BR102021008234A2 - CLOSING POSITION MONITORING SYSTEM OF TUBULAR CONVEYOR BELTS - Google Patents
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Abstract
A presente invenção trata-se de um dispositivo para identificação da posição de fechamento em transportadores de correia do tipo tubular com aplicação na área de manuseio de granéis sólidos visando disponibilizar as grandezas das seguintes variáveis no ponto de medição: posição do fechamento da correia em 360º e o diâmetro atual da formação tubular em milímetros, proporcionando ao usuário a flexibilidade de utilizar o equipamento como um instrumento de medição em diferentes pontos da formação tubular do transportador, de maneira conveniente à necessidade de análise do usuário. Para viabilizar a parametrização da unidade de medição, faz-se uso de uma amostra de correia de comprimento 300 mm, montada num cavalete de calibração. O objetivo é reproduzir as diferentes posições de rotação da formação tubular em bancada.
Description
[001] A presente invenção trata de um sistema de monitoramento com aplicação na área de manuseio de granéis sólidos por correias transportadoras do tipo tubular visando a identificação online da posição de fechamento da correia.[001] The present invention deals with a monitoring system with application in the area of solid bulk handling by tubular type conveyor belts aiming at the online identification of the closing position of the belt.
[002] Atualmente, os dispositivos e instrumentos utilizados para identificação da posição de fechamento da formação tubular em transportadores de correia do tipo tubular utilizam sensores a laser, através da instalação de um suporte fixo ao painel hexagonal da formação tubular, como visto na patente CN105600353A ou ímãs de borracha convenientemente dispostos na cobertura de retorno da correia transportadora, como visto nas patentes EP2128049A, WO2008108457A1 e WO2000076884A3.[002] Currently, the devices and instruments used to identify the closing position of the tubular formation on tubular-type belt conveyors use laser sensors, through the installation of a fixed support to the hexagonal panel of the tubular formation, as seen in patent CN105600353A or rubber magnets conveniently arranged on the return cover of the conveyor belt, as seen in patents EP2128049A, WO2008108457A1 and WO2000076884A3.
[003] É sabido que a utilização de sensores a laser requer que o transportador esteja na condição ótima de operação para que seja realizada a calibração dos sensores e esta condição nem sempre é possível de se obter em condições reais de operação, principalmente após o envelhecimento da correia: que pode apresentar posição permanente de operação diferente da posição superior; quanto à utilização de ímãs na cobertura de retorno, sabe-se que correias apresentam diferentes compostos e podem fazer uso de reforços de cabo de aço, o que pode afetar o desempenho no processamento do sinal; além disso, a correia em si é um item de desgaste em contato com o material de processo (com características químicas, térmicas e físicas distintas); o que pode causar mau funcionamento ou degradação dos ímãs de borracha durante o funcionamento do equipamento.[003] It is known that the use of laser sensors requires that the conveyor be in optimal operating condition so that the calibration of the sensors is carried out and this condition is not always possible to obtain in real operating conditions, especially after aging of the belt: which may have a permanent operating position different from the upper position; regarding the use of magnets in the return cover, it is known that belts have different compounds and can use steel cable reinforcements, which can affect the signal processing performance; in addition, the belt itself is a wear item in contact with the process material (with different chemical, thermal and physical characteristics); which may cause malfunction or degradation of the rubber magnets during equipment operation.
[004] Com o intuito de solucionar tais problemas desenvolveu-se a presente invenção, através da qual um conjunto de medição, composto por uma unidade de medição e um cavalete de calibração, é utilizado, após parametrização, no transportador de correia para coleta de dados de: (i) posição do fechamento da correia em 360º e (ii) diâmetro atual da formação tubular em milímetros no ponto de medição. Tal forma construtiva proporciona ao usuário a flexibilidade de utilizar o equipamento como um instrumento de medição em diferentes pontos da formação tubular do transportador, de maneira conveniente à necessidade de análise do usuário. Para viabilizar a parametrização da unidade de medição, faz-se uso de uma amostra de correia de comprimento 300 mm, montada num cavalete de calibração. O objetivo é reproduzir as diferentes posições de rotação da formação tubular em bancada.[004] In order to solve such problems, the present invention was developed, through which a measuring set, composed of a measuring unit and a calibration easel, is used, after parameterization, on the belt conveyor for collecting data from: (i) belt closure position in 360º and (ii) current diameter of the tubular formation in millimeters at the measurement point. Such a constructive form gives the user the flexibility to use the equipment as a measuring instrument at different points of the tubular formation of the conveyor, in a convenient way to the user's analysis needs. To enable parameterization of the measurement unit, a 300 mm long belt sample is used, mounted on a calibration easel. The objective is to reproduce the different positions of rotation of the tubular formation on the bench.
[005] A unidade de medição é composta por componentes impressos em ABS, o que torna a aplicação leve e de elevada mantenabilidade, e conta com 16 sensores de medição por infravermelho posicionados diametralmente e equidistantes entre si.[005] The measurement unit consists of components printed in ABS, which makes the application light and highly maintainable, and has 16 infrared measurement sensors positioned diametrically and equidistant from each other.
[006] Além da confirmação dos valores correspondentes à posição da formação tubular, faz-se possível verificar o diâmetro nominal da formação tubular para monitoramento da correia durante seu ciclo de vida, fornecendo valiosas informações para tomada de decisão e análises de Engenharia.[006] In addition to confirming the values corresponding to the position of the tubular formation, it is possible to verify the nominal diameter of the tubular formation for monitoring the belt during its life cycle, providing valuable information for decision making and engineering analysis.
[007] A presente invenção apresenta uma série de benefícios para avaliação de estabilidade na operação de transportadores tubulares, quais sejam: (i) identificação de rotação fora dos limites toleráveis de operação do equipamento, prevenindo torções irrecuperáveis que ocasionam colapso da formação tubular; (ii) identificação de perda de diâmetro na formação tubular, indicativo de perda de rigidez transversal decorrente do envelhecimento da correia por fadiga e (iii) identificação de aumento no diâmetro da formação tubular, que pode representar a operação em condição de sobre enchimento: um risco de danos severos à estrutura dos painéis do transportador e causa de falha na fixação dos roletes devido ao elevado esforço cortante.[007] The present invention presents a series of benefits for evaluating stability in the operation of tubular conveyors, namely: (i) identification of rotation outside the tolerable limits of equipment operation, preventing irrecoverable torsions that cause collapse of the tubular formation; (ii) identification of loss of diameter in the tubular formation, indicative of loss of transversal stiffness due to aging of the belt due to fatigue and (iii) identification of increase in the diameter of the tubular formation, which may represent the operation in overfilling condition: one risk of severe damage to the structure of the conveyor panels and failure to secure the rollers due to the high shear force.
[008] A invenção poderá ser melhor compreendida através da seguinte descrição detalhada, em consonância com as figuras em anexo, onde:[008] The invention may be better understood through the following detailed description, in line with the attached figures, where:
[009] A FIGURA 1 representa uma vista da unidade de medição instalada na região de carga de um transportador tubular típico;[009] FIGURE 1 represents a view of the measuring unit installed in the load region of a typical tubular conveyor;
[010] A FIGURA 2 representa uma vista em corte da correia transportadora do tipo tubular, com a apresentação da região de sobreposição da correia (overlap) e da unidade de medição;[010] FIGURE 2 represents a cross-sectional view of the tubular-type conveyor belt, showing the belt overlap region (overlap) and the measurement unit;
[011] A FIGURA 3 representa duas vistas da unidade de medição acoplada ao cavalete de calibração;[011] FIGURE 3 represents two views of the measurement unit coupled to the calibration easel;
[012] A FIGURA 4 apresenta a vista frontal da unidade de medição acoplada ao cavalete de calibração;[012] FIGURE 4 shows the front view of the measurement unit coupled to the calibration easel;
[013] A FIGURA 5 representa uma vista isométrica do sistema de medição com apresentação do módulo sensor do tipo infravermelho acoplado ao encaixe fêmea da estrutura da unidade de medição;[013] FIGURE 5 represents an isometric view of the measurement system showing the infrared-type sensor module coupled to the female fitting of the measurement unit structure;
[014] A FIGURA 6 representa uma vista do mancal e tampa do cavalete de calibração na extremidade utilizada para rotacionar o conjunto móvel da amostra de correia;[014] FIGURE 6 represents a view of the bearing and cap of the calibration easel at the end used to rotate the mobile assembly of the belt sample;
[015] A FIGURA 7 representa uma vista isométrica do eixo do conjunto móvel do cavalete de calibração;[015] FIGURE 7 represents an isometric view of the axis of the mobile set of the calibration easel;
[016] A FIGURA 8 representa uma vista isométrica do cavalete de calibração;[016] FIGURE 8 represents an isometric view of the calibration easel;
[017] A FIGURA 9 representa uma vista superior da agulha utilizada para aferição da posição do fechamento da correia no disco milimetrado do conjunto móvel.[017] FIGURE 9 represents a top view of the needle used to measure the position of the belt closure in the millimeter disk of the mobile assembly.
[018] A FIGURA 10 representa as fotografias do módulo sensor do tipo infravermelho e da placa multiplexadora do protocolo serial I2C.[018] FIGURE 10 represents the photographs of the infrared type sensor module and the I2C serial protocol multiplexer board.
[019] A FIGURA 11 representa uma fotografia e a representação de um transportador de correia tubular típico, com visualização dos roletes, estruturas metálicas e correia em formação tubular;[019] FIGURE 11 represents a photograph and representation of a typical tubular belt conveyor, with visualization of the rollers, metallic structures and belt in tubular formation;
[020] A FIGURA 12 representa uma fotografia da unidade de medição na região de fixação, com visualização dos módulos componentes fabricados em ABS por impressão 3D;[020] FIGURE 12 represents a photograph of the measurement unit in the fixation region, with a view of the component modules manufactured in ABS by 3D printing;
[021] A FIGURA 13 representa duas fotografias da unidade de medição em vistas diferentes, com visualização completa da estrutura fabricada em ABS por impressão 3D;[021] FIGURE 13 represents two photographs of the measurement unit in different views, with a complete view of the structure manufactured in ABS by 3D printing;
[022] Com referência a estas figuras, pode-se observar que a unidade de medição (1) possui o formato circular e envolve a correia transportadora (2) utilizada no transportador do tipo tubular (25). A unidade (1) é posicionada na região central entre dois painéis (4) adjacentes do transportador e cada painel é composto por dois conjuntos de roletes (5), que permitem o movimento relativo da correia (2) em relação à estrutura (4) e mantém a sobreposição do fechamento (3) da correia, região de interesse no ponto de medição (1).[022] With reference to these figures, it can be seen that the measuring unit (1) has a circular shape and surrounds the conveyor belt (2) used in the tubular type conveyor (25). The unit (1) is positioned in the central region between two adjacent panels (4) of the conveyor and each panel is composed of two sets of rollers (5), which allow the relative movement of the belt (2) in relation to the structure (4) and maintains the overlapping of the closure (3) of the belt, region of interest at the measurement point (1).
[023] A região circular da unidade de medição (1) é convenientemente projetada com segmentação em duas partes, montadas por encaixe interferente. Este arranjo permite ao usuário a instalação da unidade de medição (1) em diferentes posições do transportador tubular (25) sem interferência com a correia (2). Além disso, o corte da seção transversal da peça apresenta formato elíptico vazado com duas finalidades: externamente tem o objetivo de favorecer o desprendimento de particulados durante a operação regular do transportador (25); internamente tem o objetivo de possibilitar a passagem dos cabos de alimentação e comunicação dos módulos sensores (15) até os prensa-cabos (13).[023] The circular region of the measurement unit (1) is conveniently designed with segmentation in two parts, assembled by interference fitting. This arrangement allows the user to install the measuring unit (1) in different positions on the tubular conveyor (25) without interfering with the belt (2). In addition, the cut of the cross section of the piece has an elliptical hollow shape with two purposes: externally, it has the objective of favoring the release of particulates during the regular operation of the conveyor (25); internally, it has the objective of allowing the passage of power and communication cables from the sensor modules (15) to the cable glands (13).
[024] O princípio de funcionamento é baseado na medição de distância entre os sensores infravermelhos (15) e a superfície externa da correia transportadora (2). A unidade de medição (1) possui 16 sensores (15) diametralmente distribuídos e equidistantes entre si. Cada sensor (15) possui um emissor (16) e um receptor (17).[024] The operating principle is based on measuring the distance between the infrared sensors (15) and the outer surface of the conveyor belt (2). The measurement unit (1) has 16 sensors (15) diametrically distributed and equidistant from each other. Each sensor (15) has an emitter (16) and a receiver (17).
[025] São acoplados à unidade através de um encaixe fêmea (14), projetado para que seja aplicada resina epóxi para encapsulamento eletrônico: aumentando o grau de proteção contra intempéries do conjunto.[025] They are coupled to the unit through a female fitting (14), designed to apply epoxy resin for electronic encapsulation: increasing the degree of protection against the weather of the set.
[026] Durante o funcionamento regular do transportador de correia do tipo tubular (25), haverá alterações, intrínsecas à tecnologia, da posição do fechamento (3) da correia (2). Estas alterações de posição serão interpretadas como variações na distância da região de descontinuidade gerada pela sobreposição (3), através das quais será possível identificar a posição em graus do fechamento (3) da correia (2). De maneira complementar, o aumento global dos valores mensurados pelos sensores (15) da unidade (2) indicará uma redução no diâmetro da correia (2), um valioso parâmetro para monitoramento do ciclo de vida devido à perda da rigidez transversal da formação tubular.[026] During the regular operation of the tubular type belt conveyor (25), there will be changes, intrinsic to the technology, of the closing position (3) of the belt (2). These position changes will be interpreted as variations in the distance of the discontinuity region generated by the overlap (3), through which it will be possible to identify the position in degrees of the closure (3) of the belt (2). Complementarily, the global increase in the values measured by the sensors (15) of the unit (2) will indicate a reduction in the diameter of the belt (2), a valuable parameter for monitoring the life cycle due to the loss of transverse rigidity of the tubular formation.
[027] Para assegurar o correto funcionamento da unidade de medição (1) e a repetibilidade do experimento, desenvolveu-se um cavalete de calibração (7) para reprodução dos efeitos de variação de posição do fechamento (3) e redução de diâmetro na formação tubular da correia (2). Considerou-se o uso de uma estrutura (7) para sustentar um eixo (18) de seção quadrada e extremidades de seção redonda em dois mancais de rolamento (10). Solidário ao eixo (18), duas tampas (8) circulares com encaixe fêmea hexagonal confinam uma amostra de correia (9) de comprimento 300 mm e largura nominal da correia (2) utilizada no transportador (25). A unidade de medição (1) é fixada ao cavalete (7) por quatro parafusos em sua base (23).[027] To ensure the correct functioning of the measurement unit (1) and the repeatability of the experiment, a calibration easel (7) was developed to reproduce the effects of variation in the closure position (3) and diameter reduction in the formation belt tube (2). It was considered the use of a structure (7) to support a shaft (18) of square section and ends of round section in two roller bearings (10). Attached to the shaft (18), two circular covers (8) with hexagonal female fitting confine a belt sample (9) with a length of 300 mm and nominal width of the belt (2) used on the conveyor (25). The measuring unit (1) is fixed to the easel (7) by four screws at its base (23).
[028] As tampas (8) possuem, cada uma, um cubo (19) para montagem deslizante no eixo (18), o que permite confinar a amostra de correia (9) para realizar o teste e remover após a conclusão. Um parafuso trava (20) é utilizado para manter a tampa estática em relação ao eixo (18). Uma das extremidades do eixo (18) possui uma manopla (6), projetada para simular as diferentes posições do conjunto móvel formado pelas tampas (8), eixo (18) e amostra da correia (9). A manopla é fixada através de um parafuso de retenção (21).[028] The covers (8) each have a hub (19) for sliding assembly on the shaft (18), which allows confining the belt sample (9) to perform the test and remove after completion. A locking screw (20) is used to keep the cover static in relation to the shaft (18). One end of the shaft (18) has a handle (6), designed to simulate the different positions of the mobile assembly formed by the covers (8), shaft (18) and belt sample (9). The handle is secured via a retaining screw (21).
[029] Para identificação do ângulo formado pelo fechamento (3) da amostra da correia (9) em relação à normal projetou-se uma agulha de medição (11) formada por uma peça em “T” roscada para aproximação de um disco milimetrado (12) fixo a uma das tampas (8) do conjunto. A agulha (11) é fixada no cavalete de calibração (7) através de da porca de ajuste (22).[029] To identify the angle formed by the closure (3) of the belt sample (9) in relation to the normal, a measuring needle (11) formed by a threaded “T” piece was designed to approximate a millimeter disc ( 12) fixed to one of the covers (8) of the assembly. The needle (11) is attached to the calibration stand (7) through the adjustment nut (22).
[030] O procedimento de aferição do ângulo do fechamento (3) da amostra de correia (9) consiste em confiná-la entre as tampas (8) com o disco milimetrado (12) orientado para que a posição zero coincida com a agulha (11) do cavalete (7) ao posicionar o fechamento (3) na posição superior e normal (vertical). Desta maneira, ao movimentar a manopla (6) será possível comparar os valores indicados na unidade de medição (1) com os valores indicados pela posição da agulha (11) no disco milimetrado (12).[030] The procedure for measuring the closing angle (3) of the belt sample (9) consists of confining it between the covers (8) with the millimeter disc (12) oriented so that the zero position coincides with the needle ( 11) of the easel (7) when positioning the lock (3) in the upper and normal position (vertical). In this way, when moving the handle (6) it will be possible to compare the values indicated in the measuring unit (1) with the values indicated by the position of the needle (11) in the millimeter disc (12).
[031] Para permitir a modularização do conjunto, aplicaram-se os seguintes critérios no desenvolvimento dos componentes: (i) uso de recursos de impressão em 3D para componentes da unidade de medição (1), divididos em módulos (26) com o objetivo de facilitar a reprodutibilidade do método e customização para diversos diâmetros de correias; (ii) e uso de fabricação em aço inoxidável AISI 304 para componentes do cavalete de calibração (7) com o objetivo de desenvolver um bem durável durante toda vida útil da unidade de medição (1), de modo a elevar a mantenabilidade do produto[031] To allow the modularization of the set, the following criteria were applied in the development of components: (i) use of 3D printing resources for components of the measurement unit (1), divided into modules (26) with the objective to facilitate method reproducibility and customization for different belt diameters; (ii) and use of AISI 304 stainless steel manufacturing for components of the calibration easel (7) with the objective of developing a durable good during the entire useful life of the measuring unit (1), in order to increase the maintainability of the product
[032] Selecionou-se duas plataformas de prototipagem open source Arduino para desenvolvimento do circuito eletrônico utilizando o protocolo de barramento serial múltiplos mestres I2C (Inter-Integrated Circuit) para comunicação com os sensores infravermelhos (15). Os sensores (15), modelo GP2Y0E03, do fabricante Sharp serão conectados a 2 multiplexadores I2C de 8 canais, modelo TCA9548A, do fabricante Texas Instruments (24). Cada plataforma de prototipagem processará o sinal de um conjunto de 8 sensores (15).[032] Two open source Arduino prototyping platforms were selected for the development of the electronic circuit using the serial bus protocol multiple masters I2C (Inter-Integrated Circuit) for communication with the infrared sensors (15). The sensors (15), model GP2Y0E03, from Sharp, will be connected to 2 8-channel I2C multiplexers, model TCA9548A, from Texas Instruments (24). Each prototyping platform will process the signal from a set of 8 sensors (15).
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B03A | Publication of a patent application or of a certificate of addition of invention [chapter 3.1 patent gazette] | ||
| B08F | Application dismissed because of non-payment of annual fees [chapter 8.6 patent gazette] |
Free format text: REFERENTE A 3A ANUIDADE. |