BR112016018367B1

BR112016018367B1 - Método para monitorar desempenho e sistema para prever um tempo de vida útil operacional de um dispositivo de giro de um aparelho de processamento ou de manipulação de material

Info

Publication number: BR112016018367B1
Application number: BR112016018367-3A
Authority: BR
Inventors: Andreas Wilde; Frank Feger
Original assignee: Flsmidth A/S
Priority date: 2014-02-11
Filing date: 2015-01-19
Publication date: 2022-08-16
Also published as: AU2015217958B2; RS56209B1; CA2934969C; CN105980944B; BR112016018367A2; AU2015217958A1; CN105980944A; EP2905667A1; CA2934969A1; EP2905667B1; HUE034304T2; WO2015121024A1

Abstract

APARELHO E MÉTODO DE MONITORAMENTO DE DISPOSITIVO DE GIRO. A presente invenção se refere a um método de monitoramento de desempenho de um dispositivo de giro, e em particular, de previsão de um tempo de vida útil operacional do dispositivo de giro fundamentado sobre momentos de inclinação em tempo real. Em concordância com a presente invenção, o método compreende mensuração em tempo real de parâmetros relacionados para força em uma superestrutura montada sobre uma estrutura de suporte por intermédio de um dispositivo de giro. O tempo de vida útil operacional do rolamento (mancal) é, em concordância com isso, ajustado e determinado fundamentado sobre as mensurações em tempo real na medida em que a máquina é operativa.

Description

[0001] A presente invenção se refere a um método de monitoramento de desempenho de um dispositivo de giro de uma instalação de processamento ou de manipulação de material e, em particular, embora não exclusivamente, a um método para prever um tempo de vida útil operacional do dispositivo de giro com base na mensuração de parâmetros relacionados à força em tempo real, que se referem a momentos de inclinação aplicados ao dispositivo de giro.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] Dispositivos de giro são utilizados para uma ampla classe de máquinas (aparelhos) de processamento ou de manipulação de material móveis e proporcionam uma conexão rotacional entre uma carroceria inferior ou um conjunto de suporte e uma superestrutura superior. Uma variedade de diferentes dispositivos de giro existe que inclui, por exemplo, mancais do tipo de rolamento, mancais do tipo de roda transportadora, mancais de múltiplas esteiras ou de múltiplos elementos de rolamento. Entretanto, é comum para todos os tipos de rolamento a capacidade para que o mancal venha a proporcionar ajuste de rotação da superestrutura portada pela carroceria inferior.

[0003] A seleção do tipo e da geometria dos dispositivos de giro é tipicamente suportada por cálculos de tempo de vida útil de projeto nominal. Tais cálculos levam em consideração a exposição do dispositivo de giro durante uso à diferentes situações de carga e movimentos de máquina quando cumprindo suas tarefas operacionais. Por exemplo, uma redução no tempo de vida útil do mancal efetivo versus o valor previsto é comum devido à degradação prematura do mancal durante a utilização e, em particular, o desgaste prematuro dos componentes internos, tais como elementos de rolagem, gaiolas, pistas, rodas, etc., o ingresso de contaminantes no mancal, e uma falta de lubrificação, por exemplo. Cálculos de tempo de vida útil de dispositivo de giro para mancais de rolamento são tipicamente feitos utilizando o Padrão internacional (International Standard) DIN/ISO 281.

[0004] Tempo de inatividade de máquina devido a reparo ou manutenção do dispositivo de giro é indesejável e, consequentemente, períodos de manutenção previstos precisamente ou o tempo de vida útil operacional de longa duração da máquina precisamente é desejável. A patente alemã número DD 218 641 e a patente alemã número DE 10 2005 023 252 descrevem sistemas para determinar um grau de dano e tempo de vida útil remanescente de partes de componentes de instalações de processamento em larga escala.

[0005] Entretanto, sistemas de monitoramento elétrico convencionais são direcionados para proporcionar um status de desgaste das partes de componente de maneira a proporcionar uma indicação de alerta que é disparada quando um estado crítico ou valor crítico tiver sido alcançado. Tais isolamentos requerem modificações significativas das partes de componente de movimentação (em particular, os alojamentos ou montagens) para integrar os componentes de monitoramento elétrico. Adicionalmente, estratégias de manutenção preventiva atuais para suportar o estado de desgaste do dispositivo de giro envolvem monitoramento por inspeções regulares e condução de mensurações manuais de distâncias em pontos de referência definidos, por exemplo, mensurações de altura de queda e de inclinação. Tais inspeções são feitas por verificações visuais ad-hoc. Adicionalmente, tais sistemas de monitoramento elétrico são desvantajosos por proverem retorno de que o dano já ocorreu. Entretanto, o que é requerido é um método de precisamente e confiavelmente prever o estado de desgaste ou do tempo de vida útil operacional do dispositivo de giro com base na utilização efetiva precedente a desgaste significativo ou acelerado.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0006] É um objetivo da presente invenção o de proporcionar um método de monitoramento de desempenho de um dispositivo de giro de aparelho de manipulação de sólidos volumosos que suporta uma superestrutura montada sobre uma estrutura de suporte ou conjunto de chassi que proporciona uma previsão de um tempo de vida útil operacional do dispositivo de giro baseada nas condições de uso do mancal. É um objetivo específico adicional da presente invenção proporcionar previsão do tempo de vida útil operacional do dispositivo de giro baseada na mensuração de parâmetros relacionados à força em tempo real que se referem às forças de inclinação aplicadas pela superestrutura ao dispositivo de giro.

[0007] É um objetivo específico adicional da presente invenção o de mais precisamente prever o tempo de vida útil operacional do dispositivo de giro com base na avaliação de carga em tempo real anterior a um dano significativo do dispositivo de giro de maneira tal que ação corretiva deva ser tomada.

[0008] Em concordância com um primeiro aspecto da presente invenção, é proporcionado um método de monitoramento de desempenho de um dispositivo de giro de um aparelho de processamento ou de manipulação de material no qual o dispositivo de giro suporta uma superestrutura montada em uma estrutura de suporte, o método compreendendo: mensurar um parâmetro relacionado à força em tempo real utilizando pelo menos um sensor relacionado a uma força de carga externa atuando sobre a superestrutura; determinar um momento de inclinação em tempo real aplicado pela superestrutura ao dispositivo de giro baseado no parâmetro relacionado à força e pelo menos um parâmetro geométrico descrevendo um relacionamento geométrico entre a força de carga e o dispositivo de giro; prever um tempo de vida útil operacional do dispositivo de giro com base no momento de inclinação em tempo real.

[0009] Referência dentro deste pedido de patente para um “momento de inclinação” engloba expressões e forças quantitativas similares e equivalentes tais como momento de força, momento de inércia, momento, força de momento, carga de momento, torque conforme aplicados a um eixo se estendendo centralmente através do dispositivo de giro (sendo alinhado perpendicular para um plano dos rolamentos). Adicionalmente, referência dentro deste pedido de patente para um “dispositivo de giro” engloba expressões similares e equivalentes tais como, mancais de giro, anéis de giro, plataformas giratórias e os assemelhados.

[0010] Opcionalmente, o parâmetro relacionado à força compreende qualquer um ou uma combinação que se segue do conjunto de: massa; pressão; tensão; compressão; esforço; deformação; torque. Tais parâmetros podem ser determinados por um ou uma pluralidade de sensores que são ativos para continuamente determinar a medida apropriada relacionada à força na medida em que a máquina está em operação ou quando em inatividade. O presente método é também capaz de incluir a força axial aplicada pela superestrutura no dispositivo de giro como parte da determinação da vida útil operacional. O presente método é vantajoso em proporcionar previsões em tempo real do tempo de vida útil remanescente do dispositivo de giro baseadas no monitoramento ativo das forças externas aplicadas à superestrutura e, portanto, ao dispositivo de giro.

[0011] Vantajosamente, a força de carga externa que cria o parâmetro relacionado à força pode existir entre pelo menos dois componentes da superestrutura. Tal disposição é conveniente para avaliações de carga precisas. Opcionalmente, os pelo menos dois componentes são móveis em relação um ao outro e/ou ao dispositivo de giro. Por exemplo, uma força aplicada a um dos componentes pode provocar que o componente se mova e esta movimentação pode então ser adequadamente monitorada para determinar a magnitude da força externa aplicada à superestrutura.

[0012] Opcionalmente, os pelo menos dois componentes compreendem um braço de lança e uma parte da superestrutura; em que o braço de lança é capaz de se articular em torno de um eixo de articulação de maneira tal que um movimento de articulação do braço de lança afeta o momento de inclinação em tempo real criado pela superestrutura atuando sobre o dispositivo de giro. O sensor para determinar o parâmetro relacionado à força pode ser posicionado em qualquer localização da superestrutura ou em uma localização remota, mas formando parte de um circuito, rede ou estrutura de acoplamento se estendendo entre o sensor e os componentes da superestrutura que são utilizados na determinação da carga externa.

[0013] Opcionalmente, onde os dois componentes compreendem o braço de lança e uma região da superestrutura, o parâmetro relacionado à força compreende uma pressão de um fluido em um acionador linear operado por energia montado na superestrutura para suportar uma posição do braço de lança na superestrutura. Opcionalmente, o parâmetro relacionado à força compreende uma tensão de uma corda ou de um cabo que suporta uma posição do braço de lança na superestrutura. Mensurar a pressão ou a tensão nos cilindros de elevação ou no cabo ou na corda de suporte é um mecanismo conveniente e confiável para determinar a carga externa. Tal disposição e tal método não envolvem modificação considerável da superestrutura para acomodar os sensores e dados podem ser obtidos e transferidos de maneira conveniente para um armazenamento de dados adequado e uma utilidade de processamento localizada na instalação em uma localização remota.

[0014] Opcionalmente, o pelo menos um parâmetro de geometria proporciona um relacionamento entre uma posição geométrica do eixo de articulação do braço de lança e um eixo de momento de inclinação se estendendo através do dispositivo de giro em torno do qual o momento de inclinação em tempo real é aplicado. Como será apreciado, o parâmetro de geometria pode compreender qualquer valor ou valores quantitativos que descrevam um relacionamento geométrico entre regiões, partes de componente, eixos, centros rotacionais, etc., da superestrutura e do dispositivo de giro e em particular uma correlação entre a força de carga externa e a criação de um momento de inclinação do dispositivo de giro.

[0015] Preferivelmente, o método adicionalmente compreende determinar um momento de inclinação resultante do dispositivo de giro por correlacionar o momento de inclinação do dispositivo de giro determinado com uma curva de vida útil de referência do dispositivo de giro fundamentada em um momento resultante e uma carga axial do dispositivo de giro. O método adicionalmente compreende obter um fator de carga do dispositivo de giro fundamentado no momento de inclinação resultante do dispositivo de giro e no momento de inclinação do dispositivo de giro determinado. O método pode então compreender aplicar um expoente específico de mancal ao fator de carga para obter o tempo de vida útil do dispositivo de giro. Preferivelmente, o método adicionalmente compreende repetir as etapas de determinar o momento de inclinação resultante do dispositivo de giro e do fator de carga com base em uma pluralidade de momentos de inclinação determinados do dispositivo de giro para obter um tempo de vida útil operacional do dispositivo de giro compilado fundamentado em uma pluralidade de forças de carga externa; e aplicar parâmetros de tempo de operação a cada um dos tempos de vida útil operacional que são fundamentados nas respectivas cargas externas. Tais etapas de processamento são empreendidas em concordância com padrões internacionais DIN/ISO 281 levando-se em consideração o tipo de mancal instalado dentro da planta e, em particular, a natureza e a geometria dos componentes do dispositivo de giro com referência ao padrão internacional DIN/ISO 281. A utilização de curvas de vida útil de referência do dispositivo de giro está em concordância com o padrão internacional DIN/ISO 281 e de forma similar, a determinação do “momento resultante”, “fator de carga” e “tempo de vida útil operacional compilado” está em concordância com o padrão internacional DIN/ISO 281 como será apreciado por aqueles versados na técnica.

[0016] Em concordância com um segundo aspecto da presente invenção, é proporcionado um processo para prever um tempo de vida útil operacional de um dispositivo de giro de uma máquina de processamento ou de manipulação de material compreendendo: um dispositivo de giro montado em uma superestrutura sobre uma estrutura de suporte; um braço de lança articuladamente montado na superestrutura, o braço de lança sendo dotado de uma extremidade distal que tem capacidade de ser elevada e abaixada em relação à superestrutura; pelo menos um acionador conectado ao braço de lança e à superestrutura para acionar a elevação e o abaixamento da extremidade distal relativa à superestrutura; e pelo menos um sensor para monitorar um parâmetro relacionado à força em tempo real no acionador; o processo compreendendo o método de monitoramento de desempenho do dispositivo de giro como aqui pleiteado. Tal disposição é vantajosa para determinar precisamente o tempo de vida útil operacional remanescente de um dispositivo de giro em utilização e exposto à prática e às cargas externas de trabalho na medida enquanto a instalação é operativa. Por conseguinte, os operadores da instalação de processamento e pessoal de serviços através do presente método/processo automatizado ou semi-automatizado são, portanto, capazes de fazer ajustes ao planejamento de serviço designado e períodos de manutenção conforme o tempo de vida útil operacional remanescente é corrigido em tempo real fundamentado nas cargas externas que são mensuradas continuamente ou em intervalos regulares com o tempo de vida útil operacional remanescente sendo transmitido em tempo real.

[0017] Opcionalmente, a máquina de processamento ou de manipulação de material compreende qualquer um ou uma combinação dentre o conjunto de: uma recuperadora de rodas de caçamba compreendendo uma pluralidade de caçambas rotativamente montadas na extremidade distal do braço de lança; uma empilhadeira; uma espalhadora; uma combinação de empilhadeira/recuperadora; um guindaste; um carregador ou descarregador de navio; um escavador de rodas de caçamba; um triturador móvel. Opcionalmente, a máquina de processamento ou de manipulação de material pode compreender qualquer máquina que compreende um braço de lança montado em uma superestrutura e que tem capacidade de girar sobre um chassi através de um dispositivo de giro. Opcionalmente, a máquina/aparelho de processamento ou de manipulação de material é uma unidade móvel montada sobre uma carroceria inferior fundamentada sobre rodas e/ou sobre esteiras.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0018] Uma implementação da presente invenção será descrita, por meios unicamente exemplificativos, e com referência aos desenhos em anexo, nos quais: a Figura 1 é uma vista em perspectiva externa de uma máquina de processamento recuperadora de rodas de caçamba na qual um braço de lança em uma montagem de rodas de caçamba rotativas é suportado em uma superestrutura montada em uma estrutura de suporte por intermédio de um dispositivo de giro em concordância com uma implementação específica da presente invenção; a Figura 2 é um fluxograma esquemático detalhando a determinação do tempo de vida útil do dispositivo de giro fundamentada em umas mensurações de uma carga externa aplicada à superestrutura; a Figura 3 é uma ilustração esquemática de geometrias relativas de componentes selecionados da máquina de processamento junto com momentos de inclinação selecionados de vários componentes de máquina de processamento; a Figura 4 é um fluxograma esquemático detalhando as etapas adicionais empregadas na previsão do tempo de vida útil operacional do dispositivo de giro fundamentada nas forças de carga externas na superestrutura; a Figura 5A detalha parâmetros selecionados de um mancal de esteira de rolamento dotados de características correspondentes ao dispositivo de giro da Figura 1; a Figura 5B é uma curva de vida útil de serviço e de dados técnicos para o mancal da máquina de processamento recuperadora da Figura 1 utilizada na previsão do tempo de vida útil de operação do dispositivo de giro.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADE PREFERIDA

[0019] Referindo-se à Figura 1, uma instalação de processamento de material volumoso na forma de uma recuperadora de rodas de caçamba (100) compreende uma superestrutura indicada genericamente pelo numeral de referência (104) articuladamente montada sobre uma estrutura de suporte (105) por intermédio de um dispositivo de giro (106). A estrutura de suporte (105) compreende um chassi adequado (103) adaptado para possibilitartransportar a recuperadora de rodas de caçamba (100) sobre o solo para acessar diferentes localizações de material volumoso (108) para ser processado pela máquina (100).

[0020] A superestrutura (104) compreende um braço de lança (101) possuindo uma extremidade distal (101a) que se monta em uma roda de caçamba (109) e uma extremidade proximal oposta (101b) articuladamente montada na superestrutura (104). A estabilização da máquina (100) é proporcionada por um contrapeso (102) que se estende a partir da superestrutura (104) em um lado oposto com relação ao braço de lança (101) para contrabalançar o braço de lança (101), a roda de caçamba (109) e qualquer força de carga adicional aplicada ao braço de lança (101), tal como o peso de material (108) coletado pela roda de caçamba (109). Um par de cilindros de elevação (107) é fixado ao braço de lança (101) e a uma região de superestrutura (104) de maneira a estabilizar e a suportar a movimentação de articulação do braço de lança (101) na superestrutura (104). De acordo com a modalidade específica, os cilindros de elevação (107) se estendem entre a extremidade proximal (101b) do braço de lança (101) e uma lança de suporte de contrapeso (102a) que monta o contrapeso (102) na estrutura de suporte (105). Como será apreciado, uma força de carga na ou em direção à extremidade distal (101a) do braço de lança (101) é proporcional a uma força e em particular a uma pressão nos cilindros elevatórios (107).

[0021] Referindo-se à Figura 2, o presente monitoramento de desempenho do dispositivo de giro compreende mensurar uma carga externa aplicada à superestrutura (104) na etapa (200) para determinar um momento de inclinação aplicado ao dispositivo de giro (106) pela superestrutura (104) na etapa (201). Uma determinação do momento de inclinação do dispositivo de giro (106) inclui consideração das geometrias relativas dos vários componentes da superestrutura (104) e em particular dos vários pontos de articulação do braço de lança (101) para daqueles componentes (107) que suportam o braço de lança (101). Os relacionamentos geométricos entre os vários pontos e componentes da superestrutura (104) adicionalmente incluem distâncias, comprimentos e/ou ângulos relativos entre regiões específicas dos componentes (107) da superestrutura (104) em relação um ao outro e ao dispositivo de giro (106). A geometria do aparelho por meio de parâmetros de geometria específicos é aplicada para a determinação do momento de inclinação do dispositivo de giro (106) através da etapa (202).

[0022] O presente método utiliza a metodologia e os cálculos do padrão internacional DIN/ISO 281 que permite cálculos da taxa de carga dinâmica e de vida útil dos dispositivos de giro. Cálculos do momento de inclinação do dispositivo de giro e do tempo de vida útil operacional do dispositivo de giro e considerações estabelecidas no padrão internacional DIN/ISO 281 são aqui incorporados por referência.

[0023] A Figura 3 ilustra um esquema simplificado do relacionamento geométrico relativo de componentes selecionados da superestrutura (104) da Figura 1. Como é ilustrado, o braço de lança (101) é montado na superestrutura (104) por intermédio de uma montagem de lança (300) que se projeta ascendentemente a partir de uma parte da superestrutura (104) localizada imediatamente acima do dispositivo de giro (106) e tipicamente referenciada como uma plataforma giratória. O braço de lança (101) é montado na montagem de lança (300) por intermédio de um ponto de articulação (A). Em concordância com o esquema da Figura 3, os cilindros de elevação (107) são fixados entre a superestrutura (104) e uma parte do braço de lança (101). Cada cilindro de elevação (107) compreende um primeiro ponto de articulação (B) fixado à superestrutura (104) e um segundo ponto de articulação (C) fixado ao braço de lança (101). Como ilustrado, uma distância de separação entre o ponto de articulação (A) e o ponto de articulação (C) é representada pela distância (ln). Por conseguinte, uma força de carga externa (Fcarga) atuando no braço de lança (101) é transladada para uma força (Fcilindro) transmitida através dos cilindros de elevação (107). A magnitude de (Fcilindro) é proporcional a uma pressão do fluido hidráulico dentro dos cilindros de elevação (107). Como será apreciado, um momento de inclinação (MA) em torno do ponto de articulação (A) do braço de lança (101) pode ser expresso como:

[0024] O relacionamento do momento de inclinação (Mk) do dispositivo de giro (106) em torno do eixo de inclinação (D) pode ser expresso como:

[0025] Por conseguinte, uma carga axial da superestrutura (104) se estendendo através do eixo (301) que é transmitida através do dispositivo de giro (106) é proporcional à força atuando através dos cilindros de elevação (Fcilindro). Como será apreciado, considerações adicionais do relacionamento geométrico dos vários componentes da instalação de processamento (100) podem ser aplicadas na determinação de (Mk) utilizando métodos conhecidos de decomposição de forças. Por exemplo, o presente método pode tipicamente compreender consideração da magnitude e do tamanho relativos e posição do contrapeso (102) junto à consideração adicional de componentes de articulação ou de movimentação intermediários formando parte da superestrutura (104) na posição entre ou atuando no braço de lança (101) e dispositivo de giro (106).

[0026] De acordo com uma implementação específica da presente invenção, uma pressão do fluido hidráulico nos cilindros de elevação (107) é determinada no estágio (402) da previsão de tempo de vida útil do dispositivo de giro (106) referindo-se à Figura 4. Como será apreciado, um parâmetro alternativo relacionado à força em tempo real pode compreender uma tensão dentro de um cabo ou de uma corda suportando a posição do braço de lança (101) em relação à superestrutura (104). O momento de inclinação (MA) aplicado pela superestrutura (104) é determinado no estágio (403) e esta força de momento é decomposta para o momento de inclinação (Mk) aplicado no dispositivo de giro (106) no estágio (404). A determinação do momento de inclinação em tempo real (Mk) do dispositivo de giro (106) é representada genericamente pelo numeral de referência (400) utilizando as mensurações em tempo real do parâmetro relacionado à força (pressão do cilindro de elevação) enquanto a máquina é operativa. Como será apreciado, a pressão do cilindro de elevação é obtida por intermédio de pelo menos um sensor opcionalmente posicionado na superestrutura (104). Leituras do sensor são determinadas e armazenadas por software e hardware eletrônicos adequados que podem ser posicionados na superestrutura (104) ou em uma localização remota com dados sendo transferidos e acessíveis por intermédio de utilidades de gerenciamento de dados adequadas e convencionais compreendidas por redes de computador a cabo ou sem fio, servidores, PCBs, comunicadores (comms.), etc.

[0027] De acordo com a implementação específica da presente invenção, as medidas de pressão são tomadas em vários estágios operacionais da instalação (100) incluindo, em particular girar com ou sem uma carga na roda de caçamba (109) e em uma pluralidade de diferentes ângulos de articulação do braço de lança (101) com relação à recuperadora de superestrutura (104).

[0028] De acordo com o padrão internacional DIN/ISO 281, um momento resultante do dispositivo de giro (Mko) pode ser correlacionado com um momento de inclinação para um determinado mancal por meio de um fator de carga expresso como:

onde (fL) é o fator de carga, (Fao) é a carga axial no mancal de carga, (Fa) é uma “carga de referência”, (Mko) é o momento de inclinação resultante em uma curva de referência e (Mk) é o momento de inclinação.

[0029] O tempo de vida útil do dispositivo de giro (expresso em revoluções) pode então ser calculado com base na curva de referência de tempo de vida útil para o mancal e expresso como:

onde (G) é a vida útil expressa em revoluções e (P) é um expoente sendo (P) = 3 para mancais de esfera e (P) = 10/3 para mancais de rolamento.

[0030] Como será apreciado, se segue que o tempo de vida útil operacional previsto do mancal pode ser obtido utilizando um espectro de carga envolvendo compilar momentos de inclinação do dispositivo de giro para diferentes cargas operacionais possuindo respectivos períodos de tempo operacionais expressos como porcentagens. O tempo de vida útil do dispositivo de giro compilado e geral total pode ser expresso como:

onde (Gges) é o tempo de vida útil operacional do dispositivo de giro previsto geral, (EDi) é a porcentagem do tempo de operação para as determinadas cargas e (Gi) é a vida útil do serviço por espectro de carga.

[0031] Referindo-se à Figura 4, o momento de inclinação do dispositivo de giro (Mk) é introduzido na etapa (405). A curva de tempo de vida útil apropriada para o dispositivo de giro específico é referenciada na etapa (406). A “carga de referência” (Mko) resultante é então determinada na etapa (407). Os respectivos valores do tempo de vida útil de superfície são então obtidos por cada carga aplicada ao dispositivo de giro [por meio da superestrutura (104)] na etapa (408). Depois da etapa (409), os fatores de tempo de operação relevantes são atribuídos a cada carga que representa o período de tempo sobre o qual a carga está sendo aplicada à superestrutura e ao dispositivo de giro. Por exemplo, onde a roda de caçamba é ativa para recuperar e extrair material volumoso, esta carga específica será aplicada ao tempo total em que a recuperadora é operativa nesta função ao longo de um período de tempo pré- determinado. O tempo de vida útil operacional do dispositivo de giro (anterior à falha) é então obtido e expresso como revoluções. Na etapa (410), o tempo de vida útil é convertido em horas por um ângulo rotacional apropriado por fator de tempo de unidade. Um tempo de vida útil operacional em tempo real para o dispositivo de giro é então obtido em (203). Os cálculos e as etapas (405) até (410), utilizando as equações (3) até (5), representam o cálculo (401) do tempo de vida útil operacional do dispositivo de giro em tempo real fundamentado no momento de inclinação do dispositivo de giro e nas forças de carga externas iniciais aplicadas à superestrutura conforme detalhado no estágio (400).

Exemplo 1

[0032] O tempo de vida útil operacional do dispositivo de giro foi previsto para uma recuperadora de roda de caçamba (100) do tipo da Figura 1 e possui características correspondendo ao dispositivo de giro de esteira de rolamento da Figura 5A fundamentado sobre uma pluralidade de cargas operacionais atuando sobre a superestrutura (104). Em particular, a pressão de fluido hidráulico dentro dos cilindros de elevação (107) foi mensurada para determinar as correspondentes forças atuando através dos cilindros de elevação (107) e momentos de inclinação do braço de lança (101). Os resultados são mostrados na Tabela 1.

[0033] Tabela 1: Entradas de carga para cálculos de momento de inclinação de dispositivo de giro.

[0034] Utilizando um expoente onde (P) = 3,33 e (fL) = 1,18; os momentos de inclinação do dispositivo de giro (Mk) medidos ou determinados foram correlacionados com os momentos de inclinação do dispositivo de giro de carga de referência por meio das equações (3) e (4) acima e por referenciar uma curva de vida útil de referência ilustrada na Figura 5B. Os resultados dos respectivos fatores de carga (fL) são mostrados na Tabela 2.

[0035] Tabela 2: Momentos de inclinação e fatores de carga de dispositivo de giro calculados.

[0036] Os valores sob “%” se referem ao tempo de peração para cada carga em particular. Por conseguinte, o tempo de vida útil operacional geral para um dispositivo de giro dentro de uma recuperadora de roda de caçamba (100) da Figura 1 possuindo um tipo de mancal 121.70.7584 exposto às cargas da Tabela 1, compreende um tempo de vida útil de 738,818 revoluções que é baseado em uma velocidade média ao longo do tempo de 0,066 l/min proporciona um tempo de vida útil operacional de 186,570 horas.

[0037] O cálculo em andamento em tempo real do tempo de vida útil da máquina durante operação pode então ser comparado ao valor original calculado na fase de projeto da máquina para determinar se uma máquina é super - ou sub - utilizada e, consequentemente, possuirá um tempo de vida útil que é mais curto ou mais longo do que a estimativa original. A informação e os dados do dispositivo de giro da presente invenção podem também ser utilizados como parte de operações de processamento de dados adicionais para avaliar outro critério de desempenho da máquina e para auxiliar o gerenciamento da máquina incluindo, por exemplo, gerenciamento de suprimento de peças de reposição, planejamentos de manutenção, etc.

[0038] Portanto, embora a presente invenção tenha sido descrita em concordância com e com referência às exemplificações específicas e modalidades preferidas, aqueles versados na técnica apreciarão que a presente invenção pode ser concretizada de muitas outras diferentes formas com um número de modificações, de variações e de mudanças que possam ser concebidas sem se afastar do escopo de proteção da presente invenção, que é unicamente limitada no que se refere ao estabelecido pelas reivindicações a seguir.

Claims

1. Método para monitorar desempenho de um dispositivo de giro (106) de um aparelho (100) de processamento ou de manipulação de material, no qual o dispositivo de giro (106) suporta uma superestrutura (104) montada em uma estrutura de suporte (105), o método compreendendo: - mensurar em tempo real um parâmetro relacionado à força utilizando pelo menos um sensor relacionado a uma força de carga externa atuando na superestrutura (104); o método sendo caracterizado por: - determinar em tempo real um momento de inclinação aplicado pela superestrutura (104) ao dispositivo de giro (106) baseado no parâmetro relacionado à força e pelo menos um parâmetro de geometria descrevendo um relacionamento geométrico entre a força de carga e o dispositivo de giro (106); - prever um tempo de vida útil operacional do dispositivo de giro (106) baseado no momento de inclinação em tempo real.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o parâmetro relacionado à força compreende qualquer um ou uma combinação do conjunto de: • massa; • pressão; • tensão; • compressão; • solicitação; • deformação; e • torque.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a força de carga externa que cria o parâmetro relacionado à força existe entre pelo menos dois componentes da superestrutura (104).

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que os pelo menos dois componentes são móveis em relação um ao outro e/ou ao dispositivo de giro (106).

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que pelo menos dois componentes compreendem um braço de lança (101) e uma parte da superestrutura (104); - em que o braço de lança (101) é capaz de articular em torno de um eixo de articulação de tal forma que um movimento de articulação do braço de lança (101) afeta o momento de inclinação em tempo real criado pela superestrutura (104) atuando no dispositivo de giro (106).

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o parâmetro relacionado à força compreende uma pressão de um fluido em um acionador linear operado por energia (107) montado na superestrutura (104) para suportar uma posição do braço de lança (101) na superestrutura (104).

7. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o parâmetro relacionado a força compreende uma tensão de uma corda ou de um cabo para suportar uma posição do braço de lança (101) na superestrutura (104).

8. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um parâmetro de geometria provê uma relação entre uma posição geométrica do eixo de articulação do braço de lança (101) e um eixo de momento de inclinação se estendendo através do dispositivo de giro (106) sobre o qual o momento de inclinação em tempo real é aplicado.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que compreende determinar um momento de inclinação resultante do dispositivo de giro ao correlacionar o momento de inclinação determinado do dispositivo de giro (106) com uma curva de tempo de vida útil de referência do dispositivo de giro (106) baseada em um momento resultante e em uma carga axial do dispositivo de giro (106).

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por compreender: - obter um fator de carga do dispositivo de giro (106) baseado no momento de inclinação resultante do dispositivo de giro (106) e no momento de inclinação determinado do dispositivo de giro (106).

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por adicionalmente compreender: - aplicar um expoente específico de mancal ao fator de carga para obter o tempo de vida útil do dispositivo de giro (106).

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por adicionalmente compreender: - repetir as etapas de determinar o momento de inclinação resultante do dispositivo de giro e o fator de carga baseados em uma pluralidade de momentos de inclinação do dispositivo de giro determinados para obter um tempo de vida útil operacional compilado do dispositivo de giro (106) baseado em uma pluralidade de forças de carga externa; e - aplicar parâmetros de operação a cada um dos tempos de vida útil operacionais que são baseados nas respectivas forças de carga externa.

13. Sistema para prever um tempo de vida útil operacional de um dispositivo de giro de um aparelho de processamento ou de manipulação de material, caracterizado pelo fato de que compreende: - um dispositivo de giro (106) que monta uma superestrutura (104) em uma estrutura de suporte (105); - um braço de lança (101) articuladamente montado na superestrutura (104), o braço de lança (101) tendo uma extremidade distal (101a) capaz de ser elevada e abaixada em relação à superestrutura (104); - pelo menos um acionador (107) conectado ao braço de lança (101) e à superestrutura (104) para acionar a elevação e o abaixamento da extremidade distal (101a) em relação à superestrutura (104); e - pelo menos um sensor para monitorar em tempo real um parâmetro relacionado à força no acionador (107); o sistema compreendendo o método para monitorar desempenho de um dispositivo de giro (106) do tipo definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 12.

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o aparelho de processamento de material (100) compreende qualquer um ou uma combinação do conjunto de: • uma recuperadora de rodas de caçamba compreendendo uma pluralidade de caçambas rotativamente montadas na extremidade distal (101a) do braço de lança (101); • uma empilhadeira; • uma espalhadora; • uma combinação de empilhadeira/recuperadora; • um guindaste; • um carregador ou descarregador de navio; • um escavador de rodas de caçamba; e • um triturador móvel.