CN113814467A - 用于预测锯带的剩余使用寿命的方法以及带锯机 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种用于预测带锯机中的锯带的剩余使用寿命的方法，其中在所述带锯机运行期间借助至少一个传感器装置来监测夹紧在带锯机中的锯带的行为或属性，并且使用根据所述传感器装置的测量信号确定的锯带的行为或属性随时间的变化来预测带断裂的时间点。利用所述至少一个传感器装置、通过检测所述带锯机的、与所述锯带有效连接的构件上的变化来间接监测所述锯带的行为或属性。

Description

用于预测锯带的剩余使用寿命的方法以及带锯机

技术领域

本公开涉及一种根据方案1的用于预测带锯机中的锯带的剩余使用寿命的方法以及一种带锯机，所述带锯机具有锯带以及用于所述锯带的张紧装置，所述锯带绕至少两个行走轮回转，并在它们之间张紧，所述张紧装置作用在至少一个行走轮上，并通过改变所述行走轮之间的距离来保持所述锯带的张力基本恒定。

背景技术

现有类型的方法能够通过以下方式预测带锯机的锯带的剩余使用寿命，即在所述带锯机运行期间借助至少一个传感器装置来监测夹紧在带锯机中的锯带的行为或选取的属性。所述锯带的行为或选取的属性随时间的变化可以根据所述传感器装置的测量信号来确定，并且使用这种变化来预测带断裂的可能的或最早的时间点。

在现有类型的带锯机中，必须张紧回转的锯带，以便能够获得理想的锯切效果。绕至少两个、通常是正好两个行走滚轮回转的锯带借助可调节的行走轮来张紧，即在将所述锯带放置在行走轮上之后，将所述可调节的行走轮向外移动，以张紧所述锯带。特别是在金属锯的情况下，由于工件的高切削阻力，带张力必须设置为相对较高的机械张力。

在运行期间，特别是由于锯带绕行走轮转向时的交变弯曲载荷，所述锯带在张力作用下承受了较高的机械张力。由于工件中期望的切口的平面通常不平行于行走轮的轴，因此，来自所述行走轮的锯带也必须旋转入切割平面中，并在离开切割区域之后再次从切割平面旋转出。后者是借助带引导件完成的，在所述带引导件上会产生额外的交变弯曲载荷。

锯带上的机械载荷会随着时间的流逝而导致材料疲劳，所述材料疲劳表现为带材料中的微裂纹，其中所述微裂纹的数量和长度会随着时间的流逝而增加，直到所述锯带断裂，尤其是在载荷下。

但是，应该避免在锯切过程期间的带断裂，因为如果锯带在载荷下断裂，则发生事故的风险会特别高，因为工件可能会损坏并且因此无法将断裂的锯带从切割通道中移除。因此，需要在锯切过程开始之前预测锯带是否能够经受住下一次锯切过程而不断裂，对于金属锯而言，下一次锯切过程通常持续几分钟，但有时也会持续一到两个小时。

在自动锯切操作中，预测锯带的剩余使用寿命的需求变得尤其迫切。显而易见的是，例如，在应该要进行无人锯切的夜班开始时的带断裂会造成严重损坏，单单由此导致的长时间停机就可以导致生产的严重损失。

经验表明，根据典型的锯带使用寿命和已经执行的锯切过程来预测锯带的剩余使用寿命几乎没有提供任何可用的结果，因为即使在许多相同类型的锯带中，制造公差也会导致带使用寿命有很大的差异。

定期检查锯带是否存在可见裂纹也被证明是不切实际的，特别是必须为此中断生产。

因此，在DE 10 2018 118 369 A1中提出了通过以下方式预测带锯机中的锯带的剩余使用寿命，即在带锯机运行期间借助感应、电容、触觉或光学传感器监测在带锯机中夹紧的锯带的振动行为。在带断裂之前的一段时间，锯带的振动运动似乎在选取的频率范围内增强，因此对振动行为的相应变化的识别会触发即将发生带断裂的警告信号。

但是，锯带在运行期间的振动行为会受到许多不同的影响变量和边界条件的影响。因此，很难再现如何通过锯带振动幅度的变化来预测锯带的剩余使用寿命。可以追溯为要检测的材料疲劳的振动效果会与其它原因引起的振动和振动变化叠加。

另外，在恶劣的环境条件下，用于在带锯机运行期间监测在带锯机中夹紧的锯带的振动特性的传感器容易发生故障并需要大量维护，或者必须高成本地专门定制。

发明内容

因此，本公开的目的是，提出一种根据方案1的用于预测带锯机中的锯带的剩余使用寿命的方法，以及根据方案10的带锯机，所述方法和带锯机能够以其它方式监测在带锯机中夹紧的锯带的行为或属性，并且可以利用牢固且不复杂的传感器系统来实现。

所述目的通过具有方案1的特征的方法以及通过具有方案10的特征的带锯机得以实现。

在方案2至9中可以找到根据本公开的方法的优选设计方案；根据本公开的带锯机的有利的改进方案在方案11至15中给出。

根据本公开，对于用于预测带锯机中的锯带的剩余使用寿命的方法，如前所述，在所述带锯机运行期间借助至少一个传感器装置来监测夹紧在带锯机中的锯带的行为或选取的属性，并且使用根据所述传感器装置的测量信号确定的锯带的行为或属性随时间的变化来预测带断裂的时间点。在现有技术中，借助传感器装置直接监测锯带的属性(也即振动行为)以预测带断裂的时间点，而根据本公开，则实现了锯带的间接监测，即监测带锯机的构件，这些构件又与锯带有效连接，其中利用至少一个传感器装置检测带锯机的这些部件的变化。然后可以从相应的测量数据中得出锯带的行为或选取的属性。

这种在运行期间监测锯带的行为或属性的新概念使得使用牢固且不复杂的传感器系统成为可能，这在直接监测锯带的振动行为的情况下是不可能的。然而，最重要的是，根据本公开的方法能够为带断裂的预测或为锯带的剩余使用寿命的预测提供更清晰的数据基础，因为可以间接监测锯带的行为或属性，其作用到所述锯带的行为或属性上的影响变量明显少于作用到锯带的振动行为上的影响变量。

根据本公开的带锯机具有锯带以及用于所述锯带的张紧装置，所述锯带绕至少两个行走轮回转，并在它们之间张紧，所述张紧装置作用在至少一个所述行走轮上，并通过改变所述行走轮之间的距离来保持所述锯带的张力基本恒定，根据本公开的所述带锯机还包括传感器装置，所述传感器装置用于检测所述带锯机的、与所述锯带直接或间接有效连接的构件的变化，从而所述传感器装置适于执行根据本公开的方法。用于评估检测到的测量值并生成警告或用于输出预测的评估单元也是根据本公开的带锯机的一部分。

实施根据本公开的方法的特别有利的可能性在于，通过间接检测锯带的拉伸来监测锯带的拉伸。申请人的测试表明，特定类型和特定尺寸的锯带在运行中以不同的速度拉伸，但是与拉伸速度的分布相比，直到带断裂的拉伸量(分别在带张力保持恒定的情况下)位于明显更窄的范围内。因此，利用特定类型的锯带执行若干次测试就足以鉴别拉伸的极限值，当达到该极限值时，有很高的概率会在预定时间间隔内发生带断裂，或者在所述极限值之下，有很高的概率不会出现带断裂。特定类型的锯带的总使用寿命的通常分布对此没有相关影响。由于经验表明该分布位于+/-50％的范围内，因此根据本公开的预测提供了很大的优势。

特别有利的是，根据本公开，可以通过用于锯带的张紧装置上的行程变化来间接地监测或检测锯带的拉伸。由于在行走滚轮借助张紧装置而逐渐向外移动时所述锯带被拉伸而重新张紧，因此只需要例如利用低成本且牢固的行程传感器、特别是至少一个旋转传感器、拉线传感器或应变仪来简单地监测所述张紧装置上的行程变化即可。如果通过电动机来调节张紧装置，那么也可以将被设计为具有位置传感器的电动机的驱动器用作传感器装置，从而可以在没有附加传感器系统的情况下通过使用电动机的位置传感器来监测张紧装置上的行程变化。

根据本公开的方法的另一特别有利的实现方式在于监测带引导装置，其中检测带引导装置中的张力变化或检测带引导装置的弹性变形。

如上所述，带引导装置使锯带在锯切区域之前和之后扭转，并且因此必须接收张紧的锯带的相应恢复力。如申请人的测试所示，锯带恢复力的变化可以提示即将发生带断裂。当恢复力的变化加速时，通常就是这种情况，即锯带的扭转张力加速减小。

借助位移传感器，特别是借助至少一个应变仪、或者借助力传感器，还可以非常容易地监测带引导装置中的张力变化或带引导装置的弹性变形，所述传感器全部是简单而牢固的传感器。

通过监测带锯机的、与锯带有效连接的不同构件，可以因此间接地监测锯带的不同属性，特别地，优选通过监测张紧装置或其驱动机构来监测拉伸率或优选通过监测带引导装置的张力和/或弹性变形来监测扭转张力。事实证明，对于行程变化、张力变化或弹性变形存在绝对极限值，当达到所述绝对极限值时，可以统计地得出特定的最小剩余使用寿命。此外，对于被检测的构件上的变化也存在相对极限值，即，变化速度增大的极限值，当达到所述相对极限值时，同样可以得出锯带的特定的最小剩余使用寿命。这些关系可以从锯带的拉伸率和扭转张力的减小来观察到。

在这方面，可以利用根据本公开的传感器装置来监测用于锯带的张紧装置上的行程变化，其中，在达到行程距离的预定绝对极限值时(该预定绝对极限值对应于由于恒定带张力而导致的锯带拉伸)，或在达到所述行程变化的预定相对极限值时，生成警告。这可以直接输出，或在带锯机或操作员的电子数据处理中处理成预测。

可选地或附加地，根据本公开的传感器装置还可以监测带引导装置中的张力变化或带引导装置的弹性变形，以便识别锯带的减小的扭转张力。在变化的预定相对极限值的情况下和/或在达到弹性变形或张力的预定绝对极限值的情况下，可以再次生成警告，其可以作为警告输出或输出到带锯机或操作员的EDV(电子数据处理)上，以便能够做出预测。

优选地，通过利用相同类型和相同尺寸的锯带以恒定带张力空载运行直到带断裂为止的一系列测试，将所述张紧装置上的行程距离和/或所述带引导装置的弹性变形或所述带引导装置中的张力的预定绝对极限值，确定为特定类型和特定尺寸下所述行程距离或所述弹性变形或所述张力的下限值，低于所述下限值时，以限定的概率，例如90％的概率不发生带断裂。

以相应的方式，可以通过利用相同类型和相同尺寸的锯带以恒定带张力空载运行直到带断裂为止的一系列测试，将所述行程变化或所述带引导装置中的张力变化或所述带引导装置的弹性变形变化的预定相对极限值，确定为特定类型和特定尺寸下所述变化的下限值，低于所述下限值时，以限定的概率，例如90％的概率不发生带断裂。

附图说明

参考附图，下面描述和说明根据本公开的方法以及根据本公开设计的带锯机的实施例。附图中：

图1示出了带锯机的示意图；

图2示出了根据图1的带锯机的张紧装置的示意图；

图3示出了根据图1的带锯的带引导装置的示意图；

图4示出了在带锯机的张紧装置上测量的利用多个相同类型的锯带的测试的测量曲线；

图5示出了在带引导装置上测量的利用多个相同类型的锯带的测试的测量图示。

附图标记列表

1 下锯部分

2 上锯部分

3 行走轮(固定的)

4 行走轮(可调节的)

5 锯带

6 锯切区域

7 带引导装置

8 张紧装置

9 行程传感器

10 带引导滚轮

11 保持板

F 力

M 扭矩

具体实施方式

图1示意性地示出了带锯机，所述带锯机具有下锯部分1以及上锯部分2，要锯切的工件放置到所述下锯部分1上，所述上锯部分2可以相对于下锯部分1上下运动。在上锯部分2中设置有两个行走轮3、4，即固定的行走轮3和在这种情况下可水平移动的行走轮4，其中至少一个行走轮被驱动。锯带5绕这些行走轮3、4张紧。为了执行锯切运动，所述锯带绕两个行走轮3、4回转。

在锯带5通过降低上锯部分2接触到工件上的锯切区域6中，锯带5借助于两个带引导装置7从平行于行走轮3、4的轴且当前情况下水平定向的回转运动平面旋转到当前情况下竖直定向的切割平面中。根据本公开，传感器装置既设置在可调节的行走轮4上，又设置在带引导装置7上，如将在下面更详细说明的。

图2示出了图1的细节，即用于锯带5的可调节的行走轮4和相应的张紧装置8。当前情况下，所述张紧装置由活塞-缸-单元构成，以便使可调节的行走轮4液压地向外移动并以预定的液压压力保持，使得锯带5保持恒定的张力。当锯带5拉伸时，行走轮4由于作用到张紧装置8上的液压压力而自行调节，直到锯带5的张力再次达到目标值。

在张紧装置8上，更确切地说在活塞-缸-单元上，有行程传感器9，其例如可以构造为拉线传感器，并将缸与行走轮4的轴连接起来，以监测行走轮4在再张紧的情况下走过的行程距离的量。再调节运动的平均速度的变化也可以如此进行监测。

图3是图1的带锯机的两个带引导装置7中的一个带引导装置的详细视图。该带引导装置7包括两个带引导滚轮10以及保持板11，两个带引导滚轮10在锯带5的侧面上滚动并且将使锯带5扭转所需的力传递到所述锯带上，而且所述带引导滚轮10保持并支承在所述保持板11上。由于锯带5的恢复力抵抗由带引导滚轮10引起的扭转，所以扭矩M作用在保持板11上，该扭矩引起保持板11的轻微的弹性变形。这种变形的变化，特别是由锯带5的扭转张力的减小并且因此扭矩M的减小引起的变化，可以借助在此构造为应变仪并安装在保持板11上的行程传感器9来检测。

图4示出了具有多个测量曲线的图示，其中每条测量曲线代表一个测试。在锯带5的张力保持恒定的情况下，随时间绘制了可调节行走轮4的调节的行程。将多个处于全新状态的锯带拉到同一带锯机中或拉到两个行走轮3、4上并张紧，然后将行走轮4的调整行程设置为零。然后，锯带5在带锯机上以空载模式运行，即在没有锯切工件的情况下运行，直到带锯机上的锯带断裂。

从图4可以看出，尽管锯带是相同类型和相同尺寸的，但锯带的直到带断裂为止的使用寿命有很大差异，从约20小时到约80小时，当前情况下，分别在同一带锯机上的背高

为54mm。然而，根据本公开，已经认识到，带断裂总是在可调节的行走轮4的移动行程至少为1.5mm之后才发生，无论是在20小时之后发生还是在30小时之后才发生。

因此，利用极具成本效益且牢固的仅需准确测量十分之一毫米的行程传感器，就可以建立对带断裂的最早时间点的预测。在本示例中，可以考虑1.4至1.5mm的走过的行程距离的绝对极限值，以便能够建立如下预测：在接下来的2到3小时内不必担心带断裂的高可能性。

图5示出了测量值的测量图示，所述测量值源自带引导装置7的保持板11上的、设计为应变仪的行程传感器9，并且该测量值已被转换为对应于保持板11中的张力的形状系数。该形状系数在图示中随时间以小时为单位绘制。在此，同样地以相同类型和相同尺寸的不同锯带在同一带锯机上从全新状态运行直到带断裂。

从图5中可以看出，形状系数的值在带断裂之前约1至3小时明显增加。这可以用于限定形状系数的绝对极限值，在所述绝对极限值之上，在接下来的1到3小时内带断裂的可能性非常高。可选地或附加地，也可以限定张力变化的相对极限值，其展示了形状系数以及因此保持板11中的张力会加速地变化并且锯带预计会在1到3个小时内断裂。

因此，根据本公开认识到，完全不需要直接检测锯带以监测带锯机中锯带在运行期间的属性或行为，以提供关于还需要多长时间锯带将断裂的结论并因此能够提供带断裂时间点的预测。相反，均衡器(EQs)足以检测带锯机的、与锯带有效连接的构件的变化。

此外，在本公开的范围内，已经认识到，在带锯机的运行期间，非常可能的、即将发生的带断裂与锯带的增大的拉伸或锯带的减小的扭转张力之间的简单关系，其中，锯带的这种属性可以在与锯带有效连接的构件上间接识别。因此，根据本公开，不再需要借助昂贵且易于出错的传感器系统来直接监测锯带。

Claims (15)

1.一种用于预测带锯机中的锯带(5)的剩余使用寿命的方法，其中，在所述带锯机运行期间借助至少一个传感器装置来监测夹紧在所述带锯机中的所述锯带(5)的行为或属性，并且使用根据所述传感器装置的测量信号确定的所述锯带(5)的行为或属性随时间的变化来预测带断裂的时间点，

其特征在于，利用所述至少一个传感器装置、通过检测所述带锯机的与所述锯带(5)有效连接的构件上的变化来间接监测所述锯带(5)的行为或属性。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将用于间接检测所述锯带(5)的拉伸的装置用作所述传感器装置。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，利用所述传感器装置监测用于所述锯带(5)的张紧装置(8)上的行程变化和/或带引导装置(7)中的张力变化或所述带引导装置(7)的弹性变形。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，至少一个行程传感器(9)，特别是至少一个旋转传感器、拉线传感器或应变仪、或力测量传感器被用作所述传感器装置。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述张紧装置(8)的、被设计为具有位置传感器的电动机的驱动器用作所述传感器装置。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，利用所述传感器装置监测用于所述锯带(5)的张紧装置(8)上的行程变化，并且在达到走过的行程距离的预定绝对极限值时或在达到所述行程变化的预定相对极限值时生成警告或预测。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，利用所述传感器装置监测所述带引导装置(7)中的张力变化或所述带引导装置(7)的弹性变形，并且在达到所述行程变化的预定相对极限值和/或在达到所述弹性变形或张力的预定绝对极限值时生成警告或预测。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，通过利用相同类型和相同尺寸的锯带以恒定带张力空载运行直到带断裂为止的一系列测试，将所述张紧装置(8)上走过的行程距离和/或所述带引导装置(7)的弹性变形或所述带引导装置(7)中的张力的预定绝对极限值，确定为特定类型和特定尺寸下所述行程距离或所述弹性变形或所述张力的下限值，低于所述下限值时，以限定的概率不发生带断裂。

9.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，通过利用相同类型和相同尺寸的锯带以恒定带张力空载运行直到带断裂为止的一系列测试，将所述行程变化或所述带引导装置(7)中的张力变化或所述带引导装置(7)的弹性变形的变化的预定相对极限值，确定为特定类型和特定尺寸下所述变化的下限值，低于所述下限值时，以限定的概率不发生带断裂。

10.一种带锯机，所述带锯机具有锯带(5)以及用于所述锯带(5)的张紧装置(8)，所述锯带(5)绕至少两个行走轮(3、4)回转并在它们之间张紧，所述张紧装置(8)作用在至少一个所述行走轮(4)上并通过改变所述行走轮(3、4)之间的距离来保持所述锯带(5)的张力基本恒定，

其特征在于，所述带锯机具有传感器装置，所述传感器装置用于检测所述带锯机的、与所述锯带(5)直接或间接连接的构件上的变化，以执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法，并由用于评估检测值的评估单元生成警告或预测。

11.根据权利要求10所述的带锯机，其特征在于，用于检测所述带锯机的构件上的变化的所述传感器装置是用于间接检测所述锯带(5)的拉伸的传感器装置。

12.根据权利要求10或11所述的带锯机，其特征在于，所述传感器装置构造为用于监测用于所述锯带(5)的张紧装置上的行程变化和/或带引导装置(7)中的张力变化或所述带引导装置(7)的弹性变形。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的带锯机，其特征在于，所述传感器装置包括至少一个行程传感器(9)，特别是至少一个旋转传感器、拉线传感器或应变仪、或力测量传感器。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的带锯机，其特征在于，所述传感器装置构造为用于监测用于所述锯带(5)的张紧装置(8)上的行程变化；并且所述评估单元包括如下器件，也即所述器件在被所述传感器装置通知达到走过的行程距离的预定绝对极限值时或达到所述行程变化的预定相对极限值时生成警告或预测。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的带锯机，其特征在于，所述传感器装置构造为用于监测所述带引导装置(7)中的张力变化或所述带引导装置(7)的弹性变形，并且所述评估单元包括如下器件，也即所述器件在被所述传感器装置通知达到所述变化的预定相对极限值时和/或达到所述弹性变形或所述张力的预定绝对极限值时生成警告或预测。

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