УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ КОНТАКТА ОПОРНОГО ВАЛИКА КОНВЕЙЕРНОЙ ЛЕНТЫ
DEVICE FOR DETERMINING THE STATE OF CONTACT OF CONVEYOR BELT PLATEN ROLLER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Данное изобретение относится к устройству определения состояния контакта опорного валика конвейерной ленты и, в частности, относится к устройству определения состояния контакта опорного валика конвейерной ленты, которое может точно определить состояние контакта опорного валика с конвейерной лентой при перемещении конвейерной ленты.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Известно, что энергия, потребляемая при приводе конвейерной ленты, изменяется в зависимости от типа конвейерной ленты или периферийного оборудования, такого как рабочие валики, а также от изменения веса транспортируемых изделий, размещенных на конвейерной ленте, или тому подобное. Поскольку число опорных валиков, поддерживающих конвейерную ленту, увеличивается при возрастании длины ленточного конвейера, потери энергии привода за счет контакта между конвейерной лентой и опорными валиками являются доминирующим фактором при определении энергетических затрат. Поэтому уменьшение потерь энергии привода, возникающих при перемещении конвейерной ленты по опорным валикам, то есть уменьшение силы сопротивления при перемещении по опорным валикам, является важным вопросом.
[0003] Для определения силы сопротивления при перемещении по опорным валикам было предложено устройство, измеряющее деформацию, возникающую в поверхностях опорных валиков во время перемещения конвейерной ленты (см. патентный документ 1). В измерительном устройстве, описанном в патентном документе 1, деформация, возникающая в поверхностях опорных валиков, измеряется с использованием отрезка конвейерной ленты заданной длины. В частности, во вращающихся поверхностях опорных валиков выполнены пазы в форме консольной балки и тензометрические датчики установлены в пазы. Затем посредством установки отрезка конвейерной ленты в фиксированном состоянии в заданном положении вращают опорные валики путем их перемещения в продольном направлении в контакте с нижней поверхностью конвейерной ленты. В этой конфигурации данные с тензометрических датчиков подаются на вход измерительного прибора по проводам.
[0004] Анализируя данные от тензометрических датчиков, можно определить состояние контакта между опорными валиками и конвейерной лентой. Однако при помощи этого измерительного устройства трудно получить данные при условиях, идентичных условиям, при которых конвейерная лента используется на практике.
Поэтому существует недостаток невозможности точного определения состояния контакта между опорными валиками и конвейерной лентой, которое соответствует состоянию контакта при фактическом использовании. Кроме того, поскольку устройство имеет структуру, в которой данные от тензометрического датчика поступают на измерительный прибор по проводам, при попытке осуществить измерение, установив устройство измерения на конвейерной ленте, установленной на данном устройстве, возникает проблема невозможности выполнить измерение из-за проводов, идущих от тензометрического датчика.
ДОКУМЕНТ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
ПАТЕНТНЫЙ ДОКУМЕНТ
[0005] Патентный документ 1: Публикация японской заявки на патент, не прошедший экспертизу, No. 2006-292736A
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ПРОБЛЕМА, РЕШАЕМАЯ ИЗОБРЕТЕНИЕМ
[0006] Целью настоящего изобретения является создание устройства определения состояния контакта опорного валика конвейерной ленты, которое сможет точно определить состояние контакта опорного валика с конвейерной лентой во время перемещения конвейерной ленты.
СРЕДСТВО РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ
[0007] Для достижения указанной выше цели создано устройство определения состояния контакта опорного валика конвейерной ленты, которое согласно настоящему изобретению включает в себя: измерительный валик, который вращается в контакте с внутренней периферийной поверхностью конвейерной ленты, натянутой между шкивами, датчик давления, установленный на вращающейся поверхности измерительного валика, датчик углового положения, определяющий угловое положение датчика давления на вращающейся поверхности, блок передачи, установленный в измерительном валике и последовательно путем беспроводной передачи передающий данные с датчика углового положения и датчика давления за пределы измерительного валика, и приемник, принимающий данные, передаваемые блоком передачи.
ПОЛЕЗНЫЙ ЭФФЕКТ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0008] В соответствии с настоящим изобретением давление, действующее на измерительный валик при его вращении в контакте с внутренней периферийной поверхностью конвейерной ленты, то есть сила сопротивления, возникающая при перемещении конвейерной ленты по измерительному валику, определяется датчиком давления, установленным на вращающейся поверхности измерительного валика. Затем угловое положение датчика давления на вращающейся поверхности определяется датчиком углового положения. Анализируя данные, можно определить состояние контакта опорного валика с конвейерной лентой во время перемещения конвейерной ленты. Кроме того, поскольку блок передачи, установленный в измерительном валике, последовательно и беспроводным способом передает данные за пределы измерительного валика для их получения приемником, можно получать данные в условиях, используемых на практике, посредством использования конвейерной ленты, закрепленной на реальном устройстве. Таким образом можно точно определять состояние контакта между опорными валиками и конвейерной лентой и изменения в состоянии контакта с течением времени.
[0009] С достижением возможности точного определения состояния контакта между конвейерной лентой и опорными валиками можно детально определять силу сопротивления, возникающую при перемещении конвейерной ленты по опорным валикам. Поскольку это в значительной степени способствует усовершенствованию конвейерной ленты, для которой необходимые энергетические затраты на привод снижены, это является большим преимуществом в части экономии энергии.
[0010] Например, можно также установить генератор электрической энергии, вырабатывающий энергию, используя вращение измерительного валика, и настроить блок передачи на беспроводную передачу данных датчика углового положения и датчика давления с использованием энергии, вырабатываемой генератором электрической энергии. Согласно этой конфигурации, поскольку нет необходимости в отдельном источнике питания для беспроводной передачи данных и энергия всегда вырабатывается при вращении измерительного валика, сбой беспроводной передачи, вызванный отключением энергии, исключен.
[0011] Кроме того, возможно устанавливать множество датчиков давления с интервалами по направлению ширины валика. При расположении датчиков давления таким образом возможно определять различия в состоянии контакта между опорными валиками и конвейерной лентой по направлению ширины ленты. Кроме того, можно также устанавливать множество датчиков давления по направлению окружности валика. При расположении датчиков давления таким образом из-за отличия в моментах времени, в которые каждый датчик давления определяет давление, действующее на измерительный валик, легко дифференцировать моменты времени, в которые данные с каждого из датчиков давления передаются путем беспроводной передачи. Таким образом можно легко идентифицировать и получать данные с каждого из датчиков давления в приемнике.
[0012] Кроме того, можно использовать конфигурацию с установленным датчиком температуры, который определяет температуру внутренней периферийной поверхности конвейерной ленты при вращении измерительного валика в контакте с ней. При данной конфигурации можно определить температуру внутренней периферийной поверхности конвейерной ленты при перемещении конвейерной ленты по опорным валиком. Таким образом, по температуре ленты могут быть определены различия в состоянии контакта между опорными валиками и конвейерной лентой.
[0013] Кроме того, можно установить вычислительный блок, вычисляющий каждую из горизонтальной составляющей силы и вертикальной составляющей силы давления, действующего на измерительный валик, на основе данных датчика давления и датчика углового положения. Согласно этой конфигурации можно более детально определить состояние контакта между опорными валиками и конвейерной лентой.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0014] Фиг. 1 - пояснительное изображение, иллюстрирующее устройство определения состояния контакта опорного валика конвейерной ленты по настоящему изобретению - вид сбоку (с боковой поверхности).
Фиг. 2 - вид в поперечном сечении в направлении ширины ленты, иллюстрирующий измерительное устройство (Фиг. 1) и его периферию.
Фиг. 3 - пояснительное изображение, иллюстрирующее внутреннюю структуру измерительного валика на Фиг. 1.
Фиг. 4 представляет собой вид в перспективе, иллюстрирующий измерительный валик на Фиг. 1.
Фиг. 5 - пояснительное изображение, схематически иллюстрирующее силы сопротивления, действующие на измерительный валик (опорный валик).
ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ СПОСОБ ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0015] Ниже приводится описание устройства определения состояния контакта опорного валика настоящего изобретения на основе вариантов осуществления, проиллюстрированных на чертежах.
[0016] Устройство 1 определения состояния контакта опорного валика конвейерной ленты данного изобретения показано на фиг. 1 - фиг. 4 (далее именуемое как измерительное устройство 1) установлено в устройстве ленточного транспортера 12 (фактическое устройство), в котором конвейерная лента 15 натянута между шкивами 14a и 14b. На стороне несущей части устройства ленточного транспортера 12 несколько опорных роликов 13 расположены с интервалами в продольном направлении ленты таким образом, чтобы контактировать с внутренней периферийной поверхностью 16 конвейерной ленты 15. Посредством множества опорных валиков 13, расположенных в направлении ширины ленты, внешняя периферийная поверхность 17 конвейерной ленты 15 принимает вогнутую форму. На обратной стороне устройства ленточного транспортера 12 опорные валики 13 соответствующим образом расположены так, чтобы входить в контакт с внешней периферийной поверхностью 17 конвейерной ленты 15 для того, чтобы плавно направлять конвейерную ленту 15.
[0017] Измерительное устройство 1 снабжено измерительным валиком 2; датчиком 5 давления, установленным на вращающейся поверхности 2а измерительного валика 2; датчиком 6 углового положения, определяющим угловое положение датчика 5 давления на вращающейся поверхности 2а; блоком 8 передачи, последовательно путем беспроводной передачи передающим данные с датчика 6 углового положения и датчика 5 давления за пределы измерительного валика 2; и приемником 9, принимающим данные, передаваемые блоком 8 передачи. Вычислительный блок 11, такой как персональный компьютер, связан с приемником 9.
[0018] В настоящем варианте осуществления измерительный валик 2 заменяет один из опорных валиков 13, установленных на несущей стороне устройства 12 ленточного транспортера. Можно также установить измерительный ролик 2 дополнительно в устройстве 12 ленточного транспортера без замены одного из опорных валиков 13. Валик с теми же или эквивалентными техническими характеристиками по наружному диаметру и т.п. из опорных валиков 13 используют в качестве измерительного валика 2. Монтажное положение измерительного валика 2 не ограничивается центральной секцией в направлении ширины ленты, он может быть установлен также и на концевой части в направлении ширины ленты. Измерительный валик 2 устанавливается в том месте, где необходимо определить данные.
[0019] Измерительный валик 2 насажен на центральную ось 3, которая поддерживается рамой 4. В этом случае измерительный валик 2 вращается вокруг центральной оси 3 посредством контакта с внутренней периферийной поверхностью 16 конвейерной ленты 15, которая перемещается в результате вращения поверхности 2а, которую вращает и приводит в движение шкив 14а.
[0020] Количество устанавливаемых датчиков 5 давления может варьироваться от одного до нескольких. В настоящем варианте осуществления множество (три) датчиков - 5а, 5b, 5с давления установлено с интервалом в направлении W ширины валика. Кроме того, датчики 5а, 5b, 5с давления установлены с интервалом по направлению С окружности валика. Каждый из датчиков 5 давления измеряет давление в направлении, которое пересекается с вращающейся поверхностью 2а (то есть в радиальном направлении валика) в местах, где датчики 5 давления установлены. В этой конфигурации данные с датчиков 5 давления передаются на блок 8 передачи, установленный в полой внутренней части измерительного ролика 2. Здесь на Фиг. 4 направление вдоль ширины валика показано стрелкой W и направление вдоль окружности валика показано стрелкой C.
[0021] Поскольку датчик 6 углового положения может определять угловое положение датчиков 5 давления на вращающейся поверхности 2а, особых ограничений по типу датчика нет. В настоящем варианте осуществления используется пара датчиков 6,6 углового положения. Один из датчиков 6 углового положения прикреплен к боковой поверхности измерительного валика 2, а другой датчик 6 углового положения прикреплен к раме 4, оба на одной боковой поверхности. В этой конфигурации, когда один датчик 6 углового положения располагается очень близко к другому датчику 6 углового положения, данные (сигнал определения) с одного датчика 6 углового положения направляются в блок передачи 8. Поскольку взаимное расположение одного датчика 6 углового положения и датчиков 5 давления в направлении по окружности валика известно, можно определить угловое положение датчиков 5 давления на вращающейся поверхности 2а в соответствии с данными с датчиков 6 углового положения. Кроме того, можно определять скорость вращения измерительного ролика 2 и скорость движения конвейерной ленты 15 в соответствии с периодом определения (время одного периода), используя датчики 6 углового положения.
[0022] В настоящий варианте осуществления дополнительно устанавливается генератор 10 электрической энергии, который вращается вокруг центральной оси 3, будучи прикрепленным к боковой поверхности измерительного валика 2. Генератор 10 электрической энергии имеет аналогичную структуру, что и динамо-машина, и вырабатывает энергию при вращении измерительного валика 2, вращающегося вокруг центральной оси 3. Энергия, вырабатываемая генератором 10 электрической энергии, используется, когда блок 8 передачи передает беспроводным способом данные с датчиков 6 углового положения и датчиков 5 давления к приемнику 9.
[0023] Кроме того, в настоящем варианте осуществления устанавливаются бесконтактные датчики 7а и 7b температуры, которые определяют температуру внутренней периферийной поверхности 16 конвейерной ленты 15, когда измерительный валик 2 вращается в контакте с лентой. Данные от датчиков 7а и 7b температуры последовательно передаются на вход вычислительного блока 11. Можно установить один из датчиков 7а и 7b температуры, но предпочтительно, чтобы было два. В непосредственной близости от части внутренней периферийной поверхности 16 конвейерной ленты 15, которая вступает в контакт с измерительным валиком 2, один датчик 7а температуры может быть установлен для определения температуры поверхности на направлении движения боковой части вверх, когда она оказывается в контакте с измерительным валиком 2, а второй датчик 7b температуры может быть установлен для определения температуры поверхности на направлении движения боковой части вниз, когда она оказывается в контакте с измерительным валиком 2.
[0024] Ниже приводится описание способа определения и измерения, как измерительный валик 2 (опорные валики 13) находится в контакте с движущейся конвейерной лентой 15, при использовании измерительного устройства 1.
[0025] Во-первых, как показано на Фиг. 1, измерительный валик 2 установлен таким образом, что вращающаяся поверхность 2a вступает в контакт с внутренней периферийной поверхностью 16 конвейерной ленты 15. То есть измерительный ролик 2 установлен таким образом, что вертикальная первоначальная нагрузка, приложенная к нему, аналогична нагрузкам опорных валиков 13 на периферии измерительного валика 2. Далее, конвейерная лента 15 перемещается в этом установленном состоянии. Таким образом, измерительный валик 2 вращается в контакте с внутренней периферийной поверхностью 16 перемещающейся конвейерной ленты 15 таким же образом, как и опорные валики 13.
[0026] Как показано на Фиг. 5, когда измерительный валик 2 (опорные валики 13) вращается в контакте с внутренней периферийной поверхностью 16 конвейерной ленты 15, сила f сопротивления действует под углом вниз к направлению перемещения ленты по измерительному валику 2 (опорным валика 13). Соответственно, когда часть вращающейся поверхности 2а, где установлены датчики 5 давления, перемещается по конвейерной ленте 15, каждый из датчиков 5 давления определяет давление f в радиальном направлении валика в его угловом положении. Это давление f - есть сила сопротивления, действующая на измерительный валик 2 (опорные валики 13), ее можно разложить на горизонтальную составляющую fh силы и вертикальную составляющую fv силы. Датчики 5 давления определяют давление f от положения Ps, в котором контакт с внутренней периферийной поверхностью 16 конвейерной ленты 15 запускается, до достижения при вращении положения Pe, при котором происходит отделение от внутренней периферийной поверхности 16. Частота выборки, при которой датчики 5 давления определяют давление f, может приблизительно быть от 2 кГц до 100 кГц.
[0027] При этом, поскольку угловое положение каждого из датчиков 5 давления может быть определено на основе данных с датчиков углового 6 положения, становится возможным определять в деталях изменения давления f за период (период - от начала перемещения до конца перемещения), в течение которого на внутренней периферийной поверхности 16 конвейерной ленты 15 осуществляется контакт с измерительным валиком 2. Поскольку изменения давления f показывают, как измерительный валик 2 (опорные валики 13) находится в контакте с конвейерной лентой 15 во время перемещения конвейерной ленты 15, можно определять состояние контакта между опорными валиками 13 и конвейерной лентой 15.
[0028] Затем, поскольку блок 8 передачи, установленный в измерительном валике 2 последовательно передает путем беспроводной передачи данные с датчиков 6 углового положения и датчиков 5 давления приемнику 9 за пределами измерительного валика 2, становится возможным получать данные в условиях практического использования конвейерной ленты 15, установленной на реальном устройстве. Таким образом, состояние контакта между измерительным валиком 2 (опорными валиками 13) и конвейерной лентой 15 может быть определено точно. Кроме того, можно также определять состояние контакта, которое изменяется с течением времени.
[0029] Анализируя давление f, измеренное измерительным устройством 1, которое есть сила сопротивления, возникающая при перемещении по опорным валикам, можно совершенствовать конвейерную ленту - делать ее с небольшой силой сопротивления, возникающей при перемещении по опорным валикам, что снижает потребление энергии при перемещении конвейерной ленты 15. Например, можно добиться энергосбережения конвейерной ленты, улучшая материал - резиновую смесь; элемент, работающий на растяжение; усиливающий наполнитель и т.п. или ленточную структуру на основе результатов измерений. Кроме того, за счет точного определения энергопотребления при перемещении имеющейся конвейерной ленты конвейерную ленту можно заменить на конвейерную ленту с более низким энергопотреблением. Таким образом, данное изобретение предлагает большое преимущество в снижении энергопотребления при перемещении конвейерной ленты.
[0030] Например, на основе данных, последовательно определяемых датчиками 5 давления и датчиками 6 углового положения, каждая из горизонтальной составляющей fh силы и вертикальной составляющей fv силы - давления f, действующего на измерительный валик 2, вычисляется вычислительным блоком 11. Затем каждая из горизонтальной составляющей fh силы и вертикальной составляющей fv силы, которые являются давлением в определенный момент времени, интегрируются по времени, в течение которого датчики 5 давления находятся в контакте с конвейерной лентой 15 - время одного полного оборота измерительного валика 2. Таким образом можно определить, как горизонтальная сила сопротивления и вертикальная сила сопротивления действовали в общей сложности на измерительный валик 2 (опорные валики 13) за период, в течение которого внутренняя периферийная поверхность 16 конвейерной ленты 15 находится в контакте с измерительным валиком 2 (опорными валиками 13), это - время одного полного оборота измерительного валика 2 (опорных валиков 13). В результате состояние контакта (распределение давления) между опорными валиками 13 и конвейерной лентой 15 может быть определено более детально.
[0031] Когда генератор 10 электрической энергии вырабатывает энергию в результате вращения измерительного валика 2, как в настоящем варианте осуществления, нет необходимости в отдельном источнике питания для беспроводной передачи данных от блока 8 передачи к приемнику 9. Так как энергия всегда вырабатывается при вращении измерительного валика 2, можно говорить об еще одном преимуществе - сбой беспроводной передачи, вызванный отключением энергии, исключен.
[0032] Когда несколько датчиков 5 давления установлены с интервалом в направлении W ширины валика, можно обнаружить разницу в состоянии контактов между опорными валиками 13 и конвейерной лентой 15 в направлении W ширины ленты. Поскольку внешняя периферийная поверхность 17 конвейерной ленты 15 имеет вогнутую форму на стороне несущей части устройства ленточного транспортера 12, состояния контактов различаются в направлении W ширины ленты. Таким образом, есть преимущество в плане определения состояния контакта в реальном устройстве 12 ленточного транспортера.
[0033] Если несколько датчиков 5 давления установлены с интервалом по направлению С окружности валика, так как моменты времени, в которые каждый из датчиков 5а, 5b и 5с давления определяет давление f, действующее на измерительном валик 2, разные, моменты времени беспроводной передачи данных с каждого из датчиков 5а, 5b и 5с давления и от блока 8 передачи к приемнику 9 легко раскладываются в шахматном порядке. Таким образом, в приемнике 9 можно легко идентифицировать и получить данные с каждого из датчиков 5а, 5b и 5c давления.
[0034] Если температура внутренней периферийной поверхности 16 конвейерной ленты 15 - при вращении измерительного валика 2 в контакте с ней - определяется установленными датчиками 7а и 7b температуры, можно определять температуру внутренней периферийной поверхности 16, когда конвейерная лента 15 перемещается по измерительному валику 2 (опорным валикам 13). В результате можно определить разницу в состоянии контакта между измерительным валиком 2 (опорными валиками 13) и конвейерной лентой 15 по температуре ленты. Рассматривая влияние изменений температуры, мы имеем преимущество в плане определения с высокой точностью силы сопротивления при перемещении по опорным валикам.
[0035] Когда температура внутренней периферийной поверхности 16 конвейерной ленты 15 определяется на боковых поверхностях измерительного валика 2, движущихся как вверх, так и вниз – в направлении перемещения ленты, и обеспечивается это температурными датчиками 7a и 7b, как в настоящем варианте осуществления, становится возможным определять более детально изменения в температуре (гистерезисные потери) конвейерной ленты 15, возникающие при перемещении конвейерной ленты 15 по измерительному валику 2 (опорным валикам 13). В результате мы имеем большое преимущество – определение с высокой точностью силы сопротивления, возникающей при перемещении по опорным валикам.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
[0036] 1 Измерительное устройство
2 Измерительный валик
2a Вращающаяся поверхность
3 Центральная ось
4 Рама
5, 5a, 5b, 5c Датчик давления
6 Датчик углового положения
7a, 7b Датчик температуры
8 Блок передачи
9 Приемник
10 Генератор электрической энергии
11 Вычислительный блок
12 Устройство ленточного транспортера
13 Опорный валик
14a, 14b Шкив
15 Конвейерная лента
16 Внутренняя периферийная поверхность
17 Внешняя периферийная поверхность