УСТРОЙСТВО И СПОСОБ СБОРА ЭНЕРГИИ ДЛЯ КЛЕТИ С НАПРАВЛЯЮЩИМИ ТРОСАМИ Российский патент 2018 года по МПК B66B17/00 H02K7/18 H02J7/14 

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству и способу сбора энергии, в частности, к устройству и способу сбора энергии для клети с направляющими тросами в стволе шахты.

Уровень техники

Во вспомогательном шахтном стволе шахтная клеть в основном используется в качестве шахтного подъемника для транспортировки людей, руды и материалов, и является важным устройством в стволах шахт. Шахтные клети, используемые в угольных шахтах, как правило, классифицируют по виду направляющих для клети на клети с жесткими направляющими и клети с направляющими тросами. По сравнению с жесткими направляющими, направляющие тросы имеют много преимуществ, которые более заметны в случае глубоких шахт с глубиной до 1000 м или более. Учитывая, что в ближайшем будущем будут разрабатываться сверхглубокие шахтные стволы, применение клетей с направляющими тросами в угольных шахтах будет все более и более широким. В некоторых действующих шахтных стволах с целью снижения веса шахтной клети, в нее даже не устанавливают блок питания. Следовательно, отсутствует освещение и информация о работе в шахтной клети, что создает неудобства для пользователей клети. В большинстве клетей с направляющими тросами используют батареи питания. Хотя питание от батареи решает проблему энергоснабжения клети, использованная батарея должна быть удалена и заменена полностью заряженной батареей, или должна быть заряжена посредством системы зарядки, расположенной в верхней части шахты после исчерпания электрической энергии в батареи. Весь этот процесс является трудоемким, снижает эффективность обслуживания клети, и привносит потенциальную угрозу безопасности на угольной шахте во время замены батареи и процесса зарядки.

Раскрытие сущности изобретения

Техническая проблема: Для преодоления недостатков, указанных в уровне техники, настоящее изобретение предоставляет устройство для сбора энергии для клети с направляющими тросами, которое имеет простую конструкцию, безопасно и надежно, не требует периодической замены батареи или зарядки, имеет высокую степень может автоматически определять емкость батареи, и использует стабилизирующий стальной канат клети для привода генератора для выработки электроэнергии и зарядки батареи, также настоящее изобретение предоставляет способ сбора энергии с использованием устройства для сбора энергии для клети с направляющими тросами.

Техническое решение: В настоящем изобретении устройство для сбора энергии для клети с направляющими тросами содержит узел управления включением-выключением механической мощности, узел прижимной штанги, узел выработки электроэнергии, а также электрический узел;

узел управления включением-выключением механической мощности содержит: прижимную соединительную тягу, червячное колесо, червячный винт и прижимной двигатель, причем прижимной двигатель и червячный винт жестко присоединены на верхней стороне клети, при этом один конец прижимной соединительной тяги шарнирно соединен с червячным колесом, которое находится в зацеплении со шнеком;

узел прижимной штанги содержит основание прижимной штанги, прижимную штангу и ролик, причем основание прижимной штанги жестко закреплено с одной стороны прижимного двигателя, один конец прижимной штанги соединен с основанием прижимной штанги посредством неподвижного вала, а другой конец прижимной штанги соединен с роликом посредством вала, другой конец прижимной соединительной тяги шарнирно соединен с прижимной штангой, так что прижимная соединительная тяга выполнена с возможностью притягивания или отталкивания прижимной штанги посредством вращения прижимного двигателя, а ролик выполнен с возможностью отклонения вместе с прижимной штангой и прижатия к стабилизирующему стальному канату клети или удаления от стабилизирующего стального каната клети;

узел выработки электроэнергии содержит: генератор мощности, клиновидный ремень и шкив ременной передачи, причем шкив ременной передачи жестко соединен соосно с роликом на прижимной штанге, клиновидный ремень соединяет генератор мощности и шкив ременной передачи, а ролик выполнен с возможностью приведения во вращение шкива ременной передачи и передачи механической мощности генератору мощности при вращении ролика;

электрический узел содержит модуль определения емкости батареи, модуль управления прижимным двигателем и модуль преобразования переменного тока, вырабатываемого генератором (circuit conditioning module), которые расположены в распределительном ящике, вход модуля преобразования подключен к генератору мощности, выход модуля преобразования подключен к аккумуляторной батарее, выход аккумуляторной батареи подключен к модулю определения емкости аккумуляторной батареи, выход модуля определения емкости аккумуляторной батареи подключен к модулю управления прижимным двигателем, а модуль управления прижимным двигателем подключен к прижимному двигателю для управления включением-выключением механической мощности.

Возвратная пружина, выполненная с возможностью удерживания прижимной штанги в вертикальном положении, расположена на неподвижном валу основания прижимной штанги.

Способ сбора энергии для клети с направляющими тросами с использованием вышеупомянутого устройства, включающий в себя следующие этапы:

а) размещение множества устройств для сбора энергии у стабилизирующих стальных канатов клети на верхней стороне клети;

б) управление работой прижимного двигателя посредством модуля управления прижимным двигателем для приведения в движение прижимной соединительной тяги посредством червячного колеса и червячного винта для притягивания прижимной штанги для обеспечения плотного прилегания ролика, закрепленного на прижимной штанге, к поверхности стабилизирующего стального каната клети, вращения ролика, плотно прилегающего к стабилизирующему стальному канату клети, под действием силы трения и вращения шкива ременной передачи, жестко соединенного с роликом, одновременно с перемещением клети вдоль стабилизирующих стальных канатов клети под действием подъемных стальных канатов, передачи механической мощности через клиновидный ремень на генератор мощности, вращения генератора мощности и вырабатывания напряжения переменного тока, выпрямления и фильтрования модулем преобразования напряжения переменного тока, вырабатываемого генератором мощности, а затем зарядки аккумуляторной батареи;

в) управление вращением прижимного двигателя в обратном направлении в случае определения модулем определения емкости батареи, что емкость батареи достигла номинального и насыщенного состояния, с обеспечением приведения в движение прижимной соединительной тяги посредством червячного колеса и червячного винта для отталкивания прижимной штанги для отсоединения ролика от стабилизирующего стального каната клети, отключения подачи механической мощности на генератор мощности и завершения генератором мощности зарядки батареи.

Множество устройств для сбора энергии состоит из 2-4 устройств.

В случае повреждения червячного колеса или червячного винта, обеспечена возможность поднимания прижимной штанги до вертикального положения посредством возвратной пружины, установленной на неподвижном валу основания прижимного штанги для удаления ролика от стабилизирующего стального каната клети для предотвращения избыточного заряда батареи и уменьшения истирания роликом стабилизирующего стального каната клети.

Положительный эффект: В настоящем изобретении, в техническом решении, описанном выше, используют кинетическую энергию перемещения вверх-вниз клети с направляющими, выполненными в виде стальных канатов, устройство для сбора энергии устанавливают на клети, так что обеспечивается решение проблем, связанных с питанием от батареи в используемых известных клетях с направляющими тросами, таких, как ухудшенная эффективность обслуживания клети из-за периодической замены батареи, а также наличие потенциальных угроз безопасности при процессе зарядки батареи в верхней части ствола шахты, и т.д., и предоставлено безопасное, надежное и высоко автоматизированное устройство для сбора энергии. Устройство для сбора энергии может автоматически определять емкость батареи, использует стабилизирующий стальной канат клети для привода генератора мощности для выработки электроэнергии и зарядки батареи, когда емкость батареи ниже заданного значения, и отключает подачу механической мощности от генератора мощности с помощью механических средств, когда батарея полностью заряжена, так чтобы работа генератора мощности была прервана для предотвращения чрезмерной зарядки батареи, было предотвращено сокращение срока службы батареи и уменьшено истирание стабилизирующего стального каната клети. Энергия может быть подана к батарее клети с направляющими тросами, когда клеть движется, при этом конструкция клети лишь слегка модифицирована; таким образом, безопасность, надежность и рабочая эффективность клети с направляющими тросами значительно улучшены. При механическом способе отсоединения зарядного подсоединения срок службы батареи может быть продлен, и истирание стабилизирующего стального каната клети устройствами для сбора энергии может быть уменьшено. Устройство, предоставляемое в настоящем изобретении, имеет простую конструкцию, стабильно и надежно, обладает хорошей эффективностью использования, и имеет высокую практичность.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 представлена структурная схема устройства в соответствии с настоящим изобретением.

На Фиг. 2 представлена схема распределения устройств на клети с направляющими тросами в соответствии с настоящим изобретением.

На Фиг. 3 представлена блок-схема управления зарядкой в соответствии с настоящим изобретением.

Для всех чертежей: 1 - прижимная соединительная тяга; 2 - червячное колесо; 3 - червячный винт; 4 - прижимной двигатель; 5 - основание прижимной штанги; 6 - возвратная пружина; 7 - распределительный ящик; 8 - соединительный провод аккумуляторной батареи; 9 - прижимная штанга; 10 - генератор мощности; 11 - клиновидный ремень; 12 - шкив ременной передачи; 13 - клеть; 14 - ролик; 15 - стабилизирующий стальной канат клети; 16 - направляющая втулка стального каната.

Осуществление изобретения

Далее настоящее изобретение будет подробно описано при помощи вариантов реализации со ссылками на прилагаемые чертежи.

В настоящем изобретении устройство для сбора энергии для клети с направляющими тросами содержит узел управления включением-выключением механической мощности, узел прижимной штанги, узел выработки электроэнергии, а также электрический узел;

Узел управления включением-выключением механической мощности содержит: прижимную соединительную тягу 1, червячное колесо 2, червячный винт 3 и прижимной двигатель 4, причем прижимной двигатель 4 и червячный винт 3 жестко присоединены на верхней стороне клети, и один конец прижимной соединительной тяги 1 шарнирно соединен с червячным колесом 2, которое находится в зацеплении с червячным винтом 3;

Узел прижимной штанги содержит основание 5 прижимной штанги, прижимную штангу 9, и ролик 14, причем основание 5 прижимной штаги жестко закреплено с одной стороны прижимного двигателя 4, один конец прижимной штанги 9 соединен с основанием 5 прижимной штанги посредством неподвижного вала, а другой конец прижимной штанги 9 соединен с роликом 14 посредством вала, другой конец прижимной соединительной тяги 1 шарнирно соединен с прижимной штангой 9, так что прижимная соединительная тяга 1 выполнена с возможностью обеспечения притягивания или отталкивания прижимной штанги 9 посредством вращения прижимного двигателя 4, а ролик 14 выполнен с возможностью отклонения вместе с прижимной штангой 9 и прижатия к стабилизирующему стальному канату 15 клети или удаления от стабилизирующего стального каната 15 клети;

Узел выработки электроэнергии содержит: генератор 10 мощности, клиновидный ремень 11 и шкив 12 ременной передачи, причем шкив 12 ременной передачи жестко соединен соосно с роликом 14 на прижимной штанге 9, клиновидный ремень 11 соединяет генератор 10 мощности и шкив 12 ременной передачи, а ролик 14 выполнен с возможностью приведения во вращение шкива 12 ременной передачи и передачи механической мощности генератору 10 мощности при вращении ролика 14;

Электрический узел содержит модуль определения емкости батареи, модуль управления прижимным двигателем и модуль преобразования переменного тока, вырабатываемого генератором, которые расположены в распределительном ящике 7, вход модуля преобразования подключен к генератору 10 мощности, выход модуля преобразования подключен к аккумуляторной батарее, выход аккумуляторной батареи подключен к модулю определения емкости аккумуляторной батареи, выход модуля определения емкости аккумуляторной батареи подключен к модулю управления прижимным двигателем, а модуль управления прижимным двигателем подключен к прижимному двигателю 4 для управления включением-выключением механической мощности.

Возвратная пружина 6, выполненная с возможностью удерживания прижимной штанги 9 в вертикальном положении, расположена на неподвижном валу основания 5 прижимной штанги.

В настоящем изобретении способ сбора энергии для клети с направляющими тросами включает в себя следующие этапы:

а) размещение множества устройств для сбора энергии у стабилизирующих стальных канатов 15 клети, закрепленных направляющими втулками 16 стального каната на верхней стороне клети 13; в зависимости от конкретного случая, от 2 до 4 устройств для сбора энергии расположены как показано на примере, представленном на Фиг. 2, и обозначены как а, b, с, и d;

б) управление работой прижимного двигателя 4 посредством модуля управления прижимным двигателем для приведения в движение прижимной соединительной тяги 1 посредством червячного колеса и червячного винта для притягивания прижимной штанги 9 для обеспечения плотного прилегания ролика 14, закрепленного на прижимной штанге 9, к поверхности стабилизирующего стального каната 15 клети, вращения ролика 14, плотно прилегающего к стабилизирующему стальному канату 15 клети, под действием силы трения и вращения шкива 12 ременной передачи, жестко соединенного с роликом 14, одновременно с перемещением клети 13 вдоль стабилизирующих стальных канатов 15 клети под действием подъемных стальных канатов, передачи механической мощности через клиновидный ремень на генератор 10 мощности, вращения генератора 10 мощности и вырабатывания напряжения переменного тока, выпрямления и фильтрования модулем преобразования напряжения переменного тока, вырабатываемого генератором 10 мощности, а затем зарядки аккумуляторной батареи;

в) управление вращением прижимного двигателя 4 в обратном направлении в случае, когда модуль определения емкости аккумуляторной батареи определил, что емкость батареи достигла номинального и насыщенного состояния, с обеспечением приведения в движение прижимной соединительной тяги 1 посредством червячного колеса и червячного винта для отталкивания прижимной штанги 9 для отсоединения ролика 14 от стабилизирующего стального каната 15 клети, отключения подачи механической мощности на генератор 10 мощности и завершения генератором 10 мощности зарядки батареи.

В случае повреждения червячного колеса или червячного винта, обеспечена возможность поднимания прижимной штанги 9 до вертикального положения посредством возвратной пружины 6, установленной на неподвижном валу основания 5 прижимной штанги для удаления ролика 14 от стабилизирующего стального каната 15 клети для предотвращения избыточного заряда аккумуляторной батареи и уменьшения истирания роликом 14 стабилизирующего стального каната 15 клети.

Как показано на Фиг. 1, в настоящем изобретении, в устройстве для сбора энергии для клети с направляющими тросами, прижимная соединительная тяга 1 соединяет червячное колесо 2 и прижимную штангу 9, прижимной двигатель 4 управляет и приводит в движение червячное колесо посредством червячного колеса и вращением червячного винта в прямом или обратном направлении, так что прижимная соединительная тяга отталкивает или притягивает прижимную штангу и, таким образом, прижимная штанга вращается в прямом или обратном направлении вокруг вала на основании 5 прижимной штанги. Ролик 14 шарнирно соединен с концом прижимной штанги; таким образом, при вращении прижимной штанги в прямом или обратном направлении, ролик отводится от поверхности стабилизирующего стального каната 15 клети или плотно прижимается к поверхности стабилизирующего стального каната 15 клети. Шкив 12 ременной передачи закреплен с роликом, и клиновидный ремень 11 соединяет генератор 10 мощности со шкивом ременной передачи.

Если модуль определения емкости аккумуляторной батареи в устройстве для сбора энергии определяет, что емкость батареи ниже, чем предварительно заданное значение, то прижимной двигатель будет работать так, чтобы ролик на прижимной штанге крепко прижимался к поверхности стабилизирующего стального каната 15 клети. Клеть 13 перемещают вдоль стабилизирующих стальных канатов клети под действием подъемных стальных канатов; в этом состоянии, ролик 14, прижимающийся к стабилизирующему стальному канату 15 клети, вращается под действием силы трения, шкив 12 ременной передачи, закрепленный с роликом 14 также вращается и передает механическую энергию посредством клиновидного ремня генератору мощности, так что генератор мощности вращается и вырабатывает электроэнергию. Электроэнергия, вырабатываемая генератором мощности, приводится в нужное состояние, а затем используется для зарядки батареи. Модуль преобразования осуществляет обработку переменного тока, вырабатываемого генератором мощности, путем выпрямления, фильтрации и т.д., и, таким образом, заряжает батарею, так что питание может быть подано в клеть. Если модуль определения емкости аккумуляторной батареи определяет, что емкость батареи достигла номинального и насыщенного состояния, то прижимной двигатель вращается в обратном направлении, так что ролик 14 удаляется от стабилизирующего стального каната 15 клети, и, таким образом, подача механической мощности генератора 10 мощности отключается, и генератор 10 мощности прекращает зарядку батареи. Таким образом, процесс зарядки завершается. Когда модуль определения емкости батареи определяет, что батарея разряжена, модуль управления прижимным двигателем будет управлять работой прижимного двигателя 4; таким образом, операции по сбору энергии повторяются и дальше, а также повторяются операции зарядки и прекращения зарядки.

В виду того, что нагрузка в клети может быть очень высокой, одного устройства для сбора энергии недостаточно для того, чтобы обеспечить подачу достаточного количества электроэнергии к аккумуляторной батарее для непрерывной работы, может быть установлено множество устройств для сбора энергии в соответствии с конкретными потребностями. Установочные положения должны быть определены в соответствии с расположением стабилизирующих стальных канатов 15 клети. На Фиг. 2 показано распределение устройств для сбора энергии на клети.

Устройство сбора энергии для клети с направляющими тросами содержит узел управления включением-выключением механической мощности, узел прижимной штанги, узел выработки электроэнергии, а также электрический узел. При осуществлении способа кинетическую энергию перемещения вверх-вниз клети со стальными направляющими используют путем установки устройства для сбора энергии на клети и управления работой прижимного двигателя так, чтобы ролик прижимался к поверхности стабилизирующего стального каната клети, при этом ролик вращается под действием силы трения во время движения клети вдоль стабилизирующего стального каната под действием подъемных стальных канатов, при этом механическая мощность передается на генератор мощности. Модуль преобразования выпрямляет и фильтрует мощность переменного тока, вырабатываемую генератором мощности, а затем заряжает аккумуляторную батарею. Когда модуль определения емкости аккумуляторной батареи определяет, что емкость аккумуляторной батареи достигла номинального и насыщенного состояния, прижимной двигатель вращается в обратном направлении, так что ролик отсоединяется от стабилизирующего стального каната и генератор мощности прекращает зарядку батареи. При механическом способе разрыва зарядного соединения срок службы батареи может быть продлен и истирание стабилизирующего стального каната клети устройствами сбора энергии может быть уменьшено. Устройство имеет простую конструкцию, стабильно и надежно, обладает хорошим эффектом практического применения. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для сбора энергии для клети с направляющими тросами, содержащее узел управления включением-выключением механической мощности, узел прижимной штанги, узел выработки электроэнергии и электрический узел, причем

узел управления включением-выключением механической мощности содержит: прижимную соединительную тягу (1), червячное колесо (2), червячный винт (3) и прижимной двигатель (4), причем прижимной двигатель (4) и червячный винт (3) жестко присоединены на верхней стороне клети, и один конец прижимной соединительной тяги (1) шарнирно соединен с червячным колесом (2), которое находится в зацеплении с червячным винтом (3);

узел прижимной штанги содержит основание (5) прижимной штанги, прижимную штангу (9), и ролик (14), причем основание (5) прижимной штанги жестко закреплено с одной стороны прижимного двигателя (4), один конец прижимной штанги (9) соединен с основанием (5) прижимной штанги посредством неподвижного вала, а другой конец прижимной штанги (9) соединен с роликом (14) посредством вала, другой конец прижимной соединительной тяги (1) шарнирно соединен с прижимной штангой (9), так что прижимная соединительная тяга (1) выполнена с возможностью притягивания или отталкивания прижимной штанги (9) посредством вращения прижимного двигателя (4), а ролик (14) выполнен с возможностью отклонения вместе с прижимной штангой (9) и прижатия к стабилизирующему стальному канату (15) клети или удаления от стабилизирующего стального каната (15) клети;

узел выработки электроэнергии содержит: генератор (10) мощности, клиновидный ремень (11) и шкив (12) ременной передачи, причем шкив (12) ременной передачи жестко соединен соосно с роликом (14) на прижимной штанге (9), клиновидный ремень (11) соединяет генератор (10) мощности и шкив (12) ременной передачи, а ролик (14) выполнен с возможностью приведения во вращение шкива (12) ременной передачи и передачи механической мощности генератору (10) мощности при вращении ролика (14);

электрический узел содержит модуль определения емкости аккумуляторной батареи, модуль управления прижимным двигателем и модуль преобразования напряжения переменного тока, вырабатываемого генератором, которые расположены в распределительном ящике (7), вход модуля преобразования подключен к генератору (10) мощности, выход модуля преобразования подключен к аккумуляторной батарее, выход аккумуляторной батареи подключен к модулю определения емкости аккумуляторной батареи, выход модуля определения емкости аккумуляторной батареи подключен к модулю управления прижимным двигателем, а модуль управления прижимным двигателем подключен к прижимному двигателю (4) для управления включением-выключением механической мощности.

2. Устройство по п. 1, в котором на неподвижном валу основания (5) прижимной штанги расположена возвратная пружина (6), выполненная с возможностью удерживания прижимной штанги (9) в вертикальном положении.

3. Способ сбора энергии для клети с направляющими тросами с использованием устройства по п. 1, включающий в себя следующие этапы:

а) размещение множества устройств для сбора энергии у стабилизирующих стальных канатов (15) клети на верхней стороне клети;

б) управление работой прижимного двигателя (4) посредством модуля управления прижимным двигателем для приведения в движение прижимной соединительной тяги (1) посредством червячного колеса и червячного винта для притягивания прижимной штанги (9) для обеспечения плотного прилегания ролика (14), закрепленного на прижимной штанге (9), к поверхности стабилизирующего стального каната (15) клети, вращения ролика (14), плотно прилегающего к стабилизирующему стальному канату (15) клети, под действием силы трения и вращения шкива (12) ременной передачи, жестко соединенного с роликом (14), одновременно с перемещением клети (13) вдоль стабилизирующих стальных канатов (15) клети под действием подъемных стальных канатов, передачи механической мощности через клиновидный ремень на генератор (10) мощности, вращения генератора (10) мощности и вырабатывания напряжения переменного тока, выпрямления и фильтрования модулем преобразования напряжения переменного тока, вырабатываемого генератором (10) мощности, а затем зарядки аккумуляторной батареи;

в) управление вращением прижимного двигателя (4) в обратном направлении в случае определения модулем определения емкости аккумуляторной батареи, что емкость батареи достигла номинального и насыщенного состояния, с обеспечением приведения в движение прижимной соединительной тяги (1) посредством червячного колеса и червячного винта для отталкивания прижимной штанги (9) для отсоединения ролика (14) от стабилизирующего стального каната (15) клети, отключения подачи механической мощности на генератор (10) мощности и завершения генератором (10) мощности зарядки аккумуляторной батареи.

4. Способ по п. 3, в котором множество устройств для сбора энергии состоит из 2-4 устройств.

5. Способ по п. 3, в котором в случае повреждения червячного колеса или червячного винта обеспечена возможность поднимания прижимной штанги (9) до вертикального положения посредством возвратной пружины (6), установленной на неподвижном валу основания (5) прижимной штанги для удаления ролика (14) от стабилизирующего стального каната (15) клети для предотвращения избыточного заряда аккумуляторной батареи и уменьшения истирания роликом (14) стабилизирующего стального каната (15) клети.