CN111601760A - 输送机惰轮监控设备、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了输送机惰轮监控设备、系统和方法。在一些实施例中，一个或多个传感器(例如，温度传感器、载荷传感器等)由输送机惰轮的轴支撑。在一些实施例中，一个或多个传感器与无线发射机进行数据通信。在一些实施例中，由惰轮的旋转驱动的发电机与一个或多个传感器和/或无线发射机电连通。在一些实施例中，多个惰轮监控系统与输送机监控系统和/或操作监控系统进行数据通信。

Description

输送机惰轮监控设备、系统和方法
附图说明
图1是输送机惰轮的实施例的透视图。
图2是图1的输送机惰轮的剖切侧视图。
图3是惰轮轴的实施例的侧视图。
图4是图3的惰轮轴的顶视图。
图5是载荷传感器的实施例的侧视图。
图6示意性地示出了惰轮监控系统的实施例。
图7是输送机惰轮的另一个实施例的剖切正视图。
图8示意性地示出了惰轮监控系统的另一个实施例。
图9示出了惰轮网络监控系统。
图10是发电机的实施例的端视图。
图11是输送机滑轮的实施例的侧视图。
图12示出了图11的细节区域A。
具体实施方式
参照附图(在所有这几个视图中，相似的附图标记表示相同或相应的部分)，图1和2示出了输送机惰轮100的实施例。输送机惰轮100包含滚动地支撑在轴200上的汽缸130。轴200支撑(例如，以固定的方式)在输送机上。汽缸130被配置成至少部分地支撑输送带B。
惰轮100任选地包含端盘140-1、140-2，所述端盘设置在轴200的相对端并且安装到汽缸130的相对端220-1、220-2。每个端盘任选地支撑在相关联的轴承160(例如，球轴承)上。密封组件150任选地设置在每个轴承组件的外侧，以至少部分地防止外部液体和/或碎屑进入惰轮100的内部体积。
参照图2，监控系统600(例如，本文描述的监控系统实施例之一)任选地至少部分地支撑在轴200上。
参照图3和4，一个或多个安装板260、262任选地安装到轴200，以便支撑监控系统600的一个或多个电子部件。在一些实施例中，载荷传感器500支撑在(例如，安装到)轴200上。在一些实施例中，在轴200的端部220中提供腔250，以便容纳发射机(transmitter)和/或监控系统的其它部件。任选地在轴中提供开口230，以便至少部分地容纳一个或多个电连接器(例如，电线、电缆等)，所述电连接器任选地将发射机连接到载荷传感器500和/或支撑在轴200上(例如，在安装板260上)的其它部件。在一些实施例中，发射机至少部分地容纳在腔250中。在替代实施例中，可以省略腔250，并且将发射机任选地安装在轴的端部220上或安装在惰轮和/或输送机上的其它地方。
在一些实施例中，邻近轴承160(例如，在所述轴承的径向内侧)提供一个或多个腔240。在一些实施例中，在轴200的径向外表面中提供每个腔240。在一些实施例中，温度传感器635(例如，电阻温度检测器、热电偶等)至少部分地容纳在一个或多个腔240中。
参照图5，示出了载荷传感器500的实施例。载荷传感器500任选地包含偏转器臂510。一个或多个应变仪550任选地安装到偏转器臂(例如，以惠斯通电桥(Wheatstonebridge)或其它布置)。偏转器臂510任选地安装到轴200(例如，轴的上表面，设置在轴与输送带之间，等等)，如通过一个或多个螺栓512。偏转器臂510任选地通过间隔件520与轴200间隔开(例如，竖直地间隔开)。螺栓514或其它设备任选地在偏转器臂510与轴200之间施加载荷。圆形的下表面530(例如，球)任选地至少部分地在偏转器臂510与轴200之间转移载荷。螺栓514任选地可调，以便增加或减小下表面530上的载荷。圆形的下表面530任选地定位在轴200处或靠近其轴向中点(例如，在与端部220-1、220-2等距的位置处或附近)。轴200的偏转任选地改变偏转器臂510的偏转，使得一个或多个应变仪550产生与轴200的偏转量有关的经修改的应变信号。
参照图6，示意性地示出了监控系统600的实施例。载荷传感器500(例如，称重传感器(load cell)和/或其应变仪)任选地与处理器625进行数据通信(例如，任选地经由放大器640，所述放大器被任选地配置成将模拟信号转换成数字信号)。一个或多个温度传感器635任选地与处理器625进行数据通信。振动传感器620(例如，任选地安装到轴200)任选地与处理器625进行数据通信。实时时钟630任选地与处理器625进行数据通信。处理器625任选地将来自各个传感器的信号(例如，经过至少部分处理的信号)传输到与处理器625进行数据通信的处理器610。处理器610任选地与存储器615(例如，SD卡或其它存储器))进行数据通信。处理器610任选地与发射机605(例如，天线)流体连通。发射机605任选地包括无线发射机(例如，WiFi接口接入点)。发射机605任选地至少部分地设置在腔250中。发射机605任选地与监视器690进行数据通信(例如，无线通信)。监视器690任选地包括图形用户界面。在一些实施例中，监视器690包括移动计算装置，如消费者计算装置(例如，智能电话、平板电脑、膝上型计算机等)。
参照图7和8，示出了输送机惰轮800和相关的(例如，结合的)惰轮监控系统700的另一个实施例。惰轮800任选地与本文所述的其它惰轮实施例中的一个或多个惰轮大体上相似；在一些实施例中，惰轮800包含滚动地支撑汽缸130的经任选修改的轴200'。经任选修改的腔250'(例如，在轴200'中或在其附近)任选地至少部分地容纳发射机605。惰轮800任选地包含可以在轴200'的端部处或端部附近提供的标识符810(例如，RFID标签或QR码)。传感器壳体820(例如，大体上呈环形的壳体)任选地安装到轴200'，例如任选地安装在汽缸130内部以及任选地安装在轴承160之间。
如图8所示，惰轮监控系统700任选地包含被描述为先前描述的系统600的一部分的一个或多个部件(例如，发射机605、时钟630、处理器610、处理器625、存储器615、载荷传感器放大器640、轴承温度传感器635)。惰轮监视器系统700还任选地包含与发射机605进行数据通信的一个或多个另外的装置，例如，一个或多个载荷传感器720、振动传感器、能量发生器1000、汽缸温度传感器735、环境温度传感器740和角度传感器750。在一些实施例中，一个或多个传感器(例如，传感器735、740和/或750)安装到电路板702，所述电路板还可以支撑被描述为先前描述的系统600的一部分的一个或多个部件(例如，时钟630、处理器610、处理器625、存储器615、载荷传感器放大器640等)。电路板702任选地支撑在壳体820上(和/或任选地至少部分地容纳在所述壳体中)。
一个或多个载荷传感器720任选地包括直接安装到轴200'上的应变仪。在一些实施例中，载荷传感器720安装到轴的弯曲(例如，圆柱形)表面；在其它实施例中，一个或多个载荷传感器安装到轴中的机加工平面和/或支撑在轴上的平面。在一些实施例中，第一称重传感器720a安装在轴200'上的第一位置处，而第二称重传感器720b安装在轴的相对侧上的第二位置处。在一些实施例中，称重传感器720a、720b安装在距轴的端部相同或相似的距离处，如在轴的横向中心处或附近。
一个或多个振动传感器725被配置成检测惰轮(例如，轴承160)的振动，并产生到处理器和/或发射机的对应信号和/或对应数据。在一些实施例中，振动传感器725包括噪声传感器(例如，驻极体麦克风)。
一个或多个汽缸温度传感器735被任选地配置成和定位成检测汽缸130的内表面的温度。在一些实施例中，传感器735包括红外温度传感器，所述红外温度传感器任选地朝向汽缸130的内表面。在一些实施例中，传感器735至少部分地容纳在壳体820中，并且任选地在壳体820中在传感器735与汽缸130的内表面之间提供开口821。
一个或多个环境空气温度传感器740(电阻温度检测器等)被任选地配置成和定位成检测惰轮内部的环境空气的温度。
一个或多个角度传感器750(例如，加速度计等)被任选地配置成和定位成产生与惰轮(例如，惰轮轴)相对于水平方向的取向有关的信号。应当理解的是，在槽式惰轮组件的实施例中，安装在组件的左侧、右侧和中心的惰轮可以具有不同的取向，所述取向可以用于识别惰轮在组件上的安装位置。
一个或多个能量发生器1000被任选地配置成和定位成通过汽缸130绕轴200'的旋转来发电。转到图10，示出了能量发生器1000的实施例。能量发生器1000任选地包括内环1040，所述内环被配置成支撑在轴200'上(并且任选地与所述轴保持静止)。能量产生器1000任选地包括外环1020，所述外环被配置成支撑在汽缸130中(例如，压配合到汽缸中)并且任选地与所述汽缸一起旋转。在一些实施例中，分别在内环1040的内表面和/或外环1020的外表面上提供突起1022、1042或粗糙元件或其它元件。多个径向布置的磁体1030(例如，如钕磁体等永磁体)任选地支撑在外环1020中。多个径向布置的电磁线圈1050(例如，如铜线圈等导电线圈)。在操作中，外环1020与汽缸130一起旋转产生能量，所述能量被任选地传输到能量存储装置(例如，电池和/或系统700的耗电部件)。在一些实施例中，能量产生脉冲也由系统700发送和/或处理，以确定汽缸130的转数和/或旋转速度。在一些实施例中，一个或多个夹具1010被定位成将外环1040固定到汽缸130。
任选地提供一个或多个旋转传感器以检测汽缸130的旋转速度和/或转数。在一些实施例中，使用由能量发生器1000产生的信号来确定汽缸130的速度和/或转数，因此能量发生器1000可以被视为旋转传感器。在其它实施例中，提供了不同的或另外的旋转传感器(例如，霍尔效应传感器(Hall effect sensor)等)。
在一些实施例中，将汽缸130的旋转速度与皮带速度(例如，测得的或假定的皮带速度)进行比较，从而估计当前汽缸直径和/或当前汽缸磨损百分比。例如，在一些实施例中，可以将基于汽缸旋转速度和皮带速度之间的比较的调整因子应用于标称汽缸直径，以便确定当前汽缸直径。可以通过将当前汽缸直径除以标称汽缸直径来确定汽缸130的磨损百分比。可以通过连接到惰轮或远离惰轮的处理器执行本文描述的计算步骤。
参照图9，示意性地示出了惰轮网络监控系统900(其也可以被称为输送机监控系统)。在一些实施例中，多个系统700(例如，其发射机605)与通信网关950(如，LoRaWAN网关，其规格由加利福尼亚州弗里蒙特的LoRa联盟提供)进行数据通信。在其它实施例中，网关950可以由另一通信装置(如WiFi接入点)代替或补充。网关950任选地与应用服务器960(例如，基于云的应用服务器)进行数据通信(例如，经由因特网连接)。应用服务器960任选地向web界面980、移动装置990和/或数据库970(例如，基于云的数据库970)提供数据和/或分析(例如，故障分析、诊断等)。
在一些实施例中，应用服务器960(或其它系统或装置)接收本文所述的一个或多个与惰轮有关的测量值(例如，由系统700执行的测量值中的一个或多个测量值)。应用服务器960任选地包括或利用算法(例如，机器学习算法、人工智能算法、神经网络算法、深度学习算法、JSON接口等)根据基于测量的与惰轮有关的测量值来预测与惰轮有关的诊断(例如，维护间隔、故障事件、故障事件的时间、第一个发生故障的部件等)。在一些实施例中，应用服务器基于一个或多个与惰轮有关的测量值(例如，温度、相对于皮带速度或标称惰轮旋转速度的惰轮旋转速度、轴载荷等)来识别现有的惰轮故障。
在一些实施例中，使用配准装置920(例如，包含扫描仪、照相机等)来配准惰轮(例如，通过扫描或拍摄标识符810的图像)。在一些实施例中，配准装置920包含全球定位(GPS)系统或装置，并且任选地在配准时识别每个惰轮的位置。配准装置任选地与系统900进行数据通信(例如，经由网关、网络接口或其它部件)。
参照图11和12，在一些实施例中，滑轮1100任选地提供有一个或多个称重传感器1200，用于测量施加到滑轮的载荷。在一些实施例中，滑轮1100包含汽缸1150(例如，金属或其它材料)，所述汽缸具有支撑在其上的表面1125(例如，橡胶或其它材料)。在一些实施例中，表面1125支撑一个或多个径向向外延伸的套锁元件1122(例如，陶瓷、橡胶或其它材料)。在一些实施例中，将一个或多个称重传感器1200a设置在汽缸1150上(例如，在表面1125下方)。在一些实施例中，将一个或多个称重传感器1200b设置在表面1125与经任选修改的套锁元件1122'之间。在一些实施例中，滑轮1100包含与称重传感器进行数据通信的无线发射机(未示出)，所述称重传感器与所述滑轮相关联；在一些实施例中，与滑轮相关联的无线传感器与输送机监控系统(如系统900)的网关或其它通信装置进行数据通信。
本文列举的范围旨在包含性地列举最大范围值和最小范围值之外的所提供范围内的所有值。本文使用的标题仅是为了方便读者，而不应被理解为限制或用于任何其它目的。
尽管上文已经描述了各个实施例，但是所公开的实施例的细节和特征并不旨在是限制性的，因为许多变化和修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的。因此，本公开的范围旨在被广义地解释并且包含所附权利要求书及其等同物的范围和精神内的所有变化和修改。

Claims (20)

1.一种用于监控输送机惰轮的输送机惰轮监控系统，所述输送机惰轮具有带有内表面和外表面的汽缸，所述汽缸通过多个轴承滚动地支撑在轴上，所述输送机惰轮监控系统包括：
载荷传感器，所述载荷传感器被设置成测量施加在所述轴上的载荷；
至少一个第一温度传感器，所述第一温度传感器设置在所述汽缸内部并由所述轴支撑，所述第一温度传感器被设置成测量所述汽缸的所述内表面的至少一部分的温度；以及
无线发射机，所述无线发射机与所述第一温度传感器和所述载荷传感器进行数据通信，所述无线发射机被配置成将数据从所述第一温度传感器和所述载荷传感器发射到无线接收机。
2.根据权利要求1所述的输送机惰轮监控系统，其中所述第一温度传感器包括红外传感器。
3.根据权利要求1所述的输送机惰轮监控系统，其进一步包括：
壳体，所述壳体支撑在所述汽缸内的所述轴上，其中所述第一温度传感器至少部分地设置在所述壳体的内部，其中所述壳体中的开口设置在所述第一温度传感器与所述汽缸的所述内表面之间。
4.根据权利要求2所述的输送机惰轮监控系统，其进一步包括：
壳体，所述壳体支撑在所述汽缸内的所述轴上，其中所述第一温度传感器至少部分地设置在所述壳体的内部，其中所述壳体中的开口设置在所述第一温度传感器与所述汽缸的所述内表面之间。
5.根据权利要求1所述的输送机惰轮监控系统，其进一步包括：
第二温度传感器，所述第二温度传感器设置在所述汽缸内部并与所述无线发射机进行数据通信，所述第二温度传感器包括环境空气温度传感器。
6.根据权利要求5所述的输送机惰轮监控系统，其中所述第二温度传感器包括电阻温度检测器。
7.根据权利要求2所述的输送机惰轮监控系统，其进一步包括：
第二温度传感器，所述第二温度传感器设置在所述汽缸内部并与所述无线发射机进行数据通信，所述第二温度传感器包括环境空气温度传感器。
8.根据权利要求1所述的输送机惰轮监控系统，其进一步包括：
轴承温度传感器，所述轴承温度传感器被设置成测量至少一个轴承的温度。
9.根据权利要求5所述的输送机惰轮监控系统，其进一步包括：
轴承温度传感器，所述轴承温度传感器被设置成测量至少一个轴承的温度。
10.根据权利要求1所述的输送机惰轮监控系统，其进一步包括能量发生器，所述能量发生器与所述无线发射机和所述第一温度传感器中的至少一个电连通，其中所述能量发生器由所述汽缸相对于所述轴的旋转来驱动。
11.一种用于监控输送机上的多个输送机惰轮的输送机监控系统，每个输送机惰轮具有带有内表面和外表面的汽缸，所述汽缸通过多个轴承滚动地支撑在轴上，所述输送机监控系统包括：
多个输送机惰轮监控系统，每个输送机惰轮监控系统包括：
载荷传感器，所述载荷传感器被设置成测量施加在所述轴上的载荷；
温度传感器，所述温度传感器设置在所述汽缸内部并由所述轴支撑，所述温度传感器被设置成测量所述汽缸的所述内表面的至少一部分的温度；
无线发射机，所述无线发射机与所述温度传感器和所述载荷传感器进行数据通信，所述无线发射机被配置成将数据从所述温度传感器和所述载荷传感器发射到无线接收机；
网关，所述网关与每个输送机惰轮监控系统的所述无线发射机进行无线数据通信；以及
应用服务器，所述应用服务器与所述网关进行数据通信，所述应用服务器被配置成基于由所述输送机惰轮监控系统中的每个输送机惰轮监控系统收集的数据来预测每个输送机惰轮的惰轮故障时间。
12.根据权利要求11所述的输送机监控系统，其中每个输送机惰轮均包含唯一的标识符，所述输送机监控系统进一步包括：
具有扫描仪或照相机中的一个的配准装置，所述配准装置被配置成识别和唯一标识符并存储相关的输送机惰轮的位置，所述配准装置与所述网关和所述应用服务器中的一个进行数据通信。
13.根据权利要求11所述的输送机监控系统，其中所述网关包括LoRaWAN网关。
14.根据权利要求11所述的输送机监控系统，其进一步包括滑轮监控系统，所述滑轮监控系统包括支撑在滑轮上的滑轮载荷传感器以及与所述载荷传感器和所述网关进行数据通信的无线发射机。
15.根据权利要求11所述的输送机监控系统，其中所述应用服务器包括基于云的应用服务器。
16.根据权利要求11所述的输送机监控系统，其中所述应用服务器被配置成使用机器学习算法来预测惰轮故障。
17.根据权利要求11所述的输送机监控系统，其中所述应用服务器与用户界面进行数据通信，所述用户界面包括网络界面或移动应用中的一个，其中所述应用服务器被配置成向所述用户界面发送与惰轮故障有关的警报。
18.根据权利要求17所述的输送机监控系统，其中所述警报包含惰轮标识和惰轮位置中的一个，并且其中所述警报包括预测的惰轮故障时间和现有的惰轮故障中的一个或多个。
19.根据权利要求16所述的输送机监控系统，其中所述应用服务器与用户界面进行数据通信，所述用户界面包括网络界面或移动应用中的一个，其中所述应用服务器被配置成向所述用户界面发送与惰轮故障有关的警报。
20.根据权利要求19所述的输送机监控系统，其中所述警报包含惰轮标识和惰轮位置中的一个，并且其中所述警报包括预测的惰轮故障时间和现有的惰轮故障中的一个或多个。
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