Способ обнаружения и встроенное устройство, предназначенное для определения угла поворота скребка скребкового конвейера
METHOD OF DETECTION AND BUILT-IN DEVICE INTENDED FOR DETERMINATION OF SCRAPER CONVEYOR SCRAPER TURNING ANGLE

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0001]
Настоящее изобретение относится к области скребковых конвейеров, в частности к способу обнаружения и встроенному устройству, предназначенному для определения угла поворота скребка скребкового конвейера.
ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
[0002]
Будучи основным видом оборудования, предназначенного для механизированной добычи угля в комплексно-механизированном очистном забое, скребковые конвейеры выполняют важные задачи по транспортировке угля, задавая рабочее направление для движения горных комбайнов и смещая ось вращения гидравлических опор. Принцип работы скребковых конвейеров предусматривает обязательную для них необходимость выдерживать воздействия растягивающей и сжимающей силы, местного изгиба, динамических нагрузок, ударов и т.п. в процессе их эксплуатации, а жёсткие условия рабочей среды вызывают значительную коррозию у основных деталей скребковых конвейеров, значительно снижают технический ресурс указанных выше деталей, а также с высокой вероятностью приводят к возникновению неисправностей, снижают скорость запуска комплектного оборудования, предназначенного для выполнения работ в комплексно-механизированном очистном забое, а также значительным образом ограничивают эффективность работы крупных угольных в Китае.
[0003]
Для повышения надежности скребковых конвейеров очень важно следить за состоянием скребковых конвейеров в режиме реального времени. Согласно результатам детально проведенного анализа скребки расположены всегда перпендикулярно краю среднего желоба в оптимальных условиях эксплуатации. В случае возникновения неисправностей в скребковых конвейерах, например, ослабление натяжки, пропуск и разрыв цепи, скребки, как правило, создают больший наклонный угол поворота, нежели это предусмотрено оптимальными условиями эксплуатации; информация, касающаяся угла поворота скребковых конвейеров, может быть использована для оценки того, работают ли скребковые конвейеры в нормальном режиме или нет. Тем не менее в настоящее время технология, которая позволила бы реально определить угол поворота скребков в процессе эксплуатации скребковых конвейеров, всё ещё отсутствует как внутри страны, так и за её пределами. Поэтому определение угла поворота скребков в режиме реального времени при динамической работе скребковых конвейеров при минимальных затратах имеет важное значение для повышения безопасности в процессе эксплуатации скребковых конвейеров.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая задача
[0004]
Первоначальной целью настоящего изобретения является обеспечение встроенным устройством, предназначенным для определения угла поворота скребка скребкового конвейера, которое должно иметь простое конструктивное исполнение, низкую стоимость, а также хороший коэффициент использования.
[0005]
Второй целью настоящего изобретения является предоставление способа определения угла поворота скребка скребкового конвейера с использованием вышеупомянутого устройства, которое позволит определить с высокой степенью точности угла поворота скребков в режиме реального времени.
Техническое решение
[0006]
Для достижения вышеуказанных целей в рамках настоящего изобретения было принято следующее техническое решение: встроенное устройство состоит из выдвижных устройств обнаружения, датчиков обнаружения сигнала, дистанционного устройства обработки данных; выдвижные устройства обнаружения соединены с датчиками обнаружения сигнала через соединительные кабели, а два выдвижных устройства обнаружения и два датчика обнаружения сигнала расположены, соответственно, на обоих концах скребка.
[0007]
Каждое выдвижное устройство обнаружения состоит из наружного цилиндра, направляющего кольца I, оправки, измерительного преобразователя, опорного кольца, направляющего кольца II, радиопеленгатора, измерительного контактного кольца, измерительного щупа и нижней крышки; соединительная резьба расположена на наружной поверхности каждого наружного цилиндра, один конец каждого наружного цилиндра крепится к нижней крышке, другой конец - к направляющему кольцу I, каждое опорное кольцо крепится на внутренней стенке наружного цилиндра, каждое направляющее кольцо II вставляется в опорное кольцо, каждая оправка последовательно друг за другом проходит через направляющее кольцо I и кольцо II, один конец оправки, расположенный на наружной стороне наружного цилиндра, имеет резьбовое соединение с измерительным преобразователем, шарик расположен между одним концом оправки, расположенной на наружной поверхности наружного цилиндра и измерительным преобразователем, один конец оправки, расположенный на внутренней стороне наружного цилиндра, крепко соединен с соединительной планкой, направляющие штоки вертикально закреплены на каждой соединительной планке, предварительно натянутые пружины проходят по направляющим штокам сквозным способом, два конца каждой предварительно натянутой пружины, соответственно, входят в контакт с соединительной планкой и нижней крышкой; каждое измерительное контактное кольцо крепится к внутренней стенке наружного цилиндра; в качестве основного материала, из которого выполнены измерительные контактные кольца, является полиамидная или полиэфирная плёнка; токороводящие медные провода, равномерно распределённые с определённым интервалом и соединенные между собой, расположены на поверхности измерительных контактных колец; каждый измерительный щуп расположен на одном конце соединительной планки; измерительные щупы вступают в контакт с поверхностью токопроводящих медных проводов, расположенных на измерительных контактных кольцах; каждый радиопеленгатор состоит из направляющего кольца III, контрольного кольца, левой и правой полярных пластин, пеленгаторной полярной пластины, направляющие кольца III устанавливаются на оправки при помощи муфты и надёжно соединяются с контрольными кольцами; левая и правая полярные пластины крепятся к наружной поверхности контрольных колец с определенным шагом; передние концы пеленгаторных полярных пластин расположены между левыми и правыми полярными пластинами, а задние концы пеленгаторных полярных пластин крепятся с резьбовыми отверстиями по направлению толщины стенки наружных цилиндров.
[0008]
Каждый датчик обнаружения сигнала состоит из модуля обнаружения сигнала и модуля беспроводной передачи данных, дистанционное устройство обработки данных состоит из модуля для приёма данных по беспроводной сети и модуля обработки и отображения сигналов; каждый модуль обнаружения сигнала соединяется с вводной частью модуля беспроводной передачи данных, выводная часть каждого модуля беспроводной передачи данных соединяется с вводной частью модуля для приёма данных по беспроводной сети, а выводная часть модуля для приёма данных по беспроводной сети соединяется с модулем обработки и отображения сигналов.
[0009]
Предпочтительный вариант реализации настоящего изобретения предусматривает, чтобы направляющие штоки были симметрично расположены относительно линии продолжения каждой из оправок.
[0010]
При этом одна концевая часть каждого шарика соприкасается с концевой частью оправки, а другая концевая часть каждого шарика зажимается в круглом отверстии, выполненном в измерительном преобразователе.
[0011]
Кроме того, постоянный диапазон значений интервала токопроводящих медных проводов на поверхности каждого измерительного контактного кольца составляет от 0,1 мм до 1 мм.
[0012]
Помимо этого, после того как каждая пеленгаторная полярная пластина коснётся левой полярной пластины, диапазон расстояний между пеленгаторной полярной пластиной и правой полярной пластиной составит 0,02 мм - 0,05 мм.
[0013]
Помимо этого, каждая нижняя крышка имеет отверстие для подключения кабеля.
[0014]
Способ определения угла поворота скребка с помощью вышеуказанного устройства включает в себя следующие этапы:
[0015]
1) качественная механическая обработка резьбовых отверстий, которые были подогнаны к наружной поверхности наружных цилиндров с двух сторон скребка, выделение места для размещения датчиков обнаружения сигнала на двух концах нижней части скребка, механическая обработка отверстий под провод между выдвижными устройствами обнаружения и датчиками обнаружения сигнала в скребке, надежное соединение винтами двух выдвижных устройств обнаружения с резьбовыми отверстиями, обработанными механическим способом в скребке, размещение соответствующим образом двух датчиков обнаружения сигнала в специально отведенном для них месте, находящемся в скребке, и завершение работ по подключению соединительных кабелей между выдвижными устройствами обнаружения и датчиками обнаружения сигнала;
[0016]
L
2) подача давления на оправки выдвижных устройств обнаружения для того, чтобы наружные края шариков совпали с наиболее выступающим краем скребка, принимая положение выдвижных устройств обнаружения за исходную точку, приведение измерительных щупов и измерительных контактных колец в исходное положение, обеспечение контакта между пеленгаторными полярными пластинами и левыми полярными пластинами в исходном положении, измерение ручным способом расстояния  между наиболее выступающими краями двух сторон скребка в данным момент времени;
[0017]
L
3) установка скребка, оснащенного выдвижными устройствами обнаружения, в средний желоб, обеспечивая таким образом автоматическое удлинение оправок для обеспечения их касания с краем среднего желоба за счёт воздействия предварительно натянутых пружин, что тем самым позволяет датчикам определения сигнала определить характер контакта радиопеленгаторов и состояния включения-выключения измерительных контактных колец и измерительных щупов в режиме реального времени во время перемещения, определение формулы для расчёта уровня смещения Δ, которое возникает при движении выдвижных устройств обнаружения:
L
N
N
d
лев.
прав.
Δ=(-)×Δ,
N
N
d
лев
прав
где  - полученное в результате обнаружения количество переключений измерительных контактных колец и измерительных щупов с выкл на вкл. после того, как левые полярные пластины коснутся пеленгаторных полярных пластин,  - полученное в результате обнаружения количество переключений измерительных контактных колец и измерительных щупов с выкл на вкл. после того, как правые полярные пластины коснутся пеленгаторных полярных пластин, Δ- расстояние между расположенными рядом друг с другом токопроводящими медными проводами на измерительных контактных кольцах;
[0018]
L
L
L
L
01
02
11
12
4) В случае, когда скребковый конвейер находится в отключенном состоянии, и скребок не находится в наклонном состоянии относительно выступа среднего желоба, определение уровня смещения, возникающего во время движения выдвижных устройств обнаружения на двух концах, с помощью выполнения расчётов по формуле на этапе 3) регистрируется следующим образом: Δ и Δ, обнаруженный уровень смещения, возникший во время движения выдвижных устройств обнаружения на двух их концах в ходе нормального протекания производственного процесса на скребковом конвейере, обозначается следующим образом: Δ и Δ, определение уровня смещения, возникающего во время движения выдвижных устройств обнаружения, с помощью датчиков обнаружения сигнала в режиме реального времени и подача сигналов о неисправности происходит через модули беспроводной передачи данных; и
[0019]
α
5) после того, как дистанционное устройство обработки данных (5) примет сигнал о смещении, возникшем во время движения выдвижных устройств обнаружения (3),  в режиме реального времени будет рассчитан угол поворота  скребка, будет получено и одновременно отображено значение угла поворота, значение угла поворота, измеренное в режиме реального времени сопоставляется с заданным порогом безопасности, сигнал о неисправности подаётся в том случае, когда значение угла поворота превышает заданный порог безопасности.
Полезный эффект изобретения
[0020]
По сравнению с предшествующим уровнем техники настоящее изобретение обладает следующими положительными результатами:
[0021]
Предусмотренное настоящим изобретением встроенное устройство для определения угла поворота скребка скребкового конвейера предназначено исключительно для определения цифровых количественных сигналов типа включение - выключение в процессе определения уровня смещения, возникающего при движении выдвижного устройства обнаружения, процесс обнаружения сигнала является простым и лёгким; измерительные контактные кольца позволяют подготовить место с крайне малым размером с помощью хорошо продуманного процесса производства гибкой печатной платы, в то же время можно легко задавать различное расстояние между токопроводящими медными проводами согласно различным требованиям к точности измерений; благодаря расположению шариков на концах оправок устройство определения угла поворота скребка во время качения осуществляет контакт с краем среднего желоба, воздействие, оказываемое силой трения, уменьшается; изменение направление движения оправок может быть легко установлено по характеру контакта между пеленгаторными полярными пластинами и левыми полярными пластинами, а также между пеленгаторными полярными пластинами и правыми полярными пластинами, погрешность при определении уровня смещения, вызванная движением оправок в обратном направлении, нивелируется; благодаря наличию резьбы внутри наружных цилиндров устройства определения угла поворота скребка данное устройство целиком можно легко и без каких-либо усилий встраивать в существующий скребок, объём изменения и доработки скребка является незначительным; способ определения угла поворота, осуществляемый с помощью устройства определения, предусматривает использование небольшого количества вычислительных операций при проведении необходимых расчётов, характеризуется достаточным уровнем эффективности в масштабе реального времени, высокой точностью измерения, а также позволяет контролировать угол поворота скребка относительно среднего желоба в режиме онлайн, операторы имеют беспрепятственную возможность влиять на рабочее состояние скребкового конвейера в режиме реального времени, скрытые угрозы возникновения неисправностей, например, ослабление натяжки, пропуск и разрыв цепи, предовращаются заблаговременно. Встроенное устройство в целом виде имеет простое и надёжное конструктивное исполнение, обладает низкой стоимостью, является небольшим по своему размеру, имеет высокую степень адаптивности, хороший коэффициент использования, а также характеризуется широкой применимостью.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СХЕМ
[0022]
ФИГ. 1 - схематическое изображение встроенного устройства, предназначенного для определения угла поворота скребка.
[0023]
ФИГ. 2 - схематическое изображение конструкции изображение выдвижного устройства обнаружения.
[0024]
ФИГ. 3 - схематическое изображение в увеличенном виде части конструкции радиопеленгатора.
[0025]
ФИГ. 4 - схематическое изображение положения измерительного контактного кольца и измерительного щупа во включенном и отключенном состоянии.
[0026]
ФИГ. 5 - схематическое изображение расчёта угла поворота скребка.
[0027]
Обозначения на схемах: 1-скребок, 2-средний желоб, 3-выдвижное устройство обнаружения, 31-наружный цилиндр, 32-направляющее кольцо I, 33-оправка, 34-измерительный преобразователь, 35-шарик, 36-опорное кольцо, 37-направляющее кольцо II, 38-радиопеленгатор, 381-направляющее кольцо III, 382-контрольное кольцо, 383-левая полярная пластина, 384-правая полярная пластина, 385-пеленгаторная полярная пластина, 39-измерительное контактное кольцо, 310-соединительная пластина, 311-измерительный щуп, 312-направляющий шток, 313-предварительно натянутые пружины, 314-нижняя крышка, 4-соединительный кабель, 5-датчик определения сигнала и 6-дистанционное устройство обработки данных.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0028]
Настоящее изобретение подробно описано ниже со ссылкой на варианты его осуществления и сопроводительные схемы.
[0029]
Как показано на ФИГ. 1, встроенное устройство, предназначенное для определения угла поворота скребка скребкового конвейера, состоит из выдвижных устройств обнаружения 3, датчиков обнаружения сигнала 5, дистанционного устройства обработки данных 6; выдвижные устройства обнаружения 3 соединены с датчиками обнаружения сигнала 5 через соединительные кабели 4, а два выдвижных устройства обнаружения 3 и два датчика обнаружения сигнала 5 расположены, соответственно, на обоих концах скребка 1.
[0030]
Как показано на ФИГ. 1 и ФИГ. 2, каждое выдвижное устройство обнаружения 3 состоит из наружного цилиндра 31, направляющего кольца I 32, оправки 33, измерительного преобразователя 34, опорного кольца 36, направляющего кольца II 37, радиопеленгатора 38, измерительного контактного кольца 39, измерительного щупа 311 и нижней крышки 314; соединительная резьба расположена на наружной поверхности каждого наружного цилиндра 31, один конец каждого наружного цилиндра 31 крепится к нижней крышке 314, другой конец - к направляющему кольцу I 32, каждое опорное кольцо 36 крепится на внутренней стенке наружного цилиндра 31, каждое направляющее кольцо II 37 вставляется в опорное кольцо 36, каждая оправка 33 последовательно друг за другом проходит через направляющее кольцо I 32 и направляющее кольцо II 37, один конец оправки 33, расположенный на наружной стороне наружного цилиндра 31, имеет резьбовое соединение с измерительным преобразователем 34, шарик 35 расположен между одним концом оправки 33, расположенной на наружной поверхности наружного цилиндра 31 и измерительным преобразователем 34, один конец оправки 33, расположенный на внутренней стороне наружного цилиндра 31, крепко соединен с соединительной планкой 310, направляющие штоки 312 вертикально закреплены на каждой соединительной планке 310, предпочтительный вариант реализации настоящего изобретения предусматривает, что направляющие штоки 312 симметрично расположены относительно линии продолжения каждой из оправок 33, предварительно натянутые пружины 313 проходят по направляющим штокам 312 сквозным способом, два конца каждой предварительно натянутой пружины 313, соответственно, контактируют с соединительной планкой 310 и нижней крышкой 314; каждое измерительное контактное кольцо 39 крепится к внутренней стенке наружного цилиндра 31; в качестве основного материала, из которого выполнены измерительные контактные кольца 39, является полиамидная или полиэфирная плёнка; токороводящие медные провода, равномерно расположенные с определённым интервалом и соединенные между собой, расположены на поверхности измерительных контактных колец 39; предпочтительный вариант реализации настоящего изобретения предусматривает, что постоянный диапазон значений интервала токопроводящих медных проводов на поверхности каждого измерительного контактного кольца 39 составляет от 0,1 мм до 1 мм; каждый измерительный щуп 311 расположен на одном конце соединительной планки 310; измерительные щупы 311 контактируют с поверхностью токопроводящих медных проводов, расположенных на измерительных контактных кольцах 39; как показано на ФИГ. 2 и ФИГ. 3, каждый радиопеленгатор 38 состоит из направляющего кольца III 381, контрольного кольца 382, левой 383 и правой 384 полярных пластин, пеленгаторной полярной пластины 385, направляющие кольца III 381 устанавливаются на оправки 33 при помощи муфты и надёжно соединяются с контрольными кольцами 382; левая 383 и правая 384 полярные пластины крепятся к наружной поверхности контрольных колец 382 с определенным шагом; передние концы пеленгаторных полярных пластин 385 расположены между левыми 383 и правыми 384 полярными пластинами, после того как каждая пеленгаторная полярная пластина 385 коснётся левой полярной пластины 383, диапазон расстояний между пеленгаторной полярной пластиной 385 и правой полярной пластиной 384 составит 0,02 мм - 0,05 мм, а задние концы пеленгаторных полярных пластин 385 крепятся с резьбовыми отверстиями по направлению толщины стенки наружных цилиндров 31.
[0031]
Каждый датчик обнаружения сигнала состоит из модуля обнаружения сигнала и модуля беспроводной передачи данных, дистанционное устройство обработки данных состоит из модуля для приёма данных по беспроводной сети и модуля обработки и отображения сигналов; модули определения сигнала используются для определения характера контакта радиопеленгаторов 38 и состояния включения-выключения измерительных контактных колец 39 и измерительных щупов 311 в режиме реального времени, определения степени смещения, которое возникает при движении выдвижных устройств обнаружения 3 в режиме реального времени, для подачи сигналов по модулям беспроводной передачи данных; модули для передачи данных по беспроводной сети и модули для приёма данных по беспроводной сети используются для передачи данных, устройство обработки и отображения сигналов используется для определения значения угла поворота скребка 1 в режиме реального времени, одновременного выведения и отображения значения такого угла поворота, сопоставления значения угла поворота, измеренного в режиме реального времени, с заданным порогом безопасности, а также для подачи сигнала о неисправности в том случае, когда значение угла поворота превышает заданный порог безопасности.
[0032]
Модули обнаружения сигнала соединяются с вводной частью модулей беспроводной передачи данных, выводная часть модулей беспроводной передачи данных соединяется с вводной частью модуля для приёма данных по беспроводной сети, а выводная часть модуля для приёма данных по беспроводной сети соединяется с модулем обработки и отображения сигналов, передача данных обеспечивается за счёт беспроводного соединения между модулями беспроводной передачи данных и модулями для приёма данных по беспроводной сети.
[0033]
Помимо этого, каждая нижняя крышка 314 имеет отверстие для подключения кабеля.
[0034]
Как показано на ФИГ. 4 и ФИГ. 5, способ определения угла поворота скребка с помощью вышеуказанного устройства включает в себя следующие этапы:
[0035]
1) резьбовые отверстия, которые были подогнаны к наружной поверхности наружных цилиндров 31 поддаются механической обработке с обеих сторон скребка 1, места для размещения датчиков обнаружения сигнала 5 подготавливаются на обеих концах нижней части скребка 1, отверстия для проведения провода между выдвижными устройствами обнаружения 3 и датчиками обнаружения сигнала 5 поддаются механической обработке в скребке 1, два выдвижных устройства обнаружения 3 винтами соединяются с резьбовыми отверстиями, которые в скребке 1 прошли механическую обработку, два датчика обнаружения сигнала 5 устанавливаются соответствующим образом в специально отведенном для них месте, находящемся в скребке 1, работы по подключению соединительных кабелей 4 между выдвижными устройствами обнаружения 3 и датчиками обнаружения сигнала 5 завершаются;
[0036]
L
давление на оправки 33 выдвижных устройств обнаружения 3 подаётся для того, чтобы наружные края шариков 35 совпали с наиболее выступающим краем скребка 1, принимая положение выдвижных устройств обнаружения 3 за исходную точку, измерительные щупы 311 и измерительные контактные кольца 39 приводятся в исходное положение, пеленгаторные полярные пластины 385 контактируют с левыми полярными пластинами 383 в исходном положении, расстояния  между наиболее выступающими краями двух сторон скребка 1 измеряется ручным способом в данным момент времени;
[0037]
L
3) скребок 1, оснащенный выдвижными устройствами обнаружения 3, устанавливается в средний желоб 2, оправки 33 автоматически удлиняются для обеспечения их касания с краем среднего желоба 2 за счёт воздействия предварительно натянутых пружин 313, датчики определения сигнала 5 определяют характер контакта радиопеленгаторов 38 и состояние включения-выключения измерительных контактных колец 39 и измерительных щупов 311 в режиме реального времени во время перемещения, формула для определения степени смещения Δ, которое возникает при движении выдвижных устройств обнаружения 3, приведена ниже:
L
N
N
d
лев.
прав.
Δ=(-)×Δ,
N
N
d
лев
прав
где  - полученное в результате обнаружения количество переключений измерительных контактных колец 39 и измерительных щупов 311 с выкл на вкл. после того, как левые полярные пластины 383 коснутся пеленгаторных полярных пластин 385,  - полученное в результате обнаружения количество переключений измерительных контактных колец 39 и измерительных щупов 311 с выкл на вкл. после того, как правые полярные пластины 384 коснутся пеленгаторных полярных пластин 385, Δ - расстояние между расположенными рядом друг с другом токопроводящими медными проводами на измерительных контактных кольцах 39;
[0038]
L
L
L
L
01
02
11
12
4) В случае, когда скребковый конвейер находится в отключенном состоянии, и скребок 1 не находится в наклонном состоянии относительно выступа среднего желоба 2, уровень смещения, возникающий во время движения выдвижных устройств обнаружения 3 на двух их концах, определяется с по формуле на этапе 3) и обозначается следующим образом: Δ и Δ, обнаруженный уровень смещения, возникший во время движения выдвижных устройств обнаружения 3 на двух их концах в ходе нормального протекания производственного процесса на скребковом конвейере, обозначается следующим образом: Δ и Δ, датчики обнаружения сигнала 5 определяют уровень смещения, возникающий во время движения выдвижных устройств обнаружения 3 в режиме реального времени, сигналы о неисправности передаются через модули беспроводной передачи данных; и
[0039]
α
5) после того, как дистанционное устройство обработки данных примет сигнал о смещении, возникшем во время движения выдвижных устройств обнаружения 3, в  режиме реального времени будет рассчитан угол поворота  скребка 1, будет получено и одновременно отображено значение угла поворота, значение угла поворота, измеренное в режиме реального времени сопоставляется с заданным порогом безопасности, сигнал о неисправности подаётся в том случае, когда значение угла поворота превышает заданный порог безопасности.