Устройство для контроля крутящего момента главного вала подъемной машины, основанное на измерении угла кручения

Заявленное изобретение относится к устройству для контроля крутящего момента главного вала подъемной машины, основанному на измерении угла кручения. Заявленное устройство для контроля крутящего момента главного вала подъемной машины содержит первое основание, второе основание, генераторный блок источника света, перегородку, и светочувствительный элемент, в котором источник света, первая линза и первая диафрагма расположены в генераторном блоке источника света, вторая диафрагма и вторая линза на перегородке, и светочувствительный элемент образуют тракт генерации, передачи и приема света. При этом в момент, когда главный вал подъемной машины подвергается воздействию определенного крутящего момента, между первой диафрагмой и второй диафрагмой происходит соответствующее смещение, и, таким образом угол кручения вала может быть определен путем измерения изменения количества света, достигающего второй оптической диафрагмы, и в конечном счете может быть вычислен крутящий момент на валу. Технический результат - измерение крутящего момента вала с использованием принципа обнаружения света. 2 з.п. ф-лы,

 

I. Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству для контроля крутящего момента главного вала подъемной машины на основе измерения угла кручения, который особенно подходит для контроля крутящего момента главного вала шахтных подъемных машин, а также для определения крутящего момента на других вращающихся объектах, таких как вращающиеся валы.

II. Уровень техники

Подъемные машины являются типичными вращающимися механизмами, широко применяемыми в шахтах, и будучи "устьем" шахт играют важную роль в производстве в шахтах. Поскольку современная промышленность и технологии быстро развиваются и растет потребность в высокой эффективности производства, структура шахтных подъемных машин становится все более и более сложной, и все более увеличиваются грузоподъемность, скорость подъема становится быстрее, и расстояние подъема становится длиннее. В случае отказа, например, заклинивания, проскальзывания, перемотки или внезапного расцепления в процессе подъема шахтной подъемной машины может начаться цепная реакция, и состояние подъемной машины влияет не только на работу самого оборудования, но также и на последующее производство, и может даже привести к катастрофам и тяжелым потерям для национальной экономики. Следовательно, необходимо контролировать крутящий момент главного вала шахтной подъемной машины, поскольку крутящий момент главного вала будет соответственно изменяться в случае заклинивания, проскальзывания, перемотки или обрыва каната на шахтной подъемной машине.

На данный момент изобретены многие методы и устройства для измерения крутящего момента. Например, может быть использован метод измерения с последовательным соединением, в котором устройство для измерения крутящего момента соединено последовательно с контролируемым узлом оборудования. Однако этот метод требует изменения структурного соединения исходного испытательного блока и связан с высокими затратами, когда он применяется для уже смонтированного оборудования. Хотя крутящий момент вала может быть измерен путем прикрепления к валу тензодатчиков, такие тензодатчики могут отпасть, а кроме того, имеют место очень высокие требования к точности их крепления. Хотя, в качестве альтернативы, крутящий момент вала также может быть измерен с помощью электромагнитной индукции, она может оказывать влияние на эффективность беспроводной передачи данных. Способ измерения крутящего момента вала, в котором поверхность вала обрабатывают соответствующим образом (гравирование линий или установка катушек и т.д.), а затем измерительные устройства устанавливают в соответствующих положениях для измерения крутящего момента вала, требует установки опор на существующем фундаменте и большого количества соединительных проводов; следовательно, его применение ограничено.

III. Содержание изобретения

Техническая проблема:

Чтобы преодолеть недостатки предшествующего уровня техники, настоящее изобретение предусматривает устройство для измерения крутящего момента главного вала подъемной машины, основанное на измерении угла кручения и обеспечивающее измерение крутящего момента вала с использованием принципа обнаружения света и тем самым реализацию системы мониторинга крутящего момента вала с использованием беспроводной передачи данных.

Техническая схема:

В соответствии с настоящим изобретением устройство контроля крутящего момента главного вала подъемной машины, основанное на измерении угла кручения, включает первое основание и второе основание, защелкнутое на главном валу и верхний кожух и нижний кожух, соответственно симметрично расположенные на первом основании и втором основании, в котором генераторный блок источника света, установленный на первом основании, симметрично расположен в верхнем кожухе и нижнем кожухе, и генераторный блок источника света содержит блок обработки сигнала, расположенный на первом основании, и источник света, расположенный на блоке обработки сигнала, первую диафрагму, расположенную на пересечении между верхом генераторного блока источника света и линией, соединяющей источник света и центр главного вала, первую линзу, расположенную на соединительной линии, между первой диафрагмой и источником света, светочувствительный элемент, подключенный к блоку обработки сигнала, расположенный на пересечении между внутренней стенкой верхнего и нижнего кожухов и линией, соединяющей источник света и центр главного вала, дугообразная перегородка, прикрепленная ко второму основанию и концентричная с главным валом расположена между светочувствительным элементом и генераторным блоком источника света, вторая диафрагма такого же размера и формы, как первая диафрагма, расположена на перегородке в положении, соответствующем положению первой диафрагмы, и вторая линза, предназначенная для фокусировки принимаемого света на светочувствительном элементе, расположена между второй диафрагмой и светочувствительным элементом.

Первая диафрагма в генераторном блоке источника света представляет собой дугообразное отверстие, концентричное с главным валом.

Блок обработки сигналов содержит источник питания, к которому подключен светочувствительный элемент, схему согласования и модуль беспроводной передачи, в котором вход схемы согласования соединен с выходом светочувствительного элемента, а выход схемы согласования соединен с модулем беспроводной передачи.

Преимущества:

Устройство, представленное в настоящем изобретении, использует принцип обнаружения света и позволяет реализовать контроль в реальном времени крутящего момента главного вала шахтной подъемной машины, и также может быть применено для измерения крутящего момента на других валах. Устройство может выполнять в режиме реального времени измерение крутящего момента вала без ущерба для исходных подключений и оснований оборудования, и использовать беспроводную передачу данных, тем самым упрощая электромонтаж и позволяя избежать электромагнитных помех. Устройство может производить измерение крутящего момента при различных скоростях вращения, в том числе, когда вал находится в состоянии покоя; кроме того, устройство удобно в использовании, требует очень низких эксплуатационных затрат, может обеспечить превосходную эффективность и найти широкое применение.

IV. Описание чертежей

Фиг. 1 - осевая проекция устройства, представленного в настоящем изобретении;

Фиг. 2 - вид сбоку устройства, представленного в настоящем изобретении;

Фиг. 3 - блок-схема блока обработки сигнала в устройстве, представленном в настоящем изобретении.

Позиции на чертежах:

1 - первое основание,

2 - блок обработки сигнала,

3 - первая линза,

4 - первая диафрагма,

5 - вторая диафрагма,

6 - верхний кожух,

7 - светочувствительный элемент,

8 - вторая линза,

9 - перегородка,

10 - генераторный блок источника света,

11 - источник света,

12 - главный вал,

13 - нижний кожух,

14 - второе основание,

15 - источник питания,

16 - схема согласования,

17 - модуль беспроводной передачи.

V. Варианты осуществления

Ниже настоящее изобретение будет описано более подробно в конкретном варианте осуществления, со ссылкой на прилагаемые чертежи:

Устройство для контроля крутящего момента главного вала подъемной машины, основанное на измерении угла кручения в соответствии с настоящим изобретением, в основном содержит первое основание 1, второе основание 14, генераторный блок 10 источника света, перегородку 9, и светочувствительный элемент 7, в котором первое основание 1 и второе основание 14 представляют собой две защелкивающиеся детали, каждая из которых имеет полукруглую дугообразную канавку, и два основания отделены друг от друга промежутком в 10 см и симметрично защелкнуты на валу 12 подъемной машины болтами; верхний кожух 6 и нижний кожух 13 закреплены на первом основании 1 и втором основании 14 соответственно; генераторные блоки 10 источника света, установленные на первом основании 1, симметрично расположены в верхнем кожухе и нижнем кожухе, а генераторный блок 10 источника света содержит блок 2 обработки сигнала, расположенный на первом основании 1, и источник света 11, расположенный в блоке 2 обработки сигнала; первая диафрагма 4 расположена на пересечении между верхней частью генераторного блока 10 источника света и линии, соединяющей источник света 11 и центр главного вала 12, и первая диафрагма 4 представляет собой круговое дугообразное отверстие, концентричное с главным валом 12; первая линза 3 расположена на соединительной линии между первой диафрагмой 4 и источником света 11, а источник света 11 установлен в фокальной плоскости первой линзы 3 вблизи первого основания 1; светочувствительный элемент 7, подключенный к блоку 2 обработки сигнала, расположен на пересечении между внутренней стенкой верхнего и нижнего кожухов и линией, соединяющей источник света 11 и центр главного вала 12; круговая, дугообразная перегородка 9, прикрепленная ко второму основанию 14 и концентричная с главным валом 12, расположена между светочувствительным элементом 7 и генераторным блоком 10 источника света, а вторая диафрагма 5 такого же размера и формы, как первая диафрагма 4, расположена на перегородке 9 в положении, соответствующем положению первой диафрагмы 4; вторая линза 8, предназначенная для фокусировки принимаемого света на светочувствительном элементе 7, расположена между второй диафрагмой 5 и светочувствительным элементом 7, а вторая линза 8 установлена таким образом, что светочувствительный элемент 7 расположен в фокальной плоскости второй линзы 8 вдали от первого основания 1.

Как показано на Фиг. 3, блок 2 обработки сигнала содержит источник 15 питания, подключенный к светочувствительному элементу 7, схему 16 согласования и модуль 17 беспроводной передачи, в котором вход схемы 16 согласования соединен с выходом светочувствительного элемента 7, а выход схемы 16 согласования соединен с модулем 17 беспроводной передачи. От источника 15 питания одновременно подается питание на светочувствительный элемент 7, схему 16 согласования, модуль 17 беспроводной передачи и источник 11 света.

Во время эксплуатации устройство установлено на главном валу 12 подъемной машины и хранится в состоянии относительного покоя. При отсутствии нагрузки на главном валу 12 свет от источника 11 света после прохождения через первую линзу 3 представляет собой параллельный световой пучок; поскольку начальное положение первой диафрагмы 4 синхронизировано с начальным положением второй диафрагмы 5, параллельный световой пучок, прошедший через первую диафрагму 4, может проходить через вторую диафрагму 5 полностью, и затем фокусируется второй линзой 8 на светочувствительном элементе 7, при этом светочувствительный элемент 7 вырабатывает электрический ток, который подается в схему 16 согласования в блоке 2 обработки сигнала, а затем передается беспроводным способом с помощью модуля беспроводной передачи на компьютер высшего уровня или ПК; когда главный вал генерирует крутящий момент под нагрузкой, главный вал 12 подъемной машины будет закручиваться, и, следовательно, первое основание 1 и второе основание 14 будут поворачиваться относительно друг друга, перегородка 9, закрепленная на втором основании 14, будет поворачиваться вместе со вторым основанием 14, так что первая диафрагма 4 и вторая диафрагма 5, которые изначально были выровнены относительно друг друга, будут смещаться соответственно крутящему моменту. В результате только часть параллельного светового пучка, прошедшего через первую диафрагму 4, сможет проходить через вторую оптическую диафрагму 5 и, наконец,, достигать светочувствительного элемента 7; соответственно, светочувствительный элемент 7 обрабатывает прошедший параллельный световой пучок, а затем передает электрический сигнал, соответствующий количеству света, на компьютер высшего уровня. Посредством сравнения количества света, принимаемого светочувствительным элементом 7, когда главный вал подвергается различным нагрузкам, можно измерить угол кручения первой диафрагмы 4 относительно второй диафрагмы 5 и, исходя из измеренного угла кручения, можно вычислить крутящий момент главного вала 12 подъемной машины.

В то время как вариант осуществления настоящего изобретения описывается в качестве примера для вала подъемной машины, настоящее изобретение применимо не только для измерения крутящего момента главных валов подъемных машин, но также для измерения крутящего момента других вращающихся валов. Кроме того, в практическом применении значение крутящего момента может быть вычислено с помощью блока обработки сигналов, а затем передано беспроводным способом на компьютер высшего уровня.

1. Устройство для контроля крутящего момента главного вала подъемной машины, основанное на измерении угла кручения, содержащее

первое основание (1) и второе основание (14), установленные путем защелкивания на главном валу (12), и

верхний кожух (6) и нижний кожух (13), расположенные симметрично на первом основании (1) и втором основании (14) соответственно, причем

генераторный блок (10) источника света, установленный на первом основании (1), расположен симметрично в верхнем кожухе и нижнем кожухе и содержит блок (2) обработки сигнала, расположенный на первом основании (1), и источник (11) света, расположенный на блоке (2) обработки сигнала,

первая диафрагма (4) расположена на пересечении между верхней частью генераторного блока (10) источника света и линией, соединяющей источник (11) света и центр главного вала (12),

первая линза (3) расположена на соединительной линии между первой диафрагмой (4) и источником (11) света,

светочувствительный элемент (7), подключенный к блоку (2) обработки сигнала расположен на пересечении между внутренней стенкой верхнего кожуха и нижнего кожуха и линией, соединяющей источник (11) света и центр главного вала (12), круговая дугообразная перегородка (9), прикрепленная ко второму основанию (14) и концентричная с главным валом (12), расположена между светочувствительным элементом (7) и генераторным блоком (10) источника света, вторая диафрагма (5) такой же формы и размера, что и первая диафрагма (4) расположена на перегородке (9) в положении, соответствующем положению первой диафрагмы (4), а вторая линза (8), предназначенная для фокусировки принимаемого света на светочувствительном элементе (7) расположена между второй диафрагмой (5) и светочувствительным элементом (7).

2. Устройство для контроля крутящего момента главного вала подъемной машины, основанное на измерении угла кручения по пункту 1, в котором первая диафрагма (4) в генераторном блоке (10) источника света представляет собой круговое, дугообразное отверстие, концентричное с главным валом (12).

3. Устройство для контроля крутящего момента главного вала подъемной машины, основанное на измерении угла кручения по пункту 1, в котором блок (2) обработки сигнала содержит источник (15) питания, соединенный со светочувствительным элементом (7), схему (16) согласования, и модуль (17) беспроводной передачи, в котором вход схемы (16) согласования соединен с выходом светочувствительного элемента (7), а выход схемы (16) согласования соединен с модулем (17) беспроводной передачи.