RU2018687C1

RU2018687C1 - Device for automatic control of air velocity in mine ventilation system

Info

Publication number: RU2018687C1
Authority: RU
Inventors: А.М. Онищенко; Ю.А. Онищенко
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью "ДиСиДи"
Priority date: 1992-07-22
Filing date: 1992-07-22
Publication date: 1994-08-30

Abstract

FIELD: mining automatic equipment. SUBSTANCE: device has body accommodating horizontal cylindrical rod and beam perpendicular to rod and rigidly connected to it. Device is additionally supplied with plate, ohmmeter and flexible cord in form of conductive rubber cord placed in insulating enclosure of flexible material, e.g., of rubber or latex. Rod is secured in body for free rotation about horizontal axis. Secured to rod surface is one end of cord with provision of electric contact of core with rod. The other end of cord is attached to body wall through which without electric contact with wall the other core end is passed. Other end of core and body are connected with ohmmeter inputs. Plate is attached to free end of beam with its concavity directed towards ventilating air flow. Device makes it possible to take at any moment the ohmmeter readings of flexible cord core resistance which is proportional to square of ventilating air velocity. EFFECT: higher efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к горной автоматике, более конкретно к средствам для автоматического контроля скорости воздуха в проходческих и добычных участках шахт, на откаточных и вентиляционных штреках для обеспечения нормальных условий труда шахтеров. The invention relates to mining automation, and more particularly to means for automatically controlling the air speed in sinking and mining sections of mines, on haulage and ventilation drifts to ensure normal working conditions of miners.

Известен сигнализатор скорости газового потока, содержащий установленные в потоке измерительный и компенсационный стабилитроны, генератор тока, настроечный резистор, компаратор, выходной усилитель, выход которого является выходом устройства, причем генератор тока через настроечный резистор присоединен к компенсационному стабилитрону, в котором для повышения точности измерений введены источник опорного напряжения, операционный усилитель, полевой транзистор и резистор, причем инвертирующий вход операционного усилителя присоединен к выходу генератора тока, инвертирующий вход - к истоку полевого транзистора и к измерительному стабилитрону, выход операционного усилителя подключен к затвору полевого транзистора, сток полевого транзистора подсоединен к резистору, а выходы компаратора подсоединены к резистору и источнику опорного напряжения, вторые выводы источника тока и обоих стабилитронов объединены на общем проводе [1]. A known gas flow velocity detector comprising a measuring and compensation zener diodes installed in the flow, a current generator, a tuning resistor, a comparator, an output amplifier, the output of which is the output of the device, the current generator through a tuning resistor is connected to a compensation zener diode, in which, to increase the accuracy of measurements, a reference voltage source, an operational amplifier, a field effect transistor, and a resistor, the inverting input of the operational amplifier being connected to the output of the current generator, the inverting input is to the source of the field effect transistor and to the measuring zener diode, the output of the operational amplifier is connected to the gate of the field effect transistor, the drain of the field effect transistor is connected to the resistor, and the comparator outputs are connected to the resistor and the reference voltage source, the second conclusions of the current source and both Zener diodes are combined on a common wire [1].

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения скорости газового потока из-за влияния радиальной неравномерности потока. A disadvantage of the known device is the low accuracy of measuring the gas flow velocity due to the influence of radial flow irregularity.

Известно устройство автоматического контроля скорости шахтной вентиляции, содержащее размещенный горизонтально в корпусе цилиндрический стержень и жестко связанную со стержнем балку, перпендикулярную стержню, а также тензодатчик, в котором для повышения точности балка закреплена одним концом в корпусе, а другим жестко связана с концом цилиндрического стержня, расположенного перпендикулярно ей, а тензодатчики размещены у корневого сечения балки, при этом одна пара тензодатчиков - вдоль оси балки, а другая - перпендикулярно ей [2]. A device for automatically controlling the speed of shaft ventilation is known, comprising a cylindrical rod placed horizontally in the housing and rigidly connected to the rod by a beam perpendicular to the rod, as well as a strain gauge in which, to increase accuracy, the beam is fixed at one end in the housing and the other is rigidly connected to the end of the cylindrical rod, located perpendicular to it, and the load cells are located at the root section of the beam, with one pair of load cells along the axis of the beam, and the other perpendicular to it [2].

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения скорости шахтной вентиляции из-за низкой чувствительности к скорости, невозможность измерения малых скоростей потоков и низкая надежность из-за высокой сложности, связанная с необходимостью применения сложной аппаратуры для обработки информации от тензодатчиков и с ненадежностью работы тензодатчиков при их взаимодействии со стержнем и балкой. A disadvantage of the known device is the low accuracy of measuring the speed of mine ventilation due to the low sensitivity to speed, the inability to measure low flow rates and low reliability due to the high complexity associated with the need to use sophisticated equipment for processing information from load cells and the unreliability of the load cells interaction with the rod and beam.

Целью изобретения является повышение точности за счет увеличения чувствительности, расширение функциональных возможностей за счет обеспечения измерения малых скоростей шахтного воздуха при одновременном повышении надежности за счет упрощения. The aim of the invention is to increase accuracy by increasing sensitivity, expanding functionality by providing measurement of low speeds of mine air while improving reliability due to simplification.

Цель достигается тем, что устройство автоматического контроля скорости шахтной вентиляции, содержащее размещенный горизонтально в корпусе цилиндрический стержень и жестко связанную со стержнем балку, перпендикулярную стержню, снабжено тарелкой, омметром и упругим эластичным шнуром, выполненным в виде жилы из электропроводящей резины, помещенной в изоляционную оболочку из эластичного упругого материала, например резины или латекса, причем цилиндрический стержень закреплен в корпусе с возможностью свободного вращения вокруг горизонтальной оси, а на поверхности цилиндрического стержня закреплен один конец эластичного упругого шнура с обеспечением электрического контакта жилы со стержнем, второй конец шнура прикреплен к стенке корпуса, через которую без электрического контакта со стенкой пропущен второй конец жилы, при этом второй конец жилы и корпус соединены с входами омметра, а тарелка прикреплена к свободному концу балки вогнутостью навстречу вентиляционному потоку воздуха. The goal is achieved in that the device for automatically controlling the speed of mine ventilation, containing a cylindrical rod placed horizontally in the body and rigidly connected to the rod with a beam perpendicular to the rod, is equipped with a plate, an ohmmeter and an elastic elastic cord made in the form of conductive rubber conductors placed in an insulating sheath from an elastic elastic material, for example rubber or latex, and the cylindrical rod is fixed in the housing with the possibility of free rotation around the horizon the axis, and on the surface of the cylindrical rod one end of the elastic elastic cord is secured to ensure electrical contact between the core and the core, the second end of the cord is attached to the wall of the housing through which the second end of the core is passed without electrical contact with the wall, while the second end of the core and the housing are connected with the inputs of an ohmmeter, and the plate is attached to the free end of the beam with a concavity towards the ventilation air flow.

Изобретательский акт при соединении устройства состоит в преодолении технического противоречия, сущность которого заключается в следующем. При обычном инженерном проектировании, в отличие от изобретательства, для повышения точности измерений обычно прибегают к усложнению устройства, например, использованием резонансных явлений и эффектов, применением помехоустойчивых фильтров, стабилизаторов температуры или напряжения, введением корректирующих сигналов о сильном влияющем параметре и так далее. Но при этом усложняется устройство и снижается его надежность по внезапным отказам. С другой стороны, для повышения надежности путем упрощения прибегают к исключению вспомогательных блоков, к отходу от резонансных явлений, к применению простых схем обработки и так далее, но при этом снижается чувствительность, падает помехоустойчивость и увеличивается погрешность измерений. В предлагаемом устройстве точность повышена при одновременном упрощении устройства и повышении надежности его работы по внезапным отказам. Для преодоления технического противоречия необходимы и достаточны следующие отличительные признаки устройства: тарелка; омметр; упругий эластичный шнур, выполненный в виде жилы из электропроводящей резины, помещенной в изоляционную оболочку из эластичного упругого материала, например резины или латекса; цилиндрический стержень закреплен в корпусе с возможностью свободного вращения вокруг горизонтальной оси; на поверхности цилиндрического стержня закреплен один конец эластичного упругого шнура с обеспечением электрического контакта жилы со стержнем; второй конец шнура прикреплен к стенке корпуса, через которую без электрического контакта со стенкой пропущен второй конец жилы; второй конец жилы и корпус соединены с входами омметра; тарелка прикреплена к свободному концу балки вогнутостью навстречу вентиляционному потоку воздуха. An inventive act when connecting the device consists in overcoming a technical contradiction, the essence of which is as follows. In conventional engineering design, in contrast to invention, in order to increase the accuracy of measurements, they usually resort to complicating the device, for example, using resonance phenomena and effects, using noise-resistant filters, temperature or voltage stabilizers, introducing corrective signals about a strong influencing parameter, and so on. But at the same time, the device becomes more complicated and its reliability in sudden failures decreases. On the other hand, to increase reliability by simplifying, they resort to excluding auxiliary units, moving away from resonance phenomena, using simple processing schemes, and so on, but at the same time sensitivity decreases, noise immunity decreases, and measurement error increases. In the proposed device, the accuracy is improved while simplifying the device and increasing the reliability of its operation in case of sudden failures. To overcome the technical contradiction, the following distinctive features of the device are necessary and sufficient: plate; ohmmeter; elastic elastic cord, made in the form of a core of conductive rubber, placed in an insulating sheath of elastic elastic material, such as rubber or latex; a cylindrical rod is fixed in the housing with the possibility of free rotation around a horizontal axis; one end of an elastic elastic cord is secured to the surface of the cylindrical rod to provide electrical contact between the core and the core; the second end of the cord is attached to the wall of the housing through which the second end of the core is passed through without electrical contact with the wall; the second end of the core and the housing are connected to the inputs of the ohmmeter; the plate is attached to the free end of the beam with a concavity towards the ventilation flow of air.

Совокупность отличительных признаков соответствует критериям "Новизна" и "Существенные отличия", а устройство соответствует изобретательскому уровню. The combination of distinctive features meets the criteria of "Novelty" and "Significant differences", and the device meets the inventive step.

На чертеже показано устройство автоматического контроля скорости шахтной вентиляции. The drawing shows a device for automatically controlling the speed of mine ventilation.

Устройство автоматического контроля скорости шахтной вентиляции содержит размещенный горизонтально в корпусе 1 цилиндрический стержень 2 и жестко связанную со стержнем балку 3, перпендикулярную стержню. A device for automatically controlling the speed of mine ventilation comprises a cylindrical rod 2 arranged horizontally in the housing 1 and a beam 3 rigidly connected to the rod, perpendicular to the rod.

Устройство снабжено тарелкой 4, омметром 5 и упругим эластичным шнуром 6, выполненным в виде жилы 7 из электропроводной резины, помещенной в изоляционную оболочку 8 из эластичного упругого материала, например резины или латекса. Цилиндрический стержень 2 закреплен в корпусе с возможностью свободного вращения вокруг горизонтальной оси 9. На поверхности стержня 2 закреплен один конец эластичного упругого шнура 6 с обеспечением электрического контакта жилы 7 со стержнем 2, например металлической пластиной 10. Второй конец шнура 6 прикреплен к стенке корпуса 1, через которую без электрического контакта со стенкой пропущен второй конец жилы 7. Второй конец жилы 7 и корпус 1 соединены с входами омметра 5. Тарелка 4 прикреплена к свободному концу балки 3 вогнутостью навстречу вентиляционному потоку воздуха. The device is equipped with a plate 4, an ohmmeter 5 and an elastic elastic cord 6, made in the form of a core 7 of conductive rubber, placed in an insulating shell 8 of elastic elastic material, such as rubber or latex. The cylindrical rod 2 is fixed in the housing with the possibility of free rotation around the horizontal axis 9. On the surface of the rod 2 is fixed one end of the elastic elastic cord 6 to ensure electrical contact of the core 7 with the rod 2, for example a metal plate 10. The second end of the cord 6 is attached to the wall of the housing 1 through which the second end of the core 7 is passed without electrical contact with the wall 7. The second end of the core 7 and the housing 1 are connected to the inputs of the ohmmeter 5. The plate 4 is attached to the free end of the beam 3 with a concavity towards The ventilation air flow.

Работа устройства осуществляется следующим образом. The operation of the device is as follows.

При нулевой скорости шахтной вентиляции под действием силы тяжести балки 3 и тарелки 4 балка 3 занимает вертикальное положение (фиг.1, сплошная линия). При этом конец шнура 6 с пластиной 10 находятся в точке А на поверхности цилиндрического стержня 2. At zero speed mine ventilation under the influence of gravity of the beam 3 and the plate 4, the beam 3 occupies a vertical position (figure 1, a solid line). The end of the cord 6 with the plate 10 are at point A on the surface of the cylindrical rod 2.

При отличной от нуля скорости вентиляции v ≠ 0 под действием потока воздуха, направленного в вогнутую часть тарелки 4, на тарелку 4 действует сила, прямо пропорциональная скорости вентиляции. Под действием этой силы тарелка смещается вправо (фиг.1), при этом тарелка 4 и балка 3 занимают показанное на фиг.1 пунктиром положение, цилиндрический стержень 2 поворачивается вокруг оси 9 против часовой стрелки, а первый конец упругого эластичного шнура 6 занимает положение В по фиг.1. Балка 3 под действием потока воздуха поворачивается против часовой стрелки на угол φ . At a non-zero ventilation speed v ≠ 0 under the action of the air flow directed to the concave part of the plate 4, a force acting on the plate 4 is directly proportional to the ventilation speed. Under the action of this force, the plate shifts to the right (Fig. 1), while the plate 4 and the beam 3 occupy the position shown in Fig. 1 with a dashed line, the cylindrical rod 2 rotates around axis 9 counterclockwise, and the first end of the elastic elastic cord 6 occupies position B in figure 1. The beam 3 under the influence of air flow rotates counterclockwise at an angle φ.

При постоянном значении скорости воздуха v = const положение равновесия балки 3 с тарелкой 4 достигается при условии, когда сила потока воздуха на тарелку 4 уравновешивается суммой сил из-за действий сил тяжести балки 3 и тарелки 4 и силы растяжения упругого эластичного шнура 6, которая прямо пропорциональна удлинению шнура. Чем больше скорость вентиляции v, тем на больший угол φ поворачивается против часовой стрелки стержень 2 и тем большим будет удлинение шнура 6, которое в данном устройстве и является мерой скорости вентиляции. With a constant value of air velocity v = const, the equilibrium position of the beam 3 with the plate 4 is achieved provided that the force of air flow on the plate 4 is balanced by the sum of forces due to the action of the gravity of the beam 3 and plate 4 and the tensile force of the elastic elastic cord 6, which is directly proportional to the extension of the cord. The higher the ventilation speed v, the greater the angle φ the rod 2 rotates counterclockwise and the greater the extension of the cord 6, which in this device is a measure of the ventilation speed.

При удлинении шнур 6 работает в пределах упругих деформаций, когда при любых его удлинениях и сокращениях от уменьшения скорости вентиляции объем шнура в любой момент времени остается постоянным. Известно, что сопротивление R любого проводника прямо пропорционально его длине l и обратно пропорционально площади его поперечного сечения S, а также прямо пропорционально удельному сопротивлению проводника ρ и записывается в виде
R = ρ l/S (1) При удлинении шнура вдвое от l до 2l длина его жилы 7 также изменяется от l до 2l. Так как объем жилы, как и объем шнура, остается постоянным, то при увеличении длины жилы от l до 2l ее поперечное сечение уменьшается от S до S/2, а согласно (1) сопротивление жилы увеличивается от R до 4R. В общем случае при увеличении длины жилы 7 от l до nl ее сечение уменьшается от S до S/n и в результате сопротивление жилы увеличивается от R до n²R, то есть увеличивается в n² раз.When elongating, cord 6 operates within elastic deformations, when for any of its elongations and contractions from a decrease in ventilation speed, the volume of the cord at any given time remains constant. It is known that the resistance R of any conductor is directly proportional to its length l and inversely proportional to its cross-sectional area S, and also directly proportional to the specific resistance of the conductor ρ and is written as
R = ρ l / S (1) When the cord is doubled from l to 2l, the length of its core 7 also varies from l to 2l. Since the volume of the core, as well as the volume of the cord, remains constant, with an increase in the length of the core from l to 2l its cross section decreases from S to S / 2, and according to (1), the resistance of the core increases from R to 4R. In the general case, with an increase in the length of the core 7 from l to nl, its cross section decreases from S to S / n, and as a result, the resistance of the core increases from R to n ² R, that is, it increases by a factor of n ² .

Концы жилы 7 соединены с входами омметра 5: первый конец жилы 7 соединен с первым входом омметра 5 через металлическую пластину 10, металлический стержень 2 и металлический корпус 1, а второй конец жилы 7 соединен с вторым входом омметра 5 непосредственно. Поэтому в любой момент времени неподвижный омметр 5 показывает сопротивление жилы 7, которое прямо пропорционально квадрату ее удлинения или, что аналогично, пропорционально квадрату угла поворота стержня 2 против часовой стрелки φ².The ends of the core 7 are connected to the inputs of the ohmmeter 5: the first end of the core 7 is connected to the first input of the ohmmeter 5 through a metal plate 10, the metal rod 2 and the metal housing 1, and the second end of the core 7 is connected directly to the second input of the ohmmeter 5. Therefore, at any time, the fixed ohmmeter 5 shows the resistance of the core 7, which is directly proportional to the square of its extension or, similarly, proportional to the square of the angle of rotation of the rod 2 counterclockwise φ ² .

При уменьшении скорости вентиляции сила воздуха на тарелку 4 падает, а сумма сил тяжести тарелки 4 и балки 3 и сила натяжения шнура 6 становятся большими, чем сила давления воздуха. Поэтому при уменьшении скорости вентиляции стержень 2 поворачивается по часовой стрелке, а при нулевой скорости вентиляции снова балка 3 занимает вертикальное положение (сплошная линия на фиг. 1). При увеличении скорости вентиляции наблюдается противоположная картина: сила давления воздуха на тарелку 4 растет, тарелка смещается вправо по фиг.1, угол поворота стержня 2 увеличивается, шнур 6 удлиняется, составляющие силы тяготения тарелки 4 и балки 3 в направлении влево увеличиваются, сила натяжения шнура также увеличивается и положение равновесия будет снова достигнуто при равенстве силы давления воздуха на тарелку с суммой сил возврата тарелки (от составляющих сил тяжести тарелки и балки влево и силы растяжения шнура 6 вправо). When the ventilation speed decreases, the air force on the plate 4 decreases, and the sum of the gravity of the plate 4 and the beam 3 and the tension force of the cord 6 become larger than the air pressure force. Therefore, with a decrease in the ventilation rate, the rod 2 rotates clockwise, and at a zero ventilation rate, the beam 3 again takes up a vertical position (solid line in Fig. 1). With an increase in the ventilation speed, the opposite picture is observed: the force of air pressure on the plate 4 grows, the plate shifts to the right in FIG. 1, the angle of rotation of the rod 2 increases, the cord 6 lengthens, the components of the gravitational force of the plate 4 and the beam 3 in the left direction increase, the tension force of the cord also increases and the equilibrium position will be achieved again when the pressure force of the air on the plate is equal to the sum of the plate return forces (from the components of the gravity of the plate and beam to the left and the tensile forces of the cord 6 to the right).

Таким образом, в устройстве в любой момент времени омметр будет давать показания сопротивления жилы 7, которые прямо пропорциональны квадрату скорости вентиляции. Известно, что при прочих равных условиях погрешность измерений обратно пропорциональна чувствительности к контролируемому параметру. Поэтому увеличение чувствительности от n до n² приводит к уменьшению погрешности измерения скорости вентиляции ровно в n раз. В этом первое преимущество устройства по сравнению с прототипом.Thus, in the device at any time, the ohmmeter will give resistance indications of the core 7, which are directly proportional to the square of the ventilation speed. It is known that, ceteris paribus, the measurement error is inversely proportional to the sensitivity to the controlled parameter. Therefore, an increase in sensitivity from n to n ² leads to a decrease in the error in measuring the ventilation rate exactly n times. This is the first advantage of the device compared to the prototype.

Второе преимущество устройства по сравнению с прототипом заключается в значительном упрощении: не требуется схемы для сложной обработки сигналов с нескольких тензодатчиков, не требуется приспособлений для обеспечения взаимодействий стержня и балки с тензодатчиками. Кроме того, тензодатчики являются ненадежными элементами прототипа. The second advantage of the device compared to the prototype is a significant simplification: no circuitry is needed for complex signal processing from several load cells, no devices are needed to ensure the interaction of the rod and beam with the load cells. In addition, load cells are unreliable elements of the prototype.

Третье преимущество устройства по сравнению с прототипом заключается в расширении функциональных возможностей путем измерений малых скоростей потоков воздуха шахтной вентиляции. Это преимущество обеспечивается тарелкой 4, балкой 3, свободно вращающимся на оси 9 стержнем 1 и шнуром 6 с жилой 7. The third advantage of the device compared to the prototype is to expand the functionality by measuring low air flow rates of mine ventilation. This advantage is provided by plate 4, beam 3, rod 1 freely rotating on axis 9, and cord 6 with core 7.

Claims

MINE VENTILATION AUTOMATIC SPEED CONTROL DEVICE, comprising a cylindrical rod placed horizontally in the body and rigidly connected to the rod by a beam perpendicular to the rod, characterized in that it is equipped with a plate, an ohmmeter and an elastic elastic cord made in the form of a core of an electrically conductive rubber, from an elastic elastic material, for example, from rubber or latex, and the cylindrical rod is made conductive and fixed in the housing with the possibility of freedom rotation around the horizontal axis, and on the surface of the cylindrical rod, the first end of the elastic elastic cord is secured to provide electrical contact between the core and the core, the second end of the cord is attached to the wall of the housing through which the second end of the cord is passed without electrical contact with the wall, while the second end the cores of the cord and the body are connected to the inputs of the ohmmeter, and the plate is attached to the free end of the beam with a concavity towards the ventilation air flow.