CN114718637B - 一种智能式箕斗 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种智能式箕斗，将多绳张力载荷动态监测及罐道间距测量等服务箕斗运维的多种功能进行模块化设计，并内置于箕斗内部，和箕斗本身结构进行了整体化设计，避免给箕斗的连接装置以及滚轮罐耳等部件的检修带来麻烦；同时模块之间能够进行相互协作，解决了以前实现一个功能就需要一套单独系统的被动局面，使得箕斗的结构精简化，给箕斗的运行和检修带来了方便；并且由于模块化，使得箕斗能够更好的发挥其作用，大大提高了工作效率。

Description

一种智能式箕斗

技术领域

本发明涉及矿井设备技术领域，尤其涉及一种智能式箕斗。

背景技术

箕斗，是一种能够在矿井上下运行并直接装载有用矿物或废石的提升装置。主井箕斗按照提升机型式不同又分单绳箕斗和多绳箕斗。箕斗主要由框架、斗箱、闸门、悬挂装置、导向装置和顶棚等组成；框架是箕斗结构的主体，用型钢及钢板制造；斗箱用于装载煤炭，采用钢板制造，斗箱上部为装煤口，装煤口下设有可调节的溜煤板，以调整斗箱内落煤点的位置。活动盖板位于斗箱上口部位的框架上，盖板一端用销轴与斗箱口的侧板铰接，一般活动盖板呈倾斜位置，在装煤时起挡煤作用，必要时可将活动盖板放下封住斗 箱上口，用以升降人员、材料和设备。顶棚是用型钢和钢板焊接的结构，安装于框架顶盖上，起防止淋水和安全保护作用，以便维修人员站在顶盖上进行调绳和检查罐道。普通箕斗，只是一个具有物料承载和转运功能的钢结构件，近年来才有科技人员在其上安装功能各异的用电设施。为了箕斗的安全运行以及实现箕斗每次装载量的最大化，箕斗还需要添加其他诸多功能，例如提升机绳索张力载荷的动态监测、箕斗与罐道之间间距的测量、斗箱内部装载量的实时监测、将信息传输到地面控制台的通讯装置，以及为置于箕斗斗箱内部的各类检测装置提供电源保证的充电装置。而现有的解决方案大多数是在其安全棚顶部或其他部位额外添加诸多设备，来实现其某一单一功能。这样会给工人师傅对于箕斗的连接装置以及滚轮罐耳等部件的检修带来了诸多麻烦，关键是诸多设备暴露在安全棚顶部，不仅导致箕斗结构复杂，也给箕斗的安全运行带来隐患，而且由于井筒内部环境恶劣，可能会对测量精度和可靠性造成严重影响，甚至是部分的失效。

发明内容

本发明提供一种智能式箕斗，能够进行多绳张力载荷动态监测、无线通信、罐道间距的测量，以及实时监测斗箱内部装载量的变化。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种智能式箕斗，包括：斗箱和框架；斗箱为立方体结构，框架设置于斗箱的轴向中心位置；斗箱顶板设置首绳悬挂装置，斗箱底板设置尾绳悬挂装置；还包括：载荷监测模块、罐道间距测量模块、差动变压器式测力传感器、通信模块和无线充电模块；

其中，载荷监测模块设置于斗箱顶板，用于实时测量首绳悬挂装置对斗箱顶板的提升载荷；

罐道间距测量模块设置于斗箱的中间位置，左右两侧开口，用于完成罐道间距、罐道接头间隙、接头错位的测量；

差动变压器式测力传感器设置于框架表面，用于通过测量首绳悬挂装置及尾绳悬挂装置中拉力绳的拉力值，以测量斗箱内部装载量变化；

通信模块设置于斗箱箱体，与载荷监测模块、罐道间距测量模块、差动变压器式测力传感器分别进行连接，用于接收载荷监测模块、罐道间距测量模块、差动变压器式测力传感器产生的信号，并传输至上位机；

无线充电模块设置于箕斗斗箱上，分别与载荷监测模块、罐道间距测量模块、差动变压器式测力传感器和通信模块连接进行供电。

其中，载荷监测模块为内置于平衡装置的油压变送器，首绳悬挂装置的拉力变化引起油压变送器产生油压信号。

其中，差动变压器式测力传感器为设置于框架表面的金属电阻应变片，通过金属电阻应变片的形变量进而就能得知拉力绳的拉力变化，从而得知斗箱内部的装载量的变化。

其中，罐道间距测量模块包括随动控制器，激光测距仪，电源模块，防水箱体，可调节底板，以及由电涡流位移传感器、电机、减速器、联轴器、丝杠、限位开关、滑块、滑轨组成的随动机构；

其中，罐道间距测量模块安装在斗箱外侧上，共三个防水箱体，其中两个构造相同，为左右两个防水箱体，其内安装电涡流位移传感器、激光测距仪、电机、减速器、联轴器、导轨、丝杠、限位开关，正对罐道设置；中间防水箱体内安装随动控制器及电池，三个防水箱体均随斗箱外侧上下运动，通过电涡流位移传感器距罐道的距离，结合的中间箱体中的随动控制器使电涡流位移传感器与罐道保持预设距离，激光测距仪安装在随动机构滑块后方，用于测量随动机构的位移量。

其中，通信模块为无线通信传输模块，包括设置在箕斗框架内部的无线通信发射箱，以及设置在卸载点井口处的无线通信接收箱，无线通信发射箱内包括单片机和与其相连的无线通信发射器，无线通信接收箱内包括无线通信接收器，载荷监测模块与单片机连接传输数据至无线通信发射器，无线通信接收器与上位机相连接，进而经无线通信接收器将载荷监测模块产生的油压信号、金属电阻应变片产生的拉力变化信号及罐道间距测量模块产生的测量信号传输至上位机。

其中，无线充电模块包括无线充电发射板和无线充电接收板，当两板正确对齐即可为充电电池充电；无线充电接收板嵌置于箕斗箱体内部，连接充电电池，通过设置不干扰磁场的刚性保护板包覆；无线充电接收板设置在与无线充电接收板同侧的箕斗箱体内部，无线充电接收板上设置有充电电池、无线充电接收控制器、电源稳压模块，无线充电控制器控制无线充电接收板为充电电池充电，充电电池经电源稳压模块为载荷监测模块以及无线通信传输装置等进行供电。

其中，还包括警报模块，警报模块连接差动变压器式测力传感器，在差动变压器式测力传感器测定斗箱装载量超过预设阈值时，警报模块发出警报信号，并通过通信模块发送停止信息至井口，以快速停止操作。

区别于现有技术，本发明提供的智能式箕斗，将以前多绳张力载荷动态监测及罐道间距的测量等服务箕斗运维的多种功能进行模块化设计，并内置于箕斗内部，和箕斗本身结构进行了整体化设计，避免给箕斗的连接装置以及滚轮罐耳等部件的检修带来了麻烦；同时模块之间能够进行相互协作，解决了以前实现一个功能就需要一套单独系统的被动局面，使得箕斗的结构精简化，给箕斗的运行和检修带来了方便；并且由于模块化，使得箕斗能够更好的发挥其作用，大大提高了其工作的效率。

附图说明

本发明的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明提供的一种智能式箕斗的结构示意图。

图2是本发明提供的智能式箕斗中罐道间距测量模块的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

图1为本发明实施例所提供的一种智能式箕斗。包括：斗箱3和框架4；斗箱3为立方体结构，框架4设置于斗箱3的轴向中心位置；斗箱顶板设置首绳悬挂装置1，斗箱底板设置尾绳悬挂装置5；还包括：载荷监测模块6、罐道间距测量模块7、差动变压器式测力传感器8、通信模块9和无线充电模块10；

其中，载荷监测模块6设置于斗箱顶板，用于实时测量首绳悬挂装置1对斗箱顶板的提升载荷；

罐道间距测量模块7设置于斗箱的中间位置，左右两侧开口，用于完成罐道间距、罐道接头间隙、接头错位的测量；

差动变压器式测力传感器8设置于框架4表面，用于通过测量首绳悬挂装置1及尾绳悬挂装置5中拉力绳的拉力值，以测量斗箱3内部装载量变化；

通信模块9设置于斗箱箱体，与载荷监测模块6、罐道间距测量模块7、差动变压器式测力传感器8分别进行连接，用于接收载荷监测模块6、罐道间距测量模块7、差动变压器式测力传感器8产生的信号，并传输至上位机。

其中，载荷监测模块6为内置于平衡装置的油压变送器，首绳悬挂装置1的拉力变化引起油压变送器产生油压信号；

无线充电模块10设置于箕斗斗箱上，分别与载荷监测模块6、罐道间距测量模块7、差动变压器式测力传感器8和通信模块9连接进行供电。

其中，差动变压器式测力传感器8为设置于框架4表面的金属电阻应变片，通过金属电阻应变片的形变量进而就能得知拉力绳的拉力变化，从而得知斗箱内部的装载量的变化。

其中，罐道间距测量模块7包括随动控制器71，激光测距仪72，电源模块73，防水箱体74，可调节底板75，以及由电涡流位移传感器761、电机及减速器762、联轴器763、丝杠764、限位开关765、滑块766、滑轨767组成的随动机构76；

如图2所示，罐道间距测量模块7安装在一斗箱外侧上，共三个防水箱体77，其中两个构造相同，为左右两个防水箱体，其内安装电涡流位移传感器761、激光测距仪72、电机及减速器762、联轴器763、滑轨767、丝杠764、限位开关765，正对罐道设置；中间防水箱体内安装随动控制器71及电池78，三个防水箱体均随斗箱外侧上下运动，通过电涡流位移传感器761距罐道的距离，结合的中间箱体中的随动控制器71使电涡流位移传感器761与罐道保持预设距离，激光测距仪72安装在随动机构滑块766后方，用于测量随动机构76的位移量。

根据矿井罐道实际情况，可调节底板75安装在斗箱外侧上，可根据斗箱外侧特征进行调整，从而使罐道间距测量模块7能安装在不同特征的斗箱外侧上，提高了罐道间距测量模块7的环境匹配度。随动控制器71在整个随动系统中处于核心位置，主要负责位移的计算、处理，控制，接头错位和间隙的计算，完成测试量的上传，其作用是根据设定的位移数据信息，通过电涡流位移传感器761采集的位移数据信息，比较这两个量得出偏差，通过控制算法计算得出控制量，驱动电机输出轴通过联轴器带动丝杠使得滑块在丝杠上行走，最终使在滑块上的电涡流位移传感器与罐道间距维持约10mm。激光测距仪72安装在随动机构滑块766后方，用于测量随动机构的位移量，作为系统测得总位移之一，送入随动控制器进行数据处理。

电涡流位移传感器761为位置检测装置，通过滑轨767安装在滑块766上方，进行实时动态的位置调整。电机减速器762接受随动控制器71送出的控制量，使电机按照控制量运转，通过减速器、联轴器，带动受控对象向给定量运动。减速器是绝大多数伺服控制系统中不可缺少的一个环节，它起到传递速度、扭矩的作用，可按照一定的减速比调节执行电机的转速和扭矩，它将受控对象的位置数据信息反馈到随动控制器71，使随动控制系统能够对受控对象将要做出的运动做出正确的响应。联轴器763用于联接丝杠与电机输出轴，使得传动平稳、效率高、补偿两轴综合偏移使得传动精度提高。滑块在丝杠764上做直线运动，再带动电涡流位移传感器761运动，电涡流位移传感器761通过连杆固定在滑轨767上，从而根据现场不同情况，达到初始设置电涡流位移传感器761距罐道约10mm的距离要求，当系统运动时，滑块766通过滑轨767带动电涡流位移传感器761做同步平动。

图2中，两侧表示为灌道内壁。

其中，通信模块9为无线通信传输模块，包括设置在箕斗框架内部的无线通信发射箱91，以及设置在卸载点井口处的无线通信接收箱92，无线通信发射箱91内包括单片机911和与其相连的无线通信发射器912，无线通信接收箱92内包括无线通信接收器；载荷监测模块与单片机连接传输数据至无线通信发射器，无线通信接收器与上位机相连接，进而经无线通信接收器将载荷监测模块6产生的油压信号、金属电阻应变片产生的拉力变化信号及罐道间距测量模块7产生的测量信号传输至上位机。

其中，还包括无线充电模块10；无线充电模块10设置于箕斗斗箱3上，分别与载荷监测模块6、罐道间距测量模块7、差动变压器式测力传感器8和通信模块9连接进行供电；

其中，无线充电模块10包括无线充电发射板101和无线充电接收板102，当两板正确对齐即可为充电电池充电；无线充电接收板102嵌置于箕斗箱体内部，连接充电电池，通过设置不干扰磁场的刚性保护板包覆；无线充电接收板102设置在与无线充电接收板同侧的箕斗箱体内部，无线充电接收板102上设置有充电电池、无线充电接收控制器、电源稳压模块，无线充电控制器控制无线充电接收板为充电电池充电，充电电池经电源稳压模块为载荷监测模块以及无线通信传输装置等进行供电。

其中，还包括警报模块，警报模块连接差动变压器式测力传感器8，在差动变压器式测力传感器8测定斗箱装载量超过预设阈值时，警报模块发出警报信号，并通过通信模块发送停止信息至井口，以快速停止操作。

此外，箕斗斗箱3顶板上固定设置安全棚2，首绳悬挂装置1穿过安全棚2与斗箱顶板连接；斗箱3内壁和框架4之间设置活动盖板11。

当箕斗在主井运行时，载荷监测模块6能够实现对提升载荷进行实时监测，对在提升作业过程中的过载、卸载不彻底、钢丝绳张力不平衡、卡罐、活塞杆到达极限位置等故障进行报警，并能够记录下故障类型以及故障时的提升参数，通过通信模块9传输到地面控制台，以备及时查询与分析；由无线充电模块10对其供电。载荷监测模块6位于斗箱最顶部与提升部位连接处，和斗箱焊成一个整体，如图1所示。罐道间距测量模块7利用电涡流位移传感器测量精度高、响应快速的特点能够快速完成罐道间距、罐道接头间隙、接头错位的测量；罐道间距测量模块7位于斗箱的中间位置，左右两侧开口，以方便激光测量斗箱与罐道的位置关系，并通过通信模块9传给地面监控装置，保证箕斗的安全运行；由无线充电模块10对其供电。作为差动变压器式测力传感器8的金属电阻应变片粘贴在框架4的表面，因为拉绳和框架4是一体的，通过应变片的形变量进而就能得知拉力绳的拉力变化，从而得知斗箱内部的装载量的变化。若是斗箱装载量超载了，超载信息将通过通信模块9传给地面监控装置，快速地阻止不良后果的发生。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对所述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，所述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对所述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种智能式箕斗，其特征在于，包括：斗箱和框架；所述斗箱为立方体结构，所述框架设置于斗箱的轴向中心位置；所述斗箱顶板设置首绳悬挂装置，所述斗箱底板设置尾绳悬挂装置；还包括：载荷监测模块、罐道间距测量模块、差动变压器式测力传感器、通信模块和无线充电模块；

其中，所述载荷监测模块设置于所述斗箱顶板，用于实时测量所述首绳悬挂装置对所述斗箱顶板的提升载荷；

所述罐道间距测量模块设置于所述斗箱的中间位置，左右两侧开口，用于完成罐道间距、罐道接头间隙、接头错位的测量；

所述差动变压器式测力传感器设置于所述框架表面，用于通过测量所述首绳悬挂装置及尾绳悬挂装置中拉力绳的拉力值，以测量斗箱内部装载量变化；

所述通信模块设置于所述斗箱箱体，与所述载荷监测模块、罐道间距测量模块、差动变压器式测力传感器分别进行连接，用于接收所述载荷监测模块、罐道间距测量模块、差动变压器式测力传感器产生的信号，并传输至上位机；

所述无线充电模块设置于箕斗斗箱上，分别与载荷监测模块、罐道间距测量模块、差动变压器式测力传感器和通信模块连接进行供电。

2.根据权利要求1所述的智能式箕斗，其特征在于，所述载荷监测模块为内置于平衡装置的油压变送器，所述首绳悬挂装置的拉力变化引起所述油压变送器产生油压信号。

3.根据权利要求1所述的智能式箕斗，其特征在于，所述差动变压器式测力传感器为设置于所述框架表面的金属电阻应变片，通过金属电阻应变片的形变量进而就能得知拉力绳的拉力变化，从而得知斗箱内部的装载量的变化。

4.根据权利要求1所述的智能式箕斗，其特征在于，所述罐道间距测量模块包括随动控制器，激光测距仪，电源模块，防水箱体，可调节底板，以及由电涡流位移传感器、电机、减速器、联轴器、丝杠、限位开关、滑块、滑轨组成的随动机构；

其中，所述罐道间距测量模块安装在斗箱外侧上，共三个防水箱体，其中两个构造相同，为左右两个防水箱体，其内安装电涡流位移传感器、激光测距仪、电机、减速器、联轴器、导轨、丝杠、限位开关，正对罐道设置；中间防水箱体内安装随动控制器及电池，三个防水箱体均随斗箱外侧上下运动，通过电涡流位移传感器距罐道的距离，结合的中间箱体中的随动控制器使电涡流位移传感器与罐道保持预设距离，激光测距仪安装在随动机构滑块后方，用于测量随动机构的位移量。

5.根据权利要求1所述的智能式箕斗，其特征在于，所述通信模块为无线通信传输模块，包括设置在箕斗框架内部的无线通信发射箱，以及设置在卸载点井口处的无线通信接收箱，无线通信发射箱内包括单片机和与其相连的无线通信发射器，无线通信接收箱内包括无线通信接收器，载荷监测模块与单片机连接传输数据至无线通信发射器，无线通信接收器与上位机相连接，进而经无线通信接收器将所述载荷监测模块产生的油压信号、金属电阻应变片产生的拉力变化信号及罐道间距测量模块产生的测量信号传输至上位机。

6.根据权利要求5所述的智能式箕斗，其特征在于，无线充电模块包括无线充电发射板和无线充电接收板，当两板正确对齐即可为充电电池充电；所述无线充电接收板嵌置于箕斗箱体内部，连接充电电池，通过设置不干扰磁场的刚性保护板包覆；无线充电接收板设置在与无线充电接收板同侧的箕斗箱体内部，无线充电接收板上设置有充电电池、无线充电接收控制器、电源稳压模块，无线充电控制器控制无线充电接收板为充电电池充电，充电电池经电源稳压模块为载荷监测模块以及无线通信传输装置等进行供电。

7.根据权利要求1所述的智能式箕斗，其特征在于，还包括警报模块，所述警报模块连接所述差动变压器式测力传感器，在所述差动变压器式测力传感器测定斗箱装载量超过预设阈值时，所述警报模块发出警报信号，并通过通信模块发送停止信息至井口，以快速停止操作。