфты направляющего подъемника стального троса шахтного ствола и способ его определения
DEVICE FOR DETERMINATION OF SLIDING COUPLING WEARING OF GUIDING HOIST OF STEEL SHAFT OF MINE SHAFT AND METHOD OF ITS DETERMINATION

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0001] Настоящее изобретение относится к области определения степени износа и, в частности, к способу и устройству для определения износа скользящей муфты направляющего подъемника стального троса шахтного ствола, которое выполнено на основе гибкой печатной платы.
ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
[0002] В условиях развития современной промышленности Китая, во многих отраслях промышленности все большее внимание уделяют проблемам, связанным с износом деталей производственного оборудования или износом материалов, вызванным другими причинами. В случае, если степень износа некоторых деталей какого-либо оборудования превышает заданное значение, это создает риск остановки производства и напрямую влияет на стоимость выпуска продукции. При подъеме направляющего подъемника стального троса шахтного ствола, часто происходит изнашивание направляющего устройства, а именно скользящей муфты, под действием стального троса. В соответствии с «Правилами техники безопасности в угольных шахтах», в случае, если степень износа превышает определенное значение, замена скользящей муфты производится в случае, когда расстояние между внутренней стенкой скользящей муфты и стальным проволочным канатом составляет 15 мм. Поэтому, конструкция оборудования, определяющего степень износа скользящей муфты в режиме реального времени, позволяет эффективно предотвратить негативное влияние повышенной степени износа, оказываемого на производство и место, в котором происходит износ, а текущий уровень износа можно определить в режиме реального времени. Это имеет большое значение для производства в современной социальной промышленности.
[0003] Толщина деталей, как правило, определяется датчиками. Определение толщины обычным датчиком обычно предусматривает определение наличия контакта или его отсутствия, и может при этом включать в себя определение типа фотоэлектрического кодирующего диска, определение типа датчика контроля смещения, определение типа ультразвукового устройства, определение типа излучения, определение типа изотопа, определение типа вихревого тока, емкостное определение, определение типа лазера и т.д. Принцип определения имеет главным образом буквальное значение, и заключается в обеспечении соответствующего измерения с использованием звуковой волны, излучения, вихревого тока и т.д. Однако, традиционно используемый датчик является чувствителен к факторам окружающей среды, а его работа зависит от режима работы оборудования, рабочая форма также влияет на точность измерений, и установка датчика в отдельных небольших помещениях является затруднительной. Таким образом, традиционно используемый датчик в своей работе имеет существенные ограничения, касающиеся обнаружения проблем, поэтому необходимо разработать новый и надежный метод такого обнаружения, чтобы восполнить недостатки, имеющиеся у традиционно используемых датчиков.
[0004] Гибкая печатная плата (FPC) - это высоконадежная и превосходная гибкая печатная плата, выполненная из полиимида или полиэфирной пленки. Она имеет высокую плотность соединений, легкий вес, тонкую толщину, а также обладает хорошей способностью подвергаться изгибу. Диапазон применения обычного плоского FPC-кабеля используется главным образом для соединения материнской платы и дисплейной аппаратуры, которое играет существенную роль в передаче данных.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая задача
[0005] Для решения проблем, связанных с чувствительностью обычных датчиков к воздействию факторов окружающей среды, зависимостью их работы от режима работы оборудования, низким уровнем надежности, высокой стоимости и наличием неудобств при их установке, настоящее изобретение относится к способу и устройству для определения износа скользящей муфты направляющего подъемника стального троса шахтного ствола, которое выполнено на основе гибкой печатной платы, которые являются новыми в сфере определения степени износа, не имеют экологических ограничений по оборудованию, стабильно работают и не требуют больших затрат.
Техническое решение
[0006] Для достижения вышеуказанной цели настоящее изобретение предусматривает использование следующих технических решений:
Настоящее устройство для определения износа скользящих муфт включает в себя множество элементов плоского кабеля для гибких печатных плат (FPC), множество участков цепи обнаружения напряжения, систему контроля, а также оборудование для воспроизведения данных на экране.
Две торцевые стороны скользящей муфты имеют, соответственно, множество элементов плоского FPC-кабеля, множество элементов плоского FPC-кабеля, которые были последовательно соединены с концевой частью скользящей муфты вокруг отверстия для стального каната для того, чтобы обеспечить защиту. Каждый элемент плоского FPC-кабеля подключается к участку цепи обнаружения напряжения.
Система управления содержит модуль управления, блок питания цепи управления и модуль передачи данных, в котором конец входного сигнала модуля управления имеет сигнальное соединение соответственно со множеством участков цепи обнаружения напряжения, а конец выходного сигнала модуля управления подключается к модулю беспроводной передачи данных через выходную цепь. Блок питания цепи управления обеспечивает питание модуля управления.
Оборудование для воспроизведения данных на экране состоит из модуля приема данных и центральной ЭВМ, которая принимает данные, переданным модулем беспроводной передачи данных через модуль приема данных.
[0007] Каждый участок цепи обнаружения напряжения состоит из печатной платы, резистора делителя напряжения и блока питания участка цепи обнаружения, в котором печатная плата состоит из клеммы плоского FPC-кабеля и бескорпусных резисторов, количество слотов клеммы плоского FPC-кабеля соответствует количеству медных проводов на элементе плоского FPC-кабеля, один конец каждого бескорпусного резистора подключается к единственному штырю выходного разъема клеммы плоского FPC-кабеля, а другой конец сосредоточен в точке выхода. Каждый из элементов плоского FPC-кабеля имеет первый конец вывода и второй конец вывода, первый конец вывода элемента плоского FPC-кабеля представляет собой конец вывода, усиленный полиимидом, который подключается к клемме плоского FPC-кабеля на печатной плате, а конец вывода данной платы последовательно подключается к резистору делителя, блоку питания участка цепи обнаружения и второму концу вывода плоского FPC-кабеля через провод для построения участка цепи обнаружения напряжения.
[0008] Две торцевые стороны скользящей муфты жестко соединяются с корпусом участка цепи определения напряжения, и все участки цепи определения напряжения вставляются во внутрь такого корпуса.
[0009] Каждый элемент плоского FPC-кабеля имеет медный провод сечением 0,1 мм, крайний отрезок дуги окружности имеет диаметр 40 мм, медные провода находятся на одинаковом расстоянии в 1 мм, количество проводов в виде дуги окружности - 10.
[0010] Модуль управления представляет собой однокристальный микрокомпьютер STM32.
[0011] Однокристальный микрокомпьютер STM32 состоит из чипа STM32, схемы возврата в исходное положение, схемы синхронизации, схемы последовательной связи и модуля передачи данных. Схема возврата в исходное положение и схема синхронизации подключаются к пину NRST чипа STM32 и, соответственно, к пинам XTAL1 и XTAL2 для создания минимальной системы на базе однокристального микрокомпьютера.
Схема последовательной связи подключается к портам PC0, PC1, PC2, PC3, PC4, PC5, PB0, PB1 и порту GND чипа STM32 для обеспечения сбора напряжения со многих участков цепи определения внешнего напряжения.
Модуль передачи данных подключается к штырю МОДУЛЯ ATK чипа STM32, что позволит обеспечить беспроводную передачу данных, полученных вышеуказанным чипом во время работы.
[0012] Способ определения степени износа c использованием устройства для определения износа скользящих муфт предусматривает:
а, включение данного устройства до начала движения подъемника;
б, подключение множества участков цепи напряжения к системе управления, а также непрерывное считывание данных такой системой, и их передача в модуль передачи данных;
в, в случае изнашивания скользящей муфты в определенном направлении, происходит разрыв медных проводов в одном из элементов плоского FPC-кабеля на многих участках цепи определения напряжения, в котором количество оборванных медных проводов на элементе плоского FPC-кабеля является разным, что обуславливается разной степенью имеющегося износа. Таким образом, значение напряжения, определяемого участком цепи напряжения, относящегося к элементу плоского FPC-кабеля, уменьшается, а система управления получает данные о напряжении, имеющегося на двух концах резистора делителя в режиме реального времени, которые передаются с помощью модуля передачи данных, полученных модулем приема данных, и затем передаются на главный компьютер; и
г, получение, с помощью главного компьютера данных о величине износа, имеющегося в настоящий момент, путем сравнения вариаций данных в соответствии с соотношением между показаниями напряжения на двух концах резистора делителя и степенью износа, а также получение данных о точке, в которой происходит износ в соответствии с изменением показания напряжения на многих участках цепи, для отображения в режиме реального времени места, изношенного в настоящий момент.
[0013] Имеется восемь элементов плоского FPC-кабеля, две торцевые стороны скользящей муфты имеют, соответственно, четыре элемента плоского FPC-кабеля. Четыре элемента плоского FPC-кабеля последовательно соединяются с концевой частью скользящей муфты вокруг отверстия для стального каната для того, чтобы обеспечить защиту.
Полезный эффект
[0014](1) Настоящее изобретение имеет преимущество благодаря своей компактности, легкости в работе, удобству при установке, обслуживании, безопасности, надежности и невысокой стоимости.
[0015] (2) По сравнению с обычной системой определения износа, в устройстве согласно настоящему изобретению используется плоский FPC-кабель, который позволяет по новому решить вопрос определения степени износа. Данное устройство не является очень чувствительным к воздействию факторов окружающей среды, его работа не зависит от режима работы оборудования, рабочая форма не влияет на точность измерений. Помимо этого, устройство является простым в использовании на территории отдельных небольших помещений, где установка датчика является затруднительной.
[0016] (3) Пользователь может вести наблюдение с помощью аппаратуры воспроизведения данных на экране, устройство для определения износа позволяет определить нынешний уровень износа скользящей муфты и точку, в которой происходит износ в текущий момент времени. Отображение данных на дисплее является четким и понятным.
[0017] (4) В качестве основного процессора системой управления используется однокристальный микрокомпьютер. Данный процессор позволяет точно считывать и передавать данные с высокой точностью управления и высоким уровнем устойчивости.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0018] Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение настоящего изобретения.
Фиг. 2 представляет собой изометрическую боковую проекцию настоящего изобретения.
Фиг. 3 представляет собой структурное изображение элемента плоского FPC-кабеля в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 4 представляет собой структурное изображение (вид сверху) печатной платы в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 5 представляет собой схематическое структурное изображение участка цепи обнаружения напряжения в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 6 представляет собой структурное изображение системы управления в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 7 представляет собой общую схему системы управления однокристальным микрокомпьютером STM32 в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 8 Рабочая технологическая карта настоящего изобретения.
На фигурах: 1, устройство для определения износа скользящей муфты направляющего подъемника стального троса шахтного ствола; 2, элемент плоского FPC-кабеля; 3, печатная плата; 4, резистор делителя; 5, блок питания участка цепи обнаружения напряжения; 6, корпус участка цепи определения напряжения; 7, модуль приема данных; 8, главный компьютер; 9, однокристальный микрокомпьютер STM32; 10, блок питания цепи управления; 11, модуль передачи данных; 12, корпус системы управления; 13, конец вывода, усиленный полиимидом; 14, клемма плоского FPC-кабеля; 15, бескорпусный резистор; 16, стальной проволочный канат.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0019] Настоящее изобретение относится к способу и устройству для определения износа скользящей муфты направляющего подъемника стального троса шахтного ствола, которое выполнено на основе гибкой печатной платы. В целях лучшего прояснения целей, технических решений и преимуществ настоящего изобретения, оно будет более подробно описано в форме вариантов его осуществления и не должно быть ограничено в пределах таких вариантов.
[0020] Настоящее устройство для определения износа скользящих муфт включает в себя множество элементов плоского кабеля для гибких печатных плат (FPC), множество участков цепи обнаружения напряжения, систему контроля, а также оборудование для воспроизведения данных на экране.
[0021] Две торцевые стороны скользящей муфты имеют, соответственно, множество элементов плоского FPC-кабеля, множество элементов плоского FPC-кабеля, которые были последовательно соединены с концевой частью скользящей муфты вокруг отверстия для стального каната для того, чтобы обеспечить защиту; каждый элемент плоского FPC-кабеля подключается к участку цепи обнаружения напряжения.
Как показано на Фиг. 1, обе торцевые стороны скользящей муфты жестко соединяются с корпусом участка цепи определения напряжения 6, который крепится в обоих концах скользящей муфты в соответствии с установочным положением плоского FPC-кабеля.
[0022] Как показано на Фиг. 1, аппаратура воспроизведения данных на экране включает в себя модуль приема данных 7 и главный компьютер 8, модуль приема данных подключается к главному компьютеру 8, модуль приема данных 7 и главный компьютер 8 могут размещаться в пункте контроля данных, и при включении, оборудование используется для определения статуса рабочего состояния устройства в данный момент времени и отображения данных о степени износа.
[0023] Как показано на Фигурах 1-5, в данном варианте осуществления изобретения есть восемь участков цепи обнаружения напряжения, обе торцевые стороны скользящей муфты имеют четыре участка цепи обнаружения напряжения. Каждый из них содержит элемент плоского FPC кабеля 2, печатную плату 3, резистор делителя 4, а также блок питания участка цепи обнаружения напряжения 5. Четыре элемента плоского FPC-кабеля 2 последовательно соединяются с поверхностью детали, чтобы обеспечить защиту; конец вывода, усиленный полиимидом 13, элемента плоского FPC-кабеля 2 в каждом участке цепи обнаружения напряжения подключается к печатной плате и вставляется во внутрь корпуса 6, резистор делителя 4 и блок питания участка цепи обнаружения напряжения 5 устанавливаются соответственно в корпусе 6, а конец вывода, не усиленный полиимидом 13 элемента плоского FPC-кабеля 2 последовательно подключается к резистору делителя 4 через провод, резистор делителя 4 и конец вывода печатной платы 3 подключается соответственно к блоку питания участка цепи обнаружения напряжения 5; элемент плоского FPC-кабеля 2, печатная плата 3, резистор делителя 4 и блок питания участка цепи обнаружения напряжения 5 образуют замкнутую цепь.
[0024] В данном варианте осуществления изобретения, элемент плоского FPC-кабеля 2 имеет защитное покрытие, в котором, учитывая, что скользящая муфта 1 представляет собой полукольцевую полукруглую деталь, имеющую внутренний диаметр 40 мм и наружный диаметр 80 мм, внутренняя стенка является изношенной, а деталь требует замены, если уровень износа составляет более 10 мм, элемент плоского FPC-кабеля 2 в этой связи также выполнен в форме кольца, медные провода сечением 0,1 мм находятся внутри плоского кабеля, крайний отрезок дуги окружности имеет диаметр 40 мм, медные провода находятся на одинаковом расстоянии в 1 мм, количество проводов в виде дуги окружности - 10, диаметр наружного слоя составляет 49 мм, один конец элемента плоского FPC-кабеля 2 усилен полиимидом, что позволяет подключить его к клемме 14 плоского FPC-кабеля, другой конец 2 соединяет параллельно девять медных проводов, находящихся в точке вывода, а четыре элемента плоского FPC-кабеля 2 расположены в замкнутом кольцеобразном пространстве и крепятся на торцевой части скользящей муфты 1.
[0025] В данном варианте осуществления изобретения, установка элемента плоского FPC-кабеля 2: учитывая, что скользящая муфта изнашивается со стороны внутренней стенки, диаметр крайнего медного провода внутри полученного элемента плоского FPC-кабеля равен внутреннему диаметру скользящей муфты, в связи с этим, крайний медный провод плоского FPC-кабеля и внутренний диаметр скользящей муфты должны быть симметрично расположены во время установки, а участок крайнего медного провода будет полностью соответствовать размеру внутреннего диаметра скользящей муфты. Таким образом, весь плоский кабель будет закрыт со стороны торцевой части скользящей муфты.
[0026] В настоящем варианте осуществления изобретения печатная плата состоит из клеммы плоского FPC-кабеля 11 и бескорпусных резисторов 15, количество слотов клеммы плоского FPC-кабеля 14 соответствует количеству медных проводов на элементе плоского FPC-кабеля, количество бескорпусных резисторов соответствует количеству медных проводов на элементе плоского FPC-кабеля, один конец каждого бескорпусного резистора подключается к единственному штырю выходного разъема клеммы плоского FPC-кабеля, а другой конец сосредоточен в точке выхода.
[0027] Как показано на Фиг. 6, система управления включает в себя однокристальный микрокомпьютер STM32 9, блок питания цепи управления 10 и модуль передачи данных 11. Однокристальный микрокомпьютер STM32 подключается к двум концам резистора делителя, расположенном на участке цепи обнаружения напряжения, через линию передачи данных для обеспечения считывания данных. Данный микрокомпьютер подключается к модулю передачи данных через выходную цепь, а также к блоку питания цепи управления через питающий провод.
[0028] Далее, как показано на Фиг. 7, система управления однокристального микрокомпьютера STM32 состоит из чипа STM32, схемы возврата в исходное положение, схемы синхронизации, схемы последовательной связи и модуля передачи данных. Схема возврата в исходное положение и схема синхронизации подключаются к пину NRST чипа STM32 и, соответственно, к пинам XTAL2 для создания минимальной системы на базе однокристального микрокомпьютера; схема последовательной связи подключается к портам PC0, PC1, PC2, PC3, PC4, PC5, PB0, PB1 и порту GND чипа STM32 для обеспечения сбора напряжения со многих участков цепи определения внешнего напряжения; модуль передачи данных подключается к штырю МОДУЛЯ ATK чипа STM32, что позволит обеспечить беспроводную передачу данных, полученных вышеуказанным чипом во время работы.
[0029] В настоящем варианте осуществления изобретения, принцип работы участка цепи обнаружения напряжения представлен следующим образом: в процессе определения степени износа, каждый медный провод, находящийся внутри плоского FPC-кабеля отдельно и последовательно соединяется с бескорпусным резистором, затем выполняется общее параллельное соединение; в случае, если происходит обрыв медного провода, находящегося в одном из элементов плоского FPC-кабеля на четырех участках цепи напряжения, количество оборванных медных проводов в гибкой печатной плате является разным, что обуславливается разной степенью имеющегося износа. Таким образом, бескорпусный резистор, соединенный с оборванным медным проводом, отсоединяется, количество параллельно подключенных резисторов уменьшается, общее сопротивление цепи становится большим, значение суммарного тока становится меньше, значения напряжения на обоих концах резистора делителя становятся меньше; система управления получает данные о напряжении на обоих концах резистора делителя в режиме реального времени, которые передаются с помощью модуля передачи данных, полученных модулем приема данных и затем передаются на главный компьютер; текущий уровень износа можно получить путем сравнения вариаций данных в соответствии с соотношением между показаниями напряжения на двух концах резистора делителя и степенью износа; а точка, в которой происходит износ, можно также получить путем изменения каждой цепи, считывающей показания с восьми участков цепи напряжения.
[0030] Как показано на Фиг. 8, рабочий процесс устройства включает в себя следующие этапы:
а: включение данного устройства до начала движения подъемника;
[0031] б: подключение участков цепи напряжения к системе управления, считывание данных такой системой в течение длительного времени, их передача в модуль передачи данных;
[0032] в: прием с помощью модуля приема данных информации, отправленной модулем передачи данных, а также передача информации на главный компьютер.
[0033] г: отображение на главном компьютере информации о текущем уровне износа, а также информации об изношенном участке поверхности путем сравнения изменений в данных.
[0034] Информация, приведенная выше, является лишь предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, и следует отметить, что специалисты в данной области техники могут также внести ряд улучшений и изменений, не отступая при этом от принципов настоящего изобретения, которые представляют собой объем правовой охраны настоящего изобретения.