CZ23045U1 - Zařízení pro ochranu energetického řetězu - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro ochranu energetického řetězu.

Dosavadní stav techniky

Existuje řada technologických zařízení, kde se výkonový agregát - stroj nebo jeho část (dále jen stroj), pohybuje v určité rovině a je závislý na energiích, jejichž zdroj je vně tohoto stroje. Příkladem může být jeřáb s jeřábovou kočkou, vyhmovací vozík zauhlovacího zařízení v elektrárně, skládkový stroj, pojízdný pásový dopravník a řada jiných rozměrově podstatně menších zařízení. Tyto stroje vykonávají mechanickou práci. K tomu, aby se mohly pohybovat vůči pevnému místu a vykonávat příslušnou práci, je třeba na ně přivést ovládací a silová média, jako např. el. energii, chladicí média, hydraulické oleje, kapaliny, pneumatiku popř. optiku apod., z pevného místa - zdroje umístěného v blízkosti stroje.

Obvyklým způsobem pohybu těchto strojů na delší vzdálenosti (10 m a více) je pohyb po kolejové dráze. Na kratší vzdálenosti bývají přesuny strojů nebo jejich částí zprostředkovány různými kluznými, valivými, lanovými apod. lineárními vedeními.

Jedním z konstrukčních provedení přívodu energie jsou tzv. energetické řetězy, neboli pohyblivé přívody energie. Použité označení „energetický řetěz“, které se používá mezi odbornou veřejností, je doslovný překlad z německého jazyka. Energetický řetěz vypadá v pohledu jako článkový řetěz, který je v profilu po celé své délce dutý a vytváří prostor ve tvaru rozměrově volitelného obdélníku. Do tohoto prostoru lze uložit libovolné množství nosičů energie (el. kabely, optické kabely, hydrauliku, pneumatiku, chladicí média apod.). Dle potřeby je možné jednotlivé nosiče energie od sebe horizontálně i vertikálně oddělit příčkami. Řetěz je sestaven z jednotlivých článků. Tím je možno vytvořit libovolnou délku a šířku řetězu potřebnou pro uložení nosičů energie.

Energetický řetěz je uložen ve speciálním vodicím žlabu, ve kterém vykonává pohyb souběžně se strojem.

V polovině dráhy pohybu je upevněn jeden konec řetězu pevnou koncovkou. Je veden na dně žlabu jedním směrem, následně je nucenou smyčkou s mechanicky definovaným rádiusem veden zpět, přičemž svou vahou spočívá na části energetického řetězu. Druhý konec řetězu je při pohybu stroje vlečen za pohyblivým unášečem.

Délka řetězu S

Přídavek na rádius K

Délka energetického řetězu S/2 + K

Síla, která působí na pohyblivý unašeč má několik složek:

Třecí síla FG od pohyblivé části energetického řetězu

Síla zrychlení, která působí zejména v ose řetězu v jednom směru tahem a v druhém tlakem.

Třením mezi pohyblivou a nepohyblivou částí řetězu a mezi řetězem a vnitřním povrchem žlabu dochází k odporu v tomto pohybu. Třecí sílu FG lze vypočítat podle vztahu:

Třecí síla FG = GL χ 0,3 χ 10

Celková hmotnost GL = GK + GZ

GK (kg/m) je hmotnost energetického řetězu

GZ (kg/m) je hmotnost náplně.

Síla potřebná pro zrychlení se pak počítá podle vztahu:

Síla zrychlení FB = GL χ a

-1CZ 23045 Ul „a“ je zrychlení.

A celková trakční síla pak je:

Trakční síla FS = FG + FB.

Protože se délka pohyblivé části energetického řetězu v závislosti na poloze stroje na dráze mění od 0 do S/2, mění se i velikost trakční síly FS.

Trakční sílu FS ovlivňují i složky sil, které vznikají při nestandardních situacích jako je mechanické poškození energetického řetězu - prasknutí článku, vniknutí cizího předmětu do žlabu a dráhy řetězu, námraza, lidský faktor a podobně. Tyto složky sil brání volnému pohybu řetězu ve žlabu a vytváří zvýšené mechanické napětí v řetězu jehož důsledkem může být poškození nosičů io energie (kabely, hadice atp.).

V podnicích, kde je jakákoliv odstávka velice nákladná, se z důvodu ekonomických ztrát vyměňují jednotlivé díly a součásti energetických řetězů po ukončení teoretické životnosti, aby se eliminovaly vícenáklady, které by vznikly při poruše, např. překročením životnosti těchto dílů a součástí. Mnohdy by však tyto díly a součásti vydržely mnohem déle než je jejich teoretická provozní životnost. Riziko vyšších nákladů na opravy v případě havárie je však příliš velké. V případě provozování energetického řetězu by v případě havárie došlo k přerušení dodávky el. energie a stroj by nemohl vykonávat svoji práci. Odstraňování následků je pak velice nákladné.

Cílem technického řešení je navrhnout takové zařízení, které signalizovalo nebezpečí vzniku poruchového stavu energetického řetězu ještě před vznikem poruchy a to jak poruchy v důsledku dosažení konce skutečné životnosti dílů a součástí, tak i poruchy v důsledku nestandardní situace ve vodicím žlabu, například vniknutím cizího předmětu, působením lidského faktoru, nebo nestandardním chováním energetického řetězu.

Podstata technického řešení

Uvedený problém řeší zařízení pro ochranu energetického řetězu, podle technického řešení, je25 hož podstata spočívá v tom, že zahrnuje snímač trakční síly a snímač polohy unašeče, jejichž výstupy jsou zavedeny do vyhodnocovacího zařízení pro sledování trakční síly v závislosti na aktuální poloze unašeče a době působení naměřené hodnoty trakční síly. Vyhodnocovací zařízení je opatřeno interním časovačem a blokem pro generování signálu o nebezpečí vzniku poruchového stavu energetického řetězu.

Zařízení pro ochranu energetického řetězu podle technického řešení díky vyhodnocování kombinace hodnot o trakční síle, poloze unašeče a době působení naměřené hodnoty trakční síly umožňuje inteligentní autonomní řízení provozování energetického řetězu až do vyčerpání jeho životnosti resp. jiného poruchového stavu, včetně lidského faktoru, čímž se podstatným způsobem zvyšuje užitná hodnota energetického řetězu a kabelů resp. hadic v něm uložených. Při použití zařízení pro ochranu energetického řetězu podle technického řešení totiž dojde k signalizaci mezního stavu ještě v době, kdy nedošlo k poruše, ale jen k průvodním znakům poruchy, což je zvýšená trakční síla vzhledem k poloze unašeče a nastavené časové době trvání této trakční síly. Podle výhodného provedení je vyhodnocovacím zařízením počítač.

Podle dalšího výhodného provedení je blok pro generování signálu o nebezpečí vzniku porucho40 vého stavu energetického řetězu opatřen komunikačním modulem pro odesílání SMS zpráv.

Vyhodnocovací zařízení je s výhodou opatřeno pamětí pro ukládání provozních dat, zejména údajů o poloze pohyblivého konce energetického řetězu, trakční síle, času a blokaci, přičemž komunikační modul je upraven pro příjem pokynů k dálkovému řízení provozních dat.

-2CZ 23045 Ul

Přehled obrázku na výkrese

Zařízení pro ochranu energetického řetězu bude blíže popsáno na příkladu konkrétního provedení, zobrazeného schematicky na obr. 1.

Příklady provedení

Na obr. 1 je schematicky zobrazen energetický řetěz i, který je uložen v neznázoměném vodicím žlabu a má pevný konec 2 spojený se základnou 4 a pohyblivý konec 3 má spojený s unášečem 5. Energetický řetěz I je opatřen zařízením pro ochranu energetického řetězu, které zahrnuje snímač 6 trakční síly, v tomto případě tenzometr, uspořádaný mezi pohyblivým koncem 3 energetického řetězu I a unášečem 5. Zařízení dále zahrnuje snímač 10 polohy unašeče 5.

Výstup snímače 6 trakční síly a výstup snímače 10 polohy unašeče 5 jsou zavedeny do vyhodnocovacího zařízení 7 pro sledování trakční síly v závislosti na aktuální poloze unašeče 5 a době působení naměřené hodnoty trakční síly.

Vyhodnocovací zařízení 7 je opatřeno interním časovačem a blokem 8 pro generování signálu o nebezpečí vzniku poruchového stavu energetického řetězu 1.

V zobrazeném provedení je vyhodnocovacím zařízením 2 počítač.

Blok 8 pro generování signálu o nebezpečí vzniku poruchového stavu energetického řetězu 1 je opatřen komunikačním modulem 9 pro odesílání SMS zpráv.

Vyhodnocovací zařízení 7 je opatřeno pamětí pro ukládání provozních dat, zejména údajů o poloze pohyblivého konce 3 energetického řetězu 1, trakční síle, času a blokaci, přičemž komunikační modul 9 je upraven pro příjem pokynů k dálkovému řízení provozních dat.

Neznázorněný stroj se pohybuje po kolejové dráze díky energii, která jek němu přivedena kabely v energetickém řetězu 1. Dále bude popsán jeden z příkladů funkce zařízení pro ochranu energetického řetězu 1 proti poškození.

Pokud se v blízkosti vodícího žlabu energetického řetězu i provádějí práce a dojde ke kolizi mezi nějakým prostředkem, nebo předmětem a vedením vodícího žlabu řetězu, může dojít k deformaci vodícího žlabu, aniž by však došlo k poškození energetického řetězu 1. Když se energetický řetěz 1 přesune na místo deformovaného žlabu dojde vlivem bočního tření k nárůstu hodnoty provozní trakční síly nad hodnotu, která je v dané poloze obvyklá. Snímač 6 trakční síly tento nárůst registruje a předává jej do vyhodnocovacího zařízení 7, které k této hodnotě přiřazuje údaj o poloze ze snímače 10 polohy unašeče 5.

Pokud je deformace vodícího žlabu malá a zvýšená trakční sílaje stále v nastavené toleranci pak vyhodnocovací zařízení 7 neaktivuje blok 8 pro generování signálu o nebezpečí vzniku poruchového stavu energetického řetězu 1 a pouze zaznamená zvýšené hodnoty trakčních sil v dané poloze a čase do paměti pro ukládám' provozních dat.

Pokud je deformace vodícího žlabu větší je naměřená trakční síla větší než je nastavena tolerance, začne vyhodnocovací zařízení 7 odečítat čas od počátku zjevného navýšení trakční síly.

Trvá-li toto navýšení trakční síly méně, než je předem nastavený časový interval, vyhodnocovací zařízení 7 neaktivuje blok 8 pro generování signálu o nebezpečí vzniku poruchového stavu energetického řetězu 1, protože v takovém případě se nemusí jednat o poruchu, ale o nahodilý stav daný např, náhlým zrychlením, prokluzem nákolků stroje apod.

Trvá-li však toto navýšení trakční síly déle, než je předem nastavený časový interval, vyhodnocovací zařízení 2 aktivuje blok 8 pro generování signálu o nebezpečí vzniku poruchového stavu energetického řetězu j_ a dojde k zastavení stroje ještě před vznikem poruchy energetického řetězu 1. Současně může komunikační modul 9 odeslat SMS zprávy o poruše na mobilní telefon pracovníka obsluhy.

-3CZ 23045 Ul

Dále bude popsána funkce zařízení v případě náhlého odlehčení trakční síly. Jak bylo popsáno výše je energetický řetěz 1 uložen ve vodicím žlabu a při pohybu stroje, do kterého jsou energetickým řetězem I přiváděny energie, je energetický řetěz 1 v jednom směru tlačen a v opačném tažen. V obou směrech je potřebná trakční síla ovlivněna třením mezi energetickým řetězem i a vodicím žlabem což je ovlivněno hmotností a koeficienty tření mezi jednotlivými pohyblivými částmi.

Trakční síla je závislá na celkové síle působící na celkovou plochu a je ovlivněna koeficientem tření a zrychlením. Z toho vyplývá, že největší síla je v poloze, kdy je stroj v koncové pozici a tlačí nej delší možnou délku energetického řetězu I. Energetický řetěz 1 je ve vodicím žlabu nuio ceně veden a je omezen v pohybu směrem dolů a do stran. Jediný směr ve kterém má energetický řetěz 1 neomezený pohyb je nahoru. Tlakem v ose energetického řetězu 1 je energetický řetěz 1 posunován a nevznikají síly, které by mu dovolily se zdvihnout směrem nahoru. Pokud by došlo k nadzvednutí energetického řetězu i z vodícího žlabu, rozkládá se vodorovná silová složka Fc na vodorovnou Fr a svislou Fz působící vzhůru Fc = Fr + Fz. Odporová síla pro posun energetic15 kého řetězu i ve vodicím žlabu je větší, nebo rovna síle zvedající řetěz ze žlabu Fr => Fz. Pokud platí vztah Fr > Fz pak svislá síla způsobí zvednutí energetického řetězu 1 z vodícího žlabu směrem vzhůru. Energetický řetěz 1 se ve vodicím žlabu za zvednutou částí zastaví a síla Fz posouvá energetický řetěz 1_ pouze vzhůru. Na základě údajů ze snímače 6 trakční síly a snímače 10 polohy unášeče 5 registruje vyhodnocovací zařízení 7 snížení trakční síly v daném úseku pod dovole20 nou hodnotu a pokud toto snížení trvá delší dobu, než je přednastavený časový interval aktivuje vyhodnocovací zařízení 7 blok 8 pro generování signálu o nebezpečí vzniku poruchového stavu energetického řetězu 1 a dojde k zastavení stroje ještě před vznikem poruchy energetického řetězu 1.

Claims (4)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   25 1. Zařízení pro ochranu energetického řetězu (1), vyznačující se tím, že zahrnuje snímač (6) trakční síly a snímač (10) polohy unášeče (5), jejichž výstupy jsou zavedeny do vyhodnocovacího zařízení (7) pro sledování trakční síly v závislosti na aktuální poloze unášeče (5) a době působení naměřené hodnoty trakční síly, přičemž vyhodnocovací zařízení (7) je opatřeno interním časovačem a blokem (8) pro generování signálu o nebezpečí vzniku poruchového stavu

   30 energetického řetězu (1).
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že vyhodnocovacím zařízením (7) je počítač.
3. 3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že blok (8) pro generování signálu o nebezpečí vzniku poruchového stavu energetického řetězu (1) je opatřen komunikač35 ním modulem (9) pro odesílání SMS zpráv.
4. 4. Zařízení podle nároku 1, 2 nebo 3, vyznačující se tím, že vyhodnocovací zařízení (7) je opatřeno pamětí pro ukládání provozních dat, zejména údajů o poloze pohyblivého konce (3) energetického řetězu (1), trakční síle, času a blokaci, přičemž komunikační modul (9) je upraven pro příjem pokynů k dálkovému řízení provozních dat.