Системы и способы определения износа измельчающих элементов измельчительной машины - RU2645056C2
Код документа: RU2645056C2
Чертежи
Описание
По настоящей патентной заявке, поданной 12 декабря 2013 г. в качестве международной патентной РСТ-заявки, испрашивается приоритет в соответствии с предварительной заявкой на выдачу патента США №61/736 303, поданной 12 декабря 2012 г., полное содержание которой включено в настоящую заявку посредством ссылки.
Область техники, к которой относится настоящее изобретение
Настоящее изобретение относится, в общем, к системам и способам определения износа в машинах, предназначенных для измельчения или разрушения материала. Более конкретно, настоящее изобретение относится к системам и способам определения износа измельчающих элементов землеройных машин, таких как траншеекопатели.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
В горном деле и в строительстве часто обрабатывают относительно твердые материалы. К обрабатываемым материалам относятся камни, бетон, асфальт, уголь и множество других горных пород. Разработаны различные способы измельчения этих твердых материалов. Один типовой способ измельчения материала, позволяющий быстро и экономически эффективно получить требуемый результат, состоит в бурении относительно небольших отверстий в материале и установке в этих отверстиях взрывчатого вещества с последующим воспламенением этого вещества. Однако этот способ характеризуется множеством недостатков, в том числе неотъемлемым риском получения травмы, созданием нежелательного шума и вибрации, пылеобразованием, а также сложностью осуществления в условиях стесненного пространства или возможного наличия воспламеняющихся газов.
С учетом вышеуказанных недостатков, связанных с применением взрывных методик, были разработаны другие способы измельчения относительно твердых материалов. Основной альтернативой является применение измельчительных машин, имеющих вращающиеся измельчающие приспособления, которые перемещают специальные твердые измельчающие элементы по определенным траекториям движения. К измельчающим приспособлениям могут относиться вращающиеся роторы, которые перемещают измельчающие элементы по круговым траекториям движения. Такие роторы обычно прикрепляют к соответствующим машинам с возможностью управления положением и ориентацией ротора с целью приведения в контакт измельчающих элементов с измельчаемым материалом. К другим измельчающим приспособлениям могут относиться установленные на стреле цепи, несущие измельчающие элементы. Цепи обычно приводят в движение/вращение вокруг соответствующих стрел. Измельчающие элементы устанавливают с возможностью перемещения вдоль траекторий движения, предусмотренных конструкциями цепей. На практике стрелы могут быть выполнены с возможностью перемещения (например, путем поворота) в положения, в которых измельчающие элементы контактируют с измельчаемым материалом.
К примеру машины описанного выше типа относится машина, раскрытая в патенте США №7290360. Машина, раскрытая в указанном патенте, представляет собой траншеекопатель, предназначенный для выполнения открытых горных работ, снятия дорожного покрытия, выравнивания местности и подготовки площадок для строительства или проведения восстановительных работ путем удаления одного или нескольких слоев материала. Применение траншеекопателей этого типа является альтернативой взрывному и отбойному способам измельчения материала, причем преимущество данного способа состоит в получении выходного материала требуемой конфигурации за один подход. Это может уменьшить потребность в использовании первичных дробилок, больших погрузчиков, карьерных самосвалов и связанных с этим разрешений на транспортирование материалов до дробилок.
Разработанные измельчающие элементы измельчительных машин рассчитаны на ударные нагрузки и истирание, которыми сопровождается измельчение материала. Измельчающие элементы могут иметь конструкцию различной формы и размера и могут называться различными терминами, в том числе резцами, долотами, пиками, зубьями и т.п. Обычные измельчающие элементы содержат контактные лезвия (или кромки) и основания. В силу своей конструкции основания могут быть установлены в монтажные приспособления, встроенные в роторы или цепи, предназначенные для того, чтобы нести измельчающие элементы при измельчении материалов. Неблагоприятные условия, связанные с измельчением материалов приводят к фактически неизбежному износу измельчающих элементов с течением времени. С учетом этого конструкция измельчающих элементов предполагает их замену, в то время как монтажные приспособления не рассчитаны на частые замены. Например, когда отдельно взятый измельчающий элемент изнашивается, его удаляют из соответствующего монтажного приспособления и заменяют на новый, неизношенный измельчающий элемент.
Часто края или кромки измельчающих элементов имеют более твердую структуру (например, являются цельными твердосплавными), нежели основания измельчающих элементов. При использовании новых измельчающих элементов для измельчения материала лезвия или кромки подвергаются сильным ударным и истирающим воздействиям. Однако при износе краев или кромок основания подвергаются еще более сильным ударным и истирающим воздействиям. При этом может возникать множество проблем, в том числе связанные с тем, что основания менее эффективно разрушают материал, что снижает продуктивность процесса измельчения. При таком неэффективном процессе может происходить образование искр и/или выделение избыточного тепла, которое приводит к возникновению опасности взрыва, что может произойти при добыче угля с возможным присутствием метана. Кроме того, основания обычно изнашиваются в целом быстрее, чем лезвия или края измельчающих элементов. Это существенный фактор, так как основания предотвращают износ монтажных приспособлений измельчающих элементов. Таким образом, поскольку лезвия или краевые точки измельчающих элементов изнашиваются, машины могут работать только относительно короткий период времени до полного износа оснований, по достижении которого монтажные приспособления роторов и цепей начинают контактировать с измельчаемым материалом. При износе измельчающих элементов до такого состояния появляется риск повреждения монтажных приспособлений роторов и цепей. Ремонт монтажных приспособлений - это сложная процедура, поэтому их возможное повреждение может повлечь за собой сложный и дорогостоящий ремонт.
С учетом этих проблем и недостатков весьма полезной является замена измельчающих элементов до того, как их износ достигнет недопустимой степени. Известны системы контроля состояния резцов, позволяющие оператору своевременно прерывать работу и осуществлять замену резцов. Примеры систем контроля износа измельчающих элементов раскрыты в документах AT 3826832, DE 10015005 и US 2010/0076697. Несмотря на наличие существующих систем определения износа, актуальна задача создания улучшенных систем в этой области техники.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
В соответствии с аспектами настоящего изобретения предлагаются улучшенные способы определения (например, обнаружения, измерения, контроля, отслеживания и т.п.) состояния износа измельчающего элемента (т.е. резца, пики, долота, ножа, зуба и т.п.) измельчительной машины. В соответствии с одним примером измельчительная машина представляет собой землеройную машину, такую как траншеекопатель, используемую для выполнения горных работ, выполнения открытых горных работ, выравнивания местности, фрезерования дорожного покрытия или осуществления других операций. В соответствии с другими примерами измельчительная машина может представлять собой цепной траншейный экскаватор, роторный траншейный экскаватор, горизонтальный измельчитель, бункерный измельчитель, рубильную машину или машину любого другого типа, в которой используются измельчающие элементы для обработки материала путем его разрушения или уменьшения в размерах иным образом.
В нижеприведенном описании раскрыто множество дополнительных аспектов настоящего изобретения. Эти аспекты могут относиться к отдельным признакам и сочетаниям признаков. Понятно, что вышеприведенное краткое раскрытие настоящего изобретения и нижеприведенное подробное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения даны лишь иллюстративно и в пояснительных целях, не ограничивая широкое понимание идей, на которых основываются раскрытые в настоящем документе варианты осуществления изобретения.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлен вид сбоку траншеекопателя, содержащего систему определения износа измельчающих элементов согласно идеям настоящего изобретения.
На фиг. 2 представлен вид сзади траншеекопателя, приведенного на фиг. 1, с землеройным ротором и схематически показанным массивом датчиков системы определения износа измельчающих элементов.
На фиг. 3 представлен вид сбоку землеройного ротора, приведенного на фиг. 2, со сменными дробящими планками, а также датчиками системы определения износа измельчающих элементов.
На фиг. 4 представлена схема (или массив) расположения датчиков для системы определения износа измельчающих элементов, приведенной на фиг. 3.
На фиг. 5 представлен вид в перспективном изображении приведенного для примера определяющего модуля для системы определения износа измельчающих элементов согласно идеям настоящего изобретения.
На фиг. 6 приведен вид сверху определяющего модуля, приведенного на фиг. 5.
На фиг. 7 приведен вид сбоку определяющего модуля, приведенного на фиг. 5.
На фиг. 8 приведен разрез по линии 8-8, приведенной на фиг. 7.
На фиг. 9 вид со стороны торца определяющего модуля, приведенного на фиг. 5.
На фиг.10 приведен вид сверху конфигурации дробящих планок, содержащих две параллельные дробящие планки, используемые для защиты массива модулей датчиков, согласно идеям настоящего изобретения.
На фиг. 11 приведен вид в профиль одного ряда дробящих планок конфигурации дробящих планок, приведенных на фиг. 10.
На фиг. 12 представлен вид в перспективном изображении первых сегментов каждой конфигурации дробящих планок, приведенных на фиг. 10.
На фиг. 13 представлен график выходных сигналов индуктивного датчика при разных измерительных расстояниях для эталонного целевого объекта при комнатной температуре.
На фиг. 14 представлен график выходных сигналов индуктивного датчика при разных измерительных расстояниях для эталонного целевого объекта при разных комнатных температурах.
На фиг. 15 представлен график выходных сигналов датчика при разных измерительных расстояниях для измельчающего элемента без бокового смещения при комнатной температуре.
На фиг. 16 представлен график выходных сигналов датчика при разных измерительных расстояниях и разных боковых смещениях для измельчающего зуба при комнатной температуре.
На фиг. 17 представлен сравнительный график выходных сигналов датчика для эталонного целевого объекта и двух измельчающих элементов разной конфигурации при разных измерительных расстояниях, а также проиллюстрирована методика определения состояния износа измельчающего элемента.
На фиг. 18 представлены два исследуемых зуба, для которых приведены графики, показанные на фиг. 17.
На фиг. 19 представлен измельчающий элемент, смещенный вбок относительно датчика.
На фиг. 20 представлен выходной сигнал датчика, относительно которого смещен вбок измельчающий элемент, как показано на фиг. 19.
На фиг. 21 представлен измельчающий элемент, расположенный точно напротив датчика.
На фиг. 22 представлен выходной сигнал датчика, точно напротив которого расположен измельчающий элемент, как показано на фиг. 21.
На фиг. 23 представлен график выходного сигнала датчика до фильтрации, причем этот график показывает основной участок выходного сигнала, соответствующий измельчающему элементу, расположенному точно напротив датчика, и второстепенные участки выходного сигналы, соответствующие измельчающим элементам, смещенным относительно этого датчика.
На фиг. 24 представлен график, показанный на фиг. 23, после фильтрации второстепенных участков выходного сигнала.
На фиг. 25 представлена часть землеройного ротора, содержащая первую, вторую и третью группы измельчающих элементов, а также проиллюстрирована часть системы определения, содержащая первую, вторую и третью группы датчиков, соответствующие первой, второй и третьей группам измельчающих элементов, причем первая группа датчиков включена для определения состояния износа первой группы измельчающих элементов, а вторая и третья группы датчиков выключены.
На фиг. 26 представлены графики состояния износа, определяемого по первой, второй и третьей группам датчиков, приведенных на фиг. 25, причем включена только первая группа датчиков, как показано на фиг. 25.
На фиг. 27 представлена конфигурация, приведенная на фиг.25, причем вторая группа датчиков включена, а первая и третья группы датчиков выключены.
На фиг. 28 представлены графики состояния износа, определяемого по первой, второй и третьей группам датчиков, причем включена только вторая группа датчиков, как показано на фиг. 27.
На фиг. 29 представлена конфигурация, приведенная на фиг. 25, причем третья группа датчиков включена, а первая и вторая группы датчиков выключены.
На фиг. 30 представлены графики состояния износа измельчающих элементов для первой, второй и третьей групп датчиков, причем включена только третья группа датчиков, как показано на фиг. 29.
На фиг. 31 представлен вид сбоку другого траншеекопателя, подходящего для использования системы определения износа измельчающих элементов согласно идеям настоящего изобретения.
На фиг. 32 представлен разрез землеройной цепи, используемой в траншеекопателе, приведенном на фиг. 31.
На фиг. 33 представлен еще один пример системы определения износа с защитой первого уровня в виде исходного барьерного ряда согласно идеям настоящего изобретения.
На фиг. 34 представлена система определения износа со снятой частью исходного барьерного ряда.
На фиг. 35 представлен один из множества листовых сегментов исходного барьерного ряда с прикрепленной арматурой.
На фиг. 36 представлен один из множества листовых сегментов исходного барьерного ряда без арматуры.
На фиг. 37 представлена многоуровневая система защиты датчиков износа с защитой второго уровня в виде лотков.
На фиг. 38 представлено увеличенное изображение части защиты второго уровня, приведенной на фиг. 37.
На фиг. 39 представлен вид в перспективном изображении защиты второго уровня с массивом лотков, как показано на фиг. 37.
На фиг. 40 представлен вид сбоку в перспективном изображении защиты второго уровня, приведенной на фиг. 37.
На фиг. 41 представлен разрез, сделанный по линии 41-41, показанной на фиг. 40.
На фиг. 42 представлен вид в перспективном изображении защиты третьего уровня в виде амортизатора согласно идеям настоящего изобретения.
На фиг. 43 представлен вид сбоку защиты третьего уровня.
На фиг. 44 представлено увеличенное изображение части, приведенной на фиг. 43.
На фиг. 45 представлен еще один вид в перспективном изображении многоуровневой системы защиты датчиков износа.
На фиг. 46 представлено увеличенное изображение части, приведенной на фиг. 45.
На фиг. 47 представлен вид сбоку в перспективном изображении многоуровневой системы защиты датчиков износа.
На фиг. 48 представлен разрез, сделанный по линии 48-48, показанной на фиг. 47.
На фиг. 49 представлено увеличенное изображение части, приведенной на фиг. 48.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения
Настоящее изобретение относится, в общем, к системам определения износа в измельчительных машинах. В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения измельчительная машина содержит вращающееся приспособление, такое как ротор или цепь, несущее измельчающие элементы. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения система определения износа измельчающих элементов предоставляет информацию о степени износа измельчающих элементов, чтобы оператор легко мог узнать, когда требуется замена одного или нескольких измельчающих элементов. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения степень износа измельчающих элементов может быть отображена в виде графического изображения или в цифровой форме для обеспечения качественного представления о конкретной степени износа каждого измельчающего элемента. В соответствии с другими вариантами осуществления изобретения указанная система может предоставлять информацию об износе сверх установленной степени, на основе чего может быть рекомендована замена.
В соответствии с определенными аспектами настоящего изобретения предлагаются системы определения износа измельчающих элементов, в которых использованы датчики для предоставления общих данных о состоянии износа конкретного измельчающего элемента. Например, в соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения датчики согласно идеям настоящего изобретения могут предоставлять данные об общем состоянии износа конкретного измельчающего элемента без определения или измерения положения конкретной геометрической точки или профиля измельчающего элемента. Датчики могут измерять общие физические характеристики (например, объем, массу, площадь поверхности и т.п.) измельчающих элементов без измерения положения конкретной точки на конкретном измельчающем элементе. Датчики этого типа могут быть эффективно использованы в неблагоприятных условиях, какими могут являться условия работы измельчительных машин (например, траншеекопателей, цепных траншейных экскаваторов, роторных траншейных экскаваторов, горизонтальных измельчителей, бункерных измельчителей и др.). В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения системы определения согласно идеям настоящего изобретения могут быть использованы для оценки износа измельчающих элементов измельчительной машины в процессе измельчения материала этой машиной. Таким образом, системы определения согласно идеям настоящего изобретения могут в реальном времени предоставлять информацию об износе измельчающих элементов измельчительной машины в процессе работы этой машины. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения датчики системы определения установлены в измерительном положении и не требуют выведения из системы определения в положение хранения, когда измельчительную машину используют для измельчения материала. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения системы определения износа измельчающих элементов, используемые в системах согласно идеям настоящего изобретения, могут содержать индуктивные датчики.
В соответствии с другими аспектами настоящего изобретения предлагаются системы определения измельчающих элементов, в которых для обработки данных, полученных от датчиков, используются различные методики введения поправок, калибровки или фильтрации. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения системы определения согласно идеям настоящего изобретения могут вводить поправку на действие факторов, таких как температура и скорость измельчающих элементов. В других системах согласно идеям настоящего изобретения датчики располагаются в непосредственной близости друг к другу, а также в непосредственной близости к множеству различных измельчающих элементов. В отношении таких вариантов применения для обеспечения пригодных к обработке данных об износе отдельных измельчающих элементов могут быть использованы различные подходы. Например, для отсеивания данных, соответствующих информации об измельчающих элементах, которые не должны анализироваться конкретным датчиком, может применяться фильтрация. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения для каждого измельчающего элемента выделен по меньшей мере один датчик. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения для каждой траектории измельчения, которую описывают один или несколько измельчающих элементов измельчительной машины, выделен по меньшей мере один датчик. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения датчики расположены в непосредственной близости друг к другу, и для уменьшения или минимизации взаимовлияния соседних датчиков используют определенные режимы работы. Например, для минимизации взаимовлияния соседних датчиков эти датчики могут выборочно включать и выключать. Также могут управлять группами датчиков, в результате чего могут включать сразу множество датчиков, не включая при этом соседние датчики. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения расстояние между центрами датчиков меньше эффективного измерительного расстояния датчиков. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения расстояние между траекториями измельчения измельчающих элементов меньше эффективного измерительного расстояния датчиков, используемых для определения износа измельчающих элементов.
В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения системы согласно идеям настоящего изобретения могут содержать приспособление для защиты датчиков системы определения в процессе измельчения материала. Например, для предотвращения повреждения датчиков материалом могут быть обеспечены дробящие планки или другие блокировочные приспособления. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения дробящие планки могут быть расположены ближе к окружности или цилиндрической поверхности измельчения измельчительной машины, чем датчики. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения датчики также могут быть защищены жестким защитным корпусом, накрывающим датчики, но при этом не оказывающим отрицательного влияния на работу этих датчиков по регистрированию характеристик измельчающих элементов. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения датчики могут регистрировать характеристики измельчающих элементов через защитные корпусы. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения защитные корпусы выполнены из диэлектрического материала, такого как пластмасса, а датчики являются индуктивными.
В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения используются индуктивные датчики износа. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения диапазон действия индуктивных датчиков износа может составлять по меньшей мере 75 мм при регистрировании присутствия эталонного целевого объекта согласно указаниям производителя датчика. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения в системах определения износа согласно идеям настоящего изобретения могут использоваться индуктивные датчики, эффективное измерительное расстояние которых составляет менее 100 мм. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения эффективное измерительное расстояние индуктивных датчиков составляет более 50 мм.
В соответствии с другими аспектами настоящего изобретения предлагается система определения износа, содержащая многоуровневую систему защиты датчиков износа. Многоуровневая система защиты датчиков износа содержит защиту первого уровня, защиту второго уровня и защиту третьего уровня. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения защита первого уровня содержит исходный барьерный ряд, характеризующийся наличием множества листовых сегментов, выполненных из поликарбонатного материала. Защита второго уровня содержит конфигурацию установленных в ряд лотков, расположенных за исходным барьерным рядом. Лотки могут быть выполнены с возможностью поглощения ударов, передаваемых через исходный барьерный ряд, для предотвращения передачи этого ударного воздействия на датчики. Защита третьего уровня содержит выступающее приспособление для гашения ударов, передаваемых и через исходный барьерный ряд, и через лотки. В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения выступающее приспособление может быть расположено за лотками для обеспечения подвижности лотков при ударном воздействии, передаваемом через исходный барьерный ряд и лотки.
На фиг. 1 показан траншеекопатель 20, в котором может быть использована система определения износа измельчающих элементов согласно идеям настоящего изобретения. Траншеекопатель 20 содержит трактор 19, имеющий главную ходовую часть 22 (т.е. главную раму), характеризующуюся наличием переднего конца 24 и заднего конца 26. Главная ходовая часть 22 поддерживается на системе ходового привода (т.е. тяговой системе), которая предпочтительно содержит множество тяговых приспособлений, таких как колеса или гусеницы 30, для перемещения машины 20 по земле. На верхней стороне главной ходовой части 22 расположена кабина 32 оператора. На заднем конце 26 главной ходовой части 26 установлен землеройный инструмент 34. Землеройный инструмент 34 содержит землеройный ротор 38, приводимый во вращательное движение (например, гидравлическими двигателями) вокруг оси 40 ротора. Землеройный ротор 38 несет множество измельчающих элементов 42, пригодных для резания горной породы. Землеройный ротор 38 может быть установлен на стреле, выполненной с возможностью поворота между опущенным положением для копания (см. фиг. 1) и поднятым положением для транспортировки (не показано). Землеройный ротор 38 по меньшей мере частично окружен/огражден кожухом 78.
На фиг. 2 измельчающие элементы 42 показаны в виде зубьев, характеризующихся наличием лезвий 50, поддерживающихся на основаниях 52. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения лезвия 50 могут быть тверже оснований 52. Например, основания могут представлять собой цельные твердосплавные вкладки, в то время как основания 52 могут быть выполнены из закаленной стали. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения измельчающие элементы 42 прикреплены к землеройному ротору 38 с возможностью снятия. Например, измельчающие элементы 42 могут быть закреплены в монтажных приспособлениях, таких как гнезда 54, встроенных в землеройный ротор 38.
При использовании траншеекопатель 20 перемещают к участку земляных работ при транспортировочном положении землеройного инструмента 34. При необходимости проведения землеройных работ землеройный инструмент 34 опускают, переводя его из транспортировочного положения в рабочее положение (см. фиг. 1). Землеройный ротор 38, находящийся в рабочем положении, вращают в направлении 46 вокруг оси 40 для удаления материала требуемой толщины Т попутным врезным движением. По мере перемещения траншеекопателя 20 в прямом направлении 47 выкопанный материал проходит под ротором 38 и остается за траншеекопателем 20. В процессе копания гусеницы 30 продвигают траншеекопатель 20 в прямом направлении 47, тем самым обеспечивая выемку верхнего слоя материала толщиной Т. Понятно, что к примерам землеройных работ, для выполнения которых может использоваться траншеекопатель 20, могут относиться открытые горные работы, фрезерование дорожного покрытия, выравнивание местности, подготовка площадок для строительства и прочие виды работ. В соответствии с другими вариантами осуществления изобретения ротор может быть выполнен с возможностью осуществления копания встречным врезным движением.
Как показано на фиг. 3, лезвия 50 измельчающих элементов ограничивают границу В измельчения (например, окружность или цилиндрическую поверхность измельчения) землеройного инструмента 34. Граница В измельчения соответствует в общем цилиндрической границе, описываемой лезвиями 50 измельчающих элементов 42 при вращении ротора 38 вокруг оси 40 ротора. Граница В измельчения может характеризоваться диаметром D измельчения. Лезвия 50 измельчающих элементов 42 также ограничивают траектории измельчения землеройного инструмента 34. Траектория измельчения представляет собой траекторию, по которой движется или которую очерчивает кромка измельчающего элемента при вращении ротора. Каждая траектория измельчения лежит в плоскости траектории измельчения, перпендикулярной оси 40 ротора и проходящей через лезвие 50 измельчающего элемента 42, задающее траекторию измельчения. На фиг. 2 представлены примеры плоскостей P1, Р2, Р3 и Р4 траекторий измельчения для четырех разных траекторий измельчения. Эти траектории соответствуют четырем разным измельчающим элементам 42. Как показано на фиг. 2, под кожухом 78 рядом с границей В измельчения может быть установлен массив 61 датчиков. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения траектория измельчения может быть задана одним измельчающим элементом 42, и соответствующий датчик массива 61 датчиков может быть сориентирован на эту траекторию измельчения, в результате чего имеется возможность зарегистрировать присутствие измельчающего элемента 42 при прохождении этого измельчающего элемента 42 рядом с указанным датчиком в процессе вращательного движения измельчающего элемента 42 вокруг границы В измельчения при вращении ротора 38. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения каждой траектории измельчения землеройного инструмента 34 может соответствовать отдельный датчик. В соответствии с другими вариантами осуществления изобретения вдоль конкретной траектории измельчения могут двигаться несколько измельчающих элементов 42.
Как показано на фиг. 2, траектории измельчения измельчающих элементов Т1, Т2, Т3 и Т4 лежат в плоскостях P1, Р2, Р3 и Р4 траекторий измельчения соответственно. Массив 61 датчиков может содержать отдельные датчики 60, соответствующие каждой из траекторий измельчения. Датчики 60 могут характеризоваться эффективными измерительными расстояниями Y, которые больше расстояния PS между плоскостями траекторий измельчения. Датчики 60 могут быть сгруппированы во множество рядов (например, в три ряда R1, R2 и R3), проходящих вдоль оси 40 вращения ротора. Датчики 60 могут отстоять от границы В измельчения на расстояние Z. Это расстояние Z меньше эффективного измерительного расстояния Y. Эффективное расстояние Y может быть больше расстояния PS между плоскостями траекторий измельчения. Датчики 60 соседних рядов могут располагаться в шахматном порядке при рассмотрении их в направлении вдоль оси 40 вращения. В соответствии с одним приведенным для примера вариантом осуществления изобретения соседние траектории измельчения не относятся к датчикам, находящимся в одном ряду. Например, как показано на фиг. 2, плоскость Р1 траектории измельчения проходит через датчик S1 первого ряда R1, плоскость Р2 траектории измельчения проходит через датчик S2 второго ряда R2, плоскость Р3 траектории измельчения проходит через датчик S3 третьего ряда R3, а датчик S4 находится на одной линии с датчиком S4 первого ряда R1. Эта схема может повторяться. Таким образом, датчики 60 массива могут быть расположены так, чтобы расстояния между центрами датчиков, взятые вдоль оси 40 вращения, соответствовали расстояниям PS между плоскостями траекторий измельчения. Эффективные измерительные расстояния Y датчиков 60 могут быть больше расстояний SS между датчиками.
В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения каждый измельчающий элемент 42 выполнен из металла, а датчики 60 являются индуктивными. На практике датчики 60 могут создавать переменные электромагнитные поля, в которых движутся измельчающие элементы 42 при их повороте вокруг оси 40 вращения посредством ротора 38. Поскольку каждый измельчающий элемент 42 выполнен из металла, при движении измельчающих элементов 42 в электромагнитных полях датчиков 60 на поверхностях измельчающих элементов 42 возникают вихревые токи. Количество энергии, передаваемой при этом явлении, напрямую зависит от площади поверхности измельчающего элемента 42, движущегося в поле. Количество энергии, передаваемое электромагнитным полем, может быть зарегистрировано индуктивным датчиком и выражено уменьшением электрического тока индуктивного датчика. Поскольку количество передаваемой энергии зависит от размера объекта, движущегося в электромагнитном поле, степень уменьшения тока, регистрируемая датчиком при движении измельчающего элемента в электромагнитном поле, выражает размер измельчающего элемента. По мере износа измельчающего элемента в процессе работы площадь поверхности измельчающего элемента 42, движущегося в электромагнитном поле его соответствующего датчика, уменьшается, в результате чего измельчающему элементу при его движении в электромагнитном поле передается меньшее количество энергии. Поскольку измельчающему элементу передается меньшее количество энергии, индуктивный датчик регистрирует меньшее уменьшение тока. Таким образом, по величине уменьшения тока, регистрируемой датчиком при движении измельчающего элемента в электромагнитном поле, можно судить о состоянии износа измельчающего элемента, относящегося к этому датчику.
Как показано на фиг. 3, траншеекопатель 20 может содержать систему 70 определения износа согласно идеям настоящего изобретения. Система 70 определения износа может характеризоваться наличием держателя 72 для установки модулей 74 датчиков на траншеекопателе 20. В проиллюстрированном примере модули 74 датчиков установлены у внутренней поверхности 76 кожуха 78, который по меньшей мере частично окружает ротор 38. Держатель 72 содержит множество рельсов 80 (например, дорожек), характеризующихся протяженностью вдоль оси 40 ротора. Рельсы 80 образуют каналы 82, в которые может вставляться ряд модулей 74 датчиков. Как показано на фиг. 4, модули 74 датчиков могут быть расположены в виде массива с тремя параллельными рядами R1, R2 и R3 модулей 74 датчиков. Ряды R1, R2 и R3 соответствуют каналам C1, С2 и С3, образованным рельсами 80 держателя 72. Модули 74 датчиков могут быть соединены (например, соединены штифтами или скреплены иным образом) друг с другом и загружены в держатель 72 продольным скользящим перемещением рядов модулей 74 датчиков по каналам C1, С2 и С3. Понятно, что для установки модулей 74 датчиков в каналы C1, С2 и С3 в концевых стенках кожуха 78 могут быть выполнены отверстия. В процессе установки и снятия ряды R1, R2 и R3 модулей 74 датчиков перемещают скользящим движением по каналам C1, С2 и С3 в направлении вдоль оси 40 ротора. После установки в каналах модули 74 датчиков соседних рядов могут располагаться относительно друг друга в шахматном порядке.
Система 70 определения износа также может содержать блокирующее приспособление для предотвращения передачи ударного воздействия крупного мусора на модули 74 датчиков. Как показано на фиг. 3, приспособления для дробления материала прикреплены к внутренней поверхности кожуха 78 до модуля 74 датчиков. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения приспособления для дробления материала расположены на расстоянии S1 от границы В измельчения, задаваемой измельчающими элементами 42, а модули 74 датчиков расположены на расстоянии S2 от границы В измельчения, задаваемой измельчающими элементами 42. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения расстояние S2 больше расстояния S1. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения расстояние S2 больше расстояния S1 по меньшей мере на 25%, 50% или 70%. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения расстояние S2 больше расстояния S1 по меньшей мере на 1/8 дюйма, или по меньшей мере на 2/8 дюйма, или по меньшей мере на 3/8 дюйма. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения расстояние S2 составляет приблизительно 5/8 дюйма, а расстояние S1 составляет приблизительно один дюйм.
Как показано на фиг. 3, приспособление для дробления может содержать множество дробящих планок, установленных с внутренней стороны кожуха 78. Например, на фиг. 3 показано, что конфигурация дробящих планок содержит первую и вторую дробящие планки 84. Каждая дробящая планка 84 характеризуется протяженностью вдоль оси 40 ротора. Каждая дробящая планка 84 содержит три дробящие секции 84А, 84 В и 84С планки, расположенные в линию и образующие дробящую планку 84 по всей ее протяженности. Каждая из дробящих секций 84А, 84В и 84С планки содержит монтажную планку 86, прикрепленную к кожуху 78 укрепляющими клиньями. Каждая секция 84А, 84В и 84С планки также содержит контактную планку 90, прикрепленную к монтажной планке 86. Контактные планки 90 расположены на расстоянии S1 от границы В измельчения и предназначены для контакта с материалом, увлеченным измельчающими элементами 42 и находящимся над верхней стороной ротора 38 в процессе измельчения. При столкновении материала с контактными планками 90 он уменьшается в размере, в результате чего становится достаточно небольшим и выступает наружу относительно ротора 38 на расстояние не более S1. Таким образом, предотвращается значительное ударное воздействие материала на модули 74 датчиков. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения контактные планки 90 прикреплены к монтажным планкам 86 фиксаторами для облегчения снятия и замены контактных планок 90 по мере их износа. Как показано на фиг. 3, две дробящие планки 84 отстоят друг от друга в окружном направлении ротора, при этом одна из дробящих планок 84 находится за второй дробящей планкой 84. Таким образом, материал сначала контактирует с первой дробящей планкой 84, а потом со второй дробящей планкой 84.
На фиг. 5-9 проиллюстрирован один из модулей 74 датчиков. Модуль 74 датчиков предназначен для удержания двух датчиков 60. Каждый из датчиков 60 может содержать отдельную электромагнитную катушку 63 (см. фиг. 4). Модуль 74 датчиков содержит приспособление для размещения и защиты электромагнитных катушек. Например, модуль 74 датчиков имеет корпус 100, содержащий первую и вторую камеры или секции 102, 104 для размещения катушек 63 индуктивных датчиков 60. Корпус 100 предпочтительно выполнен из диэлектрика, сквозь который легко могут распространяться электромагнитные поля, создаваемые катушками 63 датчиков 60. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения корпус 100 выполнен из твердой пластмассы, обеспечивающей защиту датчиков 60 от ударного воздействия и в то же время не препятствующей распространению электромагнитных полей, создаваемых датчиками 60, сквозь корпус 100. Как показано на фиг. 9, корпус 100 содержит фланцы 106 для сцепления с рельсами 80 держателя 72 с целью удержания модулей 74 датчиков в каналах С1-С3. На задней стороне 108 модуля 74 датчиков могут быть выполнены электрические выводы для электрического соединения модуля датчиков с системой управления, имеющей электрическую цепь для управления работой датчиков 60. С задней стороны корпуса 100 может быть установлена металлическая опорная пластина 110. Когда модуль 74 датчиков установлен в держателе 72, передняя грань 112 корпуса 100 находится на расстоянии S2 от границы В измельчения, задаваемой измельчающими элементами 42. Датчики 60 расположены несколько дальше от границы В измельчения, чем передняя грань 112. Например, катушки 63 датчика 60 могут быть расположены на расстоянии от границы В измельчения, равном расстоянию S2 плюс толщина передней стенки корпуса 100. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения толщина передней стенки корпуса составляет приблизительно 1/4 дюйма, а датчики 60 отстоят от границы В измельчения на 1,25 дюйма. Понятно, что в соответствии с другими вариантами осуществления изобретения могут быть использованы различные расстояния в зависимости от типа применяемого датчика, обрабатываемого материала и конфигурации измельчительной машины.
Понятно, что амплитуда сигнала, регистрируемого индуктивным датчиком, зависит от размера целевого объекта, движущегося в электромагнитном поле датчика и/или от близости целевого объекта к индуктивному датчику. На фиг. 13 показан график с кривой 198 выходного сигнала индуктивного датчика для эталонного целевого объекта при комнатной температуре. Кривая 198 выходного сигнала графика, представленного на фиг. 13, выражает выходной сигнал датчика при установке эталонного целевого объекта прямо перед датчиком на разных расстояниях от него, в результате чего этот датчик выдает выходные сигналы разного уровня. При выводе эталонного целевого объекта за пределы эффективного измерительного диапазона датчика выходной сигнал индуктивного датчика достигает максимального уровня, обозначенного линией 200. При постепенном приближении эталонного целевого объекта к индуктивному датчику уровень выходного сигнала индуктивного датчика постепенно уменьшается.
Полное электрическое сопротивление катушки индуктивного датчика 60 зависит от температуры. Таким образом, изменение температуры приводит к изменению кривой выходного сигнала индуктивного датчика. Например, как показано на фиг. 14, при уменьшении температуры кривые выходного сигнала индуктивного датчика смещаются влево и имеют большую крутизну. Как показано на фиг. 14, кривая 210 соответствует температуре 122°F, кривая 212 соответствует температуре 68°F, а кривая 214 соответствует температуре 32°F. Кривые 210, 212 и 214 представляют выходные сигналы датчика при обнаружении эталонного целевого объекта на разных расстояниях при разных вышеупомянутых температурах.
Разница между выходным сигналом индуктивного датчика в случаях обнаружения изношенного измельчающего элемента и обнаружения нового измельчающего элемента может быть довольно невелика, поэтому изменения температуры могут не оказывать значительного влияния при оценке уровней износа. Таким образом, в соответствии с аспектами настоящего изобретения предлагается использование алгоритмов, таблиц соответствия или других средств учета изменений температуры при контроле износа измельчающих элементов. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения катушки индуктивных датчиков могут быть оборудованы датчиками температуры для получения информации о температуре катушек индуктивных датчиков. В соответствии с другими вариантами осуществления изобретения для аппроксимации температуры катушек индуктивных датчиков могут быть использованы сведения о температуре окружающей среды или о другой температуре, связанной с измельчительной машиной.
На фиг. 15 представлена кривая 199 выходного сигнала индуктивного датчика при обнаружении измельчающего элемента на разных расстояниях от индуктивного датчика. В ситуации, проиллюстрированной на фиг. 15, измельчающий элемент не смещен относительно индуктивного датчика (т.е. катушка индуктивного датчика и измельчающий элемент лежат в одной плоскости траектории измельчения данного измельчающего элемента). Площадь поверхности измельчающего элемента, использованного при получении данных для графика, показанного на фиг. 15, меньше площади поверхности эталонного целевого объекта, использованного при получении данных для графика, показанного на фиг. 13. Следовательно, кривая 199 выходного сигнала датчика, показанная на фиг. 15, имеет большую крутизну по сравнению с кривой 198, показанной на фиг. 13.
В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения катушки индуктивных датчиков могут быть расположены на отрезке расстояния между центрами датчиков, которое взято вдоль оси 40 вращения ротора 38 и которое меньше эффективных измерительных расстояний индуктивных датчиков, а также меньше области действия электромагнитных полей, создаваемых индуктивными датчиками. Таким образом, индуктивный датчик, находящийся в плоскости конкретной траектории измельчения может зарегистрировать присутствие не только измельчающего элемента, относящегося к этой траектории измельчения, но и присутствие измельчающих элементов, соответствующих соседним траекториям измельчения. Как показано на фиг. 16, при увеличении расстояния бокового смещения измельчающего элемента крутизна кривой выходного сигнала, выдаваемого индуктивным датчиком, уменьшается. Например, кривая 300 показывает выходной сигнал индуктивного датчика при расположении эталонного целевого объекта на разных расстояниях от индуктивного датчика при нулевом боковом смещении эталонного целевого объекта относительно этого индуктивного датчика. А кривая 302 показывает выходной сигнал индуктивного датчика при расположении того же эталонного целевого объекта на тех же расстояниях в наружном направлении относительно индуктивного датчика, что и в случае кривой 300, но при боковом смещении относительно этого индуктивного датчика на 2 дюйма. Кривые, находящиеся между кривыми 300, 302 выходного сигнала, показывают влияние бокового смещения целевого объекта относительно индуктивного датчика.
На фиг. 17 показаны три кривые 304, 306, и 308 выходного сигнала датчика. Выходные сигналы датчиков, на основе которых построена кривая 304, были получены при расположении эталонного целевого объекта на разных расстояниях от индуктивного датчика при нулевом боковом смещении. Выходные сигналы индуктивного датчика, соответствующие кривой 306, были получены при расположении измельчающего элемента 310 (см. фиг. 18) на разных расстояниях от индуктивного датчика при нулевом боковом смещении. Выходные сигналы индуктивного датчика, соответствующие кривой 308, были получены при расположении измельчающего элемента 312 (см. фиг. 18) на разных расстояниях в наружном направлении относительно индуктивного датчика при нулевом боковом смещении. Поскольку измельчающий элемент 310 толще измельчающего элемента 312, кривая 306 имеет меньшую крутизну по сравнению с кривой 308. На фиг. 17 также проиллюстрирована методика оценки износа измельчающего элемента на основе выходного сигнала от индуктивного датчика. Например, линия 314 выражает уровень базового значения износа для зуба 310, соответствующего новому состоянию этого зуба. Это базовое значение износа может храниться в запоминающем устройстве системы управления (например, компьютера, процессора или другого электронного устройства) и использоваться для управления работой системы определения износа. Линия 316 обозначает выходной сигнал индуктивного датчика, когда зуб 310 переходит в изношенное состояние. В соответствии с одним примером расстояние между линиями 314 и 316 соответствует износу зуба 310 приблизительно на 1/2 дюйма. На практике, при достижении значением выходного сигнала, выдаваемого индуктивным датчиком, уровня линии 316 оператор может получить уведомление о необходимости замены соответствующего зуба 310. Линия 318 соответствует выходному сигналу от индуктивного датчика, при котором измельчающий элемент 312 находится в новом состоянии. Линия 320 соответствует выходному сигналу от индуктивного датчика, при котором измельчающий элемент 312 находится в состоянии износа с необходимостью его замены. Опять-таки контроллер системы определения износа измельчающего элемента может анализировать выходные сигналы индуктивного датчика, соответствующего зубу 312, и при достижении значением выходного сигнала индуктивного датчика уровня линии 320 может выдать уведомление оператору о необходимости замены зуба 312. Как указано выше, выходные сигналы индуктивного датчика могут быть обработаны с помощью алгоритмов, таблиц соответствия или других средств учета таких факторов как температура и скорость. В этом отношении необходимо отметить, что скорость, с которой измельчающий элемент движется в переменном электромагнитном поле индуктивного датчика, также может оказывать влияние на выходной сигнал датчика. Например, при увеличении скорости вращения ротора без изменения расстояния в наружном направлении между индуктивным датчиком и отслеживаемым измельчающим элементом изменение тока, регистрируемого датчиком при движении измельчающего элемента в электромагнитном поле, уменьшается. Для учета этого фактора может быть использован алгоритм корректировки выходного сигнала индуктивного датчика для введения поправки на скорость вращения ротора.
На фиг. 21 показан измельчающий элемент 42, находящийся в электромагнитном поле датчика 60 и, следовательно, его присутствие регистрируется датчиком 60. Как показано, измельчающий элемент 42 находится на расстоянии d1 в наружном направлении с нулевым боковым смещением. На фиг. 22 показан выходной сигнал индуктивного датчика при нахождении измельчающего элемента в положении, показанном на фиг. 21. На фиг. 19 показан измельчающий элемент 42, смещенный вбок относительно датчика 60 на расстояние d1 бокового смещения. Измельчающий элемент 42 также находится на расстоянии d1 в наружном направлении относительно индуктивного датчика 60. Расстояние d1 в наружном направлении одинаково для фиг. 19 и 21. На фиг. 20 показан выходной сигнал индуктивного датчика 60 при нахождении измельчающего элемента 42 в положении, показанном на фиг. 19. Из сравнения фиг. 20 и 22 видно, что амплитуда выходного сигнала 401, выдаваемого датчиком 60 при нахождении измельчающего элемента 42 на одной линии с индуктивным датчиком 60, больше амплитуды выходного сигнала 402, выдаваемого индуктивным датчиком 60 при нахождении измельчающего элемента 42 на таком же расстоянии d1 в наружном направлении, но при его боковом смещении на расстояние d2. График на фиг. 20 также показывает, что индуктивные датчики 60 могут регистрировать присутствие измельчающих элементов, смещенных вбок относительно датчиков, но находящихся при этом в электромагнитном поле датчика.
Как показано на фиг. 19 и 20, присутствие измельчающих элементов, смещенных вбок относительно конкретного индуктивного датчика 60, может быть зарегистрировано индуктивным датчиком 60 как присутствие измельчающих элементов, движущихся рядом с датчиком 60. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения траектории измельчения, заданные измельчающими элементами 42, могут располагаться достаточно близко друг к другу, в результате чего один из индуктивных датчиков 60 может зарегистрировать присутствие измельчающих элементов, соответствующих трем или большему количеству траекторий измельчения. Например, на фиг. 23 показан исходный нефильтрованный выходной сигнал индуктивного датчика 60 за один оборот ротора 38. По мере вращения ротора 38 индуктивный датчик регистрирует присутствие измельчающего элемента 42, находящегося на одной линии с индуктивным датчиком 60. Датчик 60 также регистрирует присутствие измельчающего элемента 42, соответствующего траектории измельчения, смещенной влево от индуктивного датчика 60, а также присутствие измельчающего элемента 42, соответствующего траектории измельчения, смещенной вправо от индуктивного датчика 60. Поскольку левый и правый измельчающие элементы смещены вбок относительно датчика 60, амплитудные значения сигнала на участках 450В и 450С, соответствующих этим измельчающим элементам, меньше амплитудного значения сигнала на участке 450А, соответствующем измельчающему элементу, находящемуся на одной линии с индуктивным датчиком 60. Как показано на фиг. 23, угловые положения Ωa, Ωb и Ωc центрального, левого и правого измельчающих элементов определяют и сохраняют в запоминающем устройстве. В процессе фильтрации сравнивают амплитуды сигнала на участках 450А, 450В и 450С и отбирают участок 450А с наибольшей амплитудой сигнала. Угловое положение Ωа, соответствующее сигналу на участке 450А с наибольшей амплитудой, сохраняют в запоминающем устройстве. Как показано на фиг. 24, сигнал на участках 450А и 450В может далее быть отфильтрован. В дальнейшем система управления будет учитывать только значения выходного сигнала индуктивного датчика, соответствующие измельчающему элементу, находящемуся на одной линии с этим датчиком в угловом положении Ωa. Если система не обнаруживает измельчающий элемент в угловом положении Ωa, оператору может быть выдано уведомление об отсутствии измельчающего элемента, находящегося на одной линии с датчиком. По мере износа измельчающего элемента амплитуда сигнала на участке 450А в угловом положении Ωa изменяется. Конкретное изменение амплитуды сигнала на участке 450А по сравнению с уровнем базового значения износа (например, значения, соответствующего новому состоянию измельчающего элемента) указывает на изнашивание измельчающего элемента до состояния, при котором необходима замена измельчающего элемента 42А. На этой стадии оператор может быть уведомлен о необходимости замены измельчающего элемента 42А.
В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения индуктивные датчики 60 расположены достаточно близко друг к другу, в результате чего электромагнитные поля соседних датчиков 60 накладываются. Таким образом, если бы все датчики 60 работали одновременно, электромагнитные поля соседних датчиков могли бы оказывать влияние друг на друга. Для предотвращения такого рода электромагнитных помех в соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения все датчики 60 не работают одновременно. Например, в соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения каждым датчиком 60 могут управлять отдельно, в результате чего сигналы получают отдельно для каждой из траекторий измельчения. В таком случае контроллер может использовать протокол управления для циклического опроса датчиков, при котором каждый датчик работает независимо от других по меньшей мере во время одного оборота ротора 38. В соответствии с другими вариантами осуществления изобретения могут работать одновременно несколько групп датчиков 60, и система управления может циклически опрашивать эти несколько групп датчиков 60. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения датчики каждой группы могут выбирать на основе расположения этих датчиков относительно зоны действия их соответствующих электромагнитных полей. Конкретно, датчики любой отдельно взятой группы выбирают так, чтобы электромагнитные поля датчиков этой группы не влияли друг на друга.
На фиг. 25-30 представлена система с множеством групп датчиков 60, которые последовательно включают и выключают. На фиг. 25, 27 и 29 показана только часть ротора 38 по его длине и окружности в развернутом виде. Например, ротор показан только на 90° своей окружности и 1/4 своей длины. Показанная часть ротора содержит измельчающие элементы А1, В1, С1, А2, В2, С2, A3, В3 и С3. Система определения содержит первую группу А датчиков, вторую группу В датчиков и третью группу С датчиков, причем все они связаны с контроллером 500. Контроллер 500 может управлять рабочей скоростью ротора 38 посредством гидравлического двигателя 502 через редуктор 504. Контроллер 500 также может управлять работой групп А, В и С индуктивных датчиков. Например, во время первой стадии определения индуктивные датчики, соответствующие группе А, включены, а индуктивные датчики, соответствующие группам В и С, выключены. Когда включены датчики группы А и выключены датчики групп В и С, получают сигнал о состоянии измельчающих элементов A1, А2 и A3, как показано на фиг. 26, и не опрашивают датчики, соответствующие группам В и С. Как показано на фиг. 26, для каждого из измельчающих элементов A1, А2 и A3 контроллер определяет конкретные значения сигнала (например, по входу 1 от индуктивных датчиков) и угловые положения (по входу 4). Во время первой стадии определения датчики группы А регистрируют степень износа измельчающих элементов A1, А2 и A3, по мере того как ротор совершает один или несколько оборотов.
После первой стадии определения контроллер начинает вторую стадию определения, на которой группы А и С датчиков выключены, а группа В датчиков включена (см. фиг. 27). Контроллер собирает данные об износе (например, по входу 2 от индуктивных датчиков группы В) измельчающих элементов B1, В2 и В3, как показано на фиг. 28. Значения сигнала, поступающие на вход 2, соответствуют степени износа измельчающих элементов B1, В2 и В3. Контроллер может иметь предварительно сохраненную информацию, относящуюся к угловым положениям измельчающих элементов B1, В2 и В3. Кроме того, контроллер может сравнивать между собой значения сигнала о степени износа, получаемые от группы В датчиков, соответствующей измельчающим элементам B1, В2 и В3, а также может сравнивать эти значения с базовым значением износа измельчающих элементов B1, В2 и В3. Базовые значения износа могут соответствовать значениям, введенным в систему сразу после установки на ротор 38 новых измельчающих элементов B1, В2 и В3. При сравнении зарегистрированных значений износа, полученных с помощью группы В датчиков для каждого из измельчающих элементов B1, В2 и В3, с их соответствующими базовыми значениями износа контроллер может использовать алгоритмы и другие средства учета изменений температуры, скорости вращения ротора и прочих факторов. После получения данных об износе измельчающих элементов B1, В2 и В3 контроллер может остановить вторую стадию определения и перейти к третьей стадии определения.
На фиг. 29 проиллюстрирована третья стадия определения. На третьей стадии определения группы А и В датчиков выключены, а группа С датчиков включена. При включенном датчике С контроллер может получить доступ к сигналу входа 3 и значениям сигнала датчиков группы С, относящимся к значениям износа измельчающих элементов C1, С2 и С3 (см. фиг. 30). Обычно значения износа выдаются группой С датчиков при вращении ротора. Зарегистрированные значения износа измельчающих элементов C1, С2 и С3 могут сравнивать с базовыми значениями износа измельчающих элементов C1, С2 и С3. Базовые значения износа измельчающих элементов C1, С2 и С3 могут соответствовать значениям, введенным в систему сразу после установки новых измельчающих элементов C1, С2 и С3 на ротор 38. Если значения степени износа, поступающие на вход 3, отклоняются от базовых значений износа на определенную величину, система может сигнализировать о рекомендуемой или требуемой замене одного или нескольких измельчающих элементов C1, С2 и С3.
Понятно, что конкретные данные, получаемые посредством индуктивных датчиков, согласно идеям настоящего изобретения являются общими по своей сути и не указывают на положение конкретной геометрической точки на каком-либо из измельчающих элементов. Более того, данные, получаемые посредством этих датчиков, предоставляют общую информацию обо всей площади поверхности того или иного измельчающего элемента, движущегося в электромагнитном поле датчика, соответствующего этому измельчающему элементу. Указанные данные могут варьироваться в зависимости от размера и формы измельчающего элемента. В этом отношении сходные данные могут относиться к разным характерам износа измельчающего элемента. Например, случаям полного износа частей основания при неповрежденном лезвии измельчающего элемента и полного износа лезвия при неповрежденном основании измельчающего элемента могут соответствовать сходные данные. Преимущество систем определения согласно идеям настоящего изобретения состоит в том, что они хорошо определяют общий износ без применения прецизионных оптических средств, которые нецелесообразно использовать при обычной работе измельчительной машины. Таким образом, системы определения согласно идеям настоящего изобретения можно использовать в процессе измельчения, осуществляемого соответствующими измельчительными машинами, без необходимости прерывания этого процесса для определения износа. Кроме того, конфигурации средств определения согласно идеям настоящего изобретения характеризуются прочностью конструкций, благодаря чему они могут оставаться в измерительном положении в процессе измельчения и не требуют перевода в положение хранения в процессе измельчения.
В соответствии с аспектами настоящего изобретения на практике измельчающий элемент устанавливают на роторе или цепи. Ротор и/или цепь затем приводят во вращение и получают базовое значение износа только что установленного измельчающего элемента. Это базовое значение износа может быть получено с помощью датчика, такого как индуктивный датчик. В момент времени, когда получено базовое значение износа, определяют температуру (например, температуру, обозначающую температуру катушки датчика) и скорость вращения ротора или цепи. Базовое значение износа, а также значения температуры и скорости вращения могут сохранять в запоминающем устройстве. Далее могут запустить машину на измельчение материала. В процессе осуществления измельчения материала могут получать данные об износе измельчающего элемента с помощью датчика в реальном времени. Также могут получать данные о температуре и скорости вращения в реальном времени. После получения данных в реальном времени могут сравнивать данные об износе, полученные в реальном времени, с базовым значением износа для оценки степени износа измельчающего элемента и выявления факта износа измельчающего элемента до такой степени, при которой рекомендуется или требуется его замена. При сравнении данных об износе, полученных в реальном времени, с базовым значением износа контроллер может вводить поправки в данные об износе, полученные в реальном времени, и/или в базовую величину износа для учета любой разницы, которая может иметь место между базовым значением температуры и значением температуры в реальном времени и/или между базовым значением скорости вращения и значением скорости вращения в реальном времени. При отличии базового значения износа от данных об износе, полученных в реальном времени, на определенную величину после введения поправки контроллер может выдавать уведомление оператору о рекомендуемой или требуемой замене измельчающего элемента.
При исходной установке измельчающего элемента контроллер может определять угловое положение измельчающего элемента и отфильтровывать данные, относящиеся к измельчающим элементам, не предназначенным для анализа при выполнении конкретной измерительной операции. Когда контроллер получает данные об износе в реальном времени, он отбирает данные, поступающие от датчика, расположенного в заданном угловом положении цепи или ротора и соответствующего анализируемому измельчающему элементу. Если в заданном угловом положении данные не поступают, контроллер определяет, что измельчающий элемент отсутствует, и выдает уведомление оператору об отсутствии измельчающего элемента и необходимости замены или ремонта.
На фиг. 31 и 32 представлен другой траншеекопатель 720, на котором может быть использована раскрываемая в настоящем документе система определения износа измельчающих элементов. Вместо ротора траншеекопатель 720 оборудован цепью 738, несущей измельчающие элементы 742. Цепь 738 приводят в движение посредством рабочего колеса 739. Контролируя скорость и угол поворота этого рабочего колеса, а также зная окружную длину цепи 738, можно контролировать угловое положение цепи 738 во время ее работы. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения угловое положение цепи может быть определено путем регистрирования присутствия измельчающих элементов, расположенных в неповторяющейся конфигурации вдоль той или иной траектории измельчения. Неповторяющаяся конфигурация представляет собой конфигурацию, элементы которой не повторяются на протяжении одного полного оборота цепи. Простейшая неповторяющаяся конфигурация представляет собой единственный измельчающий элемент, соответствующий одному датчику и/или одной траектории измельчения. Регистрируя наличие одного измельчающего элемента, а также контролируя скорость и угол поворота цепи 738, контроллер может определить положение этого измельчающего элемента на цепи и может определить угловое положение всех остальных измельчающих элементов на цепи. К другому примеру неповторяющейся конфигурации относятся два контролируемых измельчающих элемента, расположенные на одной траектории измельчения и отстоящие друг от друга по периметру цепи на разные расстояния.
На фиг. 33 и 34 показан другой пример системы 800 определения износа согласно идеям настоящего изобретения. Система 800 определения износа может содержать многоуровневую систему 802 защиты датчиков износа. Система 802 защиты датчиков износа предназначена для защиты датчиков 804 износа (см. фиг. 34) от повреждения в самых неблагоприятных условиях работы. Многоуровневая система 802 защиты датчиков износа также предназначена для обеспечения функционирования датчиков 804 износа при фрезеровании. Таким образом, система 800 определения износа может обеспечивать непрерывный контроль износа зубьев без необходимости прерывания фрезерования для оценки степени износа зубьев. Многоуровневая система 802 защиты датчиков износа содержит защиту первого уровня, защиту второго уровня и защиту третьего уровня. Защита первого уровня проиллюстрирована на фиг.35 и подробно описана ниже.
Защита первого уровня может представлять собой исходный барьерный ряд 806 (например, исходный защитный экран). В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения исходный барьерный ряд 806 окружает измельчающий ротор (не показан) и находится между измельчающим ротором и датчиками 804 износа. В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения исходный барьерный ряд 806 изогнут, по меньшей мере частично, вокруг измельчающего ротора. В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения центр кривизны исходного барьерного ряда 806 находится на оси вращении измельчающего ротора. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения исходный барьерный ряд 806 может иметь листовую конструкцию, содержащую множество листовых сегментов 808, прикрепленных к раме 810 машины и установленных в ряд. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения исходный барьерный ряд 806 может содержать поликарбонатный материал. На фиг. 34 исходный барьерный ряд 806 показан со снятыми частями множества листовых сегментов 808.
На фиг. 35, 36 показан один из множества листовых сегментов 808. В проиллюстрированном примере листовой сегмент 808 характеризуется наличием основной части 812, имеющей верхний конец 814 и нижний конец 816. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения верхний и нижний концы 814, 816 основной части 812 сегмента могут быть прикреплены верхней и нижней арматурой 818, 820 (например, фиксаторами). Верхняя арматура 818 может содержать отверстия 822 для крепежа (не показан), используемого для прикрепления листового сегмента 808 к раме 810 машины (см. фиг. 33). Каждая нижняя арматура 820 может содержать первый выступ 826 и второй выступ 828, вставляющиеся в соответствующие гнезда 830 для выступов (см. фиг. 34).
В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения множество листовых сегментов 808 может содержать отверстия 807 (см. фиг. 36) на верхнем и нижнем концах 814, 816 основной части 812 сегмента. Множество листовых сегментов 808 может быть прикреплено к арматурам 818, 820 с помощью крепежных пластин 809, содержащих отверстия (не показаны), совмещаемые с отверстиями 807 множества листовых сегментов 808 или соответствующие им. В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения крепежные пластины 809 соединены с множеством листовых сегментов 808 с помощью фиксаторов 811 (например, заклепок, колпачковых винтов, штифтов, хомутов, клея и т.п.) для прикрепления множества листовых сегментов 808 к верхней и нижней арматурам 818, 820 соответственно.
Исходный барьерный ряд 806 может иметь жесткую конструкцию. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения исходный барьерный ряд 806 может быть легко заменен и характеризуется относительно низкой стоимостью. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения каждый из множества листовых сегментов 808 может быть установлен скользящим перемещением листовой конструкции вниз вокруг ротора вдоль направляющей, пока первый и второй выступы 826, 828 не войдут в соответствующие гнезда 830 для выступов, прикрепленные к раме 810 машины. В дальнейшем фиксаторы могут быть использованы для прикрепления верхних концов 814 множества листовых сегментов 808 к раме 810 машины.
В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения верхние концы 814 множества листовых сегментов 808 расположены с учетом облегчения доступа к ним оператора. Для снятия одного из множества листовых сегментов 808 с целью замены необходимо отсоединить фиксаторы на верхних концах 814 каждого из множества листовых сегментов 808, после чего скользящим перемещением сдвинуть листовые сегменты 808 вверх для вывода первого и второго выступов 826, 828 из сцепления с гнездами 830 для выступов и скользящим перемещением вынуть множество листовых сегментов 808 из места установки, расположенного вокруг измельчающего приспособления.
Как показано на фиг. 37, многоуровневая система 802 защиты датчиков износа также может содержать защиту второго уровня в виде лотков 832 (например, корпусов), в которых устанавливаются датчики 804 износа. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения лотки 832 установлены за исходным барьерным рядом 806 и выполнены с возможностью поглощения ударов, передаваемых через исходный барьерный ряд 806, для предотвращения передачи этого ударного воздействия на датчики 804 износа, находящиеся в лотках 832. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения лотки 832 содержат износостойкий материал, такой как поликарбонатный материал. Лотки 832 способствуют обеспечению защиты датчиков 804 износа от ударного воздействия и в то же время не препятствуют распространению электромагнитных полей, создаваемых датчиками 804 износа, сквозь лотки 832. Защита второго уровня проиллюстрирована на фиг. 38-42 и подробно описана ниже.
Лотки 832 проиллюстрированы во всех подробностях на фиг. 38, 39. Лотки 832 могут быть выполнены с возможностью удержания датчиков 804 износа, при котором грани датчиков 804 износа в лотках 832 остаются открытыми (т.е. при котором лотки не перекрывают основные наружные грани датчиков). На фиг. 38 приведено увеличенное изображение части защиты второго уровня, показанной на фиг. 37. В проиллюстрированном примере показано несколько лотков 832, установленных в ряд. В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения лотки 832 могут быть установлены на пластине 834. Пластина 834 может быть выполнена с возможностью скользящего перемещения модуля из множества лотков 832 и датчиков 804 износа по каналам 836. Как показано, в силу своей конструкции каналы 836 расположены параллельно друг другу.
В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения к пластинам 834 могут быть прикреплены рельсы 838. Рельсы 838 могут характеризоваться протяженностью вдоль оси ротора. Рельсы 838 могут быть прикреплены (например, приварены, присоединены) к пластине 834 со стороны, противоположной стороне, на которой установлены лотки 832. Пластина 834 может скользить в продольном направлении по каналам 836, проходящим вдоль оси ротора.
Как показано на фиг. 39, массив лотков 832 проходит вдоль пластины 834. Показано, что эта пластина прикреплена к рельсам 838. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения пластина 834 может вставляться в каналы 836 с правой стороны машины. Понятно, что пластина 834, содержащая массив лотков 832, также может вставляться в каналы 836 с левой стороны машины.
На фиг. 40 представлен вид сбоку массива лотков 832, расположенных вдоль пластины 834. На фиг. 41 представлен разрез массива лотков 832, показанного на фиг. 40.
На фиг. 41 показана защита третьего уровня. Защита третьего уровня содержит амортизатор 840 (например, выступающее приспособление) для гашения ударов, передаваемых и через исходный барьерный ряд 806 (см. фиг. 37), и через лотки 832. В проиллюстрированном примере показаны электрические выводы и провода 842, расположенные на задней стороне датчика 804 износа (см. фиг. 39) для электрического соединения датчика 804 износа с системой управления, имеющей соответствующую электрическую цепь для управления работой датчика 804 износа. На амортизаторе 840 рядом с задней стороной датчика 804 износа может быть установлена металлическая пластина 844. Амортизатор 840 проиллюстрирован на фиг. 42 и подробно описан ниже.
На фиг. 42 показан пример амортизатора 840. Амортизатор 840 имеет основание 846, которое может быть прикреплено к пластине 834 (см. фиг. 41). В основании 846 может быть выполнено множество отверстий 848 под фиксаторы (не показаны) для соединения амортизатора 840 с пластиной 834. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения в основании 846 амортизатора 840 может быть выполнено центральное отверстие 850. Центральное отверстие 850 может быть предназначено для установки в нем втулки 852 (см. фиг. 41). В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения амортизатор 840 может быть выполнен с возможностью изгиба и прогиба относительно ножек 854 при ударном воздействии.
На фиг. 43 представлен вид сбоку в перспективном изображении защиты третьего уровня. На фиг. 44 представлено увеличенное изображение части, показанной на фиг. 43. Как показано на фиг. 44, амортизатор 840 (например, выступающее приспособление) может быть расположен за лотками 832, чтобы способствовать перемещению лотков 832 при ударном воздействии, передаваемом через исходный барьерный ряд 806 (см. фиг. 37) на лотки 832. Ножки 854 амортизатора 840 выполнены с возможностью изгибания при ударном воздействии.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения амортизатор 840 может содержать приспособление, необратимо деформирующееся при ударном воздействии. При этом амортизатор 840 после удара остается изогнутым. Понятно, что такие конструкции скорее всего будут требовать ремонта или замены чаще, нежели упругие конструкции. В соответствии с другими вариантами осуществления изобретения амортизатор 840 может быть выполнен из гибкой пластмассы, чтобы не оставаться изогнутым после удара.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения амортизатор 840 может содержать эластичное/упругое приспособление, сдвигающее лоток 832 в измерительное положение и позволяющее лотку 832 отодвигаться от измельчающего приспособления при ударном воздействии. Эти амортизаторы 840 после удара могут смещать подвергшиеся ударному воздействию лотки 832 обратно в их соответствующие измерительные положения. Защита третьего уровня проиллюстрирована на фиг. 44-48 и подробно описана ниже.
Как показано на фиг. 44, ножки 854 амортизатора 840 могут быть соединены с лотками 832 для прикрепления лотков 832 к пластине 834 вдоль ее поверхности. Как показано, пластина 834 с установленным на ней амортизатором 840 расположена в канале 836.
На фиг. 45 представлен вид снизу многоуровневой системы 802 защиты датчиков износа. Конструкция этой многоуровневой системы защиты датчиков износа проиллюстрирована на фиг. 46 и подробно описана ниже.
На фиг. 46 приведено увеличенное изображение части, показанной на фиг. 45. Конструкция многоуровневой системы 802 защиты датчиков износа обеспечивает возможность вставки блока лотков 832, прикрепленных к амортизатору 840, в каналы 836 с левой стороны или с правой стороны машины при помощи пластины 834.
Как показано на фиг. 44 и 46, пластина 834 может скользить в каналах 836 по верхним частям бортиков 856. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения бортики 856 могут быть приварены к продолговатым элементам 858, проходящим в продольном направлении вдоль оси ротора. В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения в рельсы 838 (см. фиг. 40), расположенные в каналах 836, могут вставляться клинья 860.
На фиг. 47 представлен вид сбоку многоуровневой системы 802 защиты датчиков износа. На фиг. 48 представлен разрез многоуровневой системы 802 защиты датчиков износа, на котором показан массив лотков 832 в канале 836 вдоль оси ротора. На фиг. 49 приведено увеличенное изображение части, показанной на фиг. 48.
Как показано на фиг. 49, клинья 860 могут иметь сужающийся конец 862. В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения клинья 860 выполнены с возможностью вставления вдоль рельсов 838 (см. фиг. 46) с левой стороны и/или с правой стороны машины. Таким образом, рельсы 838 могут направлять клинья 860 в процессе вставления. Клинья 860 могут вставляться так, чтобы их сужающийся конец 862, будучи полностью вставленным, сцеплялся с наклонной поверхностью 864 в центральной части канала 836.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения клинья 860 передают направленную вниз силу, прикладываемую к пластине 834, для крепкого зажима лотков 832 и удержания пластины 834 на месте. Например, пластины 834 могут прижиматься к бортикам 856. В соответствии с конкретными вариантами осуществления изобретения для удержания клиньев 860 на месте клинья 860 могут быть соединены с Г-образными скобами 866. В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения клинья 860 могут быть прикручены к Г-образным скобам 866 болтами. Г-образная скоба 866 может прикрепляться к главному кронштейну 868 (см. фиг. 47) и может перемещаться относительно главной рамы с помощью фиксаторов для контроля положения наружных концов (т.е. не сужающихся концов) клиньев 860 с целью обеспечения крепкого прижима пластины 834 к бортикам/выступам 856 каналов 836 по всей ее длине.
Из приведенного выше подробного описания понятно, что настоящее изобретение может быть подвержено модификациям и изменениям без отклонения от сути и объема изобретения.
Реферат
Настоящее изобретение относится, в общем, к системам и способам определения износа в машинах, предназначенных для измельчения или разрушения материала. Более конкретно, настоящее изобретение относится к системам и способам определения износа измельчающих элементов землеройных машин, таких как траншеекопатели. Настоящее изобретение относится к системе определения износа, содержащей многоуровневую систему защиты датчиков износа. Многоуровневая система защиты датчиков износа содержит защиту первого уровня, защиту второго уровня и защиту третьего уровня. 9 н. 27 з.п. ф-лы.
