СПОСОБ ВЗВЕШИВАНИЯ ПОЛЕЗНОГО ГРУЗА В ПОДЪЕМНОМ СОСУДЕ ВО ВРЕМЯ ДВИЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК B66B5/12 

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

Известен способ контроля натяжения канатов шахтных подъемных установок, в котором измеряют натяжение канатов при двух положениях подъемного сосуда в стволе шахты и определяют фактические отклонения радиусов эффективных окружностей навивки канатов, измеряют натяжения канатов при крайнем нижнем и контрольном положениях подъемного сосуда и определяют отклонение радиусов эффективных окружностей навивки канатов.

Недостатком известного способа является необходимость вычислений радиусов навивки канатов и их максимально допустимых отклонений, а также необходимость в проведении достаточно сложных работ по проточке желобков футеровки барабана и укорачиванию канатов в случае превышения допустимых значений радиусов эффективных окружностей навивки накатов и отклонений их первоначальных длин.

Кроме того, этот известный способ не позволяет определить массу "нетто" полезного груза, находящуюся в подъемном сосуде.

Цель изобретения - повышение точности и упрощение взвешивания полезного груза в подъемном сосуде во время его движения в шахтном стволе.

Эта цель достигается тем, что согласно способу взвешивания полезного груза в подъемном сосуде при движении подъемной машины, основанного на появлении деформации подъемных канатов под действием их концевых нагрузок и связанного с этим изменением длины и поперечного сечения канатов, и изменения по этой причине сопротивления подъемных канатов электрическому току, задают величины сопротивления, пропорциональные положениям порожнего и груженого сосудов, измеряют сопротивления канатов порожнего и груженого сосудов, складывают соответствующие величины заданных и текущих сопротивлений, сравнивают суммы этих сопротивлений и по результатам сравнения судят о массе полезного груза в груженом сосуде.

Поставленная цель достигается также и тем, что в устройство для осуществления способа взвешивания полезного груза в подъемном сосуде при движении подъемной машины, включающее упругие элементы и измерительную аппаратуру, содержащую индикаторы нулевого типа и мостовую схему с источником питания, включенным в одну диагональ и потенциометрами, оно дополнительно содержит подъемные сосуды, закрепленные на подъемных канатах, служащих упругими элементами, скользящие по ним контакты и токопроводящие шины, переменные резисторы потенциометров, представляющие собой первое и второе плечи мостовой схемы, размещены вдоль ствола шахты на противоположных его бортах, верхние концы которых не замкнуты в узел и расположены выше крайнего верхнего положения подъемных сосудов, величина сопротивления переменных резисторов равна по величине сопротивлению каната подъемного сосуда при нахождении последнего в крайнем нижнем положении "на вису", токосъемники потенциометров имеют прочный электрический контакт с подъемными канатами ближе к месту крепления их к подъемным сосудам, а скользящие по канатам контакты размещены выше крайнего верхнего положения сосудов и соединены в узел, и через измерительную аппаратуру с индикатором подключены к общей точке балластных сопротивлений, представляющих собой третье и четвертое плечи мостовой схемы и является ее второй диагональю, при этом переменные резисторы потенциометров к мостовой схеме подключены при помощи токопроводящих шин.

Сущность способа заключается в следующем.

Если подъемный канат нагрузить какой-либо силой N, то он будет испытывать удлинение Δ l по формуле
Δl = , (1) где N - сила, растягивающая канат;
l - длина каната, например, от направляющего шкива до подъемного сосуда;
Е - модуль Юнга;
S - поперечное сечение каната.

Сопротивление канатов электрическому току зависит от их геометрических размеров, изменяющихся под действием сил в виде концевых нагрузок, по формулам (2) и (3). R_n= , (2) R_гр.= , (3) где R_п, R_гр. - сопротивление канатов порожнего и груженного сосудов, соответственно;
l_п, l_гр. - длина канатов порожнего и груженого сосудов соответственно;
S_п, S_гр. - поперечное сечение канатов порожнего и груженого сосудов;
ρ - удельное сопротивление материала, из которого сделаны канаты (например, сталь).

Сущность устройства состоит в том, что измерение сопротивлений канатов порожнего и груженого сосудов осуществляется при помощи т. наз. измерительного моста сопротивлений, имеющего четыре плеча сопротивлений и две диагонали, при этом два плеча образованы сопротивлениями канатов порожнего и груженого сосудов с последовательно соединенными резисторами, размещенными вдоль по стволу на противоположных его бортах, а два других плеча - двумя балластными сопротивлениями причем на одну диагональ подается напряжение источника электрического тока, а с другой диагонали снимается выходной сигнал в виде напряжения, пропорционального разности сопротивлений канатов порожнего и груженого сосудов, соответствующих концевым нагрузкам, а следовательно, и массе груза в груженом сосуде.

Сущность другого известного устройства для электромеханического взвешивания грузов, поступающих в контейнер для приема материала, принятого за прототип, такова, что оно производит взвешивание с применением грузонесущей опоры для каждого контейнера и содержит эластичные элементы и измерительную аппаратуру, содержащую индикаторы нулевого типа и мостовую схему с источником питания, включенным в одну диагональ, и потенциометры.

Однако применение в нем эластичного элемента в виде колесной оси и электрических тензодатчиков, наклеиваемых на нее, помимо необходимости постоянного контроля нуля резистивного моста, требует достаточно сложной измерительной аппаратуры, а сами тензодатчики в таком режиме работы недостаточно надежны, так как требуют изоляции от внешней среды и при повреждении не восстанавливаются. Есть смысл в качестве упругого элемента использовать сам канат, который в этом плане более надежный.

Кроме того, появляется возможность отказаться от постоянного контроля "нуля" резистивного моста, так как в случае равномерной вытяжки канатов такой контроль не нужен, а неравномерная вытяжка, хотя бы одного каната, по технологии, должна немедленно устраняться. Это позволяет упростить взвешивание полезного груза, причем сделать это не в статическом положении, а при движении подъемной машины.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема измерительного моста сопротивлений, применительно к шахтной подъемной установке; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема устройства, реализующая способ взвешивания полезного груза в подъемном сосуде во время работы подъемной машины.

Схема измерительного моста (фиг. 1) содержит два балластных сопротивления R₁ и R₂, образующих два плеча моста, сопротивление каната порожнего сосуда в процессе его перемещения, вызванное только весом каната R_п (на фиг. 1 условно показано сосредоточенным в величине R_п), сопротивление каната груженого каната в аналогичных условиях, вызванное также только весом каната, (также условно сосредоточено в R_гр.), переменные резисторы R₃ и R₄, размещенные вдоль по стволу на противоположных его бортах, на нижние концы которых подано посредством токоподводящих шин напряжение источника электрического тока, а верхние концы, находящиеся, по крайней мере, выше максимального уровня подъема сосудов, свободны, подвижные контакты (токосъемники) которых имеют прочный электрический контакт с подъемными канатами ближе к месту крепления их с подъемными сосудами.

Переменные резисторы R₃ и R₄ выбираются таким образом, чтобы их сопротивления были равными сопротивлениям канатов порожних сосудов при крайнем нижнем их положении на вису без нагрузки (сосуды поставлены на кулаки), тогда их величины сопротивлений могут быть представлены формулами (4) и (5): R₃ = R_ac + R_cb, (4) R₄ = R_df + R_fe, (5) где R_ac - часть сопротивления переменного резистора R₃ между токосъемником каната порожнего сосуда (точка с) и свободным концом (точка а);
R_cb - часть сопротивления переменного резистора R₃ между токосъемником каната порожнего сосуда (точка с) и другим его концом, находящимся в нижней части ствола (точка b);
R_df - часть сопротивления переменного резистора R₄ между токосъемником каната груженного сосуда (точка f) и свободным его концом (точка d);
R_fe - часть сопротивления переменного резистора R₄ между токосъемником каната груженого сосуда (точка f) и другим его конусом, находящимся в нижней части ствола (точка е).

Таким образом, измерительный мост сопротивлений, состоящий из описанных плечей, находится в равновесии, если выполняется следующее равенство (6):
(R_cb + R_п) R₂ = = (R_fe + R_гр.) ˙ R₁ (6)
В соответствии с предлагаемым "Способом взвешивания. . . " должны соблюдаться следующие условия (7) и (8): R_сb + R_п = R₃ = R₄, (7) R_ac = R_fe (8) где R₃, R₄ - сопротивления канатов порожних сосудов при нахождении их в крайнем нижнем положении "на вису".

Следовательно, сопротивление первого плеча (R_сb + R_п) будет отличаться от сопротивления второго плеча (R_fe + R_гр. ) только на величину, пропорциональную массе полезного груза в груженом сосуде, вследствие чего на выходе диагонали моста СД появится напряжение, пропорциональное только массе полезного груза в груженом сосуде.

При втором цикле подъема, когда сосуды поменяются, порожний станет груженым и наоборот, на выходе диагонали моста СД напряжение поменяет полярность на противоположную (если в качестве источника питания моста - источник постоянного тока), следовательно, измерительный прибор PV, включенный в нее, должен быть с нулем посередине. Если источник электрического тока измерительного моста принят в виде генератора переменного тока, то измерительный прибор PV может иметь обычную шкалу (ноль - слева), в этом случае взвешивание произойдет, но без адреса, какой сосуд загружен.

Устройство, реализующее предлагаемый способ (см. фиг. 2), содержит ствол 1 шахтной подъемной установки, привод 2 подъемной машины, подъемные канаты 3 и 4, копровые шкивы 5 и 6, подъемные сосуды 7 и 8, токоподводящие шины 9 и 10, одни концы которых соединены с источником электрического тока, а другие - с нижними концами переменных резисторов R₃ и R₄, размещенных вдоль по стволу, на противоположных его бортах, токосъемники 11 и 12, имеющие прочный электрический контакт с подъемными канатами 3 и 4, ближе к месту крепления их с подъемными сосудами 7 и 8, скользящие по канатам контакты 13 и 14, собранные в один узел Д, балластные сопротивления R₁ и R₂, одни концы которых собраны в другой узел С выходной диагонали СД измерительного моста, а токоподводящие шины 9 и 10 электрически соединены с другими концами балластных сопротивлений R₁ и R₂ таким образом, что образуют другую диагональ моста ВЕ, к которой подключен источник электрического тока, причем выход диагонали СД электрически соединен с измерительным прибором PV или исполнительным реле.

Устройство работает следующим образом.

При перемещении подъемных сосудов, например, 7 - вниз (сосуд порожний), а 8 - вверх (сосуд груженый), сопротивление R_п (фиг. 1) каната 3 порожнего сосуда увеличивается, а сопротивление R_гр каната 4 груженого сосуда уменьшается за счет того, что канат 3 сматывается с барабана подъемной машины, а канат 4 наматывается на него.

Поскольку переменные резисторы R₃ и R₄ выбираются из условия, когда порожний сосуд (7 - в нашем случае) находится в нижней части ствола "на вису", т. е. учитывается полная концевая нагрузка порожнего сосуда, то, будучи включенные в противоположные плечи измерительного моста сопротивлений, оказывается, что сопротивление каната R_п порожнего сосуда 7 и часть переменного резистора R₃(R_bc), отличаются от сопротивления каната R_гр. груженого сосуда 8 и части переменного резистора R₄(R_ef) только на величину, зависящую от полезного груза в сосуде 8, а использование токосъемников 11 и 12 переменных резисторов R₃и R₄ и скользящих по канатам контактов 13 и 14 позволяет осуществить это во время работы подъемной машины. В соответствии с формулой (6), с выходной диагонали СД измерительного моста сопротивлений снимается напряжение, пропорциональное полезному грузу в подъемном сосуде 8, на которое включен измерительный прибор PV (например, милливольтметр).

Кроме того, устройство позволяет выявить зависший в стволе подъемный сосуд (например, 7), так как измерительный мост воспримет это как резкое увеличение концевой нагрузки каната груженого сосуда 8, вследствие чего на выходе диагонали СД моста сопротивлений появится значительно большее, чем при нормальной работе, напряжение. В этом случае достаточно включить параллельно измерительному прибору PV какой-либо пороговый элемент, например нейтральное электромагнитное реле, чтобы зафиксировать зависание подъемного сосуда 7 и предотвратить последующий за этим напуск каната 3. (56) Авторское свидетельство С ССР N 1066929, кл. В 66 В 5/12, 1982.

Патент Великобритании N 1290342, кл. G 01 G 3/00, 1969.

Способ взвешивания полезного груза во время движения, основанный на измерении электрического сопротивления подъемных канатов, изменяющегося в зависимости от деформации, вызванной концевыми нагрузками, при этом задают величины сопротивления, пропорциональные положениям порожнего и груженого сосудов, измеряют сопротивления канатов порожнего и груженого сосудов, складывают соответствующие величины заданных и текущих сопротивлений, сравнивают аримы этих сопротивлений и по результатам сравнения судят о массе полезного груза. Устройство, включающее упругие элементы и измерительную аппаратуру, содержащую индикаторы нулевого типа и мостовую схему с источником питания, включенный в одну диагональ и потенциометрами, подъемные сосуды, закрепленные на подъемных канатах, служащих упругими элементами, токопроводящие шины, переменные резисторы потенциометров, представляющие собой первое и второе плечи мостовой схемы, размещены вдоль скважины на противоположных ее торцах, верхние концы которых не замкнуты в узел и расположены выше крайнего верхнего положения, подъемных сосудов, величина сопротивления переменных резисторов равна по величине сопротивлению каната, подъемного сосуда при нахождении последнего в крайнем нижнем положении "на вису", токосъемники потенциометров имеют прочный электрический контакт с подъемными канатами ближе к месту крепления их к подъемным сосудам, а скользящие по канатам контакты размещены выше краейнего положения, соединены в узел и через измерительную аппаратуру с индикатором подключены к общей точке балластных сопротивлений, представляющих собой третье и четвертое плечи мостовой схемы, и являются ее второй диагональю, при этом переменные резисторы потенциометров к мостовой схеме подключены с помощью токопроводящих шин. 2 с. и. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ взвешивания полезного груза в подъемном сосуде во время движения, основанный на измерении электрического сопротивления подъемных канатов, изменяющегося в зависимости от деформации, вызванной концевыми нагрузками, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения взвешивания полезного груза в подъемном сосуде во время движения в шахтном стволе, задают величины сопротивления, пропорциональные положениям порожнего и груженого сосудов, измеряют сопротивление канатов порожнего и груженого сосудов, складывают соответствующие величины заданных и текущих сопротивлений, сравнивают суммы этих сопротивлений и по результатам сравнения судят о массе полезного груза в груженом сосуде. 2. Устройство для взвешивания полезного груза в подъемном сосуде во время движения, включающее упругие элементы и измерительную аппаратуру, содержащую индикаторы нулевого типа и мостовую схему с источником питания, включенным в одну диагональ и потенциометрами, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и упрощения взвешивания полезного груза в подъемном сосуде во время движения в шахтном стволе, оно содержит подъемные сосуды, закрепленные на подъемных канатах, служащих упругими элементами, скользящие по ним контакты и токопроводящие шины, переменные резисторы потенциометров, представляющие собой первое и второе плечи мостовой схемы, размещены вдоль скважины на противоположных ее бортах, верхние концы которых не замкнуты в узел и расположены выше крайнего верхнего положения подъемных сосудов, величина сопротивления переменных резисторов равна по величине сопротивлению каната подъемного сосуда при нахождении последнего в крайнем нижнем положении "на вису", токосъемники потенциометров имеют прочный электрический контакт с подъемными канатами ближе к месту крепления их к подъемным сосудам, а скользящие по канатам контакты размещены выше крайнего верхнего положения, соединены в узел и через измерительную аппаратуру с индикатором подключены к общей точке балластных сопротивлений, представляющих собой третье и четвертое плечи мостовой схемы, и являются ее второй диагональю, при этом переменные резисторы потенциометров к мостовой схеме подключены при помощи токопроводящих шин. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что токопроводящие шины выполнены в виде одножильного изолированного кабеля, размещенного на изоляторах по бортам вглубь шахтного ствола.