Система и способ контроля степени износа измельчающих элементов
Изобретение относится к системам отслеживания износа рабочего оборудования машин, предназначенных для измельчения или разламывания материалов. Техническим результатом является обеспечение оперативного контроля за износом рабочего органа машины и выявление времени его замены. В частности, предложен способ управления автономной системой для мониторинга и диагностирования износа измельчающих элементов землеройной машины, включающий измерение степени износа измельчающих элементов барабана землеройной машины; передачу беспроводного сигнала о степени износа удаленному оператору; и отображение степени износа измельчающих элементов на экранном мониторе, при этом экранный монитор выполнен с возможностью отображения непрерывного прокручивания измельчающих элементов; при этом отображается угловое положение измельчающих элементов относительно контрольной точки; при этом указанной контрольной точкой является положение замены. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 10 ил.
Ссылка на родственную заявку
Настоящая заявка, поданная 18 февраля 2015 года в качестве международной заявки согласно РСТ, испрашивает приоритет в соответствии с предварительной заявкой на выдачу патента США №61/941,828, поданной 19 февраля 2014 года, содержание которой полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.
Область техники, к которой относится настоящее изобретение
Настоящее изобретение, в общем, относится к системам и способам отслеживания степени износа машин автономной системы, предназначенных для измельчения или размалывания материалов. В автономной системе предусмотрен дистанционный контроль одной или нескольких машин, работающих совместно и/или независимо друг от друга. В частности, настоящее изобретение относится к системам и способам отслеживания степени износа измельчающих элементов, используемых в землеройных машинах, таких как наземные землеройные машины.
Уровень техники
В строительстве и горнодобывающей отрасли относительно твердые материалы часто подвергаются механической обработке. Среди множества таких материалов можно отметить скальные породы, бетон, асфальт, уголь и другие материалы подобного рода на минеральной основе. Был разработан ряд различных способов уменьшения размеров этих твердых материалов. Один из традиционных способов измельчения материалов заключается в высверливании относительно небольших отверстий в материале, в которые закладывается взрывчатка. Инициирование этого взрывчатого вещества обеспечивает быстрое и экономичное измельчение материала. Однако этот способ характеризуется множеством недостатков, включая обычный риск нанесения травмы, пылеобразование, возникновение нежелательных шумов и вибраций, а также тот факт, что этот технологический процесс сложно использовать в условиях ограниченного пространства или там, где существует риск воспламенения других газов.
Из-за указанных недостатков, присущих технике взрывных работ, были разработаны альтернативные способы измельчения относительно твердых материалов. Основной альтернативный способ заключается в использовании измельчающих машин, снабженных вращающимися измельчающими узлами, которые вращают специализированные жесткие измельчающие элементы по соответствующей траектории. Измельчающие узлы могут представлять собой вращающиеся барабаны, которые перемещают измельчающие элементы по круговой траектории. Эти барабаны обычно закрепляются на соответствующих машинах таким образом, чтобы можно было контролировать их положение и ориентацию при вхождении измельчающих элементов в контакт с измельчаемым материалом. Альтернативные измельчающие узлы могут представлять собой смонтированные на землеройном органе цепи, на которых установлены измельчающие элементы. Обычно цепи двигаются/вращаются вокруг соответствующего землеройного органа. Измельчающие элементы фиксируются на цепях и движутся по заданным ими траекториям. Во время работы землеройные органы переводятся (например, за счет движения вращения вокруг оси) в положение, в котором измельчающие элементы соприкасаются с измельчаемым материалом.
Пример машины описанного типа раскрыт в патенте США №7,290,360. Описанная машина представляет собой землеройную машину, используемую в таких сферах, как добыча полезных ископаемых открытым способом, снятие старых дорожных покрытий, выравнивание рельефа местности и предварительная подготовка площадок под новое строительство или реконструкцию с удалением одного или нескольких слоев материала. Использование поверхностных землеройных машин этого типа является экономичной альтернативой взрывным работам и разбиванию породы ударами, а также дает преимущество, которое заключается в том, что после одного прохода обеспечивается выход однородного материала. Это может снизить потребность в дробилках первичного дробления, крупногабаритных загрузочных транспортерах, большегрузных карьерных самосвалах, а также в получении соответствующих разрешений на подачу материалов в дробилки.
Измельчающие элементы измельчающих машин рассчитаны на то, чтобы выдерживать ударные нагрузки и абразивное изнашивание в результате выполнения действий по измельчению материала. Измельчающие элементы могут характеризоваться самыми разными формами и размерами; и они могут именоваться различными терминами, в том числе резаками, резцами, зубьями, зубцами и т.п. Стандартные измельчающие элементы содержат режущую кромку или ударный наконечник и основание. Основания выполнены с возможностью установки в монтажных узлах, являющихся неотъемлемой частью барабанов или цепей, которые используются в качестве основы для перемещения измельчающих элементов во время измельчения материала. Неблагоприятная окружающая среда, в которой осуществляется измельчение материала, практически гарантирует постепенный износ измельчающих элементов с течением времени. Таким образом, измельчающие элементы должны быть выполнены с возможностью замены, тогда как частая замена монтажных узлов не предполагается. Например, в случае износа определенного измельчающего элемента он извлекается из соответствующего монтажного узла и заменяется новым неизношенным измельчающим элементом.
Часто кончики или кромки измельчающих элементов имеют более прочную конструкцию (например, выполнены из твердых сплавов) в сравнении с основанием измельчающих элементов. При использовании новых измельчающих элементов для измельчения материала большая часть ударных и абразивных воздействий приходится на режущие кромки или наконечники. Однако по мере износа режущих кромок или наконечников все больше ударных и абразивных воздействий приходится на основание. Это может вызвать множество самых разных проблем, в том числе тех, которые обусловлены меньшей эффективностью оснований при измельчении материала, что приводит к малопродуктивной работе оборудования. В результате могут высекаться искры и/или выделяться избыточное тепло, что повышает риск взрыва и/или пожара, например, при разработке месторождений каменного угла, где может присутствовать метан. Кроме того, основания обычно изнашиваются быстрее режущих кромок или наконечников. Это важно потому, что основания предотвращают износ монтажных узлов, в которых устанавливаются измельчающие элементы. Таким образом, после износа режущих кромок или наконечников машина сможет проработать лишь в течение короткого периода времени до того, как будут изношены основания с последующим вхождением монтажных узлов барабанов или цепей в соприкосновение с измельчаемым материалом. В случае износа измельчающих элементов до такой степени возникает риск повреждения монтажных узлов барабанов или цепей. Монтажные узлы не просто отремонтировать, и поэтому возможное повреждение может оказаться плохо поддающимся ремонту и обойтись очень дорого.
Вследствие этих проблем замена измельчающих элементов до того момента, как будет достигнута предельная степень износа, дает большие преимущества. Для мониторинга состояния режущих элементов резцов были разработаны специальные системы, позволяющие операторам прерывать работу машин и своевременно заменять режущие элементы. Примеры систем отслеживания степени износа измельчающих элементов описаны в патентах АТ 3826832, DE 10015005 и US 2010/0076697. И хотя системы отслеживания степени износа существуют, они требуют усовершенствования.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
Аспекты настоящего изобретения относятся к устройствам отображения, показывающим степень износа измельчающих элементов (например, резцов, зубьев и т.п.), установленных на измельчающем узле. В некоторых примерах реализации заявленного изобретения устройство отображения может содержать матрицу, в которой измельчающие элементы визуально отображаются все сразу в реальном масштабе времени. Степень износа измельчающих элементов может обозначаться разными способами, например, разными цветами, цифрами, буквами, штрих-кодами, геометрическими фигурами и прочими признаками, соответствующими конкретной степени износа. В одном из примеров может быть использована система с цветовым кодированием, в которой зеленый цвет обозначает приемлемую степень износа зубца; желтый цвет указывает на среднюю степень износа резца; а красный цвет говорит о том, что конкретный зубец требует замены. В некоторых примерах осуществления настоящего изобретения мигающий красный индикатор указывает на то, что необходимо немедленно заменить конкретный зубец. В таких примерах система управления машиной может автоматически прекратить ее работу по достижении конкретным измельчающим элементом заданной степени износа.
В одном из примеров реализации заявленного изобретения оператор может выбрать измельчающий элемент вручную, после чего контроллер автоматически повернет барабан на определенный угол с тем, чтобы выбранный измельчающий элемент оказался в определенном положении (положении замены) для обеспечения доступа к заменяемому измельчающему элементу и его замены. В некоторых примерах осуществления настоящего изобретения устройство отображения может содержать вертикально движущуюся матрицу, показанной, в которой угловое положение измельчающих элементов относительно контрольной точки определяется в реальном масштабе времени. В альтернативном варианте может быть предусмотрен контроллер с алгоритмом или иной логической схемой управления, которая автоматически переведет землеройный барабан в положение замены по запросу оператора. Такая операция может быть выполнена дистанционно или непосредственно на месте проведения работ.
Еще один из аспектов настоящего изобретения относится к автономной системе, где одна или несколько машин могут отслеживаться дистанционно через дисплей, на котором отображаются данные о степени износа измельчающих элементов. Дистанционный контроль может осуществляться водителем, мастером участка, работником головной конторы или склада и пр. О приближении момента необходимости замены измельчающего элемента сигнализирует радиосигнал, который передается удаленному оператору. Эта система также позволяет осуществлять предварительный заказ деталей для измельчающих элементов и/или отслеживать частоту замены измельчающих элементов.
В нижеследующем описании указано множество дополнительных аспектов. Эти аспекты могут относиться к отдельным признакам или сочетаниям отличительных признаков. Следует понимать, что и вышеизложенное общее описание, и нижеследующее подробное описание носят исключительно иллюстративный и пояснительный характер, и не ограничивают общую концепцию, на которой основаны варианты осуществления заявленного изобретения, раскрытые в настоящем документе.
Краткое описание фигур
На фиг. 1 показан вид сбоку поверхностной землеройной машины, содержащей измерительную систему для отслеживания степени износа измельчающих элементов согласно принципам настоящего изобретения;
На фиг. 2 проиллюстрирован пример экранного монитора, отображающего вертикально движущуюся матрицу, которая имеет формат строк и столбцов;
На фиг. 3 проиллюстрирован экранный монитор, отображающий элементы вертикально движущейся матрицы, показанной на фиг. 2;
На фиг. 4 проиллюстрирован экранный монитор, отображающий элементы вертикально движущейся матрицы, показанной на фиг. 2;
На фиг. 5 проиллюстрирован экранный монитор, отображающий элементы вертикально движущейся матрицы, показанной на фиг. 2;
На фиг. 6 проиллюстрирован экранный монитор, отображающий элементы вертикально движущейся матрицы, показанной на фиг. 2;
На фиг. 7 проиллюстрирован экранный монитор, отображающий элементы вертикально движущейся матрицы, показанной на фиг. 2;
На фиг. 8 проиллюстрирован пример измерительной системы в соответствии с принципами настоящего изобретения;
На фиг. 9 представлена блок-схема, иллюстрирующая способ выявления степени износа измельчающих элементов согласно принципам настоящего изобретения; а
На фиг. 10 показан измельчающий элемент, который может быть использован с машине по фиг. 1.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
На фиг. 1 приведен пример поверхностной землеройной машины (20) (например, автономной машины) в виде тягача (22) на шасси (24) (т.е. опорной раме), которое характеризуется наличием передней части (26) и задней части (28). Опорная рама (24) опирается на систему ходового привода (т.е. движительную систему), которая может содержать множество движителей, таких как колеса или гусеницы (30), обеспечивающие перемещение землеройной машины (20) по поверхности земли. Кабина (32) водителя расположена в верхней части опорной рамы (24). Землеройный орган (34) смонтирован в задней части (28) опорной рамы (24). Землеройный орган (34) содержит землеройный барабан (36), который приводится в действие (например, гидравлическими двигателями) с вращением вокруг оси (38). Землеройный барабан (36) несет на себе множество измельчающих элементов (40) (например, зубьев), пригодных для резки камня или иного материала на минеральной основе (например, асфальта или бетона). Землеройный барабан (36) может быть закреплен на стреле, которая может шарнирно поворачиваться между опущенным положением для проведения землеройных работ (см. фиг. 1) и поднятым положением для транспортировки (не показано). Землеройный барабан (36), по меньшей мере, частично охвачен/защищен наружным ободом (42). В других вариантах осуществления настоящего изобретения землеройный барабан (36) может быть не предусмотрен.
При эксплуатации поверхностной землеройной машины (20) указанная поверхностная землеройная машина (20) перевозится на место проведения работ с землеройным органом (34), находящимся в положении транспортировки. При необходимости проведения землеройных работ на участке производства таких работ землеройный орган (34) опускается из положения транспортировки в положение производства земляных работ (см. фиг. 1). В положении производства земляных работ землеройный барабан (36) вращается в направлении (44) вокруг оси (38) таким образом, что землеройный барабан (36) совершает подрезающее действие сверху, врубаясь в материал на требуемую толщину Т. В процессе выемки материала гусеницы (30) двигают поверхностную землеройную машину (20) вперед в направлении (46), вследствие чего происходит выемка верхнего слоя материала толщиной Т. По мере передвижения поверхностной землеройной машины (20) в прямом направлении (46) измельчающие элементы (40) врубаются в материал под землеройным барабаном (36), оставляя вынутый материал позади. Примеры сфер применения, где может быть использована поверхностная землеройная машина (20), включают в себя добычу полезных ископаемых открытым способом, фрезерования дорожных покрытий, выравнивание рельефа местности, предварительную подготовку площадок под строительство и иные виды работ. В других примерах барабан (36) может быть выполнен с возможностью выемки материала, используя подрезающее движение сверху или снизу.
На фиг. 2 приведен пример реализации экранного монитора (64), показывающего измельчающие элементы (40) в вертикально движущейся матрице, которая имеет формат строк и столбцов. В проиллюстрированном примере экранный монитор (64) отображает шесть строк и семь столбцов измельчающих элементов (40). Следует иметь в виду, что в других вариантах осуществления настоящего изобретения может быть предусмотрено иное количество строк и столбцов. В некоторых примерах экранный монитор (64) может быть установлен в кабине водителя поверхностной землеройной машины; или же экранный монитор (64) может представлять собой мобильное устройство, управляемое дистанционно. Примеры измельчающих элементов (40) подробнее описаны в привязке к фиг. 6.
В одном из примеров реализации заявленного изобретения по мере вращения землеройного барабана (36) строки с измельчающими элементами (40) прокручиваются в том же направлении (42), что и землеройный барабан, обеспечивая визуальную индикацию положения измельчающих элементов (40) по окружности в данный момент времени (например, в реальном масштабе времени). Иными словами, экранный монитор (64) может быть выполнен с возможностью визуальной прокрутки углового положения измельчающих элементов (40) с тем, чтобы можно было визуально отслеживать степень износа измельчающих элементов (40) в реальном масштабе времени. Например, на фиг. 2-7 показаны угловые положения прокрутки измельчающих элементов (40), отображаемых на экранном мониторе (64). В некоторых примерах осуществления настоящего изобретения экранный монитор (64) может быть использован для одновременного визуального отображения/представления всех измельчающих элементов (40) в реальном масштабе времени. Экранный монитор (64) может одновременно отображать степень износа всех измельчающих элементов (40) таким образом, чтобы оператор мог видеть степень износа каждого отображаемого измельчающего элемента (40).
Степень износа измельчающих элементов (40) может обозначаться разными способами, например, разными цветами, цифрами, буквами, графическими изображениями, геометрическими фигурами и пр. По достижении измельчающими элементами (40) порога предупреждения или в случае необходимости их замены экранный монитор (64) укажет на такое состояние, используя, например, определенную систему кодировки. В одном из примеров реализации заявленного изобретения может быть использована система с цветовым кодированием, в которой зеленый цвет обозначает приемлемую степень износа конкретного измельчающего элемента (40); желтый цвет указывает на среднюю степень износа конкретного измельчающего элемента (40); а красный цвет говорит о том, что конкретный измельчающий элемент (40) требует замены. В альтернативном или комбинированном варианте в рамках этой системы может быть также использована звуковая сигнализация (например, зуммер или записанное сообщение) и/или иные предупреждения, воспринимаемые органами чувств (например, мигающий световой сигнал).
Как показано на фиг. 2-7, экранный монитор (64) предусматривает множество кодов для отображения степени износа измельчающих элементов (40). На проиллюстрированном примере показаны самые разные коды, такие как цветовые, цифровые, геометрические и штрих-коды. Следует иметь в виду, что могут отображаться и коды иного типа. На проиллюстрированном примере цветовые коды обозначены буквами G (зеленый), Y (желтый) и R (красный). В некоторых примерах осуществления настоящего изобретения мигающий красный индикатор или символ экрана говорит о необходимости немедленной замены конкретного измельчающего элемента (40). В других примерах аналогичные степени износа могут обозначаться на дисплее монитора (64) с помощью разных цифр, геометрических фигур или штрих-кодов. В цифровых кодах для обозначения степени износа используются цифры от 1 до 10, где наименьшая цифра 1 указывает на незначительную степень или отсутствие износа, а цифра 10 - на высокую или значительную степень износа (например, подобно цветам, описанным выше, мигающая на экране цифра 10 может указывать на необходимость немедленной замены). Подобным же образом степень износа может обозначаться штрих-кодами, где число штрихов в коде указывает на степень износа измельчающих элементов (40); при этом один штрих говорит о незначительной степени или отсутствии износа, а три штриха - о значительной степени износа. Для обозначения степени износа могут быть также использованы различные геометрические фигуры. Квадрат может указывать на допустимую степень износа; круг может обозначать среднюю степень износа; треугольник может отображать высокую степень износа; а ромб может говорить о необходимости замены.
В некоторых примерах реализации заявленного изобретения экранные мониторы (64) могут быть выполнены с возможностью отображения окошка (72) меньшего размера для отслеживания небольшого числа измельчающих элементов (40), расположенных в заданной области землеройного барабана (36). Экранный монитор (64) может быть расположен и сконфигурирован таким образом, чтобы оператор мог полностью сосредоточиться на конкретном измельчающем элементе (40). В такой конфигурации оператор может полностью отследить измельчающий элемент (40) и провести его диагностику с экрана монитора (64), чтобы установить степень износа этого элемента (40), а также определить, требует ли он замены.
В других примерах осуществления настоящего изобретения экранный монитор (64) может быть выполнен с возможностью отображения положения Р, используемого в качестве точки отсчета для замены измельчающих элементов (40) по достижении ими порога предупреждения или в случае необходимости такой замены. В некоторых примерах оператор может использовать контроллер для поворота на определенный угол или остановки вращения землеройного барабана (36) в ручном режиме для совмещения заданной строки с положением Р, используя при этом экранный монитор (64) для визуальной индикации углового положения барабана (36) в реальном масштабе времени.
Экранный монитор (64) может быть использован для облегчения автоматического управления землеройной машиной. В автономных системах экранный монитор (64) можно управляться дистанционно любым лицом, которое в состоянии одновременно отслеживать множество машин. Иначе говоря, «автономный» означает, что при определенных условиях оператор дистанционно отслеживает работу/управляет работой, по меньшей мере, одной землеройной машины (например, по меньшей мере, одного карьерного комбайна); при этом автономно может отслеживаться/управляться сразу множество землеройных машин (например, карьерных комбайнов). Например, водитель, мастер участка, третья сторона и/или любой член группы контроля может дистанционно отслеживать множество машин, работающих совместно и\или по отдельности. Удаленный оператор или операторы могут использовать экранный монитор (64) для отслеживания режима работы каждой из множества управляемых ими машин. Например, каждая из машин, входящая в состав автономной системы, может отслеживаться дистанционно с использованием экранного монитора (64) для визуальной проверки степени износа измельчающих элементов (40). В одном из примеров осуществления настоящего изобретения удаленный оператор или операторы могут использовать экранный монитор (64) для переключения или перехода с одного экрана на другой экран множества машин путем нажатия кнопки или иного переключателя, касанием или щелчком клавишей мыши по пиктограмме на экране, или иным способом. Каждой машине может быть назначен свой собственный дисплейный экран, который при необходимости отображается на экранном мониторе (64). Иначе говоря, в зависимости от настроек режима просмотра, на экранном мониторе (64) может отображаться один или несколько дисплейных экранов. В других примерах может использоваться один или несколько экранных мониторов (64), что зависит, частично, от количества отслеживаемых землеройных машин. За счет дистанционного отслеживания машин в составе автономной системы имеется потенциал для сокращения времени простоя, например, вследствие остановов на проверку состояния измельчающих элементов (40). Благодаря дистанционному использованию экранного монитора или мониторов (64), можно отслеживать все работающие автономно машины в реальном масштабе времени.
На фиг. 8 проиллюстрирован пример измерительной системы. Измерительная система (58) может быть использована для определения степени износа измельчающих элементов (40). Измерительная система (58) содержит датчик (60) или ряд датчиков (60), систему (62) управления и экранный монитор (64). В одном из примеров реализации заявленного изобретения датчик (60) выполнен с возможностью распознавания неизношенного состояния измельчающих элементов (40) и передачи соответствующей информации в систему (62) управления. Датчик (60) может быть выполнен с возможностью обнаружения изношенного состояния измельчающих элементов (40) в процессе работы. При врезании измельчающих элементов (40) в материал под землеройным барабаном (36) происходит их износ. Датчик (60) может, например, регистрировать изменение расстояния, на которое измельчающие элементы (40) выступают из монтажных узлов. В других примерах датчик (60) может регистрировать изменение расстояния, на которое измельчающие элементы (40) отходит от поверхности землеройного барабана (36) в любой точке его поверхности. В одном из примеров осуществления настоящего изобретения датчик (60) может регистрировать расстояние от любой контрольной точки, или на землеройном барабане (36), или смещенной относительно землеройного барабана (36). Однако следует понимать, что датчик (60) может регистрировать не только расстояние, но и другие параметры, не выходя за рамки описываемой системы, если эти параметры могут быть использованы для определения степени износа конкретного измельчающего элемента (40). Например, датчик (60) может представлять собой скоростную фотокамеру, инфракрасный датчик или датчик магнитного поля, который может быть использован для отслеживания контура конкретного измельчающего элемента (40).
Система (62) управления может включать в себя запоминающее устройство (66), в котором хранятся заданное отношение (68) степени износа и требуемое значение (70). Система (62) управления выполнена с возможностью выдачи сигнала отклонения/предупредительного сигнала в случае изменении заданного отношения (68) степени износа на величину, превышающую требуемое значение (70). Сигнал отклонения может быть передан на экранный монитор (64) с указанием степени износа измельчающих элементов (40). Измерительная система (58) может быть использована в случаях автономной работы, когда оператор отслеживает одновременно множество машин, работающих совместно. В таких примерах система (62) управления автономно работающей машины может также инициировать остановку этой машины в случае, если степень износа конкретного зубца вышла за пределы требуемого значения (70). Экранный монитор (64) может быть установлен на машине; или же он может представлять собой удаленное устройство (например, управляемое удаленным оператором).
В одном из примеров реализации заявленного изобретения датчик (60) может представлять собой лазерный сканер, сканирующую радиолокационную антенну, прибор с зарядовой связью или инфракрасную камеру. В других примерах датчик (60) может быть использован для замера износа измельчающих элементов (40) с помощью бесконтактной измерительной системы или оптической измерительной системы. Пример оптической измерительной системы описан в патенте США №8,386,196 В2, содержание которого полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.
В некоторых примерах осуществления настоящего изобретения измерительная система (58) может включать в себя датчик (60), который генерирует чередующиеся электромагнитные поля, через которые проходят измельчающие элементы (40) по мере их вращения вокруг оси (38) землеройного барабана (36). Каждый измельчающий элемент (40) может характеризоваться металлической конструкцией, в результате чего при прохождении измельчающих элементов (40) через электромагнитное поле датчиков (60) на поверхности измельчающих элементов (40) образуются вихревые токи. Количество энергии, передаваемой вследствие этого явления, прямо пропорционально площади поверхности измельчающего элемента (40), проходящего через поле. Количество энергии, передаваемой магнитным полем, может быть зафиксировано и выражено в виде снижения электрического тока на датчике (60). Поскольку количество передаваемой энергии зависит от размеров объекта, проходящего через магнитное поле, величина уменьшения тока, измеренная после прохождения измельчающего элемента (40) через магнитное поле, будет соответствовать размерам измельчающего элемента (40).
Так как измельчающий элемент (40) изнашивается во время работы, площадь поверхности измельчающего элемента (40), проходящего через магнитное поле его датчика (60), уменьшается, вследствие чего на измельчающие элементы (40) передается меньшее количество энергии по мере прохождения этих измельчающих элементов (40) через магнитное поле. Так как на измельчающие элементы (40) передается меньшее количество энергии, то фиксируется уменьшение тока. Таким образом, за счет отслеживания величины уменьшения тока, фиксируемой по мере прохождения измельчающих элементов (40) через магнитное поле, можно отследить степень износа измельчающих элементов (40), соответствующих датчику (60). Примеры способов отслеживания степени износа описаны в заявке РСТ на выдачу патента США № PCT/US 2013/074672, содержание которой полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.
В некоторых примерах осуществления настоящего изобретения для предоставления данных оператору в удаленной машине может быть использован удаленный дисплей. Сообщения с удаленного дисплея могут привлечь внимание удаленного оператора к изменению степени износа. В одном из примеров оператор может выбрать один из измельчающих элементов (40), в частности, измельчающий элемент (40), требующий замены, нажатием кнопки, касанием/щелчком клавишей мыши по пиктограмме на экране или иным способом, после чего система (62) управления автоматически повернет землеройный барабан (36) на определенный угол. В частности, землеройный барабан (36) будет повернут таким образом, чтобы выбранный измельчающий элемент (40) оказался в положении Р, удобном для получения доступа к этому измельчающему элементу (40) и его замены. Система (62) управления может автоматически повернуть землеройный барабан (36) для его совмещения с конкретной строкой, содержащей измельчаемый элемент (40), который требует замены; при этом все остальные строки будут пропущены. В системе (62) управления может быть предусмотрен алгоритм или иная логическая схема управления, которая по запросу оператора автоматически переведет выбранный измельчающий элемент (40) в положение Р для его замены. В других примерах алгоритм может автоматически устанавливать требующие замены измельчающие элементы (40) в указанное положение Р замены.
В других примерах реализации заявленного изобретения оператор может управлять положением землеройного барабана (36) дистанционно, используя экранный монитор (64) для обеспечения обратной связи, касающейся углового положения землеройного барабана (36). В одном из примеров осуществления настоящего изобретения измерительная система (58) автономно работающей машины может уведомить удаленного оператора о приближающейся необходимости вывода из работы одного или нескольких измельчающих элементов (40). Беспроводные сообщения о степени износа каждой машины могут передаваться оператору и просматриваться на экранном мониторе (64). По беспроводной связи удаленный оператор может повернуть землеройный барабан (36) в положение Р для замены измельчающего элемента (40). В других примерах измерительная система (58) может обеспечить автоматическую остановку в случае, если не хватает какого-либо измельчающего элемента (40) и/или в случае, если степень износа какого-либо измельчающего элемента превышает критический уровень.
Если измельчающий элемент (40) находится в хорошем состоянии, то измерительная система (58) позволяет оператору заново откалибровать измельчающий элемент (40), исходя из его откалиброванного значения и последнего показания с использованием местоположения измельчающего элемента (40) на землеройном барабане (36). В некоторых примерах реализации заявленного изобретения в измерительной системе (58) может быть предусмотрена функция поддержки замены измельчающих элементов. Функция поддержки замены может быть рассчитана на уведомление оператора о местоположении непригодного измельчающего элемента (40) с тем, чтобы оператору было удобнее и/или легче заменить этот измельчающий элемент (40). В других примерах для замены измельчающего элемента (40) может быть использована система автоматической замены измельчающих элементов.
В некоторых примерах осуществления настоящего изобретения экранный монитор (64) измерительной системы (58) может одновременно поддерживать связь с удаленной третьей стороной (например, источником поставки, головной конторой, складом и пр.) с тем, чтобы уведомить эту третью сторону о том, что приближается момент, когда измельчающий элемент (40) потребует замены. В этих случаях удаленный оператор может координировать замену измельчающего элемента (40) с доставкой заменяемой детали. Эта система помогает сэкономить время на заказ сменных деталей, так эти детали могут быть заказаны заранее, поскольку удаленная третья сторона информируется о степени износа измельчающих элементов (40). Следует иметь в виду, что процесс фиксации степени износа измельчающих элементов (40) может быть автоматизирован. Кроме того, удаленной третьей стороне могут передаваться отчеты, где суммируются данные о том, какие измельчающие элементы (40) были заменены и/или требуют замены, а также сведения о количестве таких измельчающих элементов (40). Это позволяет удаленной третьей стороне поддерживать уровень запасов сменных деталей на требуемом уровне, а также лучше контролировать частоту замены измельчающих элементов (40) и планировать поступление заказов.
На фиг. 9 представлена блок-схема, иллюстрирующая пример способа (74) управления автономной системой. Этот способ предусматривает обнаружение износа измельчающего элемента (40). В частности, способ (74) описывает протокол автоматического управления заменой изношенных измельчающих элементов (40). На стадии (76) осуществляется непрерывный мониторинг измельчающих элементов (40) на предмет выявления их износа. Как было сказано выше, износ измельчающих элементов (40) может отслеживаться удаленным оператором через экранный монитор (64), описанный выше.
На стадии (78) определяется, достигла ли степень износа измельчающих элементов (40) порога предупреждения. Иначе говоря, устанавливается, не превышает ли отклонение фактического отношения степени износа от заданного отношения степени износа, хранящегося в запоминающем устройстве (66) системы управления, требуемое значение (70). Если порог предупреждения не был достигнут, то последовательность выполнения операций на этом заканчивается. Если указанное отклонение достигло порога предупреждения, то осуществляется переход к стадии (82). Разумеется, могут быть заданы и другие пороговые уставки заблаговременного оповещения. Например, в схеме «зеленый - желтый - красный» порог заблаговременного оповещения может быть использован для изменения цвета индикатора с зеленого на желтый, обозначающего степень износа, которая предусматривает, например, инициирование заказа сменного измельчающего элемента (40) и\или выдачу оператору сигнала о приближении момента окончания срока службы конкретного измельчающего элемента (40).
На стадии (82) в эксплуатационную службу может быть передано беспроводное сообщение с предупреждением о приближении момента, когда потребуется замена измельчающего элемента (40) (например, зубца, резца и т.п.). В одном из примеров реализации заявленного изобретения в состав эксплуатационной службы может быть включен главный оператор, отвечающий за замену измельчающих элементов (40). Главный оператор может также отвечать за запуск и прекращение различных автономных процессов. Главный оператор может также контролировать и проверять сообщения об ошибках или предупреждающие сообщения. В других примерах в состав эксплуатационной службы может быть включен вспомогательный оператор, исполняющий те же основные функции, что и главный оператор. Вспомогательный оператор может предоставлять дополнительную рабочую силу для замены измельчающих элементов (40). В некоторых примерах осуществления настоящего изобретения в состав эксплуатационной службы могут быть включены специалисты по техническому контролю, ответственные за обеспечение успешной работы автономных машин и операторов, а также персонал, следящий за качеством управления и эффективностью работы.
На стадии (84) определяется, достигла ли степень износа измельчающих элементов (40) допустимого предела. Если изменение степени износа измельчающих элементов (40) не превышает заданное значение, то последовательность выполнения операций на этом заканчивается. Если изменение степени износа измельчающих элементов (40) превышает заданное значение, то осуществляется переход к стадии (86). Определение степени износа на стадии (86) может исполнять функцию предохранительного механизма, предусмотренную для защиты поверхностной землеройной машины (20).
На стадии (86) в эксплуатационную службу может быть передано беспроводное сообщение с предупреждением о необходимости замены измельчающих элементов (40), потребной для продолжения работы. Такое предупреждение может служить указанием автономной машине начать процесс перехода на другой режим работы. Первая стадия изменения режима работы описана в блоке (88). На стадии (88) осуществляется подъем землеройного барабана (36). На стадии (90) описываемого способа останавливается вращение землеройного барабана (36) в рамках подготовки к замене измельчающих элементов (40).
После остановки землеройного барабана (36) осуществляется переход к стадии (90), на которой землеройный барабан (36) поворачивается на определенный угол с целью его установки в удобное для замены положение. Землеройный барабан (36) может быть установлен таким образом, чтобы высота и местоположение заменяемого измельчающего элемента (40) обеспечивали беспрепятственный доступ к нему оператора или системы автоматической замены зубьев.
На стадии (92) описываемый способ предусматривает отслеживание углового положения землеройного барабана (36) вместе с положением каждого измельчающего элемента (40). При степени износа измельчающего элемента (40) ниже допустимого уровня землеройный барабан (36) может быть повернут таким образом, чтобы измельчающий элемент (40), подлежащий замене, оказался в эргономичном положении (например, в положении Р замены), обеспечивающим доступ к этому измельчающему элементу (40) и удобном для его замены. Поскольку измерительная система (58) выполнена с возможностью идентификации измельчающего элемента (40), требующего замены, конкретное положение измельчающих элементов (40) для проведения замены может быть легко локализовано. Таким образом, землеройный барабан (36) может быть автоматически остановлен у измельчающего элемента (40), подлежащего замене. Однако следует понимать, что стадии (90) и (92) могут поменяться местами, когда сначала землеройный барабан (36) замедляет свое вращение и устанавливается в положение Р замены, по достижении которого происходит остановка указанного барабана.
На стадии (94) описываемого способа автономно работающая машина переводится в режим холостого хода. Автономная машина работает на низких оборотах холостого хода в течение времени, необходимого для ее охлаждения. После этого осуществляется переход к стадии (96) остановки двигателя.
На стадии (98) описываемый способ предусматривает замену измельчающего элемента (40), когда землеройный барабан (36) удерживается/остановлен в положении, удобном для выполнения замены (например, в положении Р). Во время выполнения этой стадии для прохода остальных измельчающих элементов (40) может быть использовано устройство дистанционного управления (не показано). Например, после каждой замены устройство дистанционного управления может быть использовано для перехода к следующему измельчаемому элементу (40), который требует замены. После замены всех идентифицированных измельчающих элементов (40) автономная машина может возобновить работу и продолжить движение вперед.
На стадии (100) описываемый способ позволяет передать беспроводное сообщение в эксплуатационную службу с информацией о количестве измельчающих элементов (40), которые были заменены. В одном из примеров осуществления настоящего изобретения могут генерироваться данные для отслеживания замен измельчающих элементов (40) в расчете на каждую оправку. В некоторых примерах реализации заявленного изобретения замена измельчающих элементов (40) может отслеживаться в расчете на каждую оправку. В таких случаях данные о замене могут быть использованы для мониторинга эксплуатации каждой оправки. В других примерах могут собираться данные для сравнения степени износа резцов в разных модификациях их конструкции. В некоторых примерах осуществления настоящего изобретения массив сгенерированных данных может помочь в определении продолжительности рабочего состояния в промежутках между каждой заменой вследствие износа, а также степень износа каждого измельчающего элемента (40).
Беспроводные сообщения о степени износа измельчающих элементов (40) (см. фиг. 2) и соответствующие предупреждения могут передаваться разными способами. В одном из примеров осуществления настоящего изобретения беспроводная связь может осуществляться через беспроводное устройство дистанционного управления, работающее на радиочастоте. Это устройство может содержать ЖК-дисплей для четкого отображения степени износа измельчающих элементов (40) с помощью цветовых, цифровых, буквенных и прочих кодов. В некоторых примерах реализации заявленного изобретения в качестве беспроводной связи может использоваться телематическая связь. Телематика может быть использована для управления работой измельчающих элементов (40) и отслеживания ее эффективности. Телематика предусматривает использование сети Wi-Fi, спутниковой связи, прямой радиосвязи и/или сотовой связи для передачи данных на сервер, где эти данные могут быть обработаны, после чего они станут доступны через Интернет. Этот способ позволяет вести учет износа измельчающих элементов и осуществлять мониторинг тенденций. Следует понимать, что в настоящей системе может быть предусмотрена проводная связь, если, например, датчик и дисплей установлены локально (т.е. на землеройной машине).
На фиг. 10 приведен пример реализации измельчающего элемента (40). Этот измельчающий элемент (40) представлен в виде зубца, который характеризуется наличием наконечника (48), опирающегося на основание (50). В других вариантах осуществления настоящего изобретения измельчающие элементы (40) могут представлять собой резцы, лезвия, резаки, зубья и иные режущие, измельчающие или дробильные приспособления подобного рода. В некоторых примерах реализации заявленного изобретения наконечник (48) может быть прочнее основания (50). Например, наконечник (48) может представлять собой монолитную вставку, изготовленную из твердого сплава, тогда как основание (50) может быть выполнено из закаленной стали. В некоторых примерах осуществления настоящего изобретения измельчающие элементы (40) закреплены на землеройном барабане (36) с возможностью съема. Например, измельчающие элементы (40) могут крепиться в монтажных узлах, выполненных в виде гнезд (не показаны), составляющих единое целое с землеройным барабаном (36).
В некоторых примерах реализации заявленного изобретения измельчающий элемент (40) дополнительно содержит кольцевое утолщение или буртик (52), вал (54) и кольцевую выточку (56). Буртик (52) отходит в радиальном направлении от основания (50) и характеризуется поперечным размером, превышающим максимальный поперечный размер основания (50). Вал (54) отходит в осевом направлении от буртика (52) измельчающего элемента (40) и характеризуется более узким поперечным размером в сравнении с буртиком (52). Вал (54) измельчающего элемента (40) может дополнительно содержать сходящийся на конус участок, суживающийся внутрь по длине указанного вала. Измельчающие элементы (40) выполнены с возможностью вставки в монтажные узлы, которые выполнены заодно с барабанами или цепями, или иным образом соединены с этими барабанами и цепями, используемыми для перемещения измельчающих элементов (40) во время измельчения материала. Измельчающие элементы (40) рассчитаны на быструю замену в случае выявления износа.
На основе вышеприведенного подробного описания становится очевидным, что в настоящее изобретение могут быть внесены изменения и модификация без отступления от его сущности и объема.
1. Способ управления автономной системой для мониторинга и диагностирования износа измельчающих элементов землеройной машины, включающий
измерение степени износа измельчающих элементов барабана землеройной машины;
передачу беспроводного сигнала о степени износа удаленному оператору; и отображение степени износа измельчающих элементов на экранном мониторе, при этом экранный монитор выполнен с возможностью отображения непрерывного прокручивания измельчающих элементов; при этом отображается угловое положение измельчающих элементов относительно контрольной точки; при этом указанной контрольной точкой является положение замены.
2. Способ по п. 1 отличающийся тем, что удаленный оператор является или водителем, или какой-либо третьей стороной.
3. Способ по п. 2 отличающийся тем, что удаленным оператором является третья сторона, а третья сторона содержит источник поставки, головную контору или склад.
4. Способ по п. 1 отличающийся тем, что отображаются измельчающие элементы на экранном мониторе все сразу в реальном масштабе времени.
5. Способ по п. 1 отличающийся тем, что дополнительно содержит автоматический поворот землеройного барабана по алгоритму для автоматического поворота землеройного барабана в положение замены измельчающих элементов.
6. Способ по п. 1 отличающийся тем, что включает стадии отслеживания множества машин и отображения дистанционно на экранном мониторе степени износа измельчающих элементов каждой машины из указанного множества.
7. Способ автоматического управления для мониторинга и диагностирования измельчающих элементов на землеройном барабане землеройной машины; при этом система измерения объединена с системой управления для мониторинга и диагностирования измельчающих элементов; при этом указанный способ включает:
отслеживание степени износа измельчающих элементов во время работы;
измерение изменения степени износа измельчающих элементов;
передачу сообщения о степени износа измельчающих элементов на устройство отображения объединенное с системой управления;
оповещение оператора о необходимости замены измельчающих элементов при выявлении изменения степени износа ниже допустимого предела;
прекращение работы землеройной машины на основании степени износа измельчающих элементов;
поднятие землеройного барабана;
поворот землеройного барабана в удобное положение для подготовки к замене измельчающих элементов; и
замену измельчающих элементов, когда барабан находится в положении, удобном для замены измельчающих элементов.
8. Способ по п. 7 отличающийся тем, что степень износа обозначена в виде кода; при этом код может быть выбран из группы кодов, включающей в себя цветовые коды, цифровые коды и буквенные коды.
9. Способ по п. 7 отличающийся тем, что устройство отображения визуально изображает все измельчающие элементы в виде вертикально движущейся матрицы.
10. Способ по п. 7 отличающийся тем, что дополнительно включает использование органов управления при автономной работе, когда оператор одновременно отслеживает множество машин.
11. Способ по п. 7 отличающийся тем, что дополнительно включает передачу беспроводного сообщения третьей стороне после выявления степени износа измельчающих элементов ниже допустимого уровня.
12. Способ по п. 7 отличающийся тем, что оператор использует устройство отображения для того, чтобы вручную и эргономично совместить измельчающие элементы на землеройном барабане с положением замены.
13. Способ по п. 7 отличающийся тем, что система управления включает алгоритм для автоматического поворота землеройного барабана в требуемое положение замены для замены измельчающих элементов.
14. Способ по п. 7 отличающийся тем, что соответствующие степени износа измельчающих элементов отображаются на устройстве отображения все сразу в реальном масштабе времени.
15. Устройство отображения, объединенное с измерительной системой, предназначенной для мониторинга и диагностирования измельчающих элементов на землеройной машине; при этом указанная измерительная система включает систему управления взаимосвязанную с запоминающим устройством и устройством отображения, при этом запоминающее устройство выполнено с возможностью хранения информации касающейся степени износа измельчающих элементов, а устройство отображения содержит:
дисплей с экраном индикации выполненный с возможностью отображения степени износа всех измельчающих элементов единовременно;
при этом дисплей отображает повторяющееся прокручивание измельчающих элементов так, что отображается угловое положение измельчающих элементов относительно контрольной точки.
16. Устройство отображения по п. 15 отличающееся тем, что угловое положение всех измельчающих элементов отображается в реальном масштабе времени.
17. Устройство отображения по п. 15 отличающееся тем, что оператор отслеживает множество машин и дистанционно отображает на дисплейном экране степень износа измельчающих элементов каждой машины из указанного из множества.
