用于感測材料碎化機(jī)械的碎化元件的磨損的系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于感測材料碎化機(jī)械的碎化元件的磨損的系統(tǒng)和方法
[0001]本申請為2013年12月12日提交的PCT國際專利申請，并且要求于2012年12月12日提交的美國臨時專利申請N0.61/736，303的優(yōu)先權(quán)，在此該美國臨時專利申請的全部內(nèi)容通過引用并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本公開大體上涉及用于感測被設(shè)計為碎化或分解材料的機(jī)械中的磨損的系統(tǒng)和方法。更具體地，本公開涉及用于感測諸如地表挖掘機(jī)的挖掘機(jī)所使用的碎化元件的磨損的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0003]在采礦和施工中，經(jīng)常處理相對硬的材料。材料的種類包括巖石、混凝土、瀝青、煤和各種其他類型的地層。已經(jīng)開發(fā)出許多不同的用于碎化這些硬材料的尺寸的方法。一種傳統(tǒng)的材料尺寸碎化方法為在材料中鉆相對小的孔，然后使用炸藥填充所述孔，這些炸藥被引爆，從而得到了快速且低成本的尺寸碎化的方法。然而，該技術(shù)存在多種缺陷，包括固有的受傷風(fēng)險、產(chǎn)生不期望的噪音、振動和灰塵以及該方法難以用在空間受限或存在導(dǎo)致其它氣體被引燃的潛在風(fēng)險的情形中的事實(shí)。
[0004]由于上述與爆炸技術(shù)相關(guān)的缺陷，所以已經(jīng)開發(fā)了替代的方法用于碎化相對硬的材料。主要的替代方法是使用具有旋轉(zhuǎn)的碎化部件的碎化機(jī)械，該碎化部件使剛性的且專業(yè)的碎化元件運(yùn)動通過行進(jìn)路徑。碎化部件可以包括使碎化元件運(yùn)動通過圓形行進(jìn)路徑的旋轉(zhuǎn)滾筒。所述滾筒通常附接至其對應(yīng)的機(jī)械上，以使得滾筒的位置和方向可以被控制，從而使碎化元件與待碎化的材料接觸?？蛇x的碎化部件可以包括承載碎化元件的懸臂安裝的鏈。該鏈通常繞其對應(yīng)的懸臂被驅(qū)動/旋轉(zhuǎn)。碎化元件被安裝至鏈上并且沿由鏈限定的行進(jìn)路徑運(yùn)動。在使用時，懸臂運(yùn)動至(例如通過樞轉(zhuǎn)運(yùn)動)其中碎化元件被帶入與待碎化的材料接觸的位置。
[0005]上述類型的示例性的機(jī)械在美國專利N0.7，290, 360中公開。該公開的機(jī)械為地表挖掘機(jī)，用于諸如地表采礦、拆除道路、場地平整以及用于通過去除一層或多層材料的新建或重建的準(zhǔn)備場合的應(yīng)用。這類地表挖掘機(jī)相對于爆炸和錘擊提供更經(jīng)濟(jì)的選擇，并且提供在一次通過后產(chǎn)生一致的輸出材料的優(yōu)點(diǎn)。這可以降低對粗碎機(jī)、大型裝載機(jī)、大型托運(yùn)卡車和將材料運(yùn)輸至壓碎機(jī)的相關(guān)準(zhǔn)許的需求。
[0006]已經(jīng)開發(fā)了碎化機(jī)械的碎化元件來抵抗沖擊負(fù)載和與材料碎化活動相關(guān)的磨損。碎化元件可以被構(gòu)造為各種形狀和尺寸，并且被用包括切割器、鑿子、挖頭、齒等的各種術(shù)語標(biāo)明。典型的碎化元件包括前沖擊點(diǎn)或邊和基部。該基部被構(gòu)造為裝配進(jìn)安裝結(jié)構(gòu)中，該安裝結(jié)構(gòu)與用來在材料碎化應(yīng)用過程中承載碎化元件的滾筒或鏈一體形成。與材料碎化應(yīng)用相關(guān)的惡劣環(huán)境事實(shí)上保證碎化元件將隨著時間磨損。因此，碎化元件被設(shè)計為可更換的，而安裝結(jié)構(gòu)不想被頻繁地更換。例如，當(dāng)給定的碎化元件被磨損時，其被從其對應(yīng)的安裝結(jié)構(gòu)上移除，并且使用新的、未磨損的碎化元件更換它。
[0007]通常，碎化元件的頂端或刃具有比碎化元件的基部更硬的構(gòu)造(例如，整體硬質(zhì)合金構(gòu)造)。當(dāng)使用新的碎化元件來碎化材料時，前點(diǎn)或邊暴露于沖擊和磨削動作的主要部分中。然而，一旦前頂端或邊被磨損，那么基部會暴露于更多的沖擊和磨削動作中。當(dāng)其發(fā)生時，各種潛在的問題將會出現(xiàn)，包括基部在破碎材料時將會變得效率低下，從而導(dǎo)致低效率的操作。該低效率會導(dǎo)致產(chǎn)生火花和/或過熱，這可能導(dǎo)致爆炸危險，如可能發(fā)生在可能存在沼氣的煤炭開采應(yīng)用中。此外，與前點(diǎn)或頂端相比，基部通常會相對快地被磨損。因?yàn)榛孔柚顾榛惭b結(jié)構(gòu)暴露于磨損場合，所以這是顯著的。因此，一旦碎化元件的前邊或點(diǎn)磨損，那么在基部磨損而導(dǎo)致其中滾筒或鏈的安裝結(jié)構(gòu)接觸待碎化的材料的情形之前機(jī)械將僅可以運(yùn)行相對短的時間。一旦碎化元件磨損至該點(diǎn)，就會存在導(dǎo)致滾筒或鏈的安裝結(jié)構(gòu)損壞的風(fēng)險。因?yàn)榘惭b結(jié)構(gòu)并沒有有意設(shè)計為容易地被維修，所以導(dǎo)致的潛在的損壞可能很難維修，并且維修成本高。
[0008]由于這些問題，在磨損發(fā)展到不可接受的點(diǎn)之前更換碎化元件具有顯著的益處。已經(jīng)設(shè)計了監(jiān)測刀具的狀態(tài)以使得操作者能夠中斷操作并且在合適的時間更換刀具的系統(tǒng)。用于監(jiān)測碎化元件的磨損的示例性系統(tǒng)公開在AT3826832 ；DE 10015005 ;和US2010/0076697中。雖然存在磨損感測系統(tǒng)，但是在該領(lǐng)域中，需要對其進(jìn)行改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本公開的多個方面涉及用于感測(例如檢測、測量、監(jiān)測、追蹤等)材料碎化機(jī)械的碎化元件(即刀具、挖頭、鑿子、刀片、齒等)的磨損狀況的改進(jìn)的方法。在一個示例中，材料碎化機(jī)械為諸如用于采礦、地表采礦、場地平整、路面銑刨或其它應(yīng)用的地表挖掘機(jī)的挖掘機(jī)械。在其它示例中，材料碎化機(jī)械可以包括挖溝機(jī)、巖石輪式機(jī)、臥式研磨機(jī)、筒式研磨機(jī)、削片機(jī)或通過破碎或以其它方式碎化材料的尺寸而利用碎化元件來處理材料的其它類型的機(jī)械。
[0010]在下面的說明書中將提出各種附加的方面。這些方面可以涉及單獨(dú)的特征以及特征的組合。應(yīng)理解的是，上述的一般說明和下面的詳細(xì)說明都僅是示例性和說明性的，而不是限制本文所公開的實(shí)施例所基于的寬泛概念。
【附圖說明】
[0011]圖1是根據(jù)本公開的原理的包括碎化元件磨損感測系統(tǒng)的地表挖掘機(jī)的側(cè)視圖；
[0012]圖2是示出挖掘滾筒并且示意性地示出碎化元件磨損感測系統(tǒng)的傳感器陣列的圖1的地表挖掘機(jī)的后視圖；
[0013]圖3是示出可更換的破碎器桿并且還示出碎化元件磨損感測系統(tǒng)的傳感器的圖2的挖掘滾筒的端視圖；
[0014]圖4是用于圖3的碎化元件磨損感測系統(tǒng)的傳感器布局或陣列；
[0015]圖5是用于根據(jù)本公開的原理的碎化元件磨損感測系統(tǒng)的示例性的感測模塊的透視圖；
[0016]圖6是圖5的感測模塊的俯視圖；
[0017]圖7是圖5的感測模塊的側(cè)視圖；
[0018]圖8是沿圖7的截面8-8截取的橫截面圖；
[0019]圖9是圖5的感測模塊的端視圖；
[0020]圖10是包括用于保護(hù)根據(jù)本公開的原理的傳感器模塊陣列的兩個平行的破碎器桿結(jié)構(gòu)的破碎器桿裝置的俯視圖；
[0021]圖11是圖10的破碎器桿裝置的一行破碎器桿的側(cè)面圖；
[0022]圖12是示出圖10的破碎器桿結(jié)構(gòu)中的每一個的第一段的透視圖；
[0023]圖13是示出在室溫下對于標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)在不同的感測距離處的電感式傳感器的輸出的圖形；
[0024]圖14是示出在不同溫度下對于標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)在不同的感測距離處的電感式傳感器的輸出的圖形；
[0025]圖15是示出在沒有橫向偏移的情況下在室溫下對于碎化元件在不同的感測距離處的傳感器的輸出的圖形；
[0026]圖16是示出在室溫下對于碎化齒在不同的感測距離和各種橫向偏移處的傳感器的輸出的圖形；
[0027]圖17是比較在各種感測距離處的標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)和兩個不同碎化元件類型所產(chǎn)生的傳感器的輸出并且還示出用于識別碎化元件的磨損狀態(tài)的技術(shù)的圖形；
[0028]圖18圖示了圖17的圖形中所測試的兩個齒；
[0029]圖19圖示了相對于傳感器橫向偏移的碎化元件；
[0030]圖20圖示了如圖19中所示的橫向偏移的碎化元件的傳感器的輸出；
[0031]圖21示出了與傳感器對齊的碎化元件；
[0032]圖22示出了來自圖21中所示的對齊的碎化元件的傳感器的輸出；
[0033]圖23圖示了在其中波形包括對應(yīng)于與傳感器對齊的碎化元件的主要輸出和對應(yīng)于相對于傳感器偏移的碎化元件的次要輸出、在過濾之前的傳感器的輸出波形；
[0034]圖24是圖示了圖23的波形中次要輸出被過濾掉的圖形；
[0035]圖25示出了具有第一組、第二組和第三組碎化元件的挖掘滾筒的一部分，并且還圖示了包括與第一組、第二組和第三組碎化元件對應(yīng)的第一組、第二組和第三組傳感器的感測系統(tǒng)的一部分，在圖25中，第一組傳感器被啟動，以感測第一組碎化元件的磨損狀態(tài)，并且第二組和第三組碎化元件被暫停；
[0036]圖26示出了在僅圖25中示出的第一組傳感器被啟動的情況下的圖25的第一組、第二組和第三組傳感器的磨損狀態(tài)波形；
[0037]圖27示出了在第二組傳感器被啟動并且第一組和第三組傳感器被暫停的情況下的圖25的裝置；
[0038]圖28示出了在如圖27所示的僅第二組傳感器被啟動的情況下的第一組、第二組和第三組傳感器的磨損波形；
[0039]圖29示出了在第三組傳感器被啟動并且第一組和第二組傳感器被暫停的情況下的圖25的裝置；
[0040]圖30示出了在如圖29所示的僅第三組傳感器被啟動的情況下的第一組、第二組和第三組傳感器的碎化元件的磨損波形；
[0041]圖31是根據(jù)本公開的原理的適于利用碎化元件磨損感測系統(tǒng)的另一地表挖掘機(jī)的側(cè)視圖；
[0042]圖32是示出被圖31的地表挖掘機(jī)利用的挖掘鏈的剖面圖；
[0043]圖33是根據(jù)本公開的原理的示出呈初始阻擋層形式的第一級保護(hù)的磨損感測系統(tǒng)的另一示例；
[0044]圖34示出了部分初始阻擋層被去除；
[0045]圖35圖示了具有附接的配件的初始阻擋層的多個板段中的一個；
[0046]圖36圖示了不具備配件的多個板段中的一個；
[0047]圖37圖示了具有呈托盤形式的第二級保護(hù)的多級磨損傳感器保護(hù)系統(tǒng)；
[0048]圖38是圖37中示出的第二級保護(hù)的一部分的放大圖；
[0049]圖39是具有如圖37中示出的托盤陣列的第二級保護(hù)的透視圖；
[0050]圖40是圖37中示出的第二級保護(hù)的側(cè)視透視圖；
[0051]圖41是沿圖40的剖面線41-41截取的剖面圖；
[0052]圖42是根據(jù)本公開的原理的呈沖擊吸收結(jié)構(gòu)的形式的第三級保護(hù)的透視圖；
[0053]圖43是圖不第二級保護(hù)的側(cè)視圖；
[0054]圖44是圖4