Способ взвешивания полезного груза в подъемном сосуде и устройство для его осуществления

 

Изобретение предназначено для шахтных и рудничных подъемных установок и для использования в угольной и горнорудной промышленности. Задача изобретения - повышение точности взвешивания и расширения области применения. Для этого измеряют нагрузки на подшипниках обоих направляющих шкивов подъемной установки при нахождении подъемных сосудов в середине ствола, сравнивают их и по результату сравнения судят о массе полезного груза в подъемном сосуде. Устройство дополнительно содержит второй магнитоупругий датчик силы, размещенный под подшипником второго копрового шкива, переключатели горизонтов, два балластных резистора и запоминающее устройство, при этом два балластных резистора и две катушки магнитоупругих датчиков образуют мост сопротивления так, что катушки включены в противоположные плечи моста, входная диагональ которого подключена к источнику переменного тока, а к выходной диагонали - запоминающий блок, подключаемый к ней посредством своей пары герконов, размещенных на одном уровне, но на противоположных бортах ствола. Выбор пары герконов соответствующего горизонта производится своим двухполюсным переключателем горизонтов, при этом каждая пара герконов включена параллельно. Изобретение позволяет повысить точность взвешивания и расширить область применения. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к шахтным и рудничным подъемным установкам и может быть использовано в угольной и горнорудной промышленности.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению, в части способа способ взвешивания полезного груза в подъемном сосуде на ходу подъемной машины и устройство для его осуществления, в котором натяжение тяговых канатов шахтной подъемной установки определяют по их сопротивлению электрическому току, и по их разности судят о массе полезного груза в груженном сосуде (RU, патент, 2009096, B 66 B 5/12, 1994) /I/.

Однако в процессе работы тяговые канаты способны к остаточному удлинению, а также изменить свою линейную плотность, вследствие чего для поддержания заданной точности измерения, необходимо следить за так называемым "дрейфом нуля", т.е. возможно снижение точности измерения. К тому же, данный способ усложняет процесс взвешивания.

Устройство для взвешивания полезного груза в подъемном сосуде по источнику /1/, содержит индикатор нулевого типа, два балластных и два переменных резистора в виде тяговых канатов порожнего и груженного подъемных сосудов, образующих все вместе электрический мост сопротивлении Однако в связи с тем, что вытяжка тяговых канатов по причине либо несимметричной их нагрузки от цикла к циклу, либо по причине асимметрии канатов при их изготовлении (технологический разброс параметров), их сопротивление электрическому току может оказаться далеко не идентичным, вследствие чего снижается точность измерения, для повышения которой необходимо периодически корректировать "дрейф нуля" в выходной диагонали указанного моста сопротивлений. Данное устройство является наиболее близким к изобретению в части устройства.

Задача изобретения - повышение точности взвешивания и расширение области применения.

Поставленная задача по первому объекту решается тем, что в способ взвешивания полезного груза в подъемном сосуде, включающем измерение параметров, характеризующих состояние элементов подъемной установки их сравнение и определение массы полезного сравнения, измеряют нагрузки на подшипниках обоих направляющих шкивов подъемной установки при нахождении подъемных сосудов в середине шахтного ствола, по результату сравнения которых судят о массе полезного груза.

Сущность способа заключается в следующем.

Вся трудность взвешивания полезного груза в подъемном сосуде шахтного двухконцевого канатного подъема заключается в том, что в процессе работы один тяговый канат (порожнего сосуда) сматывается, а другой - груженного сосуда - наматывается на барабан подъемной машины. Поскольку тяговые канаты сами обладают определенной массой, то они способны вносить существенные погрешности при измерении концевой нагрузки, достигающие при большой глубине ствола шахты 15 - 20%.

Поэтому необходимо устранить влияние массы тяговых канатов на их концевые нагрузки. Этого можно добиться, если измерить последние в таком месте шахтного вертикального ствола, где массы тяговых канатов равны друг другу. А это - половина длины всего тягового каната от прицепного элемента, при его загрузке в самой нижней части ствола, до точки схода его с направляющего копрового шкива.

Другими словами, это место находится, по крайней мере выше половины глубины шахтного ствола, причем при работе с разных горизонтов, это место также приподнимается ровно на половину высоты горизонта. Достаточно в этом месте измерить концевые нагрузки на канаты в районе копровых шкивов, сравнить их, чтобы сделать вывод о массе полезного груза в подъемном сосуде.

Поставленная задача по второму объекту решается тем, что устройство для взвешивания полезного груза в подъемном сосуде, содержащее измерительные элементы, размещенные вдоль шахтного ствола на двух противоположных его бортах, мостовую схему с включенным в ее входную диагональ источником переменного тока, токопроводящие шины и привод подъемной машины, снабжено двумя прикрепленными к подъемным канатам прицепным элементам с управляющими магнитами, двумя магнитоупругими датчиками силы, размещенными под подшипниками двух копровых шкивов, n/2 двухполюсными переключателями горизонтов, двумя балластными резисторами и дополняющим блоком, в качестве измерительных элементов, размещенных вдоль шахтного ствола, устройство содержит n герконов, установленных по одному на борт на одном уровне, при этом два балластных резистора и две катушки магнитоупругих датчиков включены в мостовую схему, выходная диагональ которой подключена к первой и второй шинам, к которым посредством двухполюсных переключателей попарно-параллельно подключены одни выводы герконов одного уровня противоположных бортов шахтного ствола, вторые выводи всех герконов одного борта собраны в третью шину, а вторые выводы всех герконов другого борта в четверную шину и подключены к запоминающему блоку, причем в первую шину собраны первые выводы первого балластного резистора и катушки индуктивности первого магнитоупругого датчика силы, а во вторую шину собраны первые выводы второго балластного резистора и катушки индуктивности второго магнитоупругого датчика силы, вторые выводы балластных резисторов и катушек индуктивности образуют входную диагональ моста, при этом место установки пары герконов в шахтном стволе определяют по формуле где h_г - глубина установки герконов в ствол (от дневной поверхности); H_к - высота копра (от уровня верхней приемной площадки до точки схода каната с направляющего шкива); h_ш - глубина ствола шахты; h_iг - высота i-го горизонта, при этом самый нижний горизонт имеет индекс i = 0.

Сущность устройства заключается в следующем. Необходимо измерить и сравнить обе концевые нагрузки шахтной подъемной установки, но так, чтобы усилия на копровые шкивы от веса тяговых канатов не влияли на точность измерения. Это влияние можно устранить тем, что измерение произвести мостовой электрической схемой в середине шахтного ствола, а магнитоупругие датчики силы разнести в два противоположные плеча электрического моста сопротивлений, два других плеча которого представлены балластными, например, активными резисторами.

Известно, что при изменении сжимающих усилий на магнитоупругий датчик изменяется его магнитная проницаемость, как следствие этого - индуктивность и индуктивное сопротивление. При этом, подключив напряжение переменного тока в одну диагональ, напряжение на выходной диагонали будет пропорционально разности концевых нагрузок, которая и есть не что иное, как полезная нагрузка в груженном сосуде (так как усилия от веса тяговых канатов равны). Следовательно, напряжение с выходной диагонали необходимо измерить в точке шахтного ствола, приходящейся на половину всей длины тягового каната подъемного сосуда от точки схода каната с направляющего шкива на копре до точки закрепления его на сосуде, находящемся в самом нижнем месте ствола при загрузке сосуда. В средней точке ствола следует разместить по геркону на противоположных его бортах, которые замыкаются управляющими магнитами, размещенных на подъемных сосудах по одному.

Замкнутые герконы, дают информацию о полезном грузе. Однако теперь необходимо эту информацию сохранить, т.к. герконы в следующий момент разомкнутся, потому что подъемные сосуды с управляющими магнитами уйдут в разные стороны. Предлагается использовать для этого любые запоминающие устройства, которые бы к тому же были способны и накапливать эту информацию (например, за час работы, за смену, за сутки и т.д.). Самое элементарное запоминающее и записывающее устройство - магнитофон, записывающая головка которого подключена на выход герконов, а запоминание - магнитная лента, с которой эту информацию можно считывать в любой момент времени.

В связи с тем, что число горизонтов, с которых производится подъем полезного ископаемого, может быть больше одного, следует предусмотреть переключатели горизонтов, тогда, соответственно, увеличивается вдвое и число герконов, размещенных на бортах шахтного ствола.

На фиг. 1 представлена схема размещения оборудования устройства в шахтном стволе.

На фиг. 2 - принципиальная электрическая схема устройства.

Устройство содержит привод 1 шахтной подъемной машины, подъемные сосуды 2 и 3 с закрепленными за них тяговыми канатами 4 и 5, перекинутые через копровые шкивы 6 и 7, оси которых через подшипники 8 и 9 опираются на магнитоупругие датчики силы 10 и 11. На каждом подъемном сосуде, по одному, размещены управляющие магниты 12, 13. В верхней половине ствола, на двух противоположных его бортах, размещены попарно герконы Г1 и Г1', Г2 и Г2', .. . , ГП и ГП'.

Место установки пары герконов в стволе определяется из следующего равенства: где h_г - глубина установки герконов в стволе (от дневной поверхности);
H_к - высота копра (от уровня верхней приемной площадки до точки схода каната с направляющего шкива);
h_ш - глубина ствола шахты;
h_iг - высота i-го горизонта, при этом самый нижний горизонт имеет индекс i=0.

Измерительная часть устройства (фиг. 2) содержит два балластных активных резистора R₁ и R₂ и два индуктивных сопротивления X_L1 и X_L2 магнитоупругих датчиков силы 10 и 11, образующих мостовую измерительную схему. На входную диагональ подается напряжение И переменного тока, а выходная диагональ подключена на первую Ш1 и вторую Ш2 шины, к которым параллельно и попарно подключены первыми контактами герконы Г1 и Г1', Г2 и Г2', Г3 и Г3', и т.д. с помощью своих двухполюсных переключателей горизонтов ПГ1, ПГ2 и т.д. Вторые контакты всех герконов одного борта шахтного ствола собраны в третью шину Ш3, а всех герконов противоположного борта - в четвертую шину Ш4, которые служат для подключения к ним запоминающего блока 36.

Устройство работает следующим образом.

Как уже отмечалось, при нахождении подъемных сосудов 2 и 3 в середине ствола, индуктивное сопротивление датчика 10 от груженного подъемного сосуда X_L1 будет меньше, чем индуктивное сопротивление датчика 11 от порожнего подъемного сосуда - X_L2 на величину, пропорциональную полезному грузу в сосуде 2. Влияние веса канатов 4 и 5 будет взаимно компенсировано, т.к. сопротивление и размещение в противоположных плечах мостовой измерительной схемы. Пусть подъем сосудов производится с нижнего горизонта, т.е. включен переключатель горизонтов ПГ1, подключающих именно герконы в середине ствола Г1 и Г1 выходное напряжение с мостовой измерительной схемы через шины Ш3 и Ш4 будет подано на запоминающий блок 36.

Если подъем полезного ископаемого производится с вышележащего горизонта (это обычно - 50 м), то и герконы Г2 и Г2 следует разместить в стволе выше первой пары (Г1 и Г1) на 25 м, и т.д. Таким образом, с какого горизонта производится подъем полезного ископаемого, тот переключатель герконов и включен. С нижнего первого горизонта - ПГ1, со второго горизонта - ПГ2 и т. д.

Устройство, вследствие размещения датчиков силы в противоположных плечах моста сопротивлений, повышает точность взвешивания, что характерно вообще для всех мостовых измерительных схем, а применение переключателей горизонтов с соответствующим размещением своих герконов по бортам ствола, в принципе, не ограничивает применение устройства при любом числе работающих горизонтов и любом типе подъемных сосудов (клеть, скип, бадья).

Формула изобретения

1. Способ взвешивания полезного груза в подъемном сосуде, включающий измерение параметров, характеризующих состояние элементов подъемной установки, их сравнение и определение массы полезного груза в подъемной сосуде по результату сравнения, отличающийся тем, что измеряют нагрузки на подшипниках обоих направляющих шкивов подъемной установки при нахождении подъемных сосудов в середине шахтного ствола, по результату сравнения которых судят о массе полезного груза.

2. Устройство для взвешивания полезного груза в подъемном сосуде, содержащее измерительные элементы, размещенные вдоль шахтного ствола на двух противоположных его бортах, мостовую схему с включенным в ее входную диагональ источником переменного тока, токопроводящие шины и привод подъемной машины, отличающееся тем, что оно снабжено двумя прикрепленными к подъемным канатам прицепными элементами с управляющими магнитами, двумя магнитоупругими датчиками силы, размещенными под подшипниками двух копровых шкивов, n/2 двухполюсными переключателями горизонтов, двумя балластными резисторами и запоминающим блоком, в качестве измерительных элементов, размещенных вдоль шахтного ствола, устройство содержит n герконов, установленных по одному на борт на одном уровне, при этом два балластных резистора и две катушки магнитоупругих датчиков включены в мостовую схему, выходная диагональ которой подключена к первой и второй шинам, к которым посредством двухполюсных переключателей попарно-параллельной подключены одни выводы герконов одного уровня противоположных бортов шахтного ствола, вторые выводы всех герконов одного борта, собраны в третью шину, а вторые выводы всех герконов другого борта - в четвертую шину и подключены к запоминающему блоку, причем в первую шину собраны первые выводы первого балластного резистора и катушки индуктивности первого магнитоупругого датчика силы, а во вторую шину собраны первые выводы второго балластного резистора и катушки индуктивности второго магнитоупругого датчика силы, вторые выводы балластных резисторов и катушек индуктивности образуют входную диагональ моста, а место установки пары герконов в шахтном стволе определяют по формуле
h_г = H_к + (h_ш - h_iг)/2,
где h_г - глубина установки герконов в стволе (от дневной поверхности);
H_к - высота копра (от уровня верхней приемной площадки до точки схода каната с направляющего шкива);
h_ш - глубина ствола шахты;
h_iг - высота i-го горизонта, при этом самый нижний горизонт имеет индекс i = 0.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2