СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ЖЕЛЕЗОРУДНОГО МАТЕРИАЛА В КОВШЕ ГОРНОГО ПОГРУЗОЧНОГО СРЕДСТВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК E02F7/04 E21C39/00 

Группа изобретений относится к измерительной технике и может быть использована для оценки качества железорудного материала при добыче с помощью горных погрузочных средств, преимущественно экскаваторов и фронтальных погрузчиков.

В технологическом процессе горного производства, особенно на его начальном этапе добычи и доставки железорудного материала на горно-обогатительные фабрики важным является оценка качества добываемого и транспортируемого материала с точностью, обеспечивающей отнесение материала к руде или породе.

Известны различные технические решения в данной области.

Способ контроля качественных и количественных параметров железорудного материала в кузове транспортного средства, по патенту RU 2064664 C1, МПК G01F 17/00, опубл. 27.07.1996, включает определение кажущейся магнитной восприимчивости путем измерения текущих значений двух индукционных зондов с различными геометрическими факторами и их отношения и отнесение по этим данным транспортируемого материала к тому или иному качеству.

Известно устройство для измерения магнитной восприимчивости движущегося железорудного материала по а.с. SU 1505205 A1, МПК G01R 33/12, опубл. 27.04.2000, которое реализует способ измерения указанного параметра путем измерения текущих значений двух индукционных зондов и их отношения. Устройство позволяет с высокой степенью точности определить магнитную восприимчивость железорудного материала, так как фиксирует указанный параметр в точке максимальной чувствительности зондового устройства и автоматически поддерживает зондовое устройство на оптимальном расстоянии от поверхности железорудного материала.

Известные способ по патенту RU 2064664 и устройство по а.с. SU 1505205 могут быть осуществлены только на стационарных установках и не обеспечивают оценку качества железорудного материала в процессе работы горного погрузочного средства.

Известны способ определения содержания железа в оперативных пробах рудного материала и устройство для его осуществления по патенту RU 2165059 C2, МПК G01R 33/12, G01N 27/72, опубл. 10.04.2001, которые приняты в качестве прототипа для заявляемого способа и устройства соответственно.

Согласно способу по патенту RU 2165059 каждую пробу рудного материала помещают в измерительную зону индуктивного или индукционного датчика и определяют сигнал E на выходе датчика. Затем каждую пробу взвешивают и определяют массу M пробы. Далее делят значение сигнала E на значение массы M, то есть определяют параметр, по которому с учетом предварительно полученной градуировочной характеристики, называемой линией регрессии, судят о содержании железа в рудном материале оперативной пробы.

Устройство для осуществления способа RU 2165059 содержит индукционный датчик с намагничивающей, компенсационной и приемными катушками, генератор, выход которого подключен к согласно-последовательно соединенным намагничивающей и компенсационной катушкам индукционного датчика, последовательно соединенные вычислительное и регистрирующее устройства.

Известные способ и устройство по патенту RU 2165059 обеспечивают повышенную точность определения содержания железа в рудной пробе, однако предназначены для лабораторных исследований и не могут быть использованы в процессе работы горного погрузочного средства.

В основу настоящей группы изобретений положена задача создать способ и устройство контроля качества железорудного материала в ковше горного погрузочного средства, которые позволили бы повысить эффективность работы горного погрузочного средства за счет оценки качества железорудного материала непосредственно в ковше погрузочного средства с точностью, обеспечивающей отнесение материала к руде или породе.

Указанная задача решается тем, что в способе контроля качества железорудного материала в ковше горного погрузочного средства, основанном на измерении магнитной восприимчивости железорудного материала и отнесении по измеренным данным материала к тому или иному качеству, согласно изобретению формируют в стенке ковша отверстие, которое с внутренней стороны ковша закрывают заглушкой из немагнитного материала, создают в зоне образовавшейся полости магнитное поле с помощью расположенного в центральной части полости постоянного магнита с осевой намагниченностью, устанавливают в плоскости, перпендикулярной оси магнита и проходящей через его центр, по меньшей мере два магнитометра симметрично относительно магнита, с ориентированными встречно измерительными осями, при наполнении ковша материалом измеряют составляющие вектора напряженности магнитного поля по измерительным осям магнитометров, считывают показания магнитометров, формируют суммарный сигнал, который передают по каналу связи на расположенное в кабине горного погрузочного средства и/или в пункте контроля приемное устройство, в котором, с учетом предварительно полученной таблицы соответствия показаний магнитометров и процентного содержания железа, определяют содержании железа в материале, находящемся в ковше.

Указанная задача в способе решается также тем, что

постоянное магнитное поле создают с помощью неодимового магнита с магнитной индукцией от 1 до 1,4 Тл;

в качестве магнитометров применены цифровые магнитометры;

показания магнитометров считывают дискретно;

передачу данных по радиоканалу осуществляют, если новое измеренное значение показаний магнитометров превышает предыдущее на заданную величину;

канал связи выполнен проводным и/или беспроводным.

Указанная задача в устройстве решается тем, что устройство контроля качества железорудного материала в ковше горного погрузочного средства, включающее последовательно соединенные вычислительный блок и регистрирующее устройство, согласно изобретению содержит заглушку из немагнитного материала, закрывающую отверстие в стенке ковша с его внутренней стороны, постоянный магнит с осевой намагниченностью, который расположен в центральной части полости, по меньшей мере два цифровых магнитометра, установленных симметрично относительно магнита, в плоскости, перпендикулярной оси магнита и проходящей через его центр, при этом измерительные оси магнитометров ориентированы встречно, выходы магнитометров соединены с раздельными входами микроконтроллера, выход которого соединен с входом блока передачи данных, связанного по проводному и/или беспроводному каналу связи с расположенным в кабине горного погрузочного средства и/или в пункте контроля приемным устройством, содержащим блок приема данных, выход которого соединен с последовательно соединенными вычислительным блоком и регистрирующим устройством.

Указанная задача в устройстве решается также тем, что:

заглушка выполнена из марганцовистой стали;

в качестве магнита применен неодимовый магнит с магнитной индукцией от 1 до 1,4 Тл;

в качестве магнитометров применены цифровые магнитометры;

магнитометры установлены с возможностью юстировки;

вычислительный блок выполнен на основе микроконтроллера;

микроконтроллер и блок передачи данных установлены в полости;

блок передачи данных содержит выходной разъем проводного канала связи и/или радиопередающий модуль;

блок приема данных содержит входной разъем проводного канала связи или радиоприемный модуль;

магнитометры, микроконтроллер и радиопередающий модуль запитаны от расположенного в полости автономного источника питания или по проводной линии связи;

регистрирующее устройство формирует визуальные и/или звуковые сигналы оповещения.

Технический результат обеспечивается за счет оценки качества железорудного материала непосредственно в ковше горного погрузочного средства с помощью магнитометров, находящихся в магнитном поле постоянного магнита, которые расположены в полости стенки ковша. Получение данных измерений в кабине горного погрузочного средства и/или в пункте контроля обеспечивает отнесения материала к руде или породе в режиме реального времени, что повышает эффективность работы горного погрузочного средства.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено расположение элементов устройства в полости стенки ковша, на фиг. 2 приведена структурная электрическая схема устройства, а на фиг. 3-5 показаны варианты выполнения канала связи.

На фиг. 1-5 введены обозначения:

1 - стенка ковша;

2 - отверстие;

3 - заглушка;

4 - полость;

5 - постоянный магнит;

6 - ось магнита;

7 - центр магнита;

8 - первый магнитометр;

9 - второй магнитометр;

10 - элемент юстировки;

11 - микроконтроллер;

12 - блок передачи данных;

13 - выходной разъем;

14 - радиопередающий модуль;

15 - автономный источник питания;

16 - блок приема данных;

17 - входной разъем;

18 - радиоприемный модуль;

19 - вычислительный блок;

20 - регистрирующее устройство;

21 - приемное устройство.

Описание способа совместим с описанием устройства для его осуществления.

Формируют в стенке ковша 1 отверстие 2, которое с внутренней стороны ковша защищают от содержимого ковша заглушкой 3, в результате чего создается полость 4 в стенке ковша, в которой размещают элементы устройства, кроме приемного устройства 21. Для исключения влияния заглушки на измерения, заглушку 3 изготавливают из немагнитного материала, например из марганцовистой стали. В ковше экскаватора предпочтительным является формирование отверстия 2 в днище ковша. Технологически отверстие 2 проще выполнить круглой формы.

С помощью постоянного магнита 5 с осевой намагниченностью, размещенного в центре образованной в стенке ковша полости 4, создают в зоне полости 4 постоянное магнитное поле. В качестве постоянного магнита 5 предпочтительно используют неодимовый магнит с магнитной индукцией от 1 до 1,4 Тл. Форма магнита может быть любой. С учетом толщины стенки ковша предпочтительно использовать магнит в форме диска.

Устанавливают по меньшей мере два магнитометра 8 и 9 симметрично относительно магнита в плоскости, перпендикулярной оси магнита 6 и проходящей через его центр 7.

В качеств магнитометров предпочтительно используют цифровые магнитометры, например MAG3110 (http://cache.freescale.com/files/sensors/doc/data_sheet/MAG3110.pdf).

Измерительные оси магнитометров, например оси «У», ориентируют встречно, что обеспечивает компенсацию влияния магнитного поля Земли и погрешность установки. При необходимости производят подстройку положения магнитометров с помощью элементов юстировки 10. С помощью магнитометров измеряют составляющие вектора напряженности по измерительным осям магнитометров. Выходы магнитометров 8 и 9 подключены к раздельным входам микроконтроллера 11, с помощью которого дискретно считывают показания магнитометров и формируют суммарный отсчет показаний двух магнитометров. При отсутствии материала в ковше формируется нулевой суммарный сигнал.

При наполнении ковша железорудным материалом происходит изменение напряженности магнитного поля в зоне измерения, которое фиксируется магнитометрами. Сформированный суммарный сигнал, передают с помощью блока передачи данных 12 на расположенное в кабине горного погрузочного средства и/или в пункте контроля приемное устройство 21, которое содержит последовательно соединенные блок приема данных 16, вычислительный блок 19 и регистрирующее устройство 20. Передачу данных по каналу связи осуществляют, если новое измеренное значение сигнала превышает предыдущее на заданную величину, что обеспечивает увеличение срока действия батареи расположенного в полости автономного источника питания 15.

Канал связи может быть выполнен проводным или беспроводным. Если возможно использование проводной линии связи, например, во фронтальном погрузчике, то блок 12 передачи данных содержит выходной разъем 13, который соединен шиной с входным разъемом 17 блока 16 приема данных (фиг. 3), по которой также может быть подано питание на элементы устройства, находящиеся в полости. При использовании беспроводной связи блок 12 передачи данных содержит радиопередающий модуль 14, а блок 16 приема данных - радиоприемный модуль 18 (фиг. 4). Если передача данных в кабину погрузочного средства выполнена по проводной связи и одновременно данные передаются по радиоканалу на пункт контроля, то блок 12 передачи данных содержит как выходной разъем 13, так и радиопередающий модуль 14 (фиг. 5).

В вычислительном блоке 19, который может быть выполнен на основе микроконтроллера, с учетом предварительно полученной таблицы соответствия показаний магнитометров и процентного содержания железа, определяют содержание железа в материале, находящемся в ковше. Регистрирующее устройство 20 формирует визуальные и/или звуковые сигналы оповещения о процентном содержании железа в железорудном материале, находящемся в ковше, например, на дисплее, голосом или световым сигналом. Если содержание железа не менее заданного, то материал в ковше относят к руде и только тогда он идет на погрузку, что повышает эффективность работы горного погрузочного средства.

Группа изобретений относится к измерительной технике и может быть использована для оценки качества железорудного материала при добыче с помощью горных погрузочных средств, преимущественно экскаваторов и фронтальных погрузчиков. Технический результат направлен на повышение эффективности работы горного погрузочного средства за счет оценки качества железорудного материала непосредственно в ковше погрузочного средства с точностью, обеспечивающей отнесение материала к руде или породе. В способе контроля качества железорудного материала формируют в стенке ковша отверстие, которое с внутренней стороны ковша закрывают заглушкой из немагнитного материала. Создают в зоне образовавшейся полости магнитное поле с помощью постоянного магнита с осевой намагниченностью. Измерение изменения магнитного поля при наполнении ковша породой производят с помощью двух цифровых магнитометров, установленных симметрично относительно магнита в плоскости, перпендикулярной оси магнита и проходящей через его центр, с ориентированными встречно измерительными осями. Суммарный сигнал магнитометров, передают по проводному или беспроводному каналу связи на расположенное в кабине горного погрузочного средства и/или в пункте контроля приемное устройство, в котором согласно таблице соответствия показаний магнитометров и процентного содержания железа определяют содержание железа в материале, находящемся в ковше. Если содержание железа не менее заданного, то материал в ковше относят к руде и только тогда он идет на погрузку. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ контроля качества железорудного материала в ковше горного погрузочного средства, основанный на измерении магнитной восприимчивости железорудного материала и отнесении по измеренным данным материала к тому или иному качеству, отличающийся тем, что формируют в стенке ковша отверстие, которое с внутренней стороны ковша закрывают заглушкой из немагнитного материала, создают в зоне образовавшейся полости магнитное поле с помощью расположенного в центральной части полости постоянного магнита с осевой намагниченностью, устанавливают в плоскости, перпендикулярной оси магнита и проходящей через его центр, по меньшей мере два магнитометра симметрично относительно магнита, с ориентированными встречно измерительными осями, при наполнении ковша материалом измеряют составляющие вектора напряженности магнитного поля по измерительным осям магнитометров, считывают показания магнитометров, формируют суммарный сигнал, который передают по каналу связи на расположенное в кабине горного погрузочного средства и/или в пункте контроля приемное устройство, в котором, с учетом предварительно полученной таблицы соответствия показаний магнитометров и процентного содержания железа, определяют содержание железа в материале, находящемся в ковше.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что постоянное магнитное поле создают с помощью неодимового магнита с магнитной индукцией от 1 до 1,4 Тл.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве магнитометров применены цифровые магнитометры.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что показания магнитометров считывают дискретно.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что передачу данных по каналу связи осуществляют, если новое измеренное значение показаний магнитометров превышает предыдущее на заданную величину.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что канал связи выполнен проводным или беспроводным.

7. Устройство для осуществления способа по п. 1, включающее последовательно соединенные вычислительный блок и регистрирующее устройство, отличающееся тем, что оно содержит заглушку из немагнитного материала, закрывающую отверстие в стенке ковша с его внутренней стороны, постоянный магнит с осевой намагниченностью, который расположен в центре полости, по меньшей мере два магнитометра, установленных симметрично относительно постоянного магнита в плоскости, перпендикулярной оси магнита и проходящей через его центр, при этом измерительные оси магнитометров ориентированы встречно, выходы магнитометров соединены с раздельными входами микроконтроллера, выход которого соединен с входом блока передачи данных, связанного по проводному или беспроводному каналу связи с расположенным в кабине горного погрузочного средства и/или в пункте контроля приемным устройством, содержащим блок приема данных, выход которого соединен с последовательно соединенными вычислительным блоком и регистрирующим устройством.

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что заглушка выполнена из марганцовистой стали.

9. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что в качестве магнита применен неодимовый магнит с магнитной индукцией от 1 до 1,4 Тл.

10. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что в качестве магнитометров применены цифровые магнитометры.

11. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что магнитометры установлены с возможностью юстировки.

12. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что вычислительный блок выполнен на основе микроконтроллера.

13. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что микроконтроллер и блок передачи данных установлены в полости.

14. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что блок передачи данных содержит выходной разъем проводного канала связи и/или радиопередающий модуль.

15. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что блок приема данных содержит входной разъем проводного канала связи или радиоприемный модуль.

16. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что магнитометры, микроконтроллер и радиопередающий модуль запитаны от расположенного в полости автономного источника питания или по проводной линии связи.

17. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что регистрирующее устройство формирует визуальные и/или звуковые сигналы оповещения.