DE102016207851A1 - Steuern eines Förderers in einem Bergbausystem - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Förderer für ein Bergbausystem angegeben. Der Förderer umfasst ein Zahnrad, eine Kette, einen Antriebsmechanismus, einen Hydraulikzylinder und eine Steuereinrichtung. Die Kette ist mit dem Zahnrad assoziiert und umfasst einen oberen Kettenteil und einen unteren Kettenteil. Der Antriebsmechanismus ist mit dem Zahnrad gekoppelt und kann betrieben werden, um das Zahnrad anzutreiben. Die Steuereinrichtung umfasst eine Verarbeitungseinheit und einen Speicher. Die Steuereinrichtung ist konfiguriert zum Empfangen eines ersten Signals in Bezug auf eine Eigenschaft des Antriebsmechanismus, zum Empfangen eines zweiten Signals in Bezug auf eine Reaktionskraft des Zahnrads, zum Berechnen der Spannung des oberen Kettenteils basierend auf dem ersten Signal und dem zweiten Signal und zum Erzeugen eines Steuersignals für das Steuern der Position des Hydraulikzylinders basierend auf der bestimmten Spannung des oberen Kettenteils.

Description

  • HINTERGRUND
  • Die Erfindung betrifft das Steuern eines Förderers wie etwa eines Strebkettenförderers (Armored Face Conveyor bzw. AFC) oder eines Übergabeförderers (Beam Stage Loader bzw. BSL).
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Strebbausysteme umfassen unter anderem einen Förderer wie etwa einen AFC oder BSL für das Transportieren von abgebautem Material (z. B. Kohle) von einem Bereich, in dem das Material abgebaut wird, zu einem Bereich für eine Verarbeitung (z. B. Zerdrücken, Lagern usw.). AFCs enthalten zum Beispiel ein erstes Zahnrad und ein zweites Zahnrad, um die eine Kette gewunden ist. Die Kette wird durch einen oder mehrere Antriebssysteme oder Motoren (z. B. einen Bandstreckenmotor, einen Kopfstreckenmotor usw.) angetrieben, wobei die Bewegung der Kette um die Zahnräder herum veranlasst, dass der Förderer das abgebaute Material transportiert. Herkömmliche Förderer, die einen erweiterbaren Rücklaufendrahmen enthalten, verwenden Vorspannungstechniken, um die Kettenspannung um die Zahnräder herum zu vergrößern und vermeiden ein Durchhängen der Kette oder eine Nullspannungsbedingung. Die Vorspannungstechniken umfassen zum Beispiel die Verwendung eines Hydraulikzylinders, um das erste Zahnrad weg von dem zweiten Zahnrad zu schieben.
  • Die Erfindung gibt allgemein unter anderem Techniken zum Bestimmen der Kettenspannung und zum Steuern eines Förderers für das automatische Steuern der Kettenspannung durch das Ändern einer Zahnradposition mit einem Hydraulikzylinder an. Die Erfindung kann in Verbindung mit zum Beispiel einem Förderer verwendet werden, in dem ein erstes Ende des Förderers fixiert ist und das zweite Ende des Förderers erweitert werden kann. Für derartige Förderer variiert die Spannung in der Kette entlang der Länge des Förderers, wobei eine Nullspannung oder ein Durchhängen der Kette vermieden werden sollte, um die Zuverlässigkeit des Förderers zu maximieren. Dabei umfasst ein Aufbau des Systems einen Förderer mit einem erweiterbaren Rücklaufendrahmen, einem ersten Zahnrad, einem zweiten Zahnrad, einem oder mehreren Hydraulikzylindern, einer oder mehreren Ketten und einer Steuereinrichtung. Das erste Zahnrad und/oder das zweite Zahnrad enthalten einen Antriebsmechanismus (z. B. einen Motor und eine Motorsteuereinrichtung). Der Antriebsmechanismus dreht das erste Zahnrad oder das zweite Zahnrad, um abgebautes Material von einer ersten Position zu einer zweiten Position zu transportieren, und die Steuereinrichtung verwendet eine gemessene Zahnradreaktionskraft und eine berechnet eine untere Kettenkraft, um eine obere Kettenkraft in Bezug auf die Spannung der einen oder der mehreren Ketten zu berechnen. Die bestimmte obere Kettenkraft wird verwendet, um die Position des einen oder der mehreren Hydraulikzylinder und Zahnräder automatisch zu steuern.
  • In einer Ausführungsform sieht die Erfindung einen Förderer für ein Bergbausystem vor. Der Förderer umfasst ein erstes Zahnrad, ein zweites Zahnrad, eine Kette, einen Antriebsmechanismus, einen Sensor, eine Lastzelle, einen Hydraulikzylinder und eine Steuereinrichtung. Das erste Zahnrad weist eine erste Position auf, und das zweite Zahnrad weist eine zweite Position auf. Die erste Position ist von der zweiten Position durch eine Distanz getrennt. Die Kette ist mit dem ersten Zahnrad und dem zweiten Zahnrad assoziiert, und die Kette umfasst einen oberen Kettenteil und einen unteren Kettenteil. Der Antriebsmechanismus ist mit dem ersten Zahnrad oder dem zweiten Zahnrad gekoppelt und kann betrieben werden, um das erste Zahnrad oder das zweite Zahnrad anzutreiben. Der Sensor kann betrieben werden, um ein erstes Signal in Bezug auf eine Eigenschaft des Antriebsmechanismus zu erzeugen. Die Lastzelle kann betrieben werden, um ein zweites Signal in Bezug auf eine Reaktionskraft des ersten Zahnrads oder des zweiten Zahnrads zu erzeugen. Die Steuereinrichtung umfasst eine Verarbeitungseinheit und einen Speicher. Die Steuereinrichtung ist konfiguriert, um das erste Signal von dem Sensor zu empfangen, das zweite Signal von der Lastzelle zu empfangen, die Spannung des oberen Kettenteils basierend auf dem ersten Signal und dem zweiten Signal zu berechnen und ein Steuersignal für das Steuern der Position des Hydraulikzylinders basierend auf der bestimmten Spannung des oberen Kettenteils zu erzeugen, um die Distanz zwischen dem ersten Zahnrad und dem zweiten Zahnrad zu steuern.
  • In einer andern Ausführungsform sieht die Erfindung ein Verfahren zum Steuern der Spannung einer Fördererkette vor. Die Fördererkette umfasst einen oberen Kettenteil und einen unteren Kettenteil. Das Verfahren umfasst das Empfangen eines ersten Signals in Bezug auf eine Eigenschaft eines Antriebsmechanismus und das Empfangen eines zweiten Signals in Bezug auf eine Reaktionskraft eines Zahnrads. Der Antriebsmechanismus kann betrieben werden, um das Zahnrad zu betreiben. Das Verfahren umfasst weiterhin das Berechnen, mit einem Prozessor, der Spannung des oberen Kettenteils der Förderkette basierend auf dem ersten Signal und dem zweiten Signal und das Erzeugen eines Steuersignals für das Steuern der Position eines Hydraulikzylinders basierend auf der berechneten Spannung des oberen Kettenteils.
  • In einer anderen Ausführungsform sieht die Erfindung einen Förderer für ein Bergbausystem vor. Der Förderer umfasst ein Zahnrad, eine Kette, einen Antriebsmechanismus, einen Hydraulikzylinder und eine Steuereinrichtung. Die Kette ist mit dem Zahnrad assoziiert und umfasst einen oberen Kettenteil und einen unteren Kettenteil. Der Antriebsmechanismus ist mit dem Zahnrad gekoppelt und kann betrieben werden, um das Zahnrad anzutreiben. Die Steuereinrichtung umfasst eine Verarbeitungseinheit und einen Speicher. Die Steuereinrichtung ist konfiguriert zum Empfangen eines ersten Signals in Bezug auf eine Eigenschaft des Antriebsmechanismus, zum Empfangen eines zweiten Signals in Bezug auf eine Reaktionskraft des Zahnrads, zum Berechnen der Spannung des oberen Kettenteils basierend auf dem ersten Signal und dem zweiten Signal und zum Erzeugen eines Steuersignals für das Steuern der Position des Hydraulikzylinders basierend auf der bestimmten Spannung des oberen Kettenteils.
  • Bevor im Folgenden Ausführungsformen der Erfindung im Detail erläutert werden, soll darauf hingewiesen werden, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Details der Konfiguration und der Anordnung der hier beschriebenen oder in den Zeichnungen gezeigten Komponenten beschränkt ist. Die Erfindung kann auch durch andere Ausführungsformen und auf verschiedene Weise realisiert werden. Weiterhin ist zu beachten, dass die hier verwendete Terminologie beispielhaft ist und nicht einschränkend aufzufassen ist. Formulierungen mit „enthalten”, „umfassen” oder „aufweisen” sind derart zu verstehen, dass die in Zusammenhang damit genannten Komponenten oder Äquivalente derselben auch in Verbindung mit anderen Elementen vorhanden sein können. Sofern dies nicht eigens anders angegeben wird, sind Formulieren mit „montiert”, „verbunden”, „gehalten” und „gekoppelt” sowie Variationen davon in einem breiten Sinn zu interpretieren, wobei es sich um direkte und indirekte Montagen, Verbindungen, Halterungen und Kopplungen handeln kann.
  • Außerdem ist zu beachten, dass Ausführungsformen der Erfindung Hardware, Software und elektronische Komponenten oder Module enthalten können, die der Einfachheit halber hier so beschrieben werden, als ob die Mehrzahl derselben ausschließlich in Hardware implementiert wäre. Dem Fachmann sollte jedoch deutlich sein, dass die elektronischen Aspekte der Erfindung basierend auf dieser ausführlichen Beschreibung in wenigstens einer Ausführungsform auch in Software implementiert (z. B. auf einem nicht-transitorischen, computerlesbaren Medium gespeichert) werden könnten, die durch eine oder mehrere Verarbeitungseinheiten wie etwa einen Mikroprozessor und/oder anwendungsspezifische Schaltungen („ASICs”) ausgeführt werden kann. Dabei ist zu beachten, dass eine Vielzahl von Hardware- und Software-basierten Einrichtungen sowie eine Vielzahl von verschiedenen Strukturkomponenten genutzt werden können, um die Erfindung zu implementieren. Zum Beispiel können in der Beschreibung genannte „Server” und „Rechengeräte” eine oder mehrere Verarbeitungseinheiten, eine oder mehrere computerlesbare Medienmodule, eine oder mehrere Eingabe/Ausgabe-Schnittstellen und verschiedene Verbindungen (z. B. einen Systembus) für eine Verbindung der Komponenten umfassen.
  • Unabhängige Aspekte der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt einen Endrahmen eines Kettenförderers.
  • 2 zeigt eine Steuereinrichtung für einen Kettenförderer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • 3A, 3B und 3C sind Diagramme, die einen allgemeine Förderer und eine „Gefahrenzone” der Förderer zeigen.
  • 4 zeigt ein Zahnrad für einen Förderer und einen Kettenwinkel von dem Zahnrad.
  • 5 ist eine schematische Ansicht, die eine Zahnradreaktionskraft und eine Kettenkraft zeigt.
  • 6 ist eine schematische Ansicht, die eine Vektorsummierung einer Zahnradreaktionskraft und einer Kettenkraft zeigt.
  • 7 zeigt einen Prozess zum Steuern der Position eines Hydraulikzylinders für einen Kettenförderer.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die hier beschriebene Erfindung betrifft ein Kettenförderersystem und dessen Steuerung. Das Kettenförderersystem umfasst zum Beispiel einen Strebkettenförderer (Armored Face Conveyor bzw. AFC) oder einen Übergabeförderer (Beam Stage Loader bzw. BSL) oder einen anderen Förderer oder Bergbauförderer. Der Einfachheit halber wird die Erfindung hier mit Bezug auf Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, die einen AFC enthalten. Ein AFC enthält zum Beispiel einen Rücklaufendrahmen, ein erstes Zahnrad, ein zweites Zahnrad, eine Kette, einen oder mehrere Antriebsmechanismen oder Motoren (z. B. einen Kopfstreckenmotor, einen Bandstreckenmotor usw.), einen oder mehrere Hydraulikzylinder und eine Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung ist konfiguriert, um Signale in Bezug auf eine Eigenschaft des einen oder der mehreren Motoren (z. B. das Motordrehmoment) und eine Zahnradreaktionskraft (z. B. von einer Lastzelle) zu empfangen. Basierend auf den empfangenen Signalen kann die Steuereinrichtung betrieben werden, um die Spannung für einen oberen Teil der Kette zu bestimmen. Basierend auf der Spannung des oberen Teils der Kette bestimmt die Steuereinrichtung ein gewünschtes Erweitern des Rücklaufendrahmens, eine gewünschte Position für den einen oder die mehreren Hydraulikzylinder, eine gewünschte Position für das erste Zahnrad oder eine gewünschte Position für das zweite Zahnrad. Zum Beispiel nachdem die Steuereinrichtung eine gewünschte Position für den einen oder die mehreren Hydraulikzylinder bestimmt hat, steuert die Steuereinrichtung den einen oder die mehreren Hydraulikzylinder zu der gewünschten Position, um das erste Zahnrad neu zu positionieren.
  • 1 zeigt einen Teil eines AFC 100, der einen Rücklaufendrahmen 105 umfasst. Der Rücklaufendrahmen 105 umfasst unter anderem einen fixen Rahmenteil, einen erweiterbaren Rahmenteil und einen oder mehrere Hydraulikzylinder. Der Rücklaufendrahmen 105 ist ein Teil eines Bergbausystems, das zum Beispiel auch einen Schrämmlader umfasst. In einigen Aufbauten wird die Position des erweiterbaren Rahmenteils unter Verwendung eines Linearverschiebungssensors bestimmt, der konfiguriert ist, um die Position des erweiterbaren Rahmenteils über dessen vollständigen Bewegungsbereich hinweg zu erfassen. Die Position des erweiterbaren Rahmenteils kann modifiziert (z. B. inkrementiert oder dekrementiert) werden, um die Position des einen oder der mehreren Hydraulikzylinder, des ersten Zahnrads, des zweiten Zahnrads usw. zu steuern.
  • 2 zeigt eine Steuereinrichtung 200, die mit dem AFC 100 assoziiert ist. Die Steuereinrichtung 200 ist mit verschiedenen zusätzlichen Modulen oder Komponenten des AFC 100 verbunden oder gekoppelt, wie etwa mit einem Benutzerschnittstellendmodul 205, einem oder mehreren Indikatoren 210, einem Stromversorgungsmodul 215, einem oder mehreren Sensoren 220, einem oder mehreren Hydraulikzylindern 225, einem Antriebsmechanismus bzw. Motorparametermodul 230, einem Datenspeicher bzw. einer Datenbank 235, einem ersten Antriebsmechanismus bzw. Antrieb 240 (der z. B. mit der Bandstrecke assoziiert ist) und einem zweiten Antriebsmechanismus bzw. Antrieb 245 (der z. B. mit der Kopfstrecke assoziiert ist). In einigen Ausführungsformen enthält der erste Antriebsmechanismus bzw. Antrieb 240 einen ersten Motor und einen ersten Motorantrieb und enthält der zweite Antriebsmechanismus bzw. Antrieb 245 einen zweiten Motor und einen zweiten Motorantrieb. In einigen Ausführungsformen enthalten der erste Motor und der erste Motorantrieb 240 sowie der zweite Motor und der zweite Motorantrieb 245 jeweils Schaltgetriebeanordnungen. Es werden hier Ausführungsformen der Erfindung in Bezug auf die Antriebsmechanismen und Antriebe beschrieben, die Motoren und Motorantriebe sind. Der eine oder die mehreren Sensoren 220 sind zum Beispiel Leistungswandler in dem AFC 100, die konfiguriert sind, um eine elektrische Eigenschaft (z. B. Strom, Spannung, Leistungsfaktor, Drehmoment, Geschwindigkeit, Eingangsleistung, Ausgangsleistung usw.) zu messen oder zu erfassen, Lastzellen usw. Die Steuereinrichtung 200 umfasst Kombinationen aus Hardware und Software, die unter anderem betrieben werden können, um den Betrieb des AFC 100 zu steuern, die Position des einen oder der mehreren Hydraulikzylinder 225 zu steuern, den einen oder die mehreren Indikatoren 210 (z. B. eine Flüssigkristallanzeige [„LCD”]) zu aktivieren, den Betrieb des AFC 100 zu überwachen usw. Der eine oder die mehreren Sensoren 220 enthalten unter anderem eine Kraftmessbolzen-Messeinrichtung, eine oder mehrere Lastzellen, einen oder mehrere Tachometer usw.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst die Steuereinrichtung 200 eine Vielzahl von elektrischen und elektronischen Komponenten, die Leistung, Betriebssteuerung und Schutz für die Komponenten und Module in der Steuereinrichtung 200 und/oder dem AFC 100 vorsehen. Zum Beispiel enthält die Steuereinrichtung 200 unter anderem eine Verarbeitungseinheit 250 (z. B. einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller oder eine andere geeignete programmierbare Einrichtung), einen Speicher 255, Eingabeeinheiten 260 und Ausgabeeinheiten 265. Die Verarbeitungseinheit 250 enthält unter anderem eine Steuereinheit 270, eine arithmetisch-logische Einheit („ALU”) 275 und eine Vielzahl von Registern 280 (in 2 als eine Gruppe von Registern gezeigt) und wird unter Verwendung einer bekannten Computerarchitektur wie etwa einer modifizierten Harvard-Architektur, einer von Neumann-Architektur usw. implementiert. Die Verarbeitungseinheit 250, der Speicher 255, die Eingabeeinheiten 260 und die Ausgabeeinheiten 265 sowie die verschiedenen mit der Steuereinrichtung 200 verbundenen Module werden durch einen oder mehrere Steuer- und/oder Datenbusse (z. B. einen gemeinsamen Bus 285) verbunden. Die Steuer- und/oder Datenbusse für eine Verbindung und Kommunikation zwischen den verschiedenen Modulen und Komponenten sind dem Fachmann auf dem Gebiet der hier beschriebenen Erfindung wohlbekannt. In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung 200 teilweise oder vollständig auf einem Halbleiterchip implementiert, ist eine feldprogrammierbare Gatteranordnung („FPGA”), ist eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung („ASIC”) usw.
  • Der Speicher 255 enthält zum Beispiel einen Programmspeicherbereich und einen Datenspeicherbereich. Der Programmspeicherbereich und der Datenspeicherbereich können Kombinationen von verschiedenen Speichertypen wie etwa einen Nur-Lese-Speicher („ROM”), einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff („RAM”) (z. B. einen dynamischen RAM [„DRAM”], einen synchronen DRAM [„SDRAM”] usw.), einen elektrisch löschbaren und programmierbaren Nur-Lese-Speicher („EEPROM”), einen Flash-Speicher, eine Festplatte, eine SD-Karte oder andere geeignete magnetische, optische, physikalische oder elektronische Speichereinrichtungen oder Datenstrukturen enthalten. Die Verarbeitungseinheit 250 ist mit dem Speicher 255 verbunden und führ Softwarebefehle aus, die in einem RAM des Speichers 255 (z. B. während der Ausführung), in einem ROM des Speichers 255 (z. B. auf einer allgemein permanenten Basis) oder auf einem anderen nicht-transitorischen, computerlesbaren Medium wie etwa einem anderen Speicher oder einer Platte gespeichert sein können. Die in der Implementierung des AFC 100 verwendete Software kann in dem Speicher 255 der Steuereinrichtung 200 gespeichert sein. Die Software umfasst zum Beispiel eine Firmware, eine oder mehrere Anwendungen, Programmdaten, Filter, Regeln, ein oder mehrere Programmmodule und andere ausführbare Befehle. Die Steuereinrichtung 200 ist konfiguriert, um aus dem Speicher unter anderem mit den hier beschriebenen Steuerprozessen und -verfahren assoziierte Befehle abzurufen und auszuführen. In anderen Aufbauten enthält die Steuereinrichtung 200 zusätzliche, weniger oder andere Komponenten.
  • Der Antriebsmechanismus bzw. das Parametermodul 230 ist mit den Motoren und den Antrieben 240, 245 verbunden oder assoziiert, die mit dem ersten Zahnrad und/oder dem zweiten Zahnrad gekoppelt sind. Das Parametermodul 230 ist zum Beispiel mit einem oder mehreren Schaltgetrieben verbunden oder in diesen enthalten. Das Parametermodul 230 ist konfiguriert, um mit einem oder mehreren Parametern (z. B. Strom, Spannung, Leistungsfaktor, Drehmoment, Geschwindigkeit Eingangsleistung, Ausgangsleistung usw.) der Motoren 240, 245 assoziierte Signale zu empfangen. In einigen Ausführungsformen empfängt das Parametermodul 230 Signale in Bezug auf die Motorparameter. In anderen Ausführungsformen enthält das Parametermodul 230 den einen oder die mehreren Sensoren 220 für das Erfassen der Motorparameter oder ist mit diesen verbunden.
  • Die Motoren 240, 245 werden durch Steuersignale gesteuert, die von der Steuereinrichtung 200 oder einer anderen assoziierten Steuereinrichtung empfangen werden. Die Motoren sind auch mit Untersetzungsgetrieben verbunden, um die Drehgeschwindigkeit des Motors zu einer für die Zahnräder und den Förderer geeigneten Drehgeschwindigkeit zu reduzieren. In einigen Implementierungen ist die Steuereinrichtung 200 konfiguriert, um die Motoren und den AFC autonom unter Verwendung der Sensoren 220 und eines oder mehrerer gespeicherter Programme oder Module zu steuern. In anderen Implementierungen ist die Steuereinrichtung 200 konfiguriert, um die Motoren und den AFC basierend auf einer Kombination von manuellen Eingaben und automatischen Steuerungen zu steuern. Der eine oder die mehreren Hydraulikzylinder 225 empfangen auch Steuersignale von der Steuereinrichtung 200 und erweitern wahlweise den Rücklaufendrahmen (d. h. ändern die Position des einen oder der mehreren Hydraulikzylinder, des ersten Zahnrads, des zweiten Zahnrads usw.) basierend auf den Steuersignalen von der Steuereinrichtung 200. Die Steuereinrichtung 200 überwacht weiterhin die Motoren und den einen oder die mehreren Hydraulikzylinder 225, um Eigenschaften derselben zu bestimmen. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung 200 elektrische Eigenschaften des einen oder der mehreren Motoren, die Position des einen oder der mehreren Hydraulikzylinder 225 (z. B. eine Erweiterung des einen oder der mehreren Hydraulikzylinder) usw. überwachen. Es wird hier eine einzelne Steuereinrichtung gezeigt, wobei die Steuereinrichtung 200 in anderen Aufbauten auch auf eine Vielzahl von Steuereinrichtungen verteilt sein kann. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung 200 in eine konsolidierte Steuereinheit („CCU”), eine programmierbare Steuereinheit („PCU”) usw. unterteilt sein. Die CCU kann in einem explosionssicheren Gehäuse aufgenommen sein und bietet eine Kontrolle über das Förderersystem. Die PCU ist ein intrinsisch sicheres System, das mit der CCU verbunden werden kann, um zum Beispiel den Betrieb des Förderers zu stoppen, zu blockieren, auszulösen usw.
  • Das Benutzerschnittstellenmodul 205 wird verwendet, um den AFC oder das Bergbausystem zu steuern oder zu überwachen. Zum Beispiel ist das Benutzerschnittstellenmodul 205 operativ mit der Steuereinrichtung 200 gekoppelt, um die Geschwindigkeit des Förderers, die Geschwindigkeit des einen oder der mehreren Motoren usw. zu steuern. Das Benutzerschnittstellenmodul 205 kann eine Kombination aus digitalen und analogen Eingabe- und Ausgabeeinrichtungen umfassen, die erforderlich sind, um einen gewünschten Grad an Steuerung und Überwachung für den AFC vorzusehen. Zum Beispiel kann das Benutzerschnittstellenmodul 205 eine Anzeige und Eingabeeinrichtungen wie etwa eine Berührungsbildschirmanzeige, einen oder mehrere Knöpfe, Wählscheiben, Schalter, Tasten usw. umfassen. Die Anzeige ist zum Beispiel eine Flüssigkristallanzeige („LCD”), eine Leuchtdioden(„LED”)-Anzeige, eine organische LED(„OLED”)-Anzeige, eine Elektrolumineszenzanzeige („ELD”), eine Oberflächenleitungs-Elektronenemitteranzeige („SED”), eine Feldemissionsanzeige („FED”), eine Dünnfilmtransistor(„TFT”)-LCD usw. In anderen Aufbauten ist die Anzeige eine Super-Aktivmatrix-OLED(„AMOLED”)-Anzeige. Das Benutzerschnittstellenmodul 205 kann auch konfiguriert sein, um mit dem AFC assoziierte Bedingungen oder Daten in Echtzeit oder im Wesentlichen in Echtzeit anzuzeigen. Zum Beispiel ist das Benutzerschnittstellenmodul 205 konfiguriert, um gemessene elektrische Eigenschaften des AFC, den Status des AFC, Kettenspannungen, Fehlerbedingungen (z. B. ein Durchhängen der Kette, Nullkettenspannungen usw.), die Menge des abgebauten Materials auf dem Förderer usw. anzuzeigen. In einigen Implementierungen wird das Benutzerschnittstellenmodul 205 in Verbindung mit dem einen oder den mehreren Indikatoren 210 (z. B. LEDs) gesteuert, um visuelle Angaben des Status oder der Bedingungen des AFC vorzusehen.
  • Eine allgemeine Darstellung eines Förderers 300 für ein Bergbausystem ist in 3A gezeigt. Der Förderer 300 umfasst ein erstes Zahnrad bzw. Bandstreckenzahnrad 305, ein zweites Zahnrad bzw. Kopfstreckenzahnrad 310, eine Kette 315, einen ersten Hydraulikzylinder 320, einen zweiten Hydraulikzylinder 325 und eine relevante Kettenzone bzw. „Gefahrenzone” 330. Die Zone 330 ist beispielhaft als ein Bereich zwischen einem oberen Totpunkt 335 des zweiten Zahnrads 310 und einem Ladepunkt 340 (d. h. dem Punkt an dem oberen Teil der Kette, an dem Material auf den Förderer geladen wird) gezeigt. Die Zone 330 entspricht dem Teil der Kette 315, der am wahrscheinlichsten durchhängt (d. h. gering gespannt ist). Die Spannung der Kette 315 an der Zone 330 kann bestimmt und verwendet werden, um die relativen Positionen des ersten Zahnrads 305 und des zweiten Zahnrads 310 zu bestimmen. Die relativen Positionen der Zahnräder können modifiziert werden, indem der erste Hydraulikzylinder 320 und der zweite Hydraulikzylinder 325 gesteuert werden. 3B und 3C zeigen Förderer gemäß Ausführungsformen der Erfindung, die einen Hydraulikzylinder enthalten, der mit dem ersten Zahnrad 305 oder dem zweiten Zahnrad 310 verbunden ist.
  • In realen Implementierungen von AFCs für Bergbauanwendungen sind der Förderer und die Kette nicht aus vollständig parallelen oberen und unteren Teilen der Kette wie in 3A, 3B und 3C gezeigt ausgebildet. Vielmehr ist der Endrahmen des AFC in der Nähe der Zahnräder gerundet und hebt die Kette, bevor diese zu einer Höhe oder Ebene für das Laden von Material zurückkehrt. Die Form des Endrahmens wird durch die Größe der in Bergbauanwendungen verwendeten Zahnräder bedingt. In einigen Ausführungsformen weisen die Zahnräder einen Durchmesser von ungefähr einem Meter auf. Aufgrund der Größe der Zahnräder wird die Kette wie in 4 gezeigt mit einem fixen Winkel aus dem Endrahmen herausgeführt. 4 zeigt eine freigelegte Version 400 des Rücklaufendrahmens 105 des AFC 100. 4 zeigt ein Zahnrad 405, ein Lager (oder eine Welle) 410, eine Lastzelle 415, einen unteren Teil der Kette 420 und einen oberen Teil der Kette 425. Aufgrund der Geometrie des Rücklaufendrahmens 105 verlässt der obere Teil der Kette 425 das Zahnrad 405 mit einem ersten Winkel θ1. Der erste Winkel θ1 ist ein im Wesentlichen fixer Winkel.
  • Die mit dem Endrahmen 400 von 4 assoziierten Kräfte sind in 5 gezeigt. Eine Zahnradreaktionskraft 430 (z. B. eine Zahnradlager-Reaktionskraft) des Endrahmens 400 ist als ein Vektor mit einer Größe und einem Winkel θ2 gezeigt. Weil die Geometrie des Endrahmens 400 im Wesentlichen fix ist, ist auch der Winkel θ2 der Reaktionskraft im Wesentlichen fix. Als solches variiert nur die Größe der Reaktionskraft. Der Reaktionskraftvektor wird dann aus der Größe der Reaktionskraft und dem fixen Winkel θ2 der Reaktionskraft gebildet. Die Kraft des unteren Teils der Kette 435 ist als ein Vektor mit einer Größe und einem Winkel gezeigt. Der Winkel der Kraft von dem unteren Teil der Kette 435 ist im Wesentlichen parallel zu dem Boden in dem Bezugsrahmen des Endrahmens 400. Der Winkel des Kraftvektors für den unteren Teil der Kette 435 ist also im Wesentlichen gleich null. Eine Kraft von dem oberen Teil der Kette 440 ist als ein Vektor mit einer Größe und einem Winkel gezeigt. Wie zuvor angegeben, ist der Winkel θ1, mit dem die Kette das Zahnrad 405 verlässt, im Wesentlichen fix.
  • Die Zahnradreaktionskraft 430 kann unter Verwendung der Lastzelle 415 gemessen werden. Weil die Geometrie des Endrahmens 400 fix ist, kann die Lastzelle 415 in Bezug auf das Zahnrad 405 und die Lager 410 derart positioniert werden, dass sie im Wesentlichen senkrecht zu dem Winkel der Zahnradreaktionskraft 430 ist. Indem die Lastzelle 415 derart implementiert wird, ist die Ausgabe der Lastzelle 415 ein direktes Maß der Zahnradreaktionskraft 430. In einigen Ausführungsformen ist die Lastzelle anders implementiert, wobei die Steuereinrichtung 200 die Zahnradreaktionskraft 430 aus der Ausgabe der Lastzelle 415 berechnet (d. h. die Lastzelle 415 nicht senkrecht in Bezug auf den Winkel der Zahnradreaktionskraft 430 positioniert ist).
  • Die Kraft des unteren Teils der Kette 435 wird basierend auf einer Eigenschaft des Antriebsmechanismus oder Motors für das Zahnrad 405 bestimmt. Zum Beispiel können ein oder mehrere Sensoren in einem Motor für das Zahnrad 405 implementiert oder mit diesem assoziiert sein. Die Sensoren können betrieben werden, um für die Steuereinrichtung 200 Signale vorzusehen, die auf Eigenschaften des Antriebsmechanismus wie etwa die Spannung, den Strom, die Geschwindigkeit, das Drehmoment, die Leistung usw. bezogen sind. In einigen Ausführungsformen wird ein mit dem Motor assoziiertes Drehmoment oder Wellendrehmoment direkt gemessen. In anderen Ausführungsformen werden die Geschwindigkeit des Motors und die Leistung (z. B. die mit dem Strom multiplizierte Spannung) des Motors verwendet, um ein Drehmoment oder Wellendrehmoment des Motors zu berechnen. Sobald das Drehmoment oder Wellendrehmoment des Motors bestimmt wurde, kann die mit dem unteren Teil der Kette 435 assoziierte Kraft berechnet oder bestimmt werden. Zum Beispiel weist das Zahnrad 405 einen fixen und bekannten Durchmesser (von z. B. ungefähr einem Meter) auf. Unter Verwendung des Drehmoments und des bekannten Radius des Zahnrads 405 (der Radius entspricht der Hälfte des Durchmessers) kann die Kraft an zum Beispiel dem unteren Totpunkt des Zahnrads 405 bestimmt werden. Die bestimmte Kraft gibt die Kraft von dem unteren Teil der Kette 435 wieder.
  • Die Kraft von dem oberen Teil der Kette 440 kann basierend auf der Zahnradreaktionskraft 430 und der Kraft von dem unteren Teil der Kette 435 bestimmt werden. Wie in 6 gezeigt, sieht eine Vektorsummierung der Zahnradreaktionskraft 430 und der Kraft von dem unteren Teil der Kette 435 den Kraftvektor 440 für den oberen Teil der Kette vor. Nachdem die Kraft von dem oberen Teil der Kette 435 berechnet oder bestimmt wurde, kann die Kraft verwendet werden, um Hydraulikzylinder und relative Positionen der Fördererzahnräder zu steuern. In einigen Ausführungsformen wird die Kraft von dem oberen Teil der Kette 435 verwendet, um Hydraulikzylinder und die relativen Positionen der Fördererzahnräder zu steuern. In anderen Ausführungsformen wird die Kraft von dem oberen Teil der Kette 435 verwendet, um die Spannung in dem oberen Teil der Kette zu bestimmen. Die Spannung in dem oberen Teil der Kette wird dann verwendet, um Hydraulikzylinder und die relativen Positionen der Fördererzahnräder zu steuern. Zum Beispiel kann basierend auf der Spannung in dem oberen Kettenteil die Steuereinrichtung 200 betrieben werden, um automatisch die Position eines oder mehrerer Hydraulikzylinder für das Steuern der relativen Distanz zwischen zwei Zahnrädern zu steuern.
  • Insbesondere werden der eine oder die mehreren Hydraulikzylinder 225 gesteuert, um die Distanz zwischen dem ersten Zahnrad und dem zweiten Zahnrad für eine Kompensation der Spannung in der Kette zu vergrößern oder zu verkleinern. Indem die Position der Hydraulikzylinder 225 automatisch gesteuert wird, kann die Spannung in der Kette während des Betriebs des AFC kontinuierlich und automatisch modifiziert oder eingestellt werden, um die Spannung der Kette innerhalb eines vorbestimmten oder gewünschten Fensters zu halten (um z. B. eine Beschädigung oder einen Verschleiß an dem AFC zu reduzieren). Außerdem gestattet eine automatische Steuerung der Position der Hydraulikzylinder 225, dass die Steuereinrichtung 200 verschiedene Mechanismen für das Verbessern des Betriebs des AFC implementiert. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung 200 auch den AFC herunterfahren, wenn die Kettenspannung verloren geht, der Hydraulikdruck verloren geht, eine ungeplante Änderung in der Position des Hydraulikzylinders auftritt oder wenn die Position des Hydraulikzylinders modifiziert werden sollte, aber keine Modifikation erfasst wird, usw.
  • 7 zeigt einen Prozess 500 zum Steuern des AFC. Der Prozess 500 beginnt damit, dass die Steuereinrichtung 200 ein oder mehrere Signale von einer oder mehreren Lastzellen empfängt (Schritt 505). Die Lastzellen sind in Bezug auf das erste Zahnrad und/oder das zweite Zahnrad positioniert. Die Lastzellen sind zum Beispiel senkrecht in Bezug auf die Reaktionskraft an den Lagern des Zahnrads positioniert. Weil die oberen und unteren Teile der Kette mit fixen Eintritts- und Austrittswinkeln mit dem Zahnrad interagieren, ist der Winkel θ2 der Reaktionskraft fix. Deshalb ändert sich nur die Größe der Reaktionskraft. Der Vektor der Zahnradreaktionskraft setzt sich aus der Größe der Reaktionskraft und dem fixen Winkel der Reaktionskraft zusammen. Nachdem ein oder mehrere Signale von der einen oder den mehreren Lastzellen empfangen wurden, bestimmt die Steuereinrichtung 200 die Größe der Zahnradreaktionskraft (Schritt 510).
  • Die Steuereinrichtung 200 empfängt auch ein Signal von einem Sensor in Bezug auf einen Antriebsmechanismus des Förderers (Schritt 515). Der Antriebsmechanismus ist zum Beispiel ein Motor, wobei das Signal von dem Sensor eine Eigenschaft des Motors wie etwa die Motorspannung, der Motorstrom, die Motorgeschwindigkeit, die Motorleistung, das Motordrehmoment usw. ist. Basierend auf dem von dem Sensor empfangenen Signal bestimmt die Steuereinrichtung 200 eine Eigenschaft des Antriebsmechanismus (Schritt 520). In einigen Ausführungsformen empfängt die Steuereinrichtung 200 eine Vielzahl von Signalen von dem Sensor oder Signale von einer Vielzahl von Sensoren (z. B. in Bezug auf die Motorgeschwindigkeit, die Motorleistung, den Motorstrom usw.). Die Eigenschaft des Antriebsmechanismus ist zum Beispiel ein Drehmoment oder Wellendrehmoment. In einigen Ausführungsformen wird das Wellendrehmoment basierend auf der Drehgeschwindigkeit eines Motors und der Leistung des Motors berechnet. In anderen Ausführungsformen wird das Wellendrehmoment direkt gemessen oder basierend auf dem Motorstrom bestimmt.
  • Die Steuereinrichtung berechnet dann eine auf den unteren Teil der Kette wirkende Kraft basierend auf der Eigenschaft des Antriebsmechanismus (Schritt 525). Zum Beispiel ist der Durchmesser des Zahnrads fix (z. B. gleich ungefähr einem Meter). Unter Verwendung des bestimmten Zahnradwellendrehmoments und des bekannten Durchmessers (und Radius) des Zahnrads kann eine Kraft von dem unteren Teil der Kette berechnet werden. Die Kraft von dem unteren Teil der Kette ist im Wesentlichen parallel zu beispielsweise dem Boden (z. B. mit einem Winkel von ungefähr 0°). Die Größe der Kraft von dem Bodenteil der Kette und ihr Winkel bilden einen Kraftvektor für den unteren Teil der Kette.
  • Der Vektor in Entsprechung zu der Größe und dem Winkel der Kraft von dem unteren Teil der Kette und der Vektor in Entsprechung zu der Zahnradreaktionskraft können (z. B. durch eine Vektorsummierung) summiert werden, um eine Kraft von einem oberen Teil der Kette zu berechnen (Schritt 530). Die Kraft von dem oberen Teil der Kette resultiert aus der Spannung in dem oberen Teil der Kette. Die Steuereinrichtung 200 kann die Beziehung zwischen der Kraft und der Spannung in dem oberen Teil der Kette verwenden, um die Spannung des oberen Teils der Kette zu bestimmen (Schritt 535). Zum Beispiel kann die Beziehung zwischen der Kraft von dem oberen Teil der Kette und der Spannung in dem oberen Teil der Kette in einem Speicher gespeichert werden (z. B. in dem Speicher 255). Die Beziehung kann in der Form einer oder mehrerer Funktionen, einer oder mehrerer Nachschlagetabellen („LUTs”) oder einer Reihe von Schwellwerten, mit denen die Kraft verglichen wird, gespeichert werden. In einigen Ausführungsformen wird nach dem Bestimmen der Kraft von dem oberen Teil der Kette eine Newtonsche Physik (d. h. eine Summierung von Kräften) verwendet, um die Spannung in dem oberen Teil der Kette zu bestimmen. In anderen Ausführungsformen wird die Spannung in dem oberen Teil der Kette aus der Größe der Kraft von dem oberen Teil der Kette abgeleitet.
  • Nach dem Schritt 535 verwendet die Steuereinrichtung 200 die bestimmte Spannung in dem oberen Teil der Kette, um die Position eines Zahnrads des Förderers zu steuern. Die Position des Zahnrads wird gesteuert, indem die Position eines mit dem Zahnrad assoziierten Hydraulikzylinders gesteuert wird. Wie oben beschrieben, weisen in einigen Ausführungsformen eines oder beide der Zahnräder einen damit assoziierten Hydraulikzylinder auf. Ein Linearwandler kann verwendet werden, um die Position des Hydraulikzylinders (z. B. die Position eines Kolbens in dem Hydraulikzylinder) zu bestimmen. Wenn basierend auf der Spannung in dem oberen Teil der Kette die Spannung vergrößert oder verkleinert werden muss, kann die Position des Hydraulikzylinders eingestellt werden. Indem die Position des Hydraulikzylinders eingestellt wird, können die relativen Positionen der zwei Fördererzahnräder (z. B. der Mittelstrecken- und Kopfstreckenzahnräder) vergrößert oder verkleinert werden (d. h. kann die Distanz zwischen den Zahnrädern vergrößert oder verkleinert werden). Wenn der Hydraulikzylinder verwendet wird, um die relativen Positionen der Zahnräder zu steuern, kehrt der Prozess 500 wieder zu Schritt 505 zurück, um die Spannung in dem oberen Teil der Kette zu bestimmen. In einigen Ausführungsformen wird die Spannung in dem oberen Teil der Kette kontinuierlich und inkrementierend modifiziert, um eine gewünschte Spannung zu erzielen oder aufrechtzuerhalten. Wenn sich zum Beispiel der Lastpunkt des Förderers ändert (z. B. weil der Schrämmlader entlang der Fläche einer Grube bewegt wird), ändert sich die Spannung in dem oberen Teil der Kette aufgrund der Ladung konstant. Ein kontinuierliches Modifizieren der relativen Positionen der Fördererzahnräder gestattet, dass die Steuereinrichtung 200 diese ständigen Änderungen in der Spannung kompensiert.
  • Außerdem können die oben beschriebenen Steuertechniken für eine Vorspannung des AFC angewendet werden. In derartigen Fällen wird die Zahnradreaktionskraft mit einer statischen Kette gemessen. Die resultierende Kraft von dem oberen Teil der Kette ist auf eine tatsächliche Kettenvorspannung bezogen. Die Vorspannung kann dann bei Bedarf eingestellt werden, um den gewünschten Grad von Vorspannung zu erzielen.
  • Die Erfindung kann allgemein unter anderem Systeme, Verfahren, Vorrichtungen und computerlesbare Medien für das Steuern des Betriebs eines Bergbausystems basierend auf einer Zahnradreaktionskraft und einer bestimmten Kettenspannung vorsehen.

Claims (21)

  1. Förderer für ein Bergbausystem, wobei der Förderer umfasst: ein erstes Zahnrad an einer ersten Position, ein zweites Zahnrad an einer zweiten Position, wobei die erste Position von der zweiten Position durch eine Distanz beabstandet ist, eine Kette, die mit dem ersten Zahnrad und dem zweiten Zahnrad assoziiert ist, wobei die Kette einen oberen Kettenteil und einen unteren Kettenteil umfasst, einen Antriebsmechanismus, der mit dem ersten Zahnrad oder dem zweiten Zahnrad gekoppelt ist, wobei der Antriebsmechanismus betrieben werden kann, um das eine erste Zahnrad oder zweite Zahnrad anzutreiben, einen Sensor, der betrieben werden kann, um ein erstes Signal in Bezug auf eine Eigenschaft des Antriebsmechanismus zu erzeugen, eine Lastzelle, die betrieben werden kann, um ein zweites Signal in Bezug auf eine Reaktionskraft des einen ersten Zahnrads oder zweiten Zahnrads zu erzeugen, einen Hydraulikzylinder, und eine Steuereinrichtung, die eine Verarbeitungseinheit und einen Speicher enthält, wobei die Steuereinrichtung konfiguriert ist zum: Empfangen des ersten Signals von dem Sensor, Empfangen des zweiten Signals von der Lastzelle, Berechnen der Spannung des oberen Kettenteils basierend auf dem ersten Signal und dem zweiten Signal, und Erzeugen eines Steuersignals für das Steuern der Position des Hydraulikzylinders basierend auf der bestimmten Spannung des oberen Kettenteils, um die Distanz zwischen dem ersten Zahnrad und dem zweiten Zahnrad zu steuern
  2. Förderer nach Anspruch 1, wobei der Antriebsmechanismus ein Motor ist.
  3. Förderer nach Anspruch 2, wobei die Eigenschaft ein Motorstrom oder ein Motordrehmoment ist.
  4. Förderer nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung weiterhin konfiguriert ist zum Berechnen einer Kraft von dem unteren Kettenteil basierend auf dem ersten Signal.
  5. Förderer nach Anspruch 4, wobei die Steuereinrichtung weiterhin konfiguriert ist zum Berechnen einer Vektorsumme der Kraft von dem unteren Kettenteil und der Reaktionskraft des einen ersten Zahnrads oder zweiten Zahnrads, um eine Kraft von dem oberen Kettenteil zu bestimmen.
  6. Förderer nach Anspruch 5, wobei die Spannung des oberen Kettenteils basierend auf der Kraft von dem oberen Kettenteil bestimmt wird.
  7. Förderer nach Anspruch 1, wobei der Winkel der Reaktionskraft des einen ersten Zahnrads oder zweiten Zahnrads fix ist.
  8. Förderer nach Anspruch 7, wobei die Lastzelle senkrecht zu dem Winkel der Reaktionskraft des einen ersten Zahnrads oder zweiten Zahnrads positioniert ist.
  9. Verfahren zum Steuern der Spannung einer Fördererkette, wobei die Fördererkette einen oberen Kettenteil und einen unteren Kettenteil umfasst, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen eines ersten Signals in Bezug auf eine Eigenschaft eines Antriebsmechanismus, wobei der Antriebsmechanismus betrieben werden kann, um ein Zahnrad anzutreiben, Empfangen eines zweiten Signals in Bezug auf eine Reaktionskraft des Zahnrads, Berechnen, mit einem Prozessor, der Spannung des oberen Kettenteils der Fördererkette basierend auf dem ersten Signal und dem zweiten Signal, und Erzeugen eines Steuersignals für das Steuern der Position eines Hydraulikzylinders basierend auf der berechneten Spannung des oberen Kettenteils.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Antriebsmechanismus ein Motor ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Eigenschaft ein Motorstrom oder ein Motordrehmoment ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 9, das weiterhin das Berechnen einer Kraft von dem unteren Kettenteil basierend auf dem ersten Signal umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, das weiterhin umfasst: Berechnen einer Vektorsumme der Kraft von der unteren Kette und der Reaktionskraft des Zahnrads, und Bestimmen einer Kraft von dem oberen Kettenteil basierend auf der Vektorsumme.
  14. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Winkel der Reaktionskraft des Zahnrads fix ist.
  15. Förderer für ein Bergbausystem, wobei der Förderer umfasst: ein Zahnrad, eine Kette, die mit dem Zahnrad assoziiert ist, wobei die Kette einen oberen Kettenteil und einen unteren Kettenteil umfasst, einen Antriebsmechanismus, der mit dem Zahnrad gekoppelt ist, wobei der Antriebsmechanismus betrieben werden kann, um das Zahnrad anzutreiben, einen Hydraulikzylinder, und eine Steuereinrichtung, die eine Verarbeitungseinheit und einen Speicher enthält, wobei die Steuereinrichtung konfiguriert ist zum: Empfangen eines ersten Signals in Bezug auf eine Eigenschaft des Antriebsmechanismus, Empfangen eines zweiten Signals in Bezug auf eine Reaktionskraft des Zahnrads, Berechnen der Spannung des oberen Kettenteils basierend auf dem ersten Signal und dem zweiten Signal, und Erzeugen eines Steuersignals für das Steuern der Position des Hydraulikzylinders basierend auf der bestimmten Spannung des oberen Kettenteils.
  16. Förderer nach Anspruch 15, wobei der Antriebsmechanismus ein Motor ist.
  17. Förderer nach Anspruch 16, wobei die Eigenschaft ein Motorstrom oder ein Motordrehmoment ist.
  18. Förderer nach Anspruch 15, wobei die Steuereinrichtung weiterhin konfiguriert ist zum Berechnen einer Kraft von dem unteren Kettenteil basierend auf dem ersten Signal.
  19. Förderer nach Anspruch 18, wobei die Steuereinrichtung weiterhin konfiguriert ist zum Berechnen einer Vektorsumme der Kraft von der unteren Kette und der Reaktionskraft des einen ersten Zahnrads oder zweiten Zahnrads, um eine Kraft von dem oberen Kettenteil zu bestimmen.
  20. Förderer nach Anspruch 19, wobei die Spannung des oberen Kettenteils basierend auf der auf den oberen Kettenteil wirkenden Kraft berechnet wird.
  21. Förderer nach Anspruch 15, wobei der Winkel der Reaktionskraft des einen ersten Zahnrads oder zweiten Zahnrads fix ist.
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