CN113329959A - 带式输送机和用于带式输送机的滚筒 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有至少一个滚筒的带式输送机。滚筒(7)具有滚筒芯轴(20)和带有滚筒套体和滚筒底部的滚筒体。滚筒芯轴在两侧通过两个轴承(21)支承。在滚筒芯轴(20)上,在两侧布置有力测量装置和/或加速度传感器。优选地,布置在两侧的传感器布置在滚筒体(22)与滚筒体(22)之外的轴承(21)之间。传感器信号可以借助与传感器关联的通信装置(23)无线传输。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于带式输送机的滚筒和一种带式输送机以及一种在带式输送机运行时的方法。
背景技术
带设施中的滚筒必须良好地取向,从而不导致带的跑偏。由于尺寸和重量使得搬运是困难的,并且利用辅助器件、如水平仪、激光测量设备或类似设备进行的取向是费时的和麻烦的。错误取向通常也可能只有在持续运行期间例如由于钢结构的变形或基底的移动而出现。目前尚无法可靠地识别出这种错误取向。
此外,损坏的滚筒通常是计划外的运行停歇的原因。太晚识别的损坏、如滚筒套体或滚筒底部中的裂纹此外可能导致带上发生严重的损坏。
由于部分非常高预紧的带缠绕滚筒,使得当异物进入带与滚筒之间时通常导致带损坏,这种情况尤其是发生在带从下方转入到滚筒上时。因为异物又被抛回到转入的带上,所以使得重复循环而造成对带的相应高的损坏。
由WO 2015/042661 A2公知有一种用于带式输送机的轴承辊,其设有传感器、尤其是用于监控轴承辊的状态的温度传感器。轴承辊设有发电机以获取电能。
由WO 2016/135642 A2公知有一种带式输送机,其设有用于防火的系统。带式输送机的带辊的柄部设有温度传感器。为该传感器关联发射器,其中,发射器将传感器信号传输到所设置的接收器。该传感器系统所需的能量在带辊中感应地产生。
例如,由WO 10033526 A1公知有一种用于监控输送带的状态的系统。
由于带跑偏和滚筒损坏以及带损坏,可能会导致带式输送机设施出现停机时间。
发明内容
本发明的任务是,减少带式输送机的运行成本和停歇时间。
根据本发明,该任务通过根据权利要求1的实施方案解决。在从属权利要求中得到根据本发明的实施方案的另外的有利的特征。
为了解决该任务证实为有利的是,滚筒设有传感器件,以便可以通过滚筒本身识别出错误取向和/或带损坏。由此,可以关断带式输送机和/或指示带中的损坏类型和损坏位置。尤其地,在错误取向和滚筒体上存在异物的情况下,可以防止形成损坏。针对这种损坏识别设置了力测量装置和/或加速度传感器。
证实为有利的是,在滚筒芯轴的每一侧上分别设置有至少一个力测量装置和加速度传感器、优选三轴加速度传感器。
在有利的实施方式中设置的是,力测量装置包括应变计。应变计已被证实是特别合适的,这是因为它们非常坚固、便宜并且提供非常准确的测量值。
每个力测量装置优选由至少两个应变计构成,这些应变计错开地布置在圆环上。理想地如下这样地选择应变计的数量和布置方式,使得每个力测量装置的至少一个应变计总是位于与所安放的带相同的圆弧段中。由此,可以随时生成用于识别带损坏、异物或带连接部的良好的信号。
在优选的实施方式中,在滚筒套体与滚筒芯轴之间布置有能量获取装置、优选发电机。由此,可以给传感器供应电能,并且必要时也可以给通信装置以及信号处理器供应电能。因此,不需要从外部的电缆引导的能量输送部,这简化了结构。在使用放电的储能器时,需要定期更换,这是不利的。在滚筒套体和滚筒底部之内存在的空间可以被充分用于布置。能量供应部受保护地布置在滚筒之内,例如防止潮湿和灰尘。
在优选的实施方式中设置的是,传感器布置在滚筒套体与滚筒芯轴的轴承之间。由此,使得传感器可从外部轻松接近,并且可以在发生故障情况下轻松更换。此外,尤其能借助两侧的传感器数据彼此的偏差特别好地识别出滚筒的错误取向。该偏差可以是差额或时间上的偏移量。
在一个实施变型方案中设置的是,在滚筒芯轴上布置有信号处理器。通过该信号处理器已经可以执行对测量数据的处理。由此可能的是,减少传输的数据的数据量,其方法是:仅传输指出错误取向或带和/或轴承的损坏的数据集。
证实为有利的是,设置有通信装置。借助该通信装置可以无线地传输传感器的测量数据。
证实为有利的是,通信装置布置在滚筒体之外,这是因为这导致更高的信号强度。
在一个实施变型方案中,可以设置例如借助滑环的用于数据传输的信号线路。这尤其可以设置在困难的环境条件下,在该困难的环境条件下,无线传输是有问题的或不可靠的。
在用于对带式输送机进行功能监控方法中、尤其是在用于借助根据权利要求1至9中任一项所述的滚筒来进行监控的方法中设置的是,检测与每个滚筒侧关联的传感器数据、尤其是来自力测量装置和/或加速度传感器的数据,连同时间方面的关联。比较时间方面关联的传感器数据。传感器数据也被称为测量数据。
在数据处理中,识别出由于异物导致的错误取向和/或带损坏。为此考虑到不同侧的传感器数据的被检测到的差异,其可以包括差额和时间上的偏移量。
在此,在优选的实施方式中可以设置的是,已经执行了对测量数据的处理并且仅传输存在异常的数据集。由此可以减少所传输的数据的量。可以在数据处理部、优选在中央数据处理部中保存数据,这些数据直接允许输出错误取向或说明在带的哪个位置存在带损坏以及存在什么类型的带损坏。
在有利的实施方式中设置的是,借助力测量数据和加速度传感器的数据识别滚筒的错误取向。
在实施方式中设置的是,在滚筒底部与轴承之间,传感器的传感器数据由两侧布置的力和/或加速度传感器生成。由此可以从传感器数据特别好地识别错误取向。
证实为有利的是,至少一个这种滚筒如下这样地设置在带式输送机中,使得与测量带预紧相结合地可以获知在未受装载的下回行段的两个端部上的带张力。可以如下地确定在这种滚筒之前和之后的带张力:
在滚筒既没有被驱动也没有被制动的情况下,两个带张力是几乎相同的。差异通过轴承摩擦力矩形成,并且与带张力相比是可以被忽略的。因此,在滚筒之前和之后的带张力各是大约借助力传感器测得的芯轴负载的一半。
在滚筒被驱动或被制动的情况下,在滚筒之前和之后的两个带张力在周向力中有所不同,周向力可以从力测量装置的扭转应力份额中获知。
如果在未受装载的下回行段的两个端部上的带张力是已知的,那么可能的是,基于力测量装置的测量数据确定承载辊阻力。因此,将这种滚筒用作福伊特(Voith)产品BeltGenius ERIC的补充是特别有利的。
因为滚筒周期性地与整个带接触,所以可能的是,监控带和带连接部的质量。可以从加速度数据的测量数据以及力/扭矩数据中生成关于带和带连接部的质量的报告。该组合得到了最佳的分辨率和精度。
附图说明
借助实施例参考附图阐述本发明的另外的有利的设计方案。所提到的特征可以不仅在所示的组合中有利地实现,而且也可以各个相互组合。附图详细地:
图1示出具有转向滚筒的输送带;
图2以截面图示出转向滚筒。
下面将更详细地描述附图。
具体实施方式
在图1中示出了带式输送机的截段。其示出了滚筒7,通过滚筒7使带1转向。带包括被称为上回行段6的部分和被称为下回行段5的部分。带的运行方向作为带纵向轴线利用X轴表示。带横向轴线3相应于y轴,并且z轴4与重力相反地延伸。
图2中更详细地示出了滚筒7。滚筒7包括支承在滚筒芯轴20上的滚筒体22。滚筒芯轴20在两侧通过轴承21支承。滚筒芯轴的转动轴线利用26表示。
针对监控任务,滚筒7装备有用于接收测量信号的传感器件10、用于信号处理的信号处理器24和通信装置23。所接收和生成的数据可以通过关联的中央数据处理装置30接收。
具体地,在滚筒芯轴20上布置有力测量装置11。在所示的实施方案中,应变计12被设置成用于检测弯曲和扭转应力。在所示的图示中,应变计12设置在两侧。此外,加速度传感器13、优选三轴加速度传感器安置在滚筒芯轴20上,优选也在两侧安置在滚筒芯轴上。传感器件10、信号处理器24和远程数据传输部23所需的电能通过集成的发电机25实现。发电机从滚筒转速获得电能。
取向
带直线运行和带1在滚筒7上的置于中央的方位由力测量装置11检测。滚筒芯轴20相对于带纵向轴线2的错误取向可以基于以下角度误差:
绕高度轴线4、图1中的z轴发生扭转:
这一情况在一侧导致更高的边缘应力,而在另一侧导致更小的边缘应力,由此,使得带1被受控向更小的边缘应力的方向。在带1居中摆放并且带应力是对称分布的情况下,在滚筒芯轴20上靠左和靠右地在滚筒底部28与轴承21之间的两个力测量装置11沿z方向提供相同大小的力并且沿y方向实际上不提供力,但是绕z轴发生的扭转导致沿x方向左右的力不同,并且导致沿y方向出现轴向力。从芯轴负载(沿x方向的两个力的和)和轴向力可以推断出绕z轴的扭转角度的大小。从沿x方向的两个力的比可以推断出带在滚筒上的方位。
绕带纵向轴线2(图1中的x轴)发生的扭转:
3D加速度传感器13在空间中的定向可以明确地被确定,这是因为根据传感器在三个坐标轴上的扭转反映出重力加速度。如果两个加速度传感器13例如在轴上对齐,从而其y分量平行于滚筒芯轴20,并且滚筒7理想地水平地取向(没有绕X轴扭转),那么根据滚筒芯轴的转动角度,重力加速度作为正弦和余弦信号仅在x和z分量中获得,而y分量没有测量到来自重力加速度的信号。
在滚筒7绕x轴2发生扭转时,y分量也将具有来自重力加速度的随滚筒转速周期性地波动的信号,该信号的水平与角度误差相对应。
滚筒损坏:
在滚筒底部28和滚筒套体29完好无损的情况下,滚筒体22提高了滚筒7的抵抗由滚筒的重量引起的、但主要由带牵拉引起的挠曲的阻力矩。来自两个力测量装置11的力信号表现为周期性相同的,并且挠曲反映为沿y方向反向一样大的正弦力信号。在两个滚筒底部28的一个中的或滚筒套体29中的裂纹将导致这些信号的表征性的干扰,并且通过比较来自滚筒7两侧的信号能够实现确定裂纹的大小和方位。为了确定这种损坏的信号样式,可以借助有限元法(FEM)计算不同的裂纹形状对滚筒芯轴20中的应力分布的影响。这些信息可以保存在存储器中。由此,能对损坏进行关联和表征。加速度传感器13的信号可以被考虑用于判断两个轴承21的状态。
由于异物导致的带损坏:
如果滚筒与带之间有异物(如石头),那么这将明确地反映在两个力测量装置11的信号中。从左右两个干扰信号的比较可以推断异物在y方向中的定位,并且从信号的水平可以推断出损坏的大小。同样能够实现说明预期的损坏在哪个带部分段中并且准确说明在哪里存在预期的损坏,并且随后进行描述。
监控带和带连接部:
带设施的完整的输送带1由各个带部分段组成(至少通过对相应准备的带端部进行硫化制成,在带不太紧的情况下部分地也通过机械夹紧连接部来制成)。在这两个情况下,连接部呈现出带的局部被明显分界的不均匀性,这些连接部可以明确反映在力测量装置11的信号和加速度传感器13的信号中。因为并非所有带段都具有相同的长度,所以可以从连接部的序列如下推断出带纵向坐标:可以从传感器10的信号非常精确地确定滚筒转速。借助滚筒转速并且利用同样已知的滚筒直径,可以确定准确的速度信号,其时间积分提供了纵向坐标。如果带1本身趋于跑偏(例如这是因为连接部被倾斜地制成或因为由于制造过程中的错误导致带张力不对称地分布在带横截面上),那么这将反映在力信号中。排除了滚筒重量所占的份额的两个力信号的总和相应于由两个带力(转入和转出的带)构成的芯轴负载。芯轴负载的水平取决于装载量和当前的驱动功率,并且因此通常仅非常缓慢地改变。由带本身形成的跑偏导致在芯轴负载被分配到两个力测量装置11中时以带的循环频率重复的样式,并且因此可以被识别和分析。变得损坏的连接部应该通过在经过滚筒7时该连接部的信号样式发生改变而可以被察觉到。带的被过度拉伸的边缘绳将芯轴负载移动到“健全”侧。棱边横向破裂表现为芯轴负载的时间上极其受限的非对称的分配。
对芯轴负载和滚筒转速的持续测量能够实现建立负载谱和未来的使用寿命预测。
在驱动滚筒中(其中,在传动装置之前的驱动系中存在力矩测量),可以通过比较传动装置输入端之前的力矩测量与滚筒芯轴20上的力矩测量来监控传动装置的行为。传动装置之前的力矩测量例如可以在填充量受控的启动离合器(也被称为涡轮离合器)的传动装置侧的部件中进行。所述的对带纵向坐标的检测可以用于设置应用程序,其中,应用程序可以由移动设备显示。由此能够实现的是,不仅在远程模式中而且当用户位于现场时,查看测量数据和评估。因此例如可以
-向用户示出在带上有什么样的损坏,并且损坏在哪里,
-通过使中央数据处理装置30访问带式输送机的驱动器,能够实现让带在预选的部位处的有针对性的停止。
该访问也可以通过移动设备,借助应用程序来设置。此外,也可以设置手动输入带损坏并伴随与当前的带定位的关联。
结合福伊特(Voith)产品BeltGenius ERIC,涉及对带设施的带预紧力的测量,在合适的定位中使用至少一个这样的智能滚筒是有利的。尤其地,在尾部设置这种滚筒已被证实是有利的。
可以检测有价值的附加的信息。借助这些数据例如可以更精确地确定承载辊运行阻力,或者可以补偿在用户测量带张力时的误差。
替选于滚筒芯轴上的力测量装置地,传感器也可以被考虑用于检测轴承或轴承接触面中的芯轴负载。
附图标记列表
1 带、输送带
2 带纵向轴线、x轴(带的运行方向)
3 带横向轴线、y轴
4 z轴、高度轴线
5 下回行段
6 上回行段
7 滚筒
8
9
10 传感器件、传感器
11 转矩传感器、力测量装置
12 应变计
13 三轴加速度传感器
20 滚筒芯轴、芯轴
21 轴承
22 滚筒体
23 发送和接收装置、通信装置
24 信号处理器
25 能量获取部、发电机
26 转动轴线
28 滚筒底部
29 滚筒套体
30 中央数据处理装置
Claims (15)
1.用于带式输送机的滚筒(7),所述滚筒具有滚筒芯轴(20)和用于支承所述滚筒芯轴(21)的轴承(21),并且所述滚筒具有布置在所述滚筒芯轴(20)上的传感器(10),其中,传感器信号
其特征在于,
在所述滚筒芯轴(20)的两侧上分别设置有至少一个力测量装置(11)和/或加速度传感器(13)。
2.根据权利要求1所述的滚筒,
其特征在于,
在所述滚筒芯轴(20)的每一侧上分别设置有至少一个力测量装置(11)和加速度传感器(13)。
3.根据权利要求1或2所述的滚筒,
其特征在于,
设置有三轴加速度传感器作为加速度传感器。
4.根据前述权利要求中任一项所述的滚筒,
其特征在于,
所述力测量装置(11)包括应变计(12)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的滚筒,
其特征在于,
所述力测量装置(11)的应变计(12)环形地布置。
6.根据前述权利要求中任一项所述的滚筒,
其特征在于,
所述滚筒(7)包括具有滚筒套体(29)和滚筒底部(28)的滚筒体(22),并且在滚筒套体(29)与滚筒芯轴(20)之间布置有能量获取装置(25)、优选是发电机。
7.根据前述权利要求中任一项所述的滚筒,
其特征在于,
所述传感器(10)布置在滚筒底部(28)与所述滚筒芯轴(20)的轴承(21)之间。
8.根据前述权利要求中任一项所述的滚筒,
其特征在于,
传感器数据能够借助与传感器(11、13)关联的通信装置(23)无线传输。
9.根据前述权利要求中任一项所述的滚筒,
其特征在于,
所述通信装置(23)布置在所述滚筒体(22)之外。
10.根据前述权利要求中任一项所述的滚筒,
其特征在于,
在所述滚筒芯轴(20)上布置有用于处理传感器信号的信号处理器(24)。
11.用于对带式输送机进行功能监控的方法、尤其用于借助根据权利要求1至10中任一项所述的滚筒(7)来进行监控的方法,其特征在于,
-检测与每个滚筒侧关联的传感器数据、尤其是来自力测量装置(11)和/或加速度传感器(13)的数据,连同时间方面的关联,并且
-确定时间方面彼此关联的传感器数据的偏差,并且
-在数据处理中,借助所检测到的偏差识别出错误取向和/或带损坏。
12.根据权利要求11所述的方法,
其特征在于,
在滚筒底部与轴承之间,传感器(10)的传感器数据[魏超1]两侧布置的力传感器(11)和/或加速度传感器(13)生成。
13.根据权利要求11或12所述的方法,
其特征在于,所述传感器(10)通过布置在滚筒体(22)之内的发电机(25)来供应电能。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法,
其特征在于,
通过布置在所述滚筒芯轴(20)两侧上的应变计(12)检测力测量值。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法,
其特征在于,
以时间方面关联的方式检测三轴加速度测量的数据,并且将之传递给数据处理部。
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