CZ27034U1 - Zařízení pro sledování přetočení a deformace dopravního pásu hadicového dopravníku - Google Patents

Description

Úřad průmyslového vlastnictví v zápisném řízení nezjišťuje, zda předmět užitného vzoru splňuje podmínky způsobilosti k ochraně podle § 1 zák. č. 478/1992 Sb.

CZ 27034 Ul

Zařízení pro sledování přetočení a deformace dopravního pásu hadicového dopravníku

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro sledování přetočení a deformace pásu hadicového respektive trubkového dopravníku v reálných provozních podmínkách firem, které ve své technologii využívají tuto progresivní metodu transportu sypkých hmot. Výhoda hadicových dopravníků spočívá vedle snížení dopadů na životní prostředí v možnosti navrhovat trasu, jejíž směr se horizontálně či vertikálně mění. Vlivem nejrůznějších faktorů dochází v provozech k nepředpokládaným změnám mechanických napětí, které vedou k přetáčení a deformaci pásů a následně až k jejich poškození či zničení, nejčastěji na bubnech dopravníku. Sledování dynamického chování pásu hadicového dopravníku umožňuje poznání jeho zákonitostí, což ve svých důsledcích může vést k významnému snížení ekonomických ztrát.

Dosavadní stav techniky

Problém vybočení dopravních pásů na pásových dopravnících se řeší standardně nasazením spínačů, aby se minimalizovalo nebezpečí poškození nebo zničení pásu při jeho vychýlení z předepsané dráhy. Spínače pak bývají zapojeny do bezpečnostního obvodu nouzového zastavení. Spínače namontované na dopravní pás sice splňuj í požadavek detekce vybočení dopravního pásu, na druhé straně však jimi detekované vybočení má za následek okamžité zastavení pásového dopravníku, a to i v případech, kdy by se dopravní pás sám vrátil do své původní, rovnovážné polohy. Takové řešení, které je dosud v pásové dopravě běžně používáno, však neodpovídá v současné době požadované ekonomice provozu pásových dopravníků a ani rozvoji moderních detekčních prostředků a rozvoji výpočetní techniky, k nimž v poslední době dochází.

Jako jeden z prvních patentů, řešících problém vybočení a zároveň opotřebení dopravního pásu je japonský patent č. 2007-284150. Detekce je založena na magnetickém principu. Jako značky jsou použity ohebné „kaučukovité“ magnety, které jsou zavulkanizovány na povrch pryžové krycí vrstvy dopravního pásu přes celou jeho šířku. Velikost opotřebení dopravního pásu je pak určována výpočtem z poklesu amplitudy magnetického pole detekovaného několika senzory, umístěnými napříč dopravního pásu. Vychýlení dopravního pásu je zde detekováno na bubnu měřením vzdálenosti okraje pásu od bezkontaktního čidla, např. čidla ultrazvukového. Nevýhodou tohoto řešení je fakt, že vybočení se určuje pouze v místě obtočení pásu kolem bubnu a nic neříká o možném vybočení pásu v jiných místech dopravní cesty.

Nastíněný problém je řešen v americkém patentu z roku 2011 (US 2011/0050213 Al). U tohoto řešení se, stejně jako v předchozím případě, pro detekci opotřebení dopravního pásu používá ohebných magnetů, zavulkanizovaných do povrchové krycí vrstvy pásu. V blízkosti těchto magnetů jsou do středu pásu zavulkanizovány další magnety sloužící k detekci vybočení pásu a k určení polohy magnetických značek podél dopravního pásu. K detekci intenzity magnetického pole se používá některého ze známých magnetometrů, jako jsou gaussmetry, indukční snímače či magnetické impedanční elementy. Magnetické pole je detekováno napříč dopravním pásem v několika místech, takže je možno z amplitud určit jak opotřebení, tak i vybočení dopravního pásu. Detekční sondy jsou lokalizovány za stěrači, kde již dopravní pásy nejsou znečištěny přepravovaným materiálem.

Vynález z roku 2012 (US 2012/0125736 Al) popisuje monitorovací systém a metodu pro kontrolu stavu provozovaného dopravního pásu. Systém s pomocí programovatelného logického kontroléru porovnává sled naměřených údajů z jednotlivých senzorů s tabulkovými hodnotami získanými z prvních měření a umožňuje tak automatické vyhlášení poplachu, jestliže naměřené hodnoty překročí během provozu předem stanovené meze.

Analyzovaná data jsou uživateli bezprostředně k dispozici v grafickém formátu tak, aby provozovatel pásového dopravníku mohl operativně rozhodnout o jeho dalším provozu. Systém využívá permanentního magnetu umístěného nad nebo pod dopravním pásem po celé jeho šířce.

- 1 CZ 27034 U1

Jeho polem jsou magnetovány železné elementy sledovaného dopravního pásu, jako jsou vyztužovací kordy, panely opotřebení, či spojovací úseky. Řada senzorů, které jsou tvořeny buď cívkami, nebo Hallovými sondami je rozprostřena napříč dopravním pásem. Časový záznam změn v detekovaných poruchách magnetického pole tvořeného permanentním magnetem a jejich vyhodnocení pak může určit životnost sledovaného dopravního pásu.

Stav opotřebení dopravního pásu a stav jeho spojů může být detekován také pomocí RFID systému. Pro sledování vybočení pásu hadicových dopravníků však popsaná řešení nejsou vhodná s výjimkou míst rozevření pásu poblíž hnacího či hnaného bubnu. Registrace změny velikosti a polohy překryvu je přitom důležitým parametrem pro stanovení správného a bezporuchového chodu hadicového dopravníku. Důležitou roli přitom hraje správné nastavení válečků hadicového dopravníku. Správná funkce těchto válečků je přitom ovlivněna řadou vnějších parametrů (teplota, vlhkost, množství přepravovaného materiálu aj.), které mohou vést k nepřípustnému vychýlení překryvu z požadované svislé polohy, a tím až i k nežádoucímu zborcení dopravního pásu.

Problém byl řešen německým patentem DE-C-34 17718, měřicím překryv pomocí dotykového válečku. Tato dotyková metoda měření vyhovuje v celé řadě případů, v některých však může vést k poškození dopravního pásu tímto válečkem. V německém patentu DE-A195 22757 jsou pásy označeny na své vnější straně barevnými značkami, jejichž poloha je opticky snímána. Takový systém je funkční v případech použití hadicového dopravníku v lehkých provozech, kde nedochází k znečištění dopravního pásu, či k poškození barevných značek. Další zde popisovanou metodou detekce je umístění indikátorů do ocelolanových dopravních pásů, kde nahradí jednotlivé části kordu, což může způsobit, že systém nebude plně funkční.

Americký patent US 6702103 Bl z roku 2004 detekuje překryv sbalení dopravního pásu pomocí optoelektronického systému, tvořeného dvěma digitálními kamerami, umístěnými bočně k oblasti překryvu. Podle vynálezu může být použita také pouze jedna kamera umístěná přímo nad oblastí překryvu. Dodatečný zdroj světla zvyšuje přesnost stanovení hranice překryvu. Optoelektronický systém je spojen s počítačem, který kontroluje požadovaný překryv a vyhodnocuje změny v poloze překryvu. V případě, že změny polohy překračují povolené meze, systém vyšle varovné hlášení, případně vypne dopravník.

Podstata technického řešení

Námi navržená koncepce zařízení pro sledování přetočení a deformace pásu hadicového dopravníku překonává nedostatky stávajících řešení zejména tím, že detektory magnetického pole jsou rozmístěny na kružnicích v rovinách kolmých na směr pohybu dopravního pásu, se středy na ose svinutého dopravního pásu a poloměry R6 většími než je poloměr R1 sbaleného dopravního pásu, přičemž každý detektor obsahuje alespoň jeden snímač magnetického pole.

Tato konstrukce umožňuje sledovat stav dopravního pásu, a to jak z hlediska jeho natočení (vybočení), tak i z hlediska jeho sbalení (deformace),

Je výhodné, vykazuje-li každý detektor dva snímače magnetického pole umístěné v radiálním odstupu od sebe vzhledem ke středu S dopravního pásu.

To umožní daleko přesněji určovat radiální vzdálenost magnetických značek od detektoru a tím i stupeň deformace dopravního pásu.

Je rovněž výhodné, jsou-li do dopravního pásu integrovány RFID tágy a RFID čtečky jsou uspořádány na kružnicích v rovinách kolmých na směr pohybu dopravního pásu, se středy na ose maximálně rozvinutého dopravního pásu a poloměrem větším než je poloměr sbaleného dopravního pásu.

Toto opatření umožní jednoznačné přiřazení sejmutých hodnot konkrétnímu místu dopravníku.

-2CZ 27034 U1

Objasnění výkresů

Na přiložených výkresech je znázorněn příklad provedení technického řešení, kde jednotlivé obrázky v různých měřítkách představují:

Obr. 1 - pohled na rozvinutý dopravní pás s naznačeným uložením magnetických značek a RFID tagů,

Obr. 2 - schematický pohled v řezu na dopravní pás procházející jednou sestavou detektorů magnetického pole,

Obr. 3 - schematické znázornění detektoru magnetického pole z Obr. 2 se dvěma vícedimenzionálními snímači magnetického pole,

Obr. 4 - pohled na realizovanou sestavu detektorů magnetického pole na příčníku hadicového dopravníku,

Obr. 5 - celkový pohled na hadicový dopravník se zabudovaným zařízením.

Příklad uskutečnění technického řešení

Obr. 5 ukazuje dva hadicové dopravníky nad sebou. U spodního hadicového dopravníku je pod krabicí 7 napájení vidět první příčník 5 s detektory 4, uspořádanými v oblouku nad svinutým dopravním pásem 1 homí dopravní větve a druhý příčník 5j, na kterém je uspořádána RFID čtečka. Detektory 4 na prvních příčnících 5 snímají magnetické značky 2 dopravního pásu I a RFID čtečky na druhých příčnících 5/ snímají RFID tágy 3. Detail prvního příčníku 5 s detektory 4 je znázorněn na Obr. 4. Nekonečný dopravní pás I je v neznázoměných vodících válečcích obou větví stočen do hadice tak, že jedna podélná boční strana dopravního pásu 1 překrývá druhou podélnou boční stranu dopravního pásu 1 (viz schematické znázornění dopravního pásu I na Obr.2). Jak je nejlépe patrné z Obr. 1, byly do dopravního pásu I hadicového dopravníku zavulkanizovány magnetické značky 2 v podobě hranolů magnetické pryže o rozměrech 75mmxl5mmx2 mm a RFID tágy 3 typu LRP125. Vzájemná vzdálenost magnetických značek 2 ve směru pohybu dopravního pásu i byla zvolena cca 30 cm, aby magnetická pole magnetických značek 2 nepůsobila na detektory 4 magnetického pole současně.

Byly vyrobeny mikrokontrolérem řízené detektory 4 magnetického pole, využívající 2- a 3-osé můstkové integrované AMR (Anisotropické Magnetické Resistence) senzory Honeywell HMC105X s měřicím rozsahem magnetického pole od 120 pGauss do 6 Gauss, s citlivostí 1 mV/V/Gauss a napájením 5 V, a to tak, že na každém detektoru 4 magnetického pole byla umístěna dvě čidla 41, 42 ve vzdálenosti 20 mm od sebe v radiálním směru, (viz Obr. 3 a Obr. 2). Prvé čidlo 41, které je umístěno blíže dopravnímu pásu 1, měří tři složky X, Y, Z magnetického pole a druhé čidlo 42, které je umístěno v radiálním směru o 20 mm dále od prvního čidla 41, měří dvě složky A, B magnetického pole magnetické značky 2.

Z vodorovných složek A, X magnetického pole se určuje příčné vychýlení magnetické značky 2 a tím i dopravního pásu i, z radiálních složek B, Y se určuje velikost deformace dopravního pásu I a z podélné složky Z se zjišťuje okamžik průchodu magnetické značky 2 pod detektorem 4. Větší počet detektorů 4 umožňuje ignorovat případné časové změny ve velikosti magnetizace magnetických značek 2.

Vzájemné uspořádání magnetických značek 2 a detektorů 4 je patrné z obrázku Obr. 2, kde nad hadicovitě svinutým dopravním pásem i o poloměru R1 jsou na kruhovém oblouku 6 o větším poloměru R6 uspořádány v úhlových odstupech 35 stupňů detektory 4 ke snímání magnetických polí magnetických značek 2, zavulkanizováných přibližně 10 cm od okraje dopravního pásu I. Dopravní pás i na Obr. 2 je optimálně hadicovitě svinut, tj. jeho boční okraje s magnetickými značkami 2 vykazují dostatečný vzájemný překryv a nacházejí se v homí části svinutého dopravního pásu 1. Neznázoměný dopravovaný materiál se tedy nemůže z dopravního pásu i vysypat.

-3CZ 27034 Ul

Detekce RFID tagů 3 byla zajištěna čtečkou Datalogic Cobalt HF CNTL 232 02, využívající technologii Philips' 112 byte SLI (ISO15693). Navržena byla vlastní anténa, obepínající dopravní pás 1 z 50 % (není znázorněno). Sběr dat a jejich vyhodnocení bylo zajištěno propojením sestavy detektorů 4 a RFID čtečky s průmyslovým PC pomocí sběrnice RS232.

Průmyslová využitelnost

Navržené technické řešení je možno využít ve všech průmyslových odvětvích, která pro přepravu sypkých materiálů využívají hadicové pásové dopravníky.

Claims (4)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení pro sledování přetočení a deformace dopravního pásu hadicového dopravníku, vykazující magnetické značky (2), zavulkanizované do okrajů dopravního pásu (1), detektory (4) magnetického pole, umístěné nad dopravním pásem (1), a řídicí systém ke sledování průchodů magnetických značek (2) pod detektory (4) magnetického pole a k určení příčné polohy a prostorové orientace zavulkanizovaných magnetických značek (2) a následně i stupně přetočení a deformace dopravního pásu (1), vyznačující se tím, že detektory (4) magnetického pole jsou rozmístěny na kružnicích (6) v rovinách kolmých na směr pohybu dopravního pásu (1), se středy (S) na ose sbaleného dopravního pásu (1) a s poloměry R6 většími než je poloměr R1 sbaleného dopravního pásu (1), přičemž každý detektor (4) obsahuje alespoň jeden snímač (41, 42) magnetického pole.
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že každý detektor (4) vykazuje dva snímače (41, 42) magnetického pole umístěné v radiálním odstupu od sebe vzhledem ke středu (S) dopravního pásu (1).
3. 3. Zařízení pro sledování přetočení a deformace dopravního pásu podle nároku 1, vyznačující se tím, že do dopravního pásu (1) jsou integrovány RFID tágy (3) a RFID čtečky jsou uspořádány na kružnicích v rovinách kolmých na směr pohybu dopravního pásu (1), se středy na ose maximálně rozvinutého dopravního pásu (1) a poloměrem větším než je poloměr sbaleného dopravního pásu (1).
4. 4. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že velikost a natočení antény RFID čtečky odpovídá provozně přípustným polohám RFID tagů (3).