Область техники, к которой относится настоящее изобретение
[1] Настоящее изобретение в целом относится к системам мониторинга и, в частности, к системам мониторинга для определения состояния компонентов и элементов оснастки землеройного оборудования. Хотя настоящее изобретение будет описано со ссылкой на определение состояния компонентов оснастки землеройного оборудования на горных или землеройных машинах, будет понятно, что настоящее изобретение не обязательно ограничено этим применением.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
[2] Во время работы все землеройные или экскаваторные горные машины подвергаются сильным ударам и истиранию поверхностей машин, которые находятся в непосредственном контакте с землей. Чтобы избежать необходимости постоянной замены или ремонта всей машины, землеройные или экскаваторные горные машины (такие как, например, экскаваторы с прямой лопатой, драглайны, фронтальные погрузчики и экскаваторы) обычно оснащаются сменными элементами оснастки землеройного оборудования (GET), которые предназначены для поглощения большей части этого прямого воздействия на части машины, подверженные наибольшему износу (обычно на или вокруг режущей кромки ковша землеройных или экскаваторных горных машин). Таким образом, большая часть износа машин приходится на GET, и поэтому землеройные или экскаваторные горные машины можно легко отремонтировать, просто заменив GET.
[3] В основном существует два типа GET, которые используются на ковшах землеройных или экскаваторных горных машин. Первый тип GET предназначен для рыхления грунта и обычно имеет форму ряда заостренных выступов или «зубьев», которые выступают из режущих кромок землеройных или экскаваторных горных машин. В некоторых землеройных или экскаваторных горных машинах зубья непосредственно приварены или отлиты как часть режущей кромки ковша. В других системах GET этого типа механически крепятся к режущей кромке ковша, часто с помощью другого компонента, известного как «адаптер». Поскольку эти GET непосредственно отвечают за углубление в грунт и разрыхление грунта, они подвергаются гораздо большему ударному воздействию (и, следовательно, гораздо большему износу), чем части режущей кромки между зубьями.
[4] Другой тип GET, более известный как «межзубьевый сегмент», защищает режущую кромку ковша между зубьями землеройных или экскаваторных горных машин. Как и адаптеры и зубья, межзубьевые сегменты либо непосредственно привариваются или отливаются на режущей кромке, либо механически крепятся к режущей кромке ковша. Поскольку межзубьевые сегменты не отвечают непосредственно за углубление в грунт, они подвержены меньшему износу, чем зубья.
[5] Во время земляных и землеройных работ изнашиваемые компоненты GET (особенно зубья) постепенно изнашиваются и требуют периодической замены для поддержания эффективной работы по вскапыванию и защиты ковша (и адаптеров, если они используются) от повреждений. По мере износа изнашиваемых компонентов GET снижается проникающая способность режущей кромки и увеличивается энергия, необходимая для выемки того же количества материала. Поэтому очень важно определить, когда срок службы изнашиваемых компонентов GET подходит к концу, и знать оптимальное время для их замены.
[6] В экскаваторных и землеройных машинах обычно требуется несколько изнашиваемых компонентов GET вдоль нижней и боковых кромок ковша. В контексте горных работ, где «простои» могут быть значительными расходами для предприятия, огромное значение имеет определение того, когда (и как часто) проверять и заменять изнашиваемые компоненты GET. Слишком ранняя замена изнашиваемых компонентов GET (например, зубьев) может означать дополнительные расходы для предприятия, так как срок службы этих компонентов еще не вышел. В то время как слишком поздняя замена изнашиваемых компонентов GET может привести к повреждению ковша (и адаптеров на ковше) экскаваторной машины. В отличие от изнашиваемых компонентов GET, ковш экскаваторной машины не является регулярным (т.е. жертвенным) изнашиваемым компонентом, поэтому время простоя для ремонта или замены ковша может быть значительным и дорогостоящим для непрерывных горных работ.
[7] В других случаях зубья и адаптеры могут сломаться и отвалиться во время цикла копания и погрузки в ходе землеройных работ и, как следствие, «загрязнить» руду. Компоненты GET обычно изготавливаются из закаленной легированной стали и могут весить до сотен килограммов, что делает их одним из самых опасных металлических предметов, случайно попавших в добытое ископаемое, на горных работах, особенно на последующих операциях переработки. Они могут создавать значительную опасность на рабочем месте, что может привести к значительным производственным потерям из-за повреждения оборудования, простоя предприятия и/или потерь руды.
[8] Как правило, при обнаружении поломки компонента GET, работу землеройных или экскаваторных горных машин (включая соответствующие карьерные самосвалы) немедленно прекращают, а режущую кромку осматривают. Если отсутствующий компонент GET (или фрагмент этого GET) не может быть легко найден, несколько совков руды (в контексте горных работ) удаляются из подозрительного места, и все отходящие карьерные самосвалы, перевозящие руду, перенаправляются для сброса груза в «карантинную» зону складирования.
[9] Однако, если сломанный компонент GET не обнаружен или не найден в течение относительно короткого периода времени после поломки, существует более значительный риск того, что сломанный GET или фрагмент GET может быть доставлен в дробилку руды, которая не предназначена для обработки таких твердых материалов и которая обычно получает значительные (часто катастрофические) механические повреждения при попытке обработки (т.е. дробления) GET или фрагмента GET. Например, один из зубьев GET, если он вырвется из ковша землеройной или экскаваторной горной машины, может заклинить дробилку, причинив серьезный ущерб и выведя дробилку из строя на несколько часов или дней (в зависимости от степени механического повреждения).
[10] Кроме того, процесс извлечения зуба GET или сломанного фрагмента GET, ставшего причиной заклинивания, из дробилки является очень опасной процедурой, которая при неправильном выполнении может привести к травмам или даже к летальному исходу. Зуб или фрагмент GET, случайно попавший в дробилку, также может быть выскочить из нее с большой скоростью из-за значительных механических сил, приложенных к нему, например, щеками дробилки, что, в свою очередь, представляет значительную опасность для находящегося рядом персонала и оборудования.
[11] Землеройная или экскаваторная горная машина, которая продолжает работать с отсутствующими, сломанными или полностью изношенными изнашиваемыми компонентами GET, может значительно повысить риск поломок или ускоренного износа/повреждения других частей машины (например, кромки ковша лопаты), что приведет к дорогостоящему ремонту оборудования и длительному простою.
[12] Замена изношенных изнашиваемых компонентов GET (т.е. изнашиваемых компонентов GET, изношенных сверх срока службы) зависит от эффективного способа определения уровня износа и сроков замены. Аналогичным образом, сломанные или отсоединенные компоненты GET являются серьезной проблемой для безопасности, а в сочетании с потерями энергии, производственными потерями и повреждением оборудования они представляют собой значительные эксплуатационные расходы для мировой горнодобывающей промышленности каждый год. Общая стоимость этой проблемы для мировой горнодобывающей промышленности может измеряться миллиардами долларов в год, если учитывать как прямые, так и косвенные затраты. Существующие способы определения состояния и сроков замены изнашиваемых компонентов основаны в основном на двух подходах. Наиболее широко применяемый способ - это способ визуального подтверждения. Однако эта система сильно подвержена «человеческой ошибке» и, как следствие, не считается эффективным решением.
[13] Другой способ, используемый в горнодобывающей промышленности для мониторинга состояния изнашиваемых компонентов, предполагает использование толщиномеров или рамки для проверки уровня износа изнашиваемого компонента по измерительному инструменту. Эта система не является универсальной в горнодобывающей промышленности, поскольку она специфична для используемого изнашиваемого компонента GET, и обычно в ходе горных работ используют различные конструкции GET в парке экскаваторных и землеройных машин.
[14] Именно с учетом этого и было разработано настоящее изобретение.
[15] В данном описании, где документ, действие или элемент знаний упоминается или обсуждается, эта ссылка или обсуждение не является признанием того, что документ, действие или элемент знаний или любая их комбинация были на дату приоритета общедоступными, известными общественности, частью общих знаний; или известными, чтобы быть релевантными для попытки решения любой проблемы, с которой связано настоящее изобретение.
[16] Во всем настоящем описании слово «содержать», или такие варианты, как «содержит» или «содержащий», будут рассматриваться как подразумевающие включение указанного элемента, целого числа или стадии, или группы элементов, целых чисел или стадий, но не исключение любого другого элемента, целого числа или стадии, или группы элементов, целых чисел или стадий.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
[17] Настоящее изобретение относится к системе измерения для мониторинга состояния изнашиваемого компонента, содержащей:
нижнюю часть внешнего корпуса, содержащую закрытый нижний конец;
по меньшей мере один аккумулятор, расположенный внутри нижней части внешнего корпуса;
по меньшей мере один амортизирующий элемент, расположенный между по меньшей мере одним аккумулятором и по меньшей мере одним измерительным компонентом;
по меньшей мере одну металлическую дисковую антенну, расположенную на расстоянии над по меньшей мере одним измерительным компонентом;
по меньшей мере один металлический соединительный элемент, выполненный с возможностью соединения металлической дисковой антенны с измерительным компонентом; и
верхнюю часть внешнего корпуса, приспособленную для установки по меньшей мере над металлической дисковой антенной, при этом верхняя часть внешнего корпуса приспособлена для основательного соединения с нижней частью внешнего корпуса.
[18] По меньшей мере одна из верхней части внешнего корпуса или нижней части внешнего корпуса может быть по существу прозрачной для радиочастотных электромагнитных сигналов. Более предпочтительно по меньшей мере одна из верхней части внешнего корпуса или нижней части внешнего корпуса может состоять из пластика. Еще более предпочтительно по меньшей мере одна из верхней части внешнего корпуса или нижней части внешнего корпуса может состоять из полиэфиримидного пластика.
[19] Система измерения может дополнительно содержать слой силиконового каучука на нижней поверхности нижней части внешнего корпуса.
[20] По меньшей мере один аккумулятор может включать литиевый аккумулятор. Более предпочтительно по меньшей мере один аккумулятор может включать литиевый аккумулятор таблеточного типа, при этом диаметр литиевого аккумулятора таблеточного типа по существу соответствует внутреннему диаметру нижней части внешнего корпуса.
[21] По меньшей мере один амортизирующий элемент может состоять из пеноматериала низкой плотности.
[22] По меньшей мере один измерительный компонент может содержать по меньшей мере одну печатную плату и по меньшей мере один датчик температуры. Альтернативно по меньшей мере один измерительный компонент может содержать по меньшей мере одну печатную плату, по меньшей мере один датчик температуры и по меньшей мере один акселерометр. Альтернативно по меньшей мере один измерительный компонент содержит по меньшей мере одну печатную плату, по меньшей мере один датчик температуры и по меньшей мере один микроэлектромеханический (МЭМС) акселерометр. По меньшей мере один измерительный компонент может содержать по меньшей мере один магнитометр, по меньшей мере один емкостной датчик, по меньшей мере один пьезоэлектрический микрофон или по меньшей мере один МЭМС пьезомикрофон.
[23] По меньшей мере одна металлическая дисковая антенна может состоять из медно-бериллиевого сплава. Аналогично по меньшей мере один металлический соединительный элемент может состоять из медно-бериллиевого сплава. По меньшей мере один металлический соединительный элемент может дополнительно представлять собой продолжение части по меньшей мере одной металлической дисковой антенны.
[24] Система измерения может дополнительно содержать удаленный радиочастотный приемник, выполненный с возможностью приема данных датчика по беспроводной связи от по меньшей мере одного измерительного компонента.
[25] В особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения система измерения может быть приспособлена для установки в по меньшей мере одно углубление в по меньшей мере одной части элемента оснастки землеройного оборудования. По меньшей мере одно углубление может быть расположено так, что углубление находится рядом с по меньшей мере одним адаптером для поддержки по меньшей мере одной части элемента оснастки землеройного оборудования, когда по меньшей мере один адаптер и по меньшей мере один элемент оснастки землеройного оборудования соединены. Кроме того, по меньшей мере одно углубление может быть расположено так, что углубление открывается во внутреннюю полость части элемента оснастки землеройного оборудования, и так, что углубление расположено по существу по центру части элемента оснастки землеройного оборудования. Такое центральное расположение выгодно, поскольку позволяет системе измерения регистрировать среднее значение температуры тепловой массы части элемента оснастки землеройного оборудования. По меньшей мере один элемент оснастки землеройного оборудования может представлять собой зуб, межзубьевый сегмент или бокорез.
[26] Настоящее изобретение также относится к системе мониторинга состояния элемента оснастки землеройного оборудования, содержащей:
по меньшей мере один ударопрочный датчик в сборе, содержащий по меньшей мере датчик температуры, акселерометр, радиочастотную антенну и аккумулятор;
радиочастотный приемник, выполненный с возможностью приема данных датчика по беспроводной связи от по меньшей мере одного ударопрочного датчика в сборе;
и причем радиочастотный приемник выполнен с возможностью количественной оценки по меньшей мере одного из степени износа или величины износа по меньшей мере одной части элемента оснастки землеройного оборудования, радиочастотный приемник дополнительно выполнен с возможностью вывода по меньшей мере одного из данных о состоянии элемента оснастки землеройного оборудования или по меньшей мере одного уведомления или сигнала тревоги на основе данных о состоянии элемента оснастки землеройного оборудования.
[27] Радиочастотный приемник может обладать такими бортовыми вычислительными возможностями, что он может непосредственно количественно определять по меньшей мере одно из степени износа или величины износа по меньшей мере одной части элемента оснастки землеройного оборудования. Согласно альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения радиочастотный приемник может передавать данные датчика на удаленное вычислительное устройство через сеть передачи данных для количественного определения по меньшей мере одного из степени износа или величины износа по меньшей мере одной части элемента оснастки землеройного оборудования и получать обратно от удаленного вычислительного устройства количественно выраженную степень износа или величину износа.
[28] По меньшей мере один ударопрочный датчик в сборе может содержать систему измерения вышеописанного раскрытия. По меньшей мере один ударопрочный датчик в сборе может функционировать при рабочих температурах от -40 до +170 градусов Цельсия. Кроме того, по меньшей мере один ударопрочный датчик в сборе может функционировать при средних значениях перегрузки до 8 g.
[29] Настоящее изобретение также относится к способу мониторинга состояния элемента оснастки землеройного оборудования, предусматривающему:
прием значения данных радиочастотного датчика от по меньшей мере одного ударопрочного датчика, расположенного внутри по меньшей мере одной части элемента оснастки землеройного оборудования, причем данные радиочастотного датчика включают по меньшей мере данные температуры и акселерометра;
обработку данных радиочастотного датчика для вычисления данных о состоянии элемента оснастки землеройного оборудования, включая по меньшей мере одно из вычисления по меньшей мере одной степени износа или вычисления по меньшей мере одной величины износа по меньшей мере одной части элемента оснастки землеройного оборудования; и
представление значения по меньшей мере одного из данных о состоянии элемента оснастки землеройного оборудования или по меньшей мере одного уведомления или сигнала тревоги на основе данных о состоянии элемента оснастки землеройного оборудования.
[30] Настоящее изобретение также относится к способу мониторинга состояния элемента оснастки землеройного оборудования, предусматривающему:
прием значения данных радиочастотного датчика от по меньшей мере одного ударопрочного датчика, расположенного внутри по меньшей мере одной части элемента оснастки землеройного оборудования, причем данные радиочастотного датчика включают по меньшей мере данные акселерометра;
обработку данных радиочастотного датчика для вычисления данных о состоянии элемента оснастки землеройного оборудования, включая указание о креплении части элемента оснастки землеройного оборудования; и
представление значения по меньшей мере одного из данных о состоянии элемента оснастки землеройного оборудования или по меньшей мере одного уведомления или сигнала тревоги на основе данных о состоянии элемента оснастки землеройного оборудования.
[31] Данные радиочастотного датчика могут быть приняты от системы измерения, описанной выше.
[32] По меньшей мере одна степень износа может указывать по меньшей мере на одно из желательного состояния износа или нежелательного состояния износа. Кроме того, по меньшей мере одна степень износа может указывать на скорость повышения температуры (RoR), указывающую на изношенность элемента оснастки землеройного оборудования. Альтернативно по меньшей мере одна степень износа может указывать на скорость падения температуры (RoF) и/или скорость изменения температуры (RoC), указывающие на изношенность элемента оснастки землеройного оборудования. Альтернативно или дополнительно по меньшей мере одна степень износа может указывать на скорость повышения перегрузки (RoR), указывающую на изношенность элемента оснастки землеройного оборудования. Альтернативно или дополнительно по меньшей мере одна степень износа может указывать на скорость повышения звука (RoR), указывающую на изношенность элемента оснастки землеройного оборудования.
[33] Указание о креплении части элемента оснастки землеройного оборудования может указывать либо на прикрепление, либо на отсоединение части элемента оснастки землеройного оборудования.
[34] Обработка данных радиочастотного датчика для вычисления данных о состоянии элемента оснастки землеройного оборудования может предусматривать определение одного или нескольких из скорости повышения температуры, скорости падения температуры или скорости изменения температуры элемента оснастки землеройного оборудования на основе, по меньшей мере частично, данных о температуре.
[35] Способ мониторинга состояния элемента оснастки землеройного оборудования может дополнительно предусматривать отправку значения данных радиочастотного датчика от по меньшей мере одного ударопрочного датчика, расположенного внутри по меньшей мере одной части элемента оснастки землеройного оборудования, причем данные радиочастотного датчика включают по меньшей мере данные температуры и акселерометра, на приемник.
[36] По меньшей мере один датчик температуры может быть выполнен с возможностью регистрации изменений в одном или нескольких тепловых свойствах изнашиваемого компонента, в который встроена система измерения. Одно или несколько тепловых свойств изнашиваемого компонента системы измерения могут быть использованы для определения степени износа изнашиваемого компонента, в который встроена система измерения. Одно или несколько тепловых свойств изнашиваемого компонента системы измерения могут быть использованы для определения % величины износа изнашиваемого компонента.
[37] Система измерения может дополнительно содержать удаленный радиочастотный приемник, причем удаленный радиочастотный приемник принимает измеренный параметр, зарегистрированный датчиком.
[38] По меньшей мере один ударопрочный датчик в сборе может функционировать при средних перегрузках до 8 g.
[39] По меньшей мере одно углубление расположено таким образом, что углубление находится рядом с по меньшей мере одним адаптером, когда по меньшей мере один адаптер и по меньшей мере один элемент оснастки землеройного оборудования соединены. Предпочтительно по меньшей мере одно углубление расположено в стыковочной поверхности (т.е. внутренней поверхности части элемента оснастки землеройного оборудования, которая взаимодействует с адаптером на ковше экскаваторной машины) по меньшей мере одной части элемента оснастки землеройного оборудования в центральном положении. Центральное расположение углубления (и по меньшей мере одного ударопрочного датчика) внутри по меньшей мере одной части элемента оснастки землеройного оборудования выгодно для получения данных о средней температуре тепловой массы по меньшей мере одной части элемента оснастки землеройного оборудования. По меньшей мере один ударопрочный датчик в сборе может также функционировать при рабочих температурах от -40 до +170 градусов Цельсия.
[40] Настоящее изобретение также относится к компьютерному программному продукту, содержащему постоянный машиночитаемый носитель данных, содержащий по меньшей мере инструкции, которые при выполнении на компьютере заставляют компьютер:
принимать значение данных радиочастотного датчика от по меньшей мере одного ударопрочного датчика, расположенного внутри по меньшей мере одной части элемента оснастки землеройного оборудования, причем данные радиочастотного датчика включают по меньшей мере данные температуры и акселерометра;
обрабатывать данные радиочастотного датчика для вычисления данных о состоянии элемента оснастки землеройного оборудования, включая по меньшей мере одно из вычисления по меньшей мере одной степени износа или вычисления по меньшей мере одной величины износа по меньшей мере одной части элемента оснастки землеройного оборудования; и
представлять значение данных о состоянии элемента оснастки землеройного оборудования или по меньшей мере одно уведомление или сигнал тревоги на основе данных о состоянии элемента оснастки землеройного оборудования.
[41] Компьютерный программный продукт может дополнительно содержать инструкции для сопряжения радиочастотного датчика с приемником.
[42] Представление уведомления может дополнительно предусматривать инструкции для активации одного или нескольких из звукового предупреждения, тактильного предупреждения, визуального предупреждения или обнаруживаемого машиной предупреждения.
[43] Настоящее изобретение также относится к системе беспроводного измерения для регистрации характеристики скорости повышения материала и передачи данных о скорости повышения, содержащей:
нижнюю часть внешнего корпуса, содержащую закрытый нижний конец, и причем закрытый нижний конец находится внутри металлической конструкции;
по меньшей мере один аккумулятор, расположенный внутри нижней части внешнего корпуса;
по меньшей мере один амортизирующий элемент, расположенный между по меньшей мере одним аккумулятором и по меньшей мере одним компонентом измерения температуры, при этом компонент измерения температуры регистрирует данные о температуре металлической конструкции;
по меньшей мере одну металлическую дисковую антенну, расположенную на расстоянии над по меньшей мере одним компонентом измерения температуры;
по меньшей мере один упругий металлический соединительный элемент, выполненный с возможностью соединения металлического диска с компонентом измерения температуры, при этом по меньшей мере один металлический соединительный элемент по существу сохраняет зазор между датчиком и металлической дисковой антенной; и
верхнюю часть внешнего корпуса, приспособленную для установки по меньшей мере над металлической дисковой антенной, при этом верхняя часть внешнего корпуса приспособлена для основательного соединения с нижней частью внешнего корпуса.
[44] По меньшей мере один упругий металлический соединительный элемент может возвращать металлическую дисковую антенну к практически исходному зазору между датчиком и металлической дисковой антенной. Кроме того, зазор между датчиком и металлической дисковой антенной может быть воздушным зазором. По меньшей мере один упругий металлический соединительный элемент может также возвращать металлическую дисковую антенну к практически исходному зазору между металлической дисковой антенной и внешним корпусом.
[45] По меньшей мере один амортизирующий элемент может уменьшать первую силу удара, испытываемую по меньшей мере одним компонентом измерения температуры, и/или вторую силу удара, испытываемую по меньшей мере одним аккумулятором.
[46] Система беспроводного измерения может дополнительно содержать удаленный беспроводной приемник для приема данных о температуре металлической конструкции. Кроме того, система беспроводного измерения может содержать процессор обработки данных для обработки принятых данных о температуре металлической конструкции. Процессор обработки данных может определить степень износа металлической конструкции по меньшей мере частично на основе принятых данных о температуре металлической конструкции.
[47] Система беспроводного измерения может дополнительно предусматривать обнаруживаемое пользователем предупреждение, при этом обнаруживаемое пользователем предупреждение активируется, когда определенная степень износа металлической конструкции является неприемлемой степенью износа. Предупреждение может представлять собой одно или несколько из звукового предупреждения, звукового сигнала тревоги, тактильного предупреждения или визуального предупреждения. Визуальное предупреждение может представлять собой одно или несколько из мигающего света, отображаемого предупреждения на LCD-мониторе, отображаемого предупреждения на носимом устройстве, отображаемого предупреждения на LED-мониторе или отображаемого предупреждения на OLED-мониторе. Кроме того, предупреждение может передаваться по электронной связи на удаленный приемник.
[48] Система беспроводного измерения может дополнительно предусматривать обнаруживаемое пользователем предупреждение, при этом обнаруживаемое пользователем предупреждение активируется на основе принятых данных о температуре металлической конструкции. Кроме того, система беспроводного измерения может дополнительно предусматривать обнаруживаемое машиной предупреждение, при этом обнаруживаемое машиной предупреждение активируется, когда определенная степень износа металлической конструкции является неприемлемой степенью износа. Обнаруживаемое машиной предупреждение может представлять собой команду остановки для прекращения работы механического устройства.
[49] Механическое устройство может представлять собой одно из тяжелой техники, экскаватора или бульдозера.
[50] Система беспроводного измерения может дополнительно содержать систему управления запасами, причем система управления запасами хранит по меньшей мере одну запись системы беспроводного измерения. Система управления запасами может быть выполнена с возможностью пополнения физического запаса в инвентарной записи системы беспроводного измерения путем доставки по меньшей мере одной второй системы беспроводного измерения и/или по меньшей мере одного изнашиваемого компонента по меньшей мере частично на основе либо инвентарной записи системы беспроводного измерения, либо определенной степени износа металлической конструкции. По меньшей мере одна запись может содержать одно или несколько из по меньшей мере одного экземпляра данных сопряжения системы беспроводного измерения с приемником, по меньшей мере одного экземпляра инвентарного списка, причем инвентарный список содержит по меньшей мере количество одной или нескольких систем беспроводного измерения и/или одного или нескольких изнашиваемых компонентов, по меньшей мере одного физического местоположения, причем по меньшей мере одно физическое местоположение предусматривает по меньшей мере одно из адреса доставки, указания о маршруте, адреса электронной переписки, адреса электронной почты, номера телефона и адреса выставления счета.
[51] По меньшей мере один металлический диск системы беспроводного измерения может быть взаимно соединен с металлической конструкцией с помощью симбиотической РЧ конструкции между системой беспроводного измерения и металлической конструкцией. Металлическая конструкция предпочтительно представляет собой компонент элемента оснастки землеройного оборудования (GET), такой как, например, зуб, межзубьевый сегмент или бокорез.
[52] Металлическая конструкция может обладать механическим профилем или РЧ профилем, приблизительно эквивалентным рупорной антенне или параболической антенне.
[53] Данные о скорости повышения (RoR) могут представлять собой одно или несколько из данных о скорости повышения температуры, данных о скорости падения температуры, данных о скорости изменения температуры, данных о скорости повышения перегрузки и данных о скорости повышения звука.
[54] Упругое свойство упругого металлического соединительного элемента может характеризоваться пружинной постоянной.
Краткое описание фигур
[55] Варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи. Эти варианты осуществления приведены только в качестве иллюстрации, возможны и другие варианты осуществления настоящего изобретения. Следовательно, особенности сопроводительных чертежей не следует понимать как отменяющие общность предыдущего описания. На фигурах:
[56] на фиг. 1 представлено схематическое изображение, иллюстрирующее систему измерения в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления настоящего изобретения;
[57] на фиг. 2 представлен частичный вид датчика в сборе в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления настоящего изобретения;
[58] на фиг. 3 представлен частичный вид датчика в сборе, показывающий чашку цилиндрического корпуса, в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления настоящего изобретения;
[59] на фиг. 4 представлен вид сбоку в поперечном сечении элемента оснастки землеройного оборудования и датчика в сборе до закрепления датчика в сборе в зубе;
[60] на фиг. 5 представлен вид сбоку в поперечном сечении зуба, изображенного на фиг. 4, после закрепления датчика в сборе в зубе;
[61] на фиг. 6 представлен вид с торца зуба и датчика в сборе, изображенного на фиг. 5;
[62] на фиг. 7 представлен вид спереди фронтального погрузчика, содержащего ковш, на котором установлено множество зубьев типа, изображенного на фиг. 4, 5 и 6, и считыватель датчиков в сборе для считывания датчиков в сборе, закрепленных в зубьях;
[63] на фиг. 8 представлен вид спереди ковша фронтального погрузчика, на котором установлено множество зубьев типа, изображенного на фиг. 4, 5 и 6;
[64] на фиг. 9 изображен столб, на котором установлен неподвижный считыватель датчиков в сборе, сканирующий груз карьерного самосвала, который содержит зуб, к которому прикреплен датчик в сборе;
[65] на фиг. 10 представлено схематическое изображение, изображающее машину, которая содержит первую альтернативную установленную на машине станцию считывания датчиков в сборе;
[66] на фиг. 11 представлено схематическое изображение, изображающее машину, которая содержит вторую альтернативную установленную на машине станцию считывания датчиков в сборе;
[67] на фиг. 12 представлено схематическое изображение, изображающее первую альтернативную неподвижную станцию считывания датчиков в сборе;
[68] на фиг. 13 представлено схематическое изображение, изображающее вторую альтернативную неподвижную станцию считывания датчиков в сборе;
[69] на фиг. 14 представлена блок-схема, иллюстрирующая способ мониторинга состояния элемента оснастки землеройного оборудования в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления настоящего изобретения;
[70] на фиг. 15 и 16 представлены графики, изображающие данные о скорости повышения температуры (RoR), передаваемые датчиком в сборе для изнашиваемого компонента в течение заранее определенного периода времени; и
[71] на фиг. 17 представлена блок-схема, иллюстрирующая способ мониторинга состояния элемента оснастки землеройного оборудования в соответствии с альтернативным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Подробное раскрытие вариантов осуществления
[72] Иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения относятся, в общем, к различным устройствам, способам и системам мониторинга состояния изнашиваемого компонента и, более конкретно, к системам мониторинга для регистрации состояния компонентов элемента оснастки землеройного оборудования и элементов, используемых, например, на землеройных или экскаваторных горных машинах. Настоящее изобретение имеет особое, но не обязательно исключительное, применение к системам мониторинга для регистрации состояния компонентов элемента оснастки землеройного оборудования на горных или землеройных машинах. Однако следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается этим иллюстративным вариантом осуществления, и может быть реализовано в других условиях, где проводятся аналогичные землеройные или экскаваторные работы.
[73] В соответствии с настоящим изобретением мониторинг компонентов GET на землеройных или экскаваторных машинах требует сбора данных о качестве и/или характеристиках компонента GET. Однако из-за суровых условий, в которых обычно работает землеройная или экскаваторная техника, и значительных сил, воздействующих на компоненты GET во время работы, существует практическая необходимость в защите датчиков от прямых или косвенных ударных воздействий, которые могут повредить или разрушить эти датчики. Размещение датчиков в защищенных местах, таких как, например, во внутренних полостях зубьев или адаптеров компонентов GET, является желательным из-за защиты, которую обеспечивает такое размещение. Однако передача данных с датчиков изнутри этих металлических структур затруднена, так как антенна, используемая для передачи данных с датчиков, часто соединяется с металлической конструкцией. Такое сопряжение приводит к тому, что металлическая конструкция ведет себя как клетка Фарадея, препятствуя распространению РЧ передачи на удаленный приемник.
[74] Настоящее изобретение позволяет данным, зарегистрированным датчиком, встроенным в металлический объект (например, компонент GET, такой как зуб или адаптер), транслировать/передавать данные с датчика на удаленный приемник, используя принцип сцепления. Сцепление, или взаимное сцепление, - это радиочастотный термин, означающий нежелательное состояние, при котором первая антенна в непосредственной близости от второй антенны поглощает энергию, передаваемую второй антенной, тем самым снижая эффективность работы первой антенны. Способы, описанные в настоящем изобретении, позволяют металлическому объекту (например, компоненту GET, такому как зуб или адаптер) в сочетании с питаемым датчиком и металлической дисковой антенной действовать как одна взаимно сцепленная и согласованная антенна для передачи данных с датчика на удаленный приемник.
[75] В настоящем изобретении, помимо прочего, обсуждаются параметры системы для создания ударопрочной системы измерения, способной работать в сложных РЧ средах. Например, в настоящем изобретении описаны очень маленькие системы измерения, которые могут быть встроены в металлический объект (например, компонент GET, такой как зуб или адаптер) для регистрации и передачи физических и/или эксплуатационных характеристик компонента GET (и экскаваторной или землеройной машины, с которой он связан). Небольшой форм-фактор, ударопрочность и возможность передачи данных особенно полезны, когда визуальное обнаружение физической характеристики, такой как износ, нецелесообразно.
[76] На фиг. 1 представлено схематическое изображение, иллюстрирующее систему 30 измерения для мониторинга состояния изнашиваемого компонента GET.
[77] Как показано на фиг. 1, система 30 измерения содержит множество датчиков в сборе 31. Каждый датчик в сборе 31 установлен на соответствующем изнашиваемом компоненте 32 элемента оснастки землеройного оборудования (GET) горной или землеройной машины 33 таким образом, что датчик в сборе 31 прикреплен к изнашиваемому компоненту 32. Машина 33 может представлять собой, например, погрузчик, такой как фронтальный погрузчик, экскаватор с прямой лопатой или экскаватор. В зависимости от типа горного или землеройного оборудования, которым является машина 33, компонент 32 может представлять собой, например, зуб, адаптер, защитную пластину или кромку ковша или черпака. Система 30 измерения способна регистрировать характеристики материала (включая, например, постепенный износ или полную потерю) компонента 32 из машины 33. Система 30 измерения также способна обнаруживать/находить/восстанавливать потерянный компонент машины 33.
[78] Согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг. 2 и 3 чертежей, датчик в сборе 31 содержит защитный цилиндрический корпус 40 (или внешний корпус). Цилиндрический корпус 40 содержит цилиндрическую чашку 41 (или верхнюю часть внешнего корпуса) и круглую крышку/заглушку 42 (или нижнюю часть внешнего корпуса) с закрытым нижним концом для закрытия отверстия 43 в торце цилиндрической чашки 41 и ограждения пространства внутри цилиндрического корпуса 40.
[79] Крышка 42 содержит внешнюю часть 44, опирающуюся на обод 45 чашки 41, который окружает отверстие 43, и внутреннюю часть 46 для вставки в отверстие 43 при закрытии пространства внутри цилиндрического корпуса 40. При вставке в отверстие 43 посадка между внутренней частью 46 крышки 42 и чашкой 41 предпочтительно представляет собой прессовую посадку. Альтернативно поверхность стыка между внутренней частью 46 крышки 42 и чашкой 41 может включать сопрягаемые резьбы (не показаны) и внутренний скос (не показан) для создания уплотнения между крышкой 42 и чашкой 41.
[80] Альтернативно или дополнительно поверхность стыка между крышкой 42 и чашкой 41 уплотняется герметиком, таким как, например, силиконовый герметик, для предотвращения попадания нежелательных материалов (например, пыли, жидкости) в пространство внутри цилиндрического корпуса 40.
[81] Чашка 41 цилиндрического корпуса 40 содержит цилиндрическую боковую стенку 47, которая определяет отверстие 43 на конце чашки 41, а также обод 45 чашки 41. Противоположный конец чашки 41 предпочтительно закрыт и содержит основание 48, от которого отходит боковая стенка 47.
[82] Согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения и чашка 41, и крышка 42 изготовлены из пластикового материала, такого как полиэфиримидный пластик, который по существу прозрачен для радиочастотных электромагнитных сигналов. Синтетические полиэфиримидные полимеры имеют многочисленные преимущества в дополнение к их проницаемости/прозрачности для РЧ сигналов, такие как их долговечность и возможности изготовления, например, возможность печати с помощью 3D-принтера. Использование 3D-принтера с подходящим базовым материалом, таким как синтетический полимер, может также позволить напечатать чашку 41 и крышку 42 вокруг датчика в сборе 31 за одну стадию. Единый корпус или оболочка, изготовленная из одной нижней и верхней частей внешнего корпуса, может быть полезной, когда требуется дополнительная водонепроницаемость.
[83] Следует понимать, что другие материалы, обладающие аналогичными свойствами (т.е. по существу прозрачные для радиочастотных электромагнитных сигналов), также могут быть использованы и предусмотрены в рамках объема настоящего изобретения.
[84] Альтернативно вместо 3D-печати чашки 41 и крышки 42, защитный корпус 40 может быть сформован, экструдирован или подвергнут механической обработке/обтачиванию для достижения той же общей структуры.
[85] Согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения цилиндрический корпус 40 может также содержать слой 49 силиконового каучука, который приклеен или присоединен к нижней поверхности крышки 42. Слой 49 силиконового каучука предпочтительно может служить для гашения ударных сил (например, сил, передаваемых через изнашиваемый компонент 32) на датчик в сборе 31, и в частности на измерительный компонент 51, во время работы машины 33.
[86] Датчик в сборе 31 также содержит аккумулятор 50, который расположен внутри крышки 42. Как показано на фиг. 2 чертежей, аккумулятор 50 не обязательно должен полностью находиться внутри крышки 42 (или нижней части внешнего корпуса), ему достаточно просто находиться внутри окружности внутренней части 46 крышки 42 для того, чтобы внутренняя часть 46 могла быть вставлена в отверстие 43 чашки 41. Согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения, показанному на фиг. 2 чертежей, аккумулятор представляет собой литиевый аккумулятор, предпочтительно литиевый аккумулятор таблеточного типа, характеризующийся диаметром, который по существу соответствует внутреннему диаметру крышки 42 (или нижней части внешнего корпуса).
[87] Датчик в сборе 31 дополнительно содержит измерительный компонент 51, который содержит печатную плату 52, на которой установлены различные электронные компоненты 53. Печатная плата 52 приспособлена для питания от аккумулятора 50, который соединена с печатной платой 52 и который также находится внутри цилиндрического корпуса 40. Печатная плата 52 может содержать покрытие из эпоксидной смолы (не показано) для дополнительной защиты от пыли, текучей среды и/или ударов во время работы. Электронные компоненты 53, установленные на печатной плате 52, предпочтительно включают датчик температуры, акселерометр (например, МЭМС акселерометр), магнитометр, емкостной датчик, пьезоэлектрический микрофон и/или МЭМС пьезоэлектрический микрофон. Однако следует понимать, что различные комбинации одного или нескольких из этих электронных компонентов 53 также предусмотрены настоящим изобретением в зависимости от конкретного применения системы 30 измерения.
[88] Датчик в сборе 31 дополнительно содержит металлическую дисковую антенну 54, которая соединена с печатной платой 52 измерительного компонента 51 посредством металлического соединительного элемента 55 и расположена на заранее определенном расстоянии над печатной платой 52 измерительного компонента 51. Металлическая дисковая антенна 54 может быть изготовлена из различных металлических материалов, которые обладают свойствами, делающими их пригодными для использования в качестве РЧ антенны. Согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения металлическая дисковая антенна 54 изготовлена из медно-бериллиевого сплава. Согласно особенно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения металлическая дисковая антенна 54 и металлический соединительный элемент 55 выполнены как единое целое из одного куска металлического материала. Такая конфигурация позволяет размещать (и упруго удерживать) металлическую дисковую антенну 54 на заранее определенном расстоянии над печатной платой 52 измерительного компонента 51 без необходимости использования дополнительных устройств.
[89] Датчик в сборе 31 дополнительно содержит амортизирующий элемент 56, который расположен между аккумулятором 50 и измерительным компонентом 51. Амортизирующий элемент 56 приспособлен для гашения ударных сил, действующих на датчик в сборе 31, в частности на измерительный компонент 51, во время работы машины 33. Согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения амортизирующий элемент 56 может представлять собой пеноматериал низкой плотности или аналогичный амортизирующий/поглощающий удар материал. Согласно особенно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения для соединения печатной платы 52 измерительного компонента 51 с амортизирующим элементом 56 и/или для соединения амортизирующего элемента 56 с аккумулятором 50 может использоваться адгезив (такой как, например, силиконовый адгезив или связующее вещество). Однако следует понимать, что в зависимости от желаемых ударопрочных характеристик системы 30 можно использовать различные аналогичные адгезивы или связующие вещества.
[90] Следует понимать, что когда чашка 41 и крышка 42 цилиндрического корпуса 40 приводятся в зацепление (например, посредством прессовой посадки или другого механизма уплотнения), аккумулятор 50, измерительный компонент 51, металлическая дисковая антенна 54, металлический соединительный элемент 55 и амортизирующий элемент 56 оказываются заключенными внутри цилиндрического корпуса 40.
[91] Согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения датчик в сборе 31 приспособлен для установки в углубление 76 в изнашиваемом компоненте 32 на машине 33. На фиг. 5, 6 и 7 чертежей изображен элемент оснастки землеройного оборудования (GET) или изнашиваемый компонент 32, выполненный в виде сменного зуба/наконечника 70 для ковша или совка. Зуб 70 характеризуется в целом коническим профилем и содержит верхнюю сторону 71, нижнюю сторону 72, передний конец 73 и задний конец 74. Полость 75 для приема выступа адаптера 82 (как показано на фиг. 8 и 9 чертежей), закрепленного на ковше или черпаке, проходит в зуб 70 от заднего конца 74.
[92] Цилиндрическое углубление/отверстие 76 создано в зубе 70 у основания 77 полости 75. Углубление 76 может быть, например, создано в зубе 70 путем литья, растачивания, сверления или фрезерования в зубе 70, который изготовлен из металла, как правило, высокопрочной стали. Диаметр углубления 76 немного больше, чем наружный диаметр цилиндрического корпуса 40, вследствие чего корпус 40 может быть вставлен в углубление 76. Глубина углубления 76 такова, что датчик в сборе 31 может быть вставлен в углубление 76 так, что датчик в сборе 31 (включая цилиндрический корпус 40) не выступает из углубления 76.
[93] Клейкое вещество, такое как, например, силиконовый герметик, расположенное между дном углубления 76 и внутренним концом цилиндрического корпуса 40, который содержит крышку 44, прикрепляет датчик в сборе 31 к зубу 70 так, что датчик в сборе 31 удерживается на месте относительно зуба 70. Это клейкое вещество может быть предусмотрено в дополнение или в качестве альтернативы слою 49 силиконового каучука, который приклеен или присоединен к нижней поверхности крышки 42. Вставка датчика в сборе 31 в углубление 76 таким образом помогает защитить корпус 40 и открывает основание 48 чашки 41 для изнашиваемой поверхности/основания 77 углубления 76 (вблизи адаптера 82, когда зуб 70 входит в зацепление с адаптером 82).
[94] Размещение датчика в сборе 31 в углублении/отверстии 76 по центру внутри зуба 70 имеет важное значение, как будет более подробно описано ниже. Помимо обеспечения защиты датчика в сборе 31, такое расположение по центру выгодно для регистрации среднего значения температуры тепловой массы зуба 70. Это значение температуры обеспечивается датчиком температуры, который является одним из электронных компонентов 53, содержащихся в датчике в сборе 31.
[95] В соответствии с иллюстративным вариантом осуществления настоящего изобретения важно оценить пространственные отношения между элементами датчика в сборе 31, в частности, зазор 58 между датчиком и металлической дисковой антенной, который существует между измерительным компонентом 51 (в частности, электронными компонентами 53 на печатной плате 52) и металлической дисковой антенной 54, а также зазор между металлической дисковой антенной и внешним корпусом (не показан), который существует между металлической дисковой антенной 54 и чашкой 41 цилиндрического корпуса 40 (когда чашка 41 и крышка 42 цилиндрического корпуса 40 приведены в зацепление).
[96] Активные РЧ передающие компоненты 53 измерительного компонента 51 расположены на «плоскости заземления» печатной платы 52 и узле с согласованным полным сопротивлением, причем результирующая диаграмма направленности излучения от металлической дисковой антенны 54 настроена на изнашиваемый компонент 32. В этом РЧ узле датчик в сборе 31 настроен на металлическую конструкцию (т.е. на изнашиваемый компонент 32 GET). Обычно металлическая конструкция такого рода действует как «клетка Фарадея», однако настройка антенны 54 на изнашиваемый компонент 32 позволяет системе 30 использовать окружающую сталь и заставить ее работать как антенну (т.е. как продолжение металлической дисковой антенны 54). В результате собранный изнашиваемый компонент 32 GET усиливает РЧ сигнал (генерируемый металлической дисковой антенной 54), действуя как более крупная антенна и позволяя данным, передаваемым от измерительного компонента 51, приниматься удаленным радиочастотным приемником 90. Ключевым аспектом соединения антенны 54 с изнашиваемым компонентом 32 является сохранение зазора 58 между датчиком и металлической дисковой антенной и зазора между металлической дисковой антенной и внешним корпусом (не показан).
[97] Сохранение зазора 58 между датчиком и металлической дисковой антенной является важным атрибутом сцепления (термин РЧ конструкции, обозначающий нежелательное состояние), позволяя обычному эффекту «клетки Фарадея» металлического изнашиваемого компонента 32 (например, зуба GET) на антенне 54 действовать продолжение этой антенны 54 и обеспечивать прием данных, передаваемых от измерительного компонента 51, удаленным радиочастотным приемником 90.
[98] Как описано выше, металлическая дисковая антенна 54 и металлический соединительный элемент 55 выполнены как единое целое таким образом, что металлическая дисковая антенна 54 упруго удерживается на заранее определенном расстоянии над печатной платой 52 измерительного компонента 51 без необходимости использования дополнительного устройства.
[99] В состоянии или конфигурации покоя, в которой находится датчик в сборе 31 до приложения силы удара к датчику в сборе 31 или внешнему корпусу 40, металлическая дисковая антенна 54 упруго удерживается на заранее определенном расстоянии над печатной платой 52 измерительного компонента 51. Эта конфигурация предпочтительнее фиксированной конфигурации, поскольку большие силы удара, обычно связанные с работой машины 33, могут в противном случае привести к тому, что постоянно закрепленная металлическая дисковая антенна отклонится или отсоединится от измерительного компонента 51, в результате чего металлическая дисковая антенна, например, упадет на печатную плату 52 и снизит производительность. Поэтому желательно, чтобы металлический соединительный элемент 55 обладал некоторыми упругими свойствами, позволяющими металлической дисковой антенне 54 возвращаться в исходное положение после снятия «обычной для использования» ударной силы. Ударные нагрузки в некоторых условиях могут быть кратковременными, измеряемыми миллисекундами, но значительными по величине со средними перегрузками до 8g, а иногда и больше.
[100] Зазор 58 между датчиком и металлической дисковой антенной, который существует между печатной платой 52 и металлической дисковой антенной 54, а также зазор между металлической дисковой антенной и внешним корпусом (не показан), который существует между металлической дисковой антенной 54 и чашкой 41 цилиндрического корпуса 40, предпочтительно являются воздушными зазорами. Использование воздушного зазора или, альтернативно, герметизирующего материала является предпочтительным, поскольку это позволяет датчику в сборе 31 работать надлежащим образом в широком диапазоне рабочих температур (например, от -40 до +170 градусов Цельсия). Аналогично, датчики и электронные компоненты 53 в измерительном компоненте 51 должны быть выбраны таким образом, чтобы они могли работать в типичном диапазоне рабочих температур изнашиваемых компонентов GET.
[101] Как показано на фиг. 7 и 8 чертежей, горная/землеройная машина 33 в виде фронтального погрузчика 80 содержит элемент оснастки землеройного оборудования в виде ковша 81. Множество адаптеров 82 установлены на нижней кромке 83 ковша 81, и соответствующий зуб 70 закреплен на каждом адаптере 82 обычным образом. Каждый адаптер 82 содержит выступ 84, который вставляется в полость 75 соответствующего зуба 70 таким образом, что на поверхности стыка каждого выступа 84 и зуба 70 имеется достаточный зазор между выступом 84 и датчиком в сборе 31.
[102] После встраивания в углубление 76 изнашиваемого компонента 32 датчик в сборе 31 (включая, в частности, металлическую дисковую антенну 54) может быть настроен таким образом, чтобы использовать окружающий металл (изнашиваемого компонента 32) в качестве усилителя или, по меньшей мере, продолжения этой антенны 54.
[103] Предпочтительные частоты и/или диапазоны усиления для антенны 54 в идеале находятся в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ), хотя следует понимать, что другие частоты и диапазоны частот могут быть предпочтительными в зависимости от применения и/или типа изнашиваемых компонентов 32, внутри которых расположен датчик в сборе 31.
[104] Система 30 измерения дополнительно содержит удаленный радиочастотный приемник 90, выполненный с возможностью приема данных датчика по беспроводной связи от измерительного компонента 51, передаваемых на удаленный радиочастотный приемник 90 через металлическую дисковую антенну 54. Согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения удаленный радиочастотный приемник 90 установлен на фронтальном погрузчике 80. Удаленный радиочастотный приемник 90 предпочтительно содержит антенну (или множество антенн, не показаны), которые устанавливаются в подходящем месте на фронтальном погрузчике 80, таком как, например, верхняя часть кабины 92 фронтального погрузчика 80. Антенна (не показана) позволяет удаленному радиочастотному приемнику 90 поддерживать связь с датчиками в сборе 31. В частности, она позволяет удаленному радиочастотному приемнику 90 обнаруживать/считывать датчики в сборе 31, которые находятся в пределах диапазона действия удаленного радиочастотного приемника 90.
[105] Снова рассмотрим фиг. 1 чертежей; удаленный радиочастотный приемник 90 соединен с Wi-Fi приемопередатчиком 93. Удаленный радиочастотный приемник 90 и приемопередатчик 93 соединены друг с другом таким образом, что они могут поддерживать связь друг с другом. Считыватель 90 может передавать данные на приемопередатчик 93. Например, считыватель 90 может передавать на приемопередатчик 93 данные датчика, которые считыватель 90 считывает с датчика в сборе 31. Приемопередающая антенна 94 соединена с приемопередатчиком 93 таким образом, что приемопередатчик 93 может поддерживать связь с беспроводной сетью связи, такой как Wi-Fi сеть 95 связи системы 30 измерения. Приемопередатчик 93 способен передавать данные (например, данные датчика в сборе 31), которые передаются ему удаленным радиочастотным приемником 90, в сеть 95.
[106] Если машина 33 (например, фронтальный погрузчик 80) содержит множество изнашиваемых компонентов 32 (например, как показано на фиг. 7 и 8 чертежей с фронтальным погрузчиком 80), каждый из которых содержит собственный датчик в сборе 31, удаленный радиочастотный приемник 90 считывает данные каждого из датчиков в сборе 31.
[107] Ethernet-коммутатор 96 предпочтительно подключен к удаленному радиочастотному приемнику 90 и приемопередатчику 93. Удаленный радиочастотный приемник 90 и приемопередатчик 93 соединены с коммутатором 96 таким образом, что они могут поддерживать связь друг с другом через/посредством коммутатора 96. Приемопередатчик 93 и коммутатор 96 предпочтительно являются частью коммуникационной магистрали горнодобывающей промышленности. Удаленный радиочастотный приемник 90, соответствующая антенна (не показана), приемопередатчик 93, приемопередающая антенна 94 и коммутатор 96 функционируют в качестве установленной на машине станции 97 считывания датчиков в сборе системы 30 измерения. Система 30 измерения может содержать несколько установленных на машине станций 97 считывания датчиков в сборе. Например, система 30 измерения может содержать несколько установленных на машине станций 97 считывания датчиков в сборе, причем каждая станция 97 установлена на соответствующей машине 33.
[108] Согласно альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения радиочастотный приемник 90 может быть выполнен с бортовыми вычислительными возможностями (например, со встроенным персональным компьютером 160, показанным на чертежах) таким образом, что он может непосредственно обрабатывать данные датчика, принятые по беспроводной связи от измерительного компонента 51, переданные на удаленный радиочастотный приемник 90 посредством металлической дисковой антенны 54.
[109] Снова обратимся к фиг. 1; система 30 измерения также содержит одну или несколько неподвижных станций 100 считывания датчиков. Каждая станция 100 содержит считыватель 101 датчиков в сборе, Wi-Fi приемопередатчик 102 и антенну 103. Считыватель 101 и приемопередатчик 102 соединены друг с другом таким образом, что они могут поддерживать связь друг с другом. Считыватель 101 может передавать данные на приемопередатчик 102. Например, считыватель 101 может передавать на приемопередатчик 102 данные датчика (и характеристики износа материала), которые считыватель 101 считывает с датчика в сборе 31. Антенна 103 соединена с приемопередатчиком 102 таким образом, что приемопередатчик 102 может поддерживать связь с сетью 95. Приемопередатчик 102 способен передавать данные (например, данные датчика и характеристики износа материала изнашиваемого компонента 32), которые передаются ему считывателем 101, в сеть 95.
[110] На фиг. 9 показана неподвижная станция 100 считывания датчиков, установленная на подвесном каркасе (не показан) бункера дробилки (не показан). Считыватель 101 станции 100 расположен таким образом, что он может сканировать карьерные самосвалы, такие как карьерный самосвал 106. В частности, считыватель 101 расположен таким образом, что оно может сканировать груз в кузове 107 карьерного самосвала 106, чтобы определить наличие или отсутствие каких-либо датчиков в сборе 31 в грузе до, во время и после того, как самосвал 106 поместит свой груз 110 руды в бункер дробилки (не показан). Если считыватель 101 обнаруживает датчик в сборе 31 в грузе самосвала 106, то вероятно, что изнашиваемый компонент 32, к которому прикреплен датчик в сборе 31, также находится в грузе. После обнаружения датчика в сборе 31 в грузе, груз может быть помещен в другое место, или изнашиваемый компонент 32 может быть извлечен из груза до помещения груза в дробилку (не показана), чтобы предотвратить повреждение дробилки (не показана) изнашиваемым компонентом 32.
[111] Считыватель 101 датчиков в сборе неподвижной станции 100 считывания датчика, изображенной на фиг. 9, содержит антенну 108, которая позволяет считывателю 101 поддерживать связь с датчиками в сборе 31. В частности, антенна 108 позволяет считывателю 101 обнаруживать/считывать датчики в сборе 31, которые находятся в пределах диапазона действия считывателя 101.
[112] Согласно альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения считыватель 101 датчиков в сборе неподвижной станции 100 считывания датчиков установлен на столбе 109. Считыватель 101 расположен таким образом, чтобы он мог обнаружить присутствие/считать датчики в сборе 31 во время работы фронтального погрузчика 80 (или аналогичной экскаваторной машины). Датчик в сборе 31 прикреплен к зубцу 70 на ковше 81 работающего фронтального погрузчика 80, что позволяет обнаруживать/считывать датчик в сборе 31 считывателем 101. Более конкретно, считывание данных датчика (включая характеристики износа материала изнашиваемых компонентов 32) может выполняться во время работы фронтального погрузчика 80.
[113] Снова обратимся к фиг. 1; система 30 измерения также содержит один или несколько портативных считывающих блоков 120. Каждый блок 120 приспособлен для переноски соответствующим человеком. Каждый блок 120 содержит считыватель 121 датчиков в сборе, Wi-Fi приемопередатчик 122 и антенну 123. Считыватель 121 и приемопередатчик 122 соединены друг с другом таким образом, что они могут поддерживать связь друг с другом. Считыватель 121 может передавать данные на приемопередатчик 122. Например, считыватель 121 может передавать на приемопередатчик 122 данные датчика, которые считыватель 121 считывает с датчика в сборе 31. Антенна 123 соединена с приемопередатчиком 122 таким образом, что приемопередатчик 122 может поддерживать связь с сетью 95. Приемопередатчик 122 способен передавать данные (например, данные датчика в сборе 31), которые передаются ему считывателем 121, в сеть 95.
[114] Хотя это не показано на чертежах, считыватель 121 содержит одну или несколько антенн, которые позволяют считывателю 121 поддерживать связь с датчиками в сборе 31. В частности, антенны считывателя 121 позволяют ему обнаруживать/считывать датчики в сборе 31, которые находятся в пределах диапазона действия считывателя 21. Каждый датчик в сборе 31 содержит свои собственные уникальные идентификационные данные датчика в сборе (например, уникальный идентификационный номер датчика), вследствие чего считыватели 90, 101, 121 могут идентифицировать отдельные датчики в сборе 31. Когда станция 97, 100, 120 считывания датчиков в сборе используется для обнаружения потери компонента 32 из машины 33 или для обнаружения возврата компонента 32, если он потерян, станция считывания датчиков в сборе пытается считать датчик в сборе 31 и получить идентификационные данные датчика в сборе для датчика в сборе 31.
[115] Система 30 измерения также содержит станцию 130 мониторинга, которая содержит Wi-Fi приемопередатчик 131, антенну 132 и сервер 133. Антенна 132 соединена с приемопередатчиком 131 таким образом, чтобы приемопередатчик 131 мог поддерживать связь с другими приемопередатчиками 93, 102, 122 и, следовательно, со считывателями 90, 101, 121 через сеть 95. Например, приемопередатчик 131 может принимать от приемопередатчиков 93, 102, 122 через сеть 95 данные датчиков и характеристики износа материала, которые считыватели 90, 101, 121 считывают с датчика в сборе 31. Приемопередатчик 131 соединен с сервером 133 так, что они могут поддерживать связь друг с другом. Приемопередатчик 131 способен передавать данные (например, данные датчика и характеристики износа материала датчика в сборе 31), которые он получает от приемопередатчиков 93, 102, 122 через сеть 95, на сервер 133, чтобы сервер 133 мог затем обработать эти данные.
[116] Сервер 133 содержит процессор 134, запоминающее устройство 135 и базу 136 данных. Программное обеспечение, хранящееся в запоминающем устройстве 135, запускается на процессоре 134 сервера 133, который является центральным сервером. Сервер 133 поддерживает связь со считывателями 90, 101, 121 через беспроводную сеть 95 и хранит все данные в базе 136 данных.
[117] Сервер 133 способен генерировать тревожные сообщения/выдавать предупреждения, которые могут быть переданы пользователям различными способами, а система в целом или сервер 133 в частности взаимодействует с существующим программным обеспечением для управления горными работами с помощью канала передачи данных. Например, если система 30 через сервер 133 обнаружит, что зуб 70, к которому прикреплен датчик в сборе 31, упал с машины 33, будет сгенерировано тревожное сообщение, которое затем будет передано пользователю (например, оператору машины 33) подходящим способом (например, по радиосвязи), чтобы пользователь или кто-то другой мог принять соответствующие меры для предотвращения попадания зуба 70 в дробилку. Сервер 133 может быть отдельной физической машиной или виртуальным сервером, предоставленным оператором шахты для использования существующей инфраструктуры.
[118] Было установлено, что датчик в сборе 31 может быть обнаружен/считан последовательно на расстоянии 50 метров с любого направления, будучи встроенным в зуб 70. Кроме того, было установлено, что когда зуб 70 установлен на адаптер 82, тем самым защищая датчик в сборе 31 от прямого пути к считывателю, такому как считыватель 90, 101 или 121, уровень сигнала увеличивается в результате эффекта сцепления с изнашиваемым компонентом 32. Этот результат означает, что можно обнаруживать/считывать датчики в сборе 31 рабочей машины 33 для активного мониторинга их состояния (т.е. когда они прикреплены к машине 33). Можно удаленно войти в систему 30 измерения и просмотреть все датчики в сборе 31, установленные на изнашиваемых компонентах 32 машины 33 во время ее работы в карьере.
[119] Как показано на фиг. 10, в альтернативной форме настоящего изобретения, установленная на машине станция 97 считывания датчиков в сборе может содержать автономный, прочный, встроенный персональный компьютер 160, который установлен в кабине машины 33. Компьютер 160 соединен со считывателем 90 датчиков в сборе через канал 161 передачи данных таким образом, что компьютер 160 может поддерживать связь со считывателем 90. Компьютер 160 функционирует аналогично серверу 133, поскольку он способен обрабатывать всю информацию/данные, предоставляемые считывателем 90. Однако, в отличие от сервера 133, компьютер 160, очевидно, расположен локально по отношению к считывателю 90. Компьютер 160 способен предупредить/выдать предупреждение оператору машины 33 посредством локальных сигналов тревоги/звуковых сигналов, если считыватель 90 обнаружит потерю изнашиваемого компонента 32 из машины 33 или износ изнашиваемого компонента 32 за определенные заранее установленные безопасные пределы износа. Таким образом, станция 97 может действовать как независимая или автономная система мониторинга, которой не требуется связь со станцией 130 мониторинга и, следовательно, не обязательно требуется приемопередатчик 93, антенна 94 и коммутатор 96. Однако станция 97 может по-прежнему содержать приемопередатчик 93, антенну 94 и коммутатор 96, чтобы считыватель 90 мог поддерживать связь с сервером 133 через компьютер 160.
[120] Этот вариант со встроенным компьютером может обеспечить систему обнаружения для шахт, которые не обладают надежной инфраструктурой Wi-Fi для передачи данных считывателя, или для шахт, в которых может потребоваться локальная обработка сигналов тревоги на машине 33, а также на магистральном сервере 133 для обеспечения мониторинга нескольких машин 33 в масштабах всего участка.
[121] Как показано на фиг. 11, другая альтернативная форма установленной на машине станции 97 считывания датчиков в сборе аналогична станции, изображенной на фиг. 10, за исключением того, что она не содержит Ethernet-коммутатор 96, а компьютер 160 подключен непосредственно к приемопередатчику 93, вследствие чего компьютер 160 и приемопередатчик 93 могут напрямую поддерживать связь друг с другом.
[122] Аналогично установленной на машине станции считывания датчиков в сборе, изображенной на фиг. 10, неподвижная станция 100 считывания датчиков в сборе может содержать автономный, прочный, встроенный персональный компьютер 170, как показано на фиг. 12 и 13. Компьютер 170 соединен со считывателем 101 датчиков в сборе станции 100 через канал 171 передачи данных таким образом, что компьютер 170 может поддерживать связь со считывателем 101. Станция 100 может также содержать Ethernet-коммутатор 172, как показано на фиг. 12, причем компьютер 170 подключен к коммутатору 172, а коммутатор 172 подключен к приемопередатчику 102 станции 100 таким образом, что компьютер 170 и приемопередатчик 02 могут поддерживать связь друг с другом через коммутатор 172. Альтернативно компьютер 170 может быть подключен непосредственно к приемопередатчику 102, как показано на фиг. 13, вследствие чего компьютер 170 и приемопередатчик 102 могут напрямую поддерживать связь друг с другом.
[123] Компьютер 170 функционирует аналогично серверу 133, поскольку он способен обрабатывать всю информацию, предоставленную считывателем 101. Компьютер 170 способен выдавать предупреждение оператору посредством локальных звуковых сигналов тревоги, если считыватель 101 обнаружит потерю компонента 32 или износ изнашиваемого компонента 32 сверх определенных заранее заданных пределов безопасного износа. Таким образом, станция 100 может действовать как независимая или автономная система обнаружения, которой не требуется связь со станцией 130 мониторинга и, следовательно, не обязательно требуется приемопередатчик 102, антенна 103 и коммутатор 172 (в случае станции 100, изображенной на фиг. 12). Однако станция 100 все же может содержать приемопередатчик 102, антенну 103 и коммутатор 172 (в случае станции 100, изображенной на фиг. 12), чтобы считыватель 101 мог поддерживать связь с сервером 33 через компьютер 170.
[124] Портативные считывающие блоки 120 предпочтительно являются портативными устройствами, способными записывать данные в пользовательское запоминающее устройство датчика в сборе 31, считывать данные из пользовательского запоминающего устройства датчика в сборе 31, изменять состояние датчика в сборе 31 с неактивного (спящего) на активное (передающее), и наоборот; и/или определять местонахождение потерянного компонента 32, к которому прикреплен датчик в сборе 31. Каждый из датчиков в сборе 31 системы 30 измерения обычно находится в неактивном состоянии с момента транспортировки с завода, где он был произведен/изготовлен, до момента доставки конечному пользователю/клиенту. Когда датчик в сборе 31 неактивен, он находится в спящем состоянии, поэтому он не подает маячковый сигнал/не передает радиосигнал полной мощности. Перевод датчика в сборе 31 в спящее состояние позволяет экономить заряд аккумулятора датчика в сборе и тем самым максимально продлить срок службы датчика в сборе 31.
[125] В целом, в настоящем документе был разработан и раскрыт способ и устройство мониторинга состояния элемента оснастки землеройного оборудования. Как показано на фиг. 14 чертежей, способ 200 предусматривает на стадии 202 прием значения данных радиочастотного датчика от по меньшей мере одного ударопрочного датчика 31, расположенного внутри по меньшей мере одной части 32 элемента оснастки землеройного оборудования, причем данные радиочастотного датчика включают по меньшей мере данные температуры и акселерометра.
[126] Стадия 204 предусматривает обработку данных радиочастотного датчика для вычисления данных об износе элемента оснастки землеройного оборудования, включая по меньшей мере одно из вычисления по меньшей мере одной степени износа или вычисления по меньшей мере одной величины износа по меньшей мере одной части 32 элемента оснастки землеройного оборудования. По меньшей мере одна степень износа указывает по меньшей мере на одно из желательного состояния износа или нежелательного состояния износа. Более предпочтительно по меньшей мере одна степень износа указывает на скорость повышения температуры (RoR), указывающую на рабочие характеристики изношенного элемента оснастки землеройного оборудования (т. е. изнашиваемого компонента 32). Стадия 204 обработки данных радиочастотного датчика для вычисления данных об износе элемента оснастки землеройного оборудования предусматривает определение скорости повышения элемента оснастки землеройного оборудования по меньшей мере частично на основе данных о температуре.
[127] Согласно альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения стадия 204 обработки данных радиочастотного датчика для вычисления данных об износе элемента оснастки землеройного оборудования предусматривает определение скорости повышения элемента оснастки землеройного оборудования на основе данных о температуре и данных акселерометра.
[128] Согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения способ 200 дополнительно предусматривает отправку данных радиочастотного датчика от по меньшей мере одного ударопрочного датчика, расположенного внутри по меньшей мере одной части 32 элемента оснастки землеройного оборудования, причем данные радиочастотного датчика включают по меньшей мере данные температуры и данные акселерометра, на приемник 90. При определении RoR температуры по меньшей мере один датчик температуры (не показан) на печатной плате 52 измерительного компонента 51 способен обнаруживать изменения в одном или нескольких тепловых свойствах изнашиваемого компонента 32, в который встроен датчик в сборе 31. Как указано выше, размещение датчика в сборе 31 в углублении/отверстии 76 в центральном месте зуба 70 имеет важное значение, поскольку это позволяет по меньшей мере одному датчику температуры (не показан) получать среднее значение температуры тепловой массы зуба 70. Как будет понятно специалисту в данной области техники, температура зуба 70 во время операций копания может значительно отличаться на разных участках зуба 70. Например, кончик (не показан) зуба 70, который непосредственно входит в землю, может характеризоваться значительно более высокой температурой (или средней температурой), чем участки зуба, которые только входят в зацепление с адаптером 82. Однако централизованное расположение, например, у основания 77 полости 75 является преимущественным, поскольку оно естественным образом обеспечивает среднюю температуру для тепловой массы зуба 70.
[129] Одно или несколько тепловых свойств изнашиваемого компонента 32 используются для определения степени износа изнашиваемого компонента 32, в который встроен датчик в сборе 31. Кроме того, одно или несколько тепловых свойств изнашиваемого компонента 32 используются для определения процентной величины износа изнашиваемого компонента 32. Например, по мере постепенного износа изнашиваемого компонента 32 ожидаемая RoR температуры для этого изнашиваемого компонента 32 (измеренная датчиком температуры в электронных компонентах 53 датчика в сборе 31) предсказуемо увеличивается, что позволяет сделать вывод о процентном износе изнашиваемого компонента 32.
[130] Кроме того, данные акселерометра предпочтительно объединяются с одним или несколькими тепловыми свойствами изнашиваемого компонента 32 и используются для вывода процентной величины износа изнашиваемого компонента 32. Например, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения данные акселерометра используются для подсчета количества зачерпываний ковша 81 с момента прикрепления нового зуба 70 (со встроенным датчиком в сборе 31). Затем износ зуба 70 может быть оценен с помощью зарегистрированного количества зачерпываний ковша (активных циклов копания) как простой линейный расчет (то есть, линейная зависимость между количеством зачерпываний ковша, вплоть до ожидаемого максимума, например, 40000 зачерпываний, напрямую связана с износом зуба 70 от 0 до 100%).
[131] Согласно особенно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения используются измеренные данные о скорости повышения температуры (RoR) (и/или скорости падения температуры, или скорости изменения температуры) и применение дельты этой температуры RoR и весового коэффициента, применяемого к данным акселерометра (в зависимости от измеренного количества зачерпываний или активных циклов копания), вследствие чего увеличение RoR температуры ускоряет линейный расчет износа. Например, может оказаться возможным, что 100% износ зуба 70 будет достигнут после 25000 зачерпываний с особенно высокой величиной износа, но это будет отражено более высокой RoR температурой (и/или скоростью падения температуры, или скоростью изменения температуры), как отражено в данных RoR температуры.
[132] На фиг. 15 и 16 показан пример данных 250 RoR температуры для датчика в сборе 31 внутри изнашиваемого компонента 32 на машине 33. Графики 220 (показывающие скорость повышения по оси Y и время в днях по оси X) показывают пример данных RoR температуры и вычисленный процент износа 260 изнашиваемого компонента 32 за период 41 день, хотя видно, что изнашиваемый компонент заменяется 270 через 30 дней после достижения 94% износа. Также показано количество зачерпываний (активных циклов копания) 280 для изнашиваемого компонента 32, зарегистрированное как часть данных акселерометра (показано 22674 цикла черпания на момент замены 270 изнашиваемого компонента 32).
[133] Если RoR соотносится с нежелательной степенью износа, может быть выдано предупреждение о профилактическом обслуживании до выхода из строя изнашиваемого компонента 32. Альтернативно, если использование продолжается до степени износа, свидетельствующей об изношенности элемента оснастки землеройного оборудования, открытый датчик в сборе 31, выявленный в результате износа, может быть разрушен ударом и перестать излучать сигнал. Это прекращение сигнала от системы измерения может вызвать выдачу предупреждения. Альтернативно обнаружение датчика в сборе 31 может привести к выдаче предупреждения после приема RoR удаленным радиочастотным приемником 90.
[134] Стадия 206 предусматривает представление значения по меньшей мере одного из данных об износе элемента оснастки землеройного оборудования или по меньшей мере одного уведомления или сигнала тревоги на основе данных об износе элемента оснастки землеройного оборудования. Согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения предупреждение передается по электронной связи на удаленный приемник 90 и может включать одно или несколько из звукового сигнала тревоги, визуального предупреждения (такого как, например, мигающий свет, отображаемое предупреждение на LCD-мониторе, отображаемое предупреждение на носимом устройстве, отображаемое предупреждение на LED-мониторе или отображаемое предупреждение на OLED-мониторе), обнаруживаемого пользователем предупреждения и/или обнаруживаемого машиной предупреждения, когда определенная степень износа изнашиваемого компонента 32 является неприемлемой степенью износа (т.е. когда износ изнашиваемого компонента 32 превышает или приближается к определенным заранее заданным пределам безопасного износа, например, 90-100% износа изнашиваемого компонента 32). Обнаруживаемое машиной предупреждение может также включать команду остановки для прекращения работы механического устройства, такого как, например, машина 33, или работы изнашиваемого компонента 32.
[135] В соответствии с альтернативным вариантом осуществления настоящего изобретения пьезомикрофон (не показан) может быть объединен с RoR температуры для определения износа изнашиваемого компонента 32 и подачи предупреждений на удаленный приемник 90. По мере износа изнашиваемого компонента 32, уменьшение массы стали увеличивает акустическую резонансную частоту изнашиваемого компонента 32. Поэтому обнаружение уменьшения массы стали вокруг датчика в сборе 31 может быть определено по акустическим свойствам подходящего датчика в сборе 31, содержащего пьезомикрофон (не показан) внутри электронных компонентов 53 измерительного компонента 51.
[136] Как показано на фиг. 17 чертежей, способ 300 предусматривает на стадии 302 прием значения данных радиочастотного датчика от по меньшей мере одного ударопрочного датчика 31, расположенного внутри по меньшей мере одной части 32 элемента оснастки землеройного оборудования, причем данные радиочастотного датчика включают по меньшей мере данные акселерометра.
[137] Стадия 304 предусматривает обработку данных радиочастотного датчика для вычисления данных о состоянии элемента оснастки землеройного оборудования, включая указание о креплении части 32 элемента оснастки землеройного оборудования. Согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения способ 300 дополнительно предусматривает отправку данных радиочастотного датчика от по меньшей мере одного ударопрочного датчика 31, расположенного внутри по меньшей мере одной части 32 элемента оснастки землеройного оборудования, причем данные радиочастотного датчика включают по меньшей мере данные акселерометра, на приемник 90. Вычисление данных о состоянии элемента оснастки землеройного оборудования (включая, в частности, указание о креплении части 32 элемента оснастки землеройного оборудования) выполняется путем мониторинга на удаленном приемнике 90 того, продолжают ли поступать данные о состоянии элемента оснастки землеройного оборудования от ударопрочного датчика 31 внутри части 32 элемента оснастки землеройного оборудования и/или определения на основе данных акселерометра того, продолжает ли часть 32 элемента оснастки землеройного оборудования (и встроенный датчик 31) двигаться в соответствии с движением ковша 81 фронтального погрузчика 80. Движение ковша 81 (т.е. активные циклы копания) предпочтительно получают из данных акселерометра, полученных от отдельного акселерометра (не показан), расположенного на ковше 81.
[138] Стадия 206 предусматривает представление значения по меньшей мере одного из данных о состоянии элемента оснастки землеройного оборудования или по меньшей мере одного уведомления или сигнала тревоги на основе данных о состоянии элемента оснастки землеройного оборудования. Согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения предупреждение передается по электронной связи на удаленный приемник 90 и может включать одно или несколько из звукового сигнала тревоги, визуального предупреждения (такого как, например, мигающий свет, отображаемое предупреждение на LCD-мониторе, отображаемое предупреждение на носимом устройстве, отображаемое предупреждение на LED-мониторе или отображаемое предупреждение на OLED-мониторе), обнаруживаемого пользователем предупреждения (при этом обнаруживаемое пользователем предупреждение выдается, когда удаленный приемник 90 не принимает данные об элементе оснастки землеройного оборудования от датчика 31 внутри изнашиваемого компонента 32), и/или обнаруживаемое машиной предупреждение, когда данные акселерометра не соответствуют ожидаемому движению ковша 81 (предпочтительно на основе данных акселерометра от отдельного акселерометра (не показан), расположенного на ковше 81). Обнаруживаемое машиной предупреждение может также включать команду остановки для прекращения работы механического устройства, такого как, например, машина 33, или работы изнашиваемого компонента 32.
[139] Поскольку настоящее изобретение может быть воплощено в нескольких формах без отступления от существенных характеристик настоящего изобретения, следует понимать, что описанные выше варианты осуществления не должны рассматриваться как ограничивающие настоящее изобретение, а скорее должны толковаться в широком смысле. Различные модификации, усовершенствования и эквивалентные варианты будут очевидны специалистам в данной области, и они должны быть включены в сущность и объем настоящего изобретения. Поэтому настоящие варианты осуществления следует рассматривать во всех отношениях как иллюстративные, а не ограничивающие.
Изобретение относится к системам мониторинга для определения состояния компонентов и элементов оснастки землеройного оборудования. Система мониторинга для определения состояния элементов оснастки землеройного оборудования содержит внешний корпус; аккумулятор, расположенный внутри внешнего корпуса; амортизирующий элемент, расположенный между аккумулятором и измерительным компонентом; металлическую дисковую антенну, расположенную на расстоянии над измерительным компонентом; металлический соединительный элемент, выполненный с возможностью соединения металлической дисковой антенны с измерительным компонентом; причем внешний корпус приспособлен покрывать и заключать в себе металлическую дисковую антенну, амортизирующий элемент, измерительный компонент и металлический соединительный элемент. Технический результат: возможность определить, когда срок службы изнашиваемых компонентов оснастки землеройного оборудования подходит к концу, и узнать оптимальное время для их замены. 19 з.п. ф-лы, 17 ил.
1. Система мониторинга для определения состояния элементов оснастки землеройного оборудования, содержащая:
внешний корпус;
аккумулятор, расположенный внутри внешнего корпуса;
амортизирующий элемент, расположенный между аккумулятором и измерительным компонентом;
металлическую дисковую антенну, расположенную на расстоянии над измерительным компонентом;
металлический соединительный элемент, выполненный с возможностью соединения металлической дисковой антенны с измерительным компонентом; и
причем внешний корпус приспособлен покрывать и заключать в себе металлическую дисковую антенну, амортизирующий элемент, измерительный компонент и металлический соединительный элемент.
2. Система мониторинга по п. 1, в которой верхняя часть внешнего корпуса прозрачна для радиочастотных электромагнитных сигналов.
3. Система мониторинга по п. 2, в которой верхняя часть внешнего корпуса состоит из пластика.
4. Система мониторинга по п. 3, в которой верхняя часть внешнего корпуса состоит из полиэфиримидного пластика.
5. Система мониторинга по п. 1, дополнительно содержащая слой силиконового каучука на нижней поверхности внешнего корпуса.
6. Система мониторинга по п. 1, в которой аккумулятор включает литиевый аккумулятор.
7. Система мониторинга по п. 6, в которой аккумулятор включает литиевый аккумулятор таблеточного типа, при этом диаметр литиевого аккумулятора таблеточного типа соответствует внутреннему диаметру внешнего корпуса.
8. Система мониторинга по п. 1, в которой амортизирующий элемент состоит из пеноматериала низкой плотности.
9. Система мониторинга по п. 1, в которой измерительный компонент содержит печатную плату и датчик температуры.
10. Система мониторинга по п. 1, в которой измерительный компонент содержит печатную плату, датчик температуры и акселерометр.
11. Система мониторинга по п. 1, в которой измерительный компонент содержит печатную плату, датчик температуры и МЭМС акселерометр.
12. Система мониторинга по п. 1, в которой измерительный компонент содержит магнитометр.
13. Система мониторинга по п. 1, в которой измерительный компонент содержит емкостный датчик.
14. Система мониторинга по п. 1, в которой измерительный компонент содержит пьезоэлектрический микрофон.
15. Система мониторинга по п. 14, в которой пьезоэлектрический микрофон включает МЭМС пьезомикрофон.
16. Система мониторинга по п. 1, в которой металлический соединительный элемент представляет собой продолжение части одной металлической дисковой антенны.
17. Система мониторинга по п. 1, дополнительно содержащая удаленный радиочастотный приемник, выполненный с возможностью приема данных по беспроводной связи от измерительного компонента.
18. Система мониторинга по п. 1, в которой система измерения приспособлена для установки в углубление в части элемента оснастки землеройного оборудования.
19. Система мониторинга по п. 18, в которой углубление расположено так, что углубление находится рядом с адаптером для поддержки части элемента оснастки землеройного оборудования, когда адаптер и элемент оснастки землеройного оборудования соединены.
20. Система мониторинга по п. 18, в которой углубление расположено так, что углубление открывается во внутреннюю полость части элемента оснастки землеройного оборудования, и так, что углубление расположено по центру части элемента оснастки землеройного оборудования.
| ОБНАРУЖЕНИЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ИНСТРУМЕНТА | 2012 |
|
RU2608269C2 |
| US 10011975 B2, 03.07.2018 | |||
| DE 102012016004 B4, 28.12.2017 | |||
| EA 201791824 A1, 29.12.2017. | |||
