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用于感测材料碎化机械的碎化元件的磨损的系统和方法

申请号 CN201380072713.2 申请日 2013-12-12 公开(公告)号 CN104981570B 公开(公告)日 2017-10-03
申请人 维米尔制造公司; 发明人 约瑟夫·D·斯托克; 泰·哈特威克; 罗伯特·D·弗朗茨;
摘要 本公开大体上涉及用于感测被设计为碎化或 破碎 材料的机械中的磨损的系统和方法。更具体地,本公开涉及用于感测挖掘机械所使用的碎化元件的磨损的系统和方法,例如地表挖掘机的碎化元件。本公开涉及包括多级磨损 传感器 保护系统的磨损感测系统。多级磨损传感器保护系统包括第一级保护、第二级保护和第三级保护。
权利要求

1.一种包括磨损感测的材料碎化机械,该材料碎化机械包括:
可旋转的碎化结构,该可旋转的碎化结构包括载具和由所述载具承载的多个碎化元件;以及
磨损感测系统,该磨损感测系统包括传感器,该传感器在不测量所述可旋转的碎化结构上的特定点的位置的情况下通过感测所述碎化元件的普通物理特性来感测所述碎化元件中的至少一个的大体磨损状态,
其中,所述传感器是电感式传感器,所述电感式传感器邻近但不接触所述可旋转的碎化结构地安装,其中,所述磨损感测系统能够在所述材料碎化机械执行碎化操作时感测所述碎化元件的普通物理特性。
2.根据权利要求1所述的材料碎化机械,其中,所述材料碎化机械是地表挖掘机。
3.根据权利要求1所述的材料碎化机械,其中,所述载具从包含滚筒和链的组中选择。
4.根据权利要求1所述的材料碎化机械,其中,所述碎化元件包括具有基部和前硬质顶端的齿。
5.根据权利要求1所述的材料碎化机械,其中,所述可旋转的碎化结构至少部分地被护罩覆盖,并且其中,所述传感器安装在邻近所述可旋转的碎化结构的所述护罩内部。
6.根据权利要求5所述的材料碎化机械,还包括在所述传感器的上游定位在所述护罩内的破碎器结构,所述破碎器结构与所述可旋转的碎化结构的碎化边界间隔开第一距离,并且所述传感器与所述可旋转的碎化结构的所述碎化边界间隔开第二距离,所述第二距离大于所述第一距离。
7.根据权利要求6所述的材料碎化机械,其中,所述破碎器结构包括第一破碎器杆结构和第二破碎器杆结构,所述第一破碎杆结构位于所述第二破碎杆结构的上游。
8.根据权利要求5所述的材料碎化机械,还包括在所述传感器的上游定位在所述护罩内的破碎器结构,所述传感器是电感式传感器,所述传感器安装在塑料的保护壳体中,所述保护壳体具有面向所述可旋转的碎化结构的保护面,所述破碎器结构与所述可旋转的碎化结构的碎化边界间隔开第一距离,并且所述保护面与所述可旋转的碎化结构的碎化边界间隔开第二距离,所述第二距离大于所述第一距离。
9.根据权利要求8所述的材料碎化机械,其中,所述磨损感测系统包括多个传感器,并且其中,每一个保护壳体支撑一对所述传感器。
10.根据权利要求8所述的材料碎化机械,其中,所述磨损感测系统包括多个所述传感器和多个所述保护壳体,并且其中,所述保护壳体联接在一起,以形成沿所述可旋转的碎化结构的旋转轴线延伸的一行保护壳体。
11.根据权利要求10所述的材料碎化机械,其中,所述磨损感测系统包括多行保护壳体,并且其中相邻行的传感器是交错的。
12.根据权利要求8所述的材料碎化机械,还包括悬挂系统,该悬挂系统包括至少一个通道,其中所述磨损感测系统包括多个所述传感器和多个所述保护壳体,并且其中所述保护壳体安装在所述通道内。
13.根据权利要求12所述的材料碎化机械,其中,所述护罩包括端壁,并且其中所述保护壳体通过所述端壁插入所述通道中。
14.根据权利要求13所述的材料碎化机械,还包括沿所述可旋转的碎化结构的旋转轴线延伸的多个所述通道。
15.一种包括磨损感测的材料碎化机械,该材料碎化机械包括:
可旋转的碎化结构,该可旋转的碎化结构包括载具和由所述载具承载的多个碎化元件,所述碎化元件限定多个碎化路径;
护罩,所述护罩覆盖所述可旋转的碎化结构的至少一部分;以及
磨损感测系统,所述磨损感测系统确定所述碎化元件的磨损状态,所述磨损感测系统包括多个电感式传感器,所述多个电感式传感器定位在所述护罩中用于感测所述碎化元件,所述电感式传感器被设置成使得每个碎化路径都被分配有对应的一个电感式传感器。
16.根据权利要求15所述的材料碎化机械,其中,所述电感式传感器以多行阵列的方式设置。
17.一种包括磨损感测的材料碎化机械,该材料碎化机械包括:
可旋转的碎化结构,该可旋转的碎化结构包括载具和由所述载具承载的多个碎化元件,所述碎化元件限定多个碎化路径;
护罩,所述护罩覆盖所述可旋转的碎化结构的至少一部分;以及
磨损感测系统,所述磨损感测系统确定所述碎化元件的磨损状态,所述磨损感测系统包括多个电感式传感器,所述多个电感式传感器定位在所述护罩中用于感测所述碎化元件,所述多个电感式传感器的每一个都具有有效感测距离,所述多个电感式传感器还具有沿旋转轴线测量的中心至中心的间距,所述多个电感式传感器被设置成使得所述中心至中心的间距小于所述有效感测距离。
18.一种包括磨损感测的材料碎化机械,该材料碎化机械包括:
可旋转的碎化结构,该可旋转的碎化结构包括载具和由所述载具承载的多个碎化元件,所述碎化元件限定多个碎化路径;
护罩,所述护罩覆盖所述可旋转的碎化结构的至少一部分;以及
磨损感测系统,所述磨损感测系统确定所述碎化元件的磨损状态,所述磨损感测系统包括多个电感式传感器,所述多个电感式传感器定位在所述护罩中用于感测所述碎化元件,所述电感式传感器包括具有重叠的电磁场边界的第一电感式传感器和第二电感式传感器;以及
控制器,所述控制器在第一感测阶段中操作所述磨损感测系统并且还在第二感测阶段中操作所述磨损感测系统,在所述第一感测阶段中,所述第一电感式传感器被通电并且所述第二电感式传感器被断电,在所述第二感测阶段中,所述第一电感式传感器被断电并且所述第二电感式传感器被通电。
19.一种包括磨损感测的材料碎化机械,该材料碎化机械包括:
可旋转的碎化结构,该可旋转的碎化结构包括载具和由所述载具承载的多个碎化元件,所述碎化元件限定多个碎化路径;
护罩,所述护罩覆盖所述可旋转的碎化结构的至少一部分;以及
磨损感测系统,所述磨损感测系统确定所述碎化元件的磨损状态,所述磨损感测系统包括多个电感式传感器,所述多个电感式传感器定位在所述护罩中用于感测所述碎化元件,所述电感式传感器包括第一组电感式传感器和第二组电感式传感器,所述第一组电感式传感器具有非重叠的电磁场边界,并且所述第二组电感式传感器具有非重叠的电磁场边界,第一组的电磁场边界与第二组的电磁场边界重叠;以及
控制器,所述控制器在第一感测阶段中操作所述磨损感测系统并且还在第二感测阶段中操作所述磨损感测系统,在所述第一感测阶段中,所述第一组电感式传感器被通电并且所述第二组电感式传感器被断电,在所述第二感测阶段中,所述第一组电感式传感器被断电并且所述第二组电感式传感器被通电。
20.一种包括磨损感测的材料碎化机械,该材料碎化机械包括:
可旋转的碎化结构,该可旋转的碎化结构包括载具和由所述载具承载的多个碎化元件,所述碎化元件限定多个碎化路径;
护罩,所述护罩覆盖所述可旋转的碎化结构的至少一部分;以及
磨损感测系统,所述磨损感测系统确定所述碎化元件的磨损状态,所述磨损感测系统包括多个电感式传感器,所述多个电感式传感器定位在所述护罩中用于感测所述碎化元件;以及
控制器,所述控制器操作所述磨损感测系统,并且处理来自于所述电感式传感器的基准磨损读数和实时磨损读数,以确定所述碎化元件的磨损状态,其中处理所述基准磨损读数和实时磨损读数的步骤包括补偿温度变化。
21.一种包括磨损感测的材料碎化机械,该材料碎化机械包括:
可旋转的碎化结构,该可旋转的碎化结构包括载具和由所述载具承载的多个碎化元件,所述碎化元件限定多个碎化路径;
护罩,所述护罩覆盖所述可旋转的碎化结构的至少一部分;以及
磨损感测系统,所述磨损感测系统确定所述碎化元件的磨损状态,所述磨损感测系统包括多个电感式传感器,所述多个电感式传感器定位在所述护罩中用于感测所述碎化元件;以及
控制器,所述控制器操作所述磨损感测系统,并且处理来自于所述电感式传感器的基准磨损读数和实时磨损读数,以确定所述碎化元件的磨损状态,其中处理所述基准磨损读数和实时磨损读数的步骤包括补偿所述可旋转的碎化结构的旋转速度的变化。
22.一种包括磨损感测的材料碎化机械,该材料碎化机械包括:
可旋转的碎化结构,该可旋转的碎化结构包括载具和由所述载具承载的多个碎化元件,所述碎化元件限定多个碎化路径;
护罩,所述护罩覆盖所述可旋转的碎化结构的至少一部分;以及
磨损感测系统,所述磨损感测系统确定所述碎化元件的磨损状态,所述磨损感测系统包括多个电感式传感器,所述多个电感式传感器定位在所述护罩中用于感测所述碎化元件;以及
控制器,所述控制器通过感测与至少一个碎化路径对应的非重复的碎化元件构造来确定所述可旋转的碎化结构的旋转位置。
23.根据权利要求1所述的材料碎化机械,其中,所述磨损感测系统包括多级磨损传感器保护系统。
24.根据权利要求23所述的材料碎化机械,其中,所述多级磨损传感器保护系统包括呈初始阻挡层形式的第一级保护。
25.根据权利要求24所述的材料碎化机械,其中,所述初始阻挡层包括多个板段。
26.根据权利要求25所述的材料碎化机械,其中,所述初始阻挡层由聚酸酯材料制成。
27.根据权利要求24所述的材料碎化机械,其中,所述多级磨损传感器保护系统包括呈托盘形式的第二级保护,所述传感器安装在所述托盘中。
28.根据权利要求27所述的材料碎化机械,其中,所述多级磨损传感器保护系统还包括呈冲击吸收结构形式的第三级保护。
29.根据权利要求23所述的材料碎化机械,其中,多个托盘成行地安装在板上。
30.根据权利要求23所述的材料碎化机械,其中,一行托盘相对于框架被夹紧在感测位置中。
31.根据权利要求23所述的材料碎化机械,其中,托盘具有不覆盖所述传感器的主表面的开口前表面。
32.一种磨损感测系统,包括:
多级磨损传感器保护系统,所述多级磨损传感器保护系统包括第一级保护、第二级保护和第三级保护;
其中,所述第一级保护包括初始阻挡层,所述初始阻挡层包括由聚碳酸酯材料制成的多个板段;
其中,所述第二级保护包括定位在所述初始阻挡层后面的并排设置的托盘,所述托盘被构造为吸收通过所述初始阻挡层传递的冲击,以阻止冲击冲击在所述传感器上;以及其中,所述第三级保护包括用于吸纳通过所述初始阻挡层和所述托盘传递的冲击的减缓结构,所述减缓结构定位在所述托盘后面,用于响应于穿过所述初始阻挡层和所述托盘的冲击而吸纳所述托盘的移动。
33.根据权利要求32所述的磨损感测系统,其中,所述减缓结构包括响应于冲击非弹性地变形的结构。
34.根据权利要求32所述的磨损感测系统,其中,所述减缓结构包括弹性结构,该弹性结构将所述托盘偏压向感测位置并且使得所述托盘响应于所述冲击而远离碎化部件移动。

说明书全文

用于感测材料碎化机械的碎化元件的磨损的系统和方法

[0001] 本申请为2013年12月12日提交的PCT国际专利申请,并且要求于2012年12月12日提交的美国临时专利申请No.61/736,303的优先权,在此该美国临时专利申请的全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

[0002] 本公开大体上涉及用于感测被设计为碎化或分解材料的机械中的磨损的系统和方法。更具体地,本公开涉及用于感测诸如地表挖掘机的挖掘机所使用的碎化元件的磨损的系统和方法。

背景技术

[0003] 在采矿和施工中,经常处理相对硬的材料。材料的种类包括岩石混凝土沥青和各种其他类型的地层。已经开发出许多不同的用于碎化这些硬材料的尺寸的方法。一种传统的材料尺寸碎化方法为在材料中钻相对小的孔,然后使用炸药填充所述孔,这些炸药被引爆,从而得到了快速且低成本的尺寸碎化的方法。然而,该技术存在多种缺陷,包括固有的受伤险、产生不期望的噪音、振动和灰尘以及该方法难以用在空间受限或存在导致其它气体被引燃的潜在风险的情形中的事实。
[0004] 由于上述与爆炸技术相关的缺陷,所以已经开发了替代的方法用于碎化相对硬的材料。主要的替代方法是使用具有旋转的碎化部件的碎化机械,该碎化部件使刚性的且专业的碎化元件运动通过行进路径。碎化部件可以包括使碎化元件运动通过圆形行进路径的旋转滚筒。所述滚筒通常附接至其对应的机械上,以使得滚筒的位置和方向可以被控制,从而使碎化元件与待碎化的材料接触。可选的碎化部件可以包括承载碎化元件的悬臂安装的链。该链通常绕其对应的悬臂被驱动/旋转。碎化元件被安装至链上并且沿由链限定的行进路径运动。在使用时,悬臂运动至(例如通过枢转运动)其中碎化元件被带入与待碎化的材料接触的位置。
[0005] 上述类型的示例性的机械在美国专利No.7,290,360中公开。该公开的机械为地表挖掘机,用于诸如地表采矿、拆除道路、场地平整以及用于通过去除一层或多层材料的新建或重建的准备场合的应用。这类地表挖掘机相对于爆炸和锤击提供更经济的选择,并且提供在一次通过后产生一致的输出材料的优点。这可以降低对粗碎机、大型装载机、大型托运卡车和将材料运输至压碎机的相关准许的需求。
[0006] 已经开发了碎化机械的碎化元件来抵抗冲击负载和与材料碎化活动相关的磨损。碎化元件可以被构造为各种形状和尺寸,并且被用包括切割器、凿子、挖头、齿等的各种术语标明。典型的碎化元件包括前冲击点或边和基部。该基部被构造为装配进安装结构中,该安装结构与用来在材料碎化应用过程中承载碎化元件的滚筒或链一体形成。与材料碎化应用相关的恶劣环境事实上保证碎化元件将随着时间磨损。因此,碎化元件被设计为可更换的,而安装结构不想被频繁地更换。例如,当给定的碎化元件被磨损时,其被从其对应的安装结构上移除,并且使用新的、未磨损的碎化元件更换它。
[0007] 通常,碎化元件的顶端或刃具有比碎化元件的基部更硬的构造(例如,整体硬质合金构造)。当使用新的碎化元件来碎化材料时,前点或边暴露于冲击和磨削动作的主要部分中。然而,一旦前顶端或边被磨损,那么基部会暴露于更多的冲击和磨削动作中。当其发生时,各种潜在的问题将会出现,包括基部在破碎材料时将会变得效率低下,从而导致低效率的操作。该低效率会导致产生火花和/或过热,这可能导致爆炸危险,如可能发生在可能存在沼气的煤炭开采应用中。此外,与前点或顶端相比,基部通常会相对快地被磨损。因为基部阻止碎化元件安装结构暴露于磨损场合,所以这是显著的。因此,一旦碎化元件的前边或点磨损,那么在基部磨损而导致其中滚筒或链的安装结构接触待碎化的材料的情形之前机械将仅可以运行相对短的时间。一旦碎化元件磨损至该点,就会存在导致滚筒或链的安装结构损坏的风险。因为安装结构并没有有意设计为容易地被维修,所以导致的潜在的损坏可能很难维修,并且维修成本高。
[0008] 由于这些问题,在磨损发展到不可接受的点之前更换碎化元件具有显著的益处。已经设计了监测刀具的状态以使得操作者能够中断操作并且在合适的时间更换刀具的系统。用于监测碎化元件的磨损的示例性系统公开在AT3826832;DE 10015005;和US 2010/
0076697中。虽然存在磨损感测系统,但是在该领域中,需要对其进行改进。
发明内容
[0009] 本公开的多个方面涉及用于感测(例如检测、测量、监测、追踪等)材料碎化机械的碎化元件(即刀具、挖头、凿子、刀片、齿等)的磨损状况的改进的方法。在一个示例中,材料碎化机械为诸如用于采矿、地表采矿、场地平整、路面铣刨或其它应用的地表挖掘机的挖掘机械。在其它示例中,材料碎化机械可以包括挖沟机、岩石轮式机、卧式研磨机、筒式研磨机、削片机或通过破碎或以其它方式碎化材料的尺寸而利用碎化元件来处理材料的其它类型的机械。
[0010] 在下面的说明书中将提出各种附加的方面。这些方面可以涉及单独的特征以及特征的组合。应理解的是,上述的一般说明和下面的详细说明都仅是示例性和说明性的,而不是限制本文所公开的实施例所基于的宽泛概念。附图说明
[0011] 图1是根据本公开的原理的包括碎化元件磨损感测系统的地表挖掘机的侧视图;
[0012] 图2是示出挖掘滚筒并且示意性地示出碎化元件磨损感测系统的传感器阵列的图1的地表挖掘机的后视图;
[0013] 图3是示出可更换的破碎器杆并且还示出碎化元件磨损感测系统的传感器的图2的挖掘滚筒的端视图;
[0014] 图4是用于图3的碎化元件磨损感测系统的传感器布局或阵列;
[0015] 图5是用于根据本公开的原理的碎化元件磨损感测系统的示例性的感测模的透视图;
[0016] 图6是图5的感测模块的俯视图;
[0017] 图7是图5的感测模块的侧视图;
[0018] 图8是沿图7的截面8-8截取的横截面图;
[0019] 图9是图5的感测模块的端视图;
[0020] 图10是包括用于保护根据本公开的原理的传感器模块阵列的两个平行的破碎器杆结构的破碎器杆装置的俯视图;
[0021] 图11是图10的破碎器杆装置的一行破碎器杆的侧面图;
[0022] 图12是示出图10的破碎器杆结构中的每一个的第一段的透视图;
[0023] 图13是示出在室温下对于标准目标在不同的感测距离处的电感式传感器的输出的图形;
[0024] 图14是示出在不同温度下对于标准目标在不同的感测距离处的电感式传感器的输出的图形;
[0025] 图15是示出在没有横向偏移的情况下在室温下对于碎化元件在不同的感测距离处的传感器的输出的图形;
[0026] 图16是示出在室温下对于碎化齿在不同的感测距离和各种横向偏移处的传感器的输出的图形;
[0027] 图17是比较在各种感测距离处的标准目标和两个不同碎化元件类型所产生的传感器的输出并且还示出用于识别碎化元件的磨损状态的技术的图形;
[0028] 图18图示了图17的图形中所测试的两个齿;
[0029] 图19图示了相对于传感器横向偏移的碎化元件;
[0030] 图20图示了如图19中所示的横向偏移的碎化元件的传感器的输出;
[0031] 图21示出了与传感器对齐的碎化元件;
[0032] 图22示出了来自图21中所示的对齐的碎化元件的传感器的输出;
[0033] 图23图示了在其中波形包括对应于与传感器对齐的碎化元件的主要输出和对应于相对于传感器偏移的碎化元件的次要输出、在过滤之前的传感器的输出波形;
[0034] 图24是图示了图23的波形中次要输出被过滤掉的图形;
[0035] 图25示出了具有第一组、第二组和第三组碎化元件的挖掘滚筒的一部分,并且还图示了包括与第一组、第二组和第三组碎化元件对应的第一组、第二组和第三组传感器的感测系统的一部分,在图25中,第一组传感器被启动,以感测第一组碎化元件的磨损状态,并且第二组和第三组碎化元件被暂停;
[0036] 图26示出了在仅图25中示出的第一组传感器被启动的情况下的图25的第一组、第二组和第三组传感器的磨损状态波形;
[0037] 图27示出了在第二组传感器被启动并且第一组和第三组传感器被暂停的情况下的图25的装置;
[0038] 图28示出了在如图27所示的仅第二组传感器被启动的情况下的第一组、第二组和第三组传感器的磨损波形;
[0039] 图29示出了在第三组传感器被启动并且第一组和第二组传感器被暂停的情况下的图25的装置;
[0040] 图30示出了在如图29所示的仅第三组传感器被启动的情况下的第一组、第二组和第三组传感器的碎化元件的磨损波形;
[0041] 图31是根据本公开的原理的适于利用碎化元件磨损感测系统的另一地表挖掘机的侧视图;
[0042] 图32是示出被图31的地表挖掘机利用的挖掘链的剖面图;
[0043] 图33是根据本公开的原理的示出呈初始阻挡层形式的第一级保护的磨损感测系统的另一示例;
[0044] 图34示出了部分初始阻挡层被去除;
[0045] 图35图示了具有附接的配件的初始阻挡层的多个板段中的一个;
[0046] 图36图示了不具备配件的多个板段中的一个;
[0047] 图37图示了具有呈托盘形式的第二级保护的多级磨损传感器保护系统;
[0048] 图38是图37中示出的第二级保护的一部分的放大图;
[0049] 图39是具有如图37中示出的托盘阵列的第二级保护的透视图;
[0050] 图40是图37中示出的第二级保护的侧视透视图;
[0051] 图41是沿图40的剖面线41-41截取的剖面图;
[0052] 图42是根据本公开的原理的呈冲击吸收结构的形式的第三级保护的透视图;
[0053] 图43是图示第三级保护的侧视图;
[0054] 图44是图43的一部分的放大图;
[0055] 图45是多层磨损传感器保护系统的另一透视图;
[0056] 图46是图45的一部分的放大图;
[0057] 图47是多层磨损传感器保护系统的侧视透视图;
[0058] 图48是沿图47的剖面线48-48截取的剖视图;和
[0059] 图49是图48的一部分的放大图。

具体实施方式

[0060] 本公开大体涉及用于在材料碎化机械中感测碎化元件的磨损的感测系统。在一个示例中,材料碎化机械包括诸如承载碎化元件的滚筒或链的旋转部件。在某些示例中,碎化元件磨损感测系统提供碎化元件磨损等级的指示,以使得操作者可以容易地识别出碎化元件中的一个或多个何时需要更换。在某些示例中,碎化元件的磨损等级可以被图形地或数字地显示,以提供用于每一个碎化元件的具体的磨损等级的定性指示。在其它示例中,系统可以在磨损超过预定等级时提供指示,以便建议进行更换。
[0061] 本公开的某些方面涉及使用传感器来提供有关给定的碎化元件的磨损状态的通用数据的碎化元件磨损感测系统。例如,在某些示例中,根据本公开的原理的传感器在不确定或测量碎化元件的特定几何点或轮廓的位置的情况下提供与给定的碎化元件的通常磨损状态有关的数据。传感器可以在不测量给定的碎化元件上的给定点的位置的情况下感测碎化元件的普通物理特性(例如,体积、质量、表面面积等)。这类传感器可以被有效地用在恶劣的环境中,例如材料碎化机械(例如,地表挖掘机、挖沟机、岩石轮式机、卧式研磨机、筒式研磨机或其它材料碎化机械)会碰到的环境。在某些示例中,根据本公开的原理的感测系统可以被用来在碎化机械进行碎化操作的同时评价碎化机械的碎化元件的磨损。因此,根据本公开的原理的感测系统可以在碎化机械被操作的同时提供与碎化机械的碎化元件有关的实时的磨损信息。在某些示例中,感测系统的传感器被安装在感测位置中,并且当碎化机械被用来碎化材料时不需要从感测系统运动至存放位置。在某些示例中,用于根据本公开的原理的系统中的碎化元件磨损系统可以包括电感式传感器。
[0062] 本公开的其它方面涉及利用各种补偿、校正或过滤技术来处理感测数据的碎化元件磨损感测系统。在某些示例中,根据本公开的原理的感测系统可以补偿诸如温度和碎化元件的速度的因素。在根据本公开的原理的其它系统中,传感器彼此紧密靠近地放置,并且还与多个不同的碎化元件紧密靠近。对于这样的应用,可以利用各种策略来提供与单个碎化元件有关的可用的磨损数据。例如,可以利用过滤策略来过滤掉对应于不想被给定的传感器感测的碎化元件的数据。在某些示例中,为每一个碎化元件提供至少一个传感器。在某些示例中,为由碎化机械的一个或多个碎化元件所限定的每个碎化路径提供至少一个传感器。在某些示例中,传感器彼此紧密靠近地定位,并且利用操作策略来减小或最小化相邻传感器之间的干涉。例如,传感器可以被选择性地启动和暂停,以最小化相邻传感器之间的干涉。传感器还可以成组地操作,以使得多个传感器可以在相邻的传感器没有被同时启动的情况下同时被启动。在某些示例中,传感器的中心至中心的间距小于传感器的有效感测距离。在某些示例中,材料碎化机械的碎化元件的碎化路径之间的间距小于用来感测碎化元件的磨损的传感器的有效感测距离。
[0063] 在某些示例中,根据本公开的原理的系统可以包括用于在材料碎化操作期间保护感测系统的传感器的结构。例如,可以设置破碎器杆或其它阻挡结构,用于阻止材料损坏传感器。在某些示例中,破碎器杆可以定位得比传感器更靠近材料碎化机械的碎化圆或圆柱。在某些示例中,传感器还可以被坚固的保护壳体保护,所述保护壳体覆盖传感器,但是不干涉传感器感测碎化元件的能。在某些示例中,传感器可以通过保护壳体感测碎化元件。在某些示例中,保护壳体由诸如塑料的介电材料制成,并且传感器是电感式传感器。
[0064] 在本公开的某些示例中,电感式磨损传感器被使用。在某些示例中,当与由传感器制造商限定的标准目标一起使用时,电感式磨损传感器可以具有至少75mm的操作范围。在某些示例中,根据本公开的原理的磨损系统可以使用具有小于100mm的有效感测距离的电感式传感器。在某些示例中,电感式传感器具有大于50mm的有效操作距离。
[0065] 本公开的其它方面涉及包括多级磨损传感器保护系统的磨损感测系统。多级磨损传感器保护系统包括第一级保护、第二级保护和第三级保护。在某些示例中,第一级保护包括初始阻挡层,该初始阻挡层包括由聚酸酯材料制成的多个板段。第二级保护包括定位在初始阻挡层后面的并排设置的托盘。托盘可以被构造为吸收通过初始阻挡层传递的冲击,以阻止冲击冲击在传感器上。第三级保护包括用于吸纳通过所述初始阻挡层和所述托盘传递的冲击的减缓结构。在一个示例中,所述减缓结构可以定位在所述托盘后面,用于响应于穿过所述初始阻挡层和所述托盘的冲击而吸纳所述托盘的运动。
[0066] 图1图示了可以利用根据本公开的原理的碎化元件磨损感测系统的地表挖掘机20。地表挖掘机20包括具有主底盘22(即主框架)的牵引机19,该主底盘22包括前端24和后端26。主底盘22被支撑在地面驱动系统(即推进系统)上,该地面驱动系统优选包括诸如为用于在地面上推进机械20的轮或履带30的多个推进结构。驾驶室32位于主底盘22的顶侧。
挖掘工具34安装在主底盘26的后端26上。挖掘工具34包括挖掘滚筒38,该挖掘滚筒38绕滚筒轴线40可旋转地驱动(例如通过液压达)。挖掘滚筒38承载适用于切割岩石的多个碎化元件42。挖掘滚筒38可以安装至悬臂,该悬臂可以在较低的挖掘位置(参见图1)与较高的运输位置(未示出)之间枢转。护罩78至少部分地围绕/包围挖掘滚筒38。
[0067] 如图2所示,碎化元件42被示出为齿,该齿具有支撑在基部52上的前顶端50。在某些示例中,前顶端50可以比基部52更硬。例如,前顶端50可以是整体硬质合金镶齿,而基部52可以是硬化。在某些示例中,碎化元件42被可移除地安装至挖掘滚筒38。例如,碎化元件42可以固定在安装结构中,例如固定在与挖掘滚筒38一体的凹部54中。
[0068] 在使用地表挖掘机20时,在挖掘工具34处于运输位置时将地表挖掘机20移动至挖掘位置。当需要其在挖掘位置挖掘时,挖掘工具34从运输位置降低至挖掘位置(参见图1)。当处于挖掘位置时,挖掘滚筒38绕轴线40沿方向46旋转,以使得挖掘滚筒38使用下切运动来去除材料的期望厚度T。随着挖掘机20在向前的方向47上运动,被挖掘的材料在滚筒38的下方通过并且被留在地表挖掘机20的后面。在挖掘处理过程中,履带30在向前的方向47上推进地表挖掘机20,由此使得具有厚度T的材料的顶层被挖掘。应认识到的是,地表挖掘机
20可被用于的示例性的挖掘应用包括地表采矿、路面铣刨、场地平整、施工准备和其它活动。在其它示例中,滚筒可以被构造为使用上切运动来挖掘。
[0069] 参见图3,碎化元件42的前顶端50限定挖掘工具34的碎化边界B(例如碎化圆或圆柱)。碎化边界B对应于随着滚筒38绕滚筒轴线40旋转碎化元件42的前顶端40记录的大致圆柱形的边界。碎化边界B可以具有碎化直径D。碎化元件42的前顶端50还限定挖掘工具34的碎化路径。碎化路径是在滚筒旋转时碎化元件的顶端跟随/限定的路径。每一个碎化路径与如下碎化路径平面吻合,该碎化路径平面垂直于滚筒轴线40并且通过限定碎化路径的碎化元件42的前顶端50。四个不同的碎化路径的示例性的碎化路径平面P1、P2、P3和P4在图2中示出。该路径对应于四个不同的碎化元件42。如图2所示,传感器阵列61可以设置在靠近碎化边界B的护罩78中。在某些示例中,碎化路径可以由单个碎化元件42限定,并且传感器阵列61中对应的传感器可以与该碎化路径对齐,以便在碎化元件42随着碎化元件42被滚筒38带动绕碎化边界B旋转而经过传感器时能够感测碎化元件42。在某些示例中,挖掘工具34的每一个碎化路径可以具有对应的单独的传感器。在其它示例中,可以沿给定的碎化路径设置两个或多个碎化元件42。
[0070] 参见图2,碎化路径平面P1、P2、P3和P4分别与碎化元件T1、T2、T3和T4的碎化路径一致。传感器阵列61可以包括对应于碎化路径中的每一个的单独的传感器60。传感器60可以具有大于碎化路径平面之间的路径间距PS的有效感测距离Y。传感器60可以设置在沿滚筒的旋转轴线40延伸的多行(例如,三行R1、R2和R3)上。传感器60可以与碎化边界B间隔开间隔距离Z。间隔距离Z小于有效感测距离Y。有效感测距离Y可以大于限定在碎化路径平面之间的路径间距PS。相邻行的传感器60可以在沿旋转轴线40延伸的定向上相对于彼此交错。在示例性的实施例中,相邻的碎化路径没有分配给处于相同行内的传感器。例如,如图2所示,碎化路径平面P1与第一行R1的传感器S1对齐,碎化路径平面P2与第二行R2的传感器S2对齐,碎化路径平面P3与第三行R3的传感器S3对齐,并且传感器S4与第一行R1的传感器S4对齐。这样的样式可以重复。以此方式,阵列的传感器60可以被设置为具有与路径间距PS匹配的沿旋转轴线40测量的中心至中心的传感器间距。传感器60的有效感测距离Y可以大于传感器间距SS。
[0071] 在某些示例中,碎化元件42每一个都具有金属构造,并且传感器60为电感式传感器。在使用时,传感器60可以产生交变电磁场,随着碎化元件42被滚筒38带动绕旋转轴线40旋转,碎化元件42通过该交变电磁场。因为碎化元件42每一个都具有金属构造,所以当碎化元件42通过传感器60的电磁场时,涡电流形成在碎化元件42的表面上。通过该现象传递的能量的量直接取决于通过场的碎化元件42的表面面积。从磁场传递的能量的量可以被电感式传感器感测到,并且由电感式传感器中的电流的下降表示。因为所传递的能量的量取决于通过磁场的物体的尺寸,所以随着碎化元件通过磁场而由传感器感测的电流下降的量就代表碎化元件的尺寸。随着碎化元件在使用中磨损,碎化元件42的通过其对应的传感器的磁场的表面面积减小,从而随着碎化元件通过磁场,更少的能量被传递至碎化元件。因为更少的能量被传递至碎化元件,所以电感式传感器感测到较小的电流下降。因此,通过监测随着碎化元件通过磁场传感器所感测到的电流下降的大小,就能够监测到与该传感器对应的碎化元件的磨损状态。
[0072] 参见图3,地表挖掘机20可以包括根据本公开的原理的磨损感测系统70。磨损感测系统70可以包括用于将传感器模块74安装至地表挖掘机20上的悬挂装置72。在图示的示例中,传感器模块74安装在至少部分地围绕滚筒38的护罩78的内表面76上。悬挂装置72包括具有沿滚筒轴线40延伸的长度的多个轨道80(例如导轨)。轨道80限定通道82,一行传感器模块74容纳在该通道82中。如图4所示,传感器模块74可以设置为具有平行的三行传感器模块74 R1、R2、R3的阵列。行R1、R2和R3对应于由悬挂装置72的轨道80所限定的通道C1、C2和C3。传感器模块74可以联接(例如,插脚连接或以其它方式固定)在一起,并且可以通过使多行传感器模块74纵向地滑入通道C1、C2和C3中而被装进悬挂装置72中。应认识到的是,开口可以设置在护罩78的端壁中,以使得传感器模块74能够插入通道C1、C2和C3中。在插入和移除过程中,传感器模块74的行R1、R2和R3在沿滚筒轴线40延伸的定向上沿通道C1、C2和C3滑动。当被安装进通道中时,相邻行的传感器模块74可以相对于彼此交错。
[0073] 磨损感测系统70还可以包括阻挡结构,用于阻止具有实质尺寸的杂质影响传感器模块74。如图3所示,材料破碎结构在传感器模块74的上游位置处被附接至护罩78的内表面76上。在某些示例中,材料破碎结构位于距离由碎化元件42所限定的碎化边界B为间距S1的位置处,并且传感器模块74位于距离由碎化元件42所限定的碎化边界B为间距S2的位置处。
在某些示例中,间距S2大于间距S1。在某些示例中,间距S2比间距S1大至少25%、50%或
75%。在某些示例中,间距S2比间距S1大至少1/8英寸或至少2/8英寸或至少3/8英寸。在某些示例中,间距S2为大约5/8英寸,并且间距S1为大约1英寸。
[0074] 仍参见图3,破碎结构可以包括安装至护罩78的内侧上的多个破碎器杆结构。例如,图3示出了包括第一和第二破碎器杆结构84的破碎器杆装置。每个破碎器杆结构84具有沿滚筒轴线40延伸的长度。破碎器杆结构84中的每一个都具有沿滚筒轴线40延伸的长度。破碎器杆结构84每一个都包括彼此对齐以形成破碎器杆结构84的长度的三个破碎器杆段
84A、84B和84C。破碎器杆段84A、84B和84C中的每一个都包括通过加强板88固定至护罩78上的安装杆86。破碎器杆段84A、84B和84C中的每一个都还包括固定至安装杆86上的冲击杆
90。冲击杆90距离碎化直径D为间距间距S1地定位,并且适于被由在材料碎化操作期间位于滚筒38的顶侧上的碎化元件42承载的材料冲击。随着材料被冲击杆90冲击,材料的尺寸减小为使得材料足够小而不会从滚筒38向外延伸大于间距S1的距离。以此方式,阻止了材料显著地冲击传感器模块74。在某些示例中,冲击杆90通过固件被固定至安装杆86上,以使得当冲击杆90磨损时冲击杆可以容易地移除和更换。如图3所示,两个破碎器杆结构84围绕滚筒38的圆周相对于彼此间隔开,以使得破碎器杆结构84中的一个被定位在破碎器杆结构
84中的另一个的下游。以此方式,材料首先被上游的破碎器杆84冲击,并且随后被下游的破碎杆结构84冲击。
[0075] 图5-9图示了传感器模块74中的一个。传感器模块74被配置为支撑两个传感器60。传感器60中的每一个都可以包括单独的电磁线圈63(参见图4)。传感器模块74包括用于容纳和保护电磁线圈的结构。例如,传感器模块74包括壳体100,该壳体100包括用于容纳电感式传感器60的线圈63的第一腔102和第二腔104或第一部分102和第二部分104。壳体100优选地由介电材料制成,传感器60的线圈63产生的磁场通过该介电材料可以容易地传递。在某些示例中,壳体100由硬塑料材料制成,该硬塑料材料给传感器60提供冲击保护,同时使传感器60产生的磁场能够通过壳体100。如图9所示,壳体100包括凸缘106,用于接合悬挂装置72的轨道80以将传感器模块74保持在通道C1-C3中。电触点和线路可以设置在传感器模块74的后侧108上,用于使得传感器模块电连接至具有合适的控制电路的控制系统,用于控制传感器60的运行。金属背板110可以安装在壳体100的后侧上。当传感器模块74安装在悬挂装置72中时,壳体100的前面112定位在距离碎化元件42所限定的碎化边界B为间距S2的位置处。传感器60被定位在比前面112离碎化边界B稍远的位置处。例如,传感器60的线圈63可以定位在离碎化边界B为一距离的位置处,该距离等于间距S2加上壳体100的前壁的厚度。在某些示例中,壳体的前壁具有大约1/4英寸的厚度,并且传感器60距离碎化边界B大约
1.25英寸。应认识到,在其它示例中,可以根据所使用的传感器类型、待处理的材料和碎化机械的构造利用不同的间距。
[0076] 应认识到的是,电感式传感器所感测的信号的大小取决于通过传感器的磁场的目标的尺寸和/或目标靠近电感式传感器的程度。图13是示出对于标准目标在室温下电感式传感器的输出曲线198的图形。图13的图形的输出曲线198示出了在标准目标放置在传感器的正前方处的不同间距处由此使得传感器产生不同输出的传感器输出。当标准目标位于传感器的有效感测范围之外时,电感式传感器输出具有由线200示出的最大值。随着标准目标逐渐移动靠近电感式传感器,电感式传感器输出的大小逐渐减小。
[0077] 电感式传感器60的线圈的阻抗随温度而变化。因此,温度的变化改变了电感式传感器的输出曲线。例如,如图14所示,随着温度降低,电感式传感器的输出曲线朝左移动,并且具有更陡峭的斜率。如图14所示,线210对应122°F的温度,线212对应68°F的温度,并且线214对应32°F的温度。曲线210、212和214示出当在上述不同温度、处于不同距离处检测标准目标时的传感器的输出。
[0078] 磨损的碎化元件与新的碎化元件之间的电感式传感器输出的差异可能是足够小的,使得在评估磨损等级时温度变化具有有意义的影响。因此,本公开的多个方面涉及使用算法、查阅表或其它方法,在监测碎化元件的磨损时来补偿温度变化。在某些示例中,温度传感器可以设置在电感式传感器的线圈处,以提供电感式传感器线圈的温度的指示。在其它示例中,环境温度或与碎化元件相关的另一温度可以被用来估计电感式传感器线圈的温度。
[0079] 图15示出了表示当感测距离电感式传感器不同距离处的碎化元件时的电感式传感器的输出的输出曲线199。对于图15的图形,碎化元件没有与电感式传感器偏离(即,电感式传感器的线圈和碎化元件都沿对应于碎化元件的碎化路径的公共平面对齐)。被用来提供图15的图形的数据的碎化元件具有比被用来提供图13的数据的标准目标更小的面积。因此,图15的图形中示出的传感器输出曲线199具有比图13中示出的曲线198的斜率更陡峭的斜率。
[0080] 在本公开的某些示例中,电感式传感器的线圈可以以如下间距放置,即沿滚筒38的旋转轴线40测量的中心至中心的间距小于电感式传感器的有效感测距离并且也小于由电感式传感器所产生的磁场的宽度。因此,与给定的碎化路径对齐的电感式传感器不仅可以感测与该碎化路径对应的碎化元件,还可以感测与相邻的碎化路径对应的碎化元件。如图16所示,由电感式传感器产生的输出曲线的斜率随着碎化元件的横向偏移距离的增加而减小。例如,曲线300示出在标准目标位于距离电感式传感器不同距离处同时标准目标具有距离电感式传感器零横向偏移量时的电感式传感器的输出响应。作为对照,输出曲线302示出在相同目标位于与输出曲线300相同的向外距离但处于距离电感式传感器具有2英寸的横向偏移量的位置处时的电感式传感器的输出。输出曲线300、302之间的曲线示出了目标距离电感式传感器的横向偏移的影响。
[0081] 图17示出了三个传感器输出曲线304、306和308。用于产生曲线304的传感器输出通过将标准目标定位在距离电感式传感器的不同距离处同时保持零横向偏移量而产生。与曲线306对应的电感式传感器的输出通过将碎化元件310(参见图18)定位在距离电感式传感器的不同距离处同时保持零横向偏移量而产生。与曲线308对应的电感式传感器的输出通过将碎化元件312(图18)定位在距离电感式传感器的不同的向外间距处同时保持零横向偏移量而产生。因为碎化元件310比碎化元件312更厚,所以曲线306具有比曲线308更平缓的斜率。图17还图示了使用来自电感式传感器的输出来评估碎化元件的磨损的技术。例如,对于齿310,线314表示当齿为新的时齿310的基准值。该基准值可以存储在控制系统(例如,计算机、处理器或其它电子装置)的存储器中并且被用来控制磨损感测系统的运行。线316表示当齿310被磨损时的电感式传感器的输出。在一个示例中,齿310在线314与线316之间磨损了大约1/2英寸。在使用时,当电感式传感器所产生的输出值到达线316时,可以通知操作者应该更换对应的齿310。线318对应于当碎化元件312为新的时来自电感式传感器的输出。线320对应于当碎化元件312已经磨损到其中碎化元件312应该被更换的状态时的来自电感式传感器的输出。再次,碎化元件磨损感测系统的控制器可以监测对应于齿312的电感式传感器的输出,并且一旦电感式传感器的输出到达线320,就可以给操作者报警应该更换齿312。如上所示,电感式传感器的输出可以通过算法、查阅表或其它方法改变,以补偿诸如温度和速度等因素。关于这一点,应注意的是,当碎化元件通过电感式传感器的交变磁场时碎化元件的行进速度也可以影响传感器的输出。例如,当滚筒的旋转速度在电感式传感器与待感测的碎化元件之间的向外间距不变化的情况下被增加时,随着碎化元件通过磁场传感器所感测的电流的变化减小。为了克服该因素,可以使用算法来修改电感式传感器的输出,以补偿滚筒的旋转速度。
[0082] 图21示出了与传感器60的磁场于涉并且因此被传感器60检测到的碎化元件42。碎化元件42被示出为处于向外间距距离d1以及零横向间距距离处。图22示出了在碎化元件处于图21的位置处时的电感式传感器的输出。图19示出了与传感器60横向偏离横向间距距离d2的碎化元件42。碎化元件42还与电感式传感器60偏离向外间距距离d2。向外间距距离d1在图19和21中相同。图20示出了在碎化元件42处于图19的位置中时电感式传感器60的输出。图20与22的比较示出:与当碎化元件400不但定位在相同的向外间距距离d1处而且还定位在横向间距距离d2处时电感式传感器60所产生的对应的输出信号402相比,当碎化元件42与电感式传感器60正好共线时传感器60所产生的输出信号401具有相比传感器60的非感测读数401更大的差异。图20的图形还说明:电感式传感器60能够感测相对于传感器横向偏移但仍处于传感器的磁场中的碎化元件。
[0083] 如图19和20所示,随着碎化元件移动通过传感器60,相对于给定的电感式传感器60横向偏离的碎化元件可以被电感式传感器60检测到。在本公开的某些示例中,由碎化元件42所限定的切割路径可以充分接近在一起,以使得电感式传感器60中的一个可以检测对应于三个或更多个碎化路径的碎化元件。例如,图23示出了滚筒38的一转的电感式传感器
60的原始的、未滤波的传感器输出波形。随着滚筒38旋转,电感式传感器60感测与电感式传感器60对齐的碎化元件42。传感器60还感测对应于朝电感式传感器60的左边偏移的碎化路径的碎化元件42和对应于朝传感器60的右边偏移的碎化路径的碎化元件42。因为左边和右边的碎化元件相对于传感器60横向偏移,所以,与对应于对齐的碎化元件的读数450A相比,对应于所述碎化元件的信号读数450B和450C具有更小的幅值差异。如图23所示,中心、左边和右边的碎化元件的旋转位置Ωa,Ωb和Ωc被确定并且被存储在存储器中。在过滤过程中,读数450A、450B和450C的幅值被比较,并且具有与零最大差异的读数450A被选择。最大的读数450A的旋转位置Ωa被存储在存储器中。然后如图24所示,读数450B和450C可以被过滤掉。此后,控制系统将仅寻找对应于处于旋转位置Ωa处的对齐的碎化元件的电感式传感器的读数值。如果系统没有检测到处于旋转位置Ωa处的碎化元件,那么可以通知操作者对齐的碎化元件丢失了。随着碎化元件磨损,处于旋转位置Ωa处的信号读数450A的幅值将变化。信号读数450A相对于基准信号读数值(例如,当碎化元件为新的时的读数)的某一改变的幅值表示:碎化元件被磨损到应该更换碎化元件42A的程度。在该程度时,可以通知操作者应该改变碎化元件42A。
[0084] 在某些示例中,电感式传感器60充分地靠近彼此定位,以使得相邻传感器60的磁场互相重叠。因此,如果全部传感器60同时运行,那么相邻传感器的磁场将会互相干涉。为了防止这类磁场干涉,在某些示例中,全部传感器60并不同时运行。例如,在一个示例中,传感器60中的每一个都可以单独地运行,以使得对于碎化路径中的每一个都独立地获取读数。在所述示例中,控制器可以使用控制协议,该控制协议以对于滚筒38的至少一转单独地启动每一个传感器的方式重复地循环通过传感器。在其它实施例中,可以同时启动多级或多组传感器60,并且控制系统可以循环通过传感器60的组。在某些示例中,可以基于传感器的相对位置和其对应的磁场的位置选择每一组中的传感器。具体地,任何给定组中的传感器的选择使得该组中的传感器的磁场不会互相干涉。
[0085] 图25-30涉及具有多组传感器60的系统,该多组传感器60在处于断电状态时被顺序地通电。如图25、27和29所示,以平面视图的方式仅示出滚筒38的一部分长度和圆周。例如,仅滚筒的大约90°的圆周被示出,并且仅滚筒的1/4的长度被示出。滚筒被示出的部分包括碎化元件A1、B1、C1、A2、B2、C2、A3、B3和C3。感测系统包括全部都与控制器500连接的第一组传感器A、第二组传感器B和第三组传感器C。控制器500经由液压马达502和齿轮箱504控制滚筒38的运行速度。控制器还控制电感式传感器组A、B和C的运行。例如,在第一感测阶段,与A组对应的电感式传感器被启动,并且与B组和C组对应的电感式传感器被暂停。在A组传感器被启动并且B组和C组传感器被暂停的情况下,如图26所示,获取碎化元件A1、A2和A3的近似的读数,并且对于与B组和C组对应的碎化元件,不获取读数。如图26所示,控制器识别出对于碎化元件A1、A2和A3中的每一个的具体读数值(例如,来自电感式传感器的输入1)和旋转位置(输入4)。在感测的第一阶段期间,随着滚筒旋转一转或多转,A组中的传感器感测碎化元件A1、A2和A3的磨损等级。
[0086] 在感测的第一阶段之后,控制器实施感测的第二阶段,其中,A组和C组传感器被断电,并且B组传感器被通电(图27)。如图28所示,对于碎化元件B1、B2和B3,控制器获取磨损读数(例如,来自B组电感式传感器的输入2)。输入2的值对应于碎化元件B1、B2和B3的磨损等级。控制器可以具有与碎化元件B1、B2和B3的旋转位置有关的预存信息。此外,控制器可以比较对应于碎化元件B1、B2和B3中的每一个的由B组传感器产生的感测磨损等级值,并且可以将所述值与碎化元件B1、B2和B3的基准等级磨损值相比较。基准等级磨损值可以对应于碎化元件B1、B2和B3被初始安装在滚筒38上时建立的值。在比较碎化元件B1、B2和B3中的每一个的由B组传感器产生的感测磨损等级值与它们对应的基准磨损等级时,控制器可以使用算法或其它方法来补偿与温度、滚筒的旋转速度或其它因素有关的变量。一旦碎化元件B1、B2和B3的磨损读数被建立,那么控制器就可以停止感测的第二阶段并且转移到感测的第三阶段。
[0087] 图29示出了处于感测的第三阶段的系统。在感测的第三阶段中,A组和B组传感器被断电,并且C组传感器被通电。在C组传感器被通电的情况下,控制器可以从C组传感器获取与碎化元件C1、C2和C3的磨损等级有关的输入3的值(参见图30)。通常地,随着滚筒旋转,磨损等级值由C组传感器产生。碎化元件C1、C2和C3的感测磨损等级值可以与碎化元件C1、C2和C3的基准磨损等级值相比较。碎化元件C1、C2和C3的基准磨损等级值可以在碎化元件C1、C2和C3被初始安装在滚筒38上时被系统建立。如果输入3所指示的感测磨损等级值偏离基准磨损等级值达到预定量,那么系统可以指示:推荐或要求更换碎化元件C1、C2和C3中的一个或多个。
[0088] 应认识到的是,根据本公开的原理由电感式传感器获取的某些读数实质上是一般性的,并且不会识别出碎化元件中任一个上的特定几何点的位置。相反,传感器获取的读数提供通过对应于碎化元件的传感器的磁场的给定的碎化元件的总表面面积的一般指示。读数可以根据碎化元件的尺寸和形状而改变。关于这一方面,碎化元件上的不同的磨损样式可以产生相似的读数。例如,当部分基部被磨损掉而顶端保持完整时或当顶端被去除掉而基部保持完全完整时,可以产生相似的产生读数。有利地,根据本公开的原理的感测系统提供大体磨损的良好指示,而不同时使用在碎化机械的正常运行期间不能兼容使用的精确的光学技术。因此,根据本公开的原理的感测系统可以被使用,同时其对应的材料碎化机械能被用来碎化材料,并且不需要暂停材料碎化操作而允许磨损感测。此外,根据本公开的原理的感测构造具有坚固结构,其可以在材料碎化操作期间保持在感测位置,并且不需要在材料碎化操作期间移动至存放位置。
[0089] 在实施本公开的多个方面时,碎化元件被初始安装在滚筒或链上。然后,滚筒和/或链被旋转,并且关于安装的碎化元件的基准磨损读数被获取。可以使用诸如电感式传感器的传感器获取基准磨损读数。在获取基准磨损读数时,识别出温度值(例如表示线圈温度的温度)和滚筒或链的旋转速度。基准磨损读数以及温度值和旋转速度值可以被存储在存储器中。然后,机械可以被操作,以执行材料碎化操作。当执行材料碎化操作时,可以使用传感器获取关于碎化元件的实时的磨损读数。还可以获取实时的温度和旋转速度读数。一旦获取了实时读数,就可以比较实时的磨损读数与基准磨损读数,以评估碎化元件的磨损等级,并且确定碎化元件是否已经磨损至推荐或要求更换碎化元件的程度。在比较实时的磨损读数与基准磨损读数时,控制器可以对实时的磨损等级值和/或基准磨损等级值作出调整,以补偿可能存在于基准温度值和实时温度值之间和/或存在于基准旋转速度与实时旋转速度之间的任何差异。当在补偿之后基准磨损读数和实时磨损读数的差异达到预定量时,控制器可以给操作者提供推荐或要求更换碎化元件的指示。
[0090] 在碎化元件的初始安装时,控制器可以确定碎化元件的旋转位置,并且对于正执行的特定的感测操作过滤掉对应于不需要被感测的碎化元件的读数。当控制器获取实时的磨损读数时,控制器在链或滚筒的对应于讨论中的碎化元件的预识别的旋转位置从传感器查找读数。如果在预识别的旋转位置处没有读数被检测到,那么控制器认为没有碎化元件,并且给操作者提供没有碎化元件并且需要维修或更换的指示。
[0091] 图31和32示出了适于使用本文所述类型的碎化元件磨损感测系统的另一地表挖掘机720。与利用滚筒相比,地表挖掘机720包括由链738承载的碎化元件742。链738被齿轮739驱动。通过监测齿轮的速度和旋转,并且通过已知链738的圆周长度,可以在使用期间监测链738的旋转位置。在某些示例中,可以通过感测沿给定的碎化路径以非重复构造的方式设置的碎化元件来识别链的旋转位置。非重复构造是在链的一次完整旋转的过程上不会重复的构造。最简单的非重复构造是与一个传感器和/或一个碎化路径对应的单个碎化元件。
通过检测单个碎化元件的出现并且监测链738的速度和旋转,控制器可以建立碎化元件位于链上的位置,并且可以确定所有其它碎化元件在链上的旋转位置。非重复样式的另一示例包括在相同碎化路径上被监测到的两个碎化元件,其中两个碎花元件在链的周长上不均匀地间隔开。
[0092] 图33和34示出了根据本公开的原理的磨损感测系统800的另一示例。磨损感测系统800可以包括多级磨损传感器保护系统802。磨损传感器保护系统802被配置为在最极端条件下保护磨损传感器804(参见图34)免受损坏。多级磨损传感器保护系统802也被配置为允许磨损传感器804在铣刨操作期间提供感测功能。因此,磨损感测系统800可以在不需要中断铣刨操作的情况下提供连续的齿磨损监测,以便评估齿磨损。多级磨损传感器保护系统802包括第一级保护、第二级保护和第三级保护。图35图示并且详细地描述了第一级保护。
[0093] 第一级保护可以呈初始阻挡层806(例如初始遮蔽层)的形式。在一个示例中,初始阻挡层806围绕碎化滚筒(未示出)并且定位在碎化滚筒与磨损传感器804之间。在一个示例中,初始阻挡层806围绕碎化滚筒至少部分地弯曲。在一个示例中,初始阻挡层806可以具有以碎化滚筒的旋转轴线为中心的曲率半径。在某些示例中,初始阻挡层806可以具有板状结构,该板状结构包括以并排设置方式被固定至机械框架810上的多个板段808。在某些示例中,初始阻挡层806可以包括诸如聚碳酸酯的材料。在图34中,初始阻挡层806被示出为所述多个板段808的部分被移除。
[0094] 参见图35-36,示出了多个板段808中的一个。在示出的示例中,板段808包括具有上端814和下端816的主段主体812。在某些示例中,主段主体812的上端814和下端816可以分别使用上配件818和下配件820(例如固定装置)被固定。上配件818可以包括紧固件开口822,紧固件开口用于接收用来将板段808固定至机械框架810(参见图33)上的紧固件(未示出)。下配件820每一个可以包括装配在对应的凸插座830(参见图34)中的第一凸耳826和第二凸耳828。
[0095] 在某些示例中,多个板段808可以在主段主体812的上端814和下端816处包括开口807(参见图36)。多个板段808可以使用紧固带809被固定至配件818、820,该紧固带809包括与多个板段808的开口807对齐或对应的孔(未示出)。在一个示例中,使用紧固件811(例如铆钉、有头螺钉、销、结、粘合剂等)将紧固带809附接至多个板段808上,以分别将多个板段
808固定至上配件818和下配件820上。
[0096] 初始阻挡层806可以具有坚固结构。在某些示例中,初始阻挡层806可以容易地更换,并且具有相对低的成本。在某些示例中,多个板段808中的每一个都可以通过使板状结构沿导向轨道围绕转子向下滑动直至第一凸耳826和第二凸耳828装配进入固定在机械框架810上的对应的凸耳插座830中而被安装。此后,可以使用紧固件将多个板段808的上端814固定至机械框架810上。
[0097] 在某些示例中,多个板段808的上端814位于操作者容易访问的位置处。为了移除多个板段808中的一个以便更换,多个板段808中的每一个的上端814处的紧固件被移除,并且多个板段808向上滑动,以使第一凸耳826和第二凸耳828从凸耳插座830上脱开,并且以使得多个板段808从碎化部件附近滑出。
[0098] 参见图37,多级磨损传感器保护系统802还可以包括呈其中安装有磨损传感器804的托盘832(例如壳体)形式的第二级保护。在某些示例中,托盘832安装在初始阻挡层806的后面,并且被配置为吸收通过初始阻挡层806传递的冲击,以阻止该冲击冲击容纳在托盘832中的磨损传感器804。在某些示例中,托盘832包括诸如聚碳酸酯的耐磨材料。托盘832有助于给磨损传感器804提供冲击保护,而同时使得磨损传感器804产生的磁场能够通过托盘
832。图38-42中图示并且详细描述了第二级保护。
[0099] 参见图38-39,图示了托盘832的细节。托盘832可以被配置为保持磨损传感器804,以使得磨损传感器804在托盘832中是面向开口的(即,托盘未覆盖传感器的主外表面)。图38是图37中示出的第二级保护的一部分的放大图。在图示的示例中,数个托盘832以并排设置方式被示出。在一个示例中,托盘832可以沿板834被安装在一起。板834可以被设置并且被构造为使多个托盘832和磨损传感器804作为一个单元滑进通道836中。如图所示,通道
836被构造为彼此平行。
[0100] 在某些示例中,轨道838可以附接至板834上。轨道838可以具有沿滚筒轴线延伸的长度。轨道838可以与托盘832相对地固定(例如,焊接、联接)至板834上。板834可以纵向地滑进沿滚筒轴线延伸的通道836中。
[0101] 参见图39,托盘832的阵列沿板834被示出。板被示出为附接至轨道838上。在某些示例中,板834可以从机械的右侧插入通道836中。应认识到的是,包括托盘832的阵列的板834还可以从机械的左侧插入通道836中。
[0102] 参见图40,示出了沿板834定位的托盘832的阵列的侧视图。图41示出了图40中示出的托盘832的阵列的剖视图。
[0103] 参见图41,图示了第三级保护。第三级保护包括冲击吸收结构840(例如减缓结构),用于吸纳通过初始阻挡层806(参见图37)和托盘832传递的冲击。在图示的示例中,电触点和线路842示出在磨损传感器804(参见图39)的后侧上,用于使得磨损传感器804能够电连接至控制系统,该控制系统具有合适的控制电路,用于控制磨损传感器804的运行。金属板844可以被安装至邻近磨损传感器804的后侧的冲击吸收结构840。图42中图示并且详细描述了冲击吸收结构840。
[0104] 参见图42,图示了冲击吸收结构840的示例。冲击吸收结构840包括可以附接至板834(参见图41)的基部846。基部846可以限定用于接收紧固件(未示出)的多个孔848,以将冲击吸收结构840联接至板834上。在某些示例中,冲击吸收结构840的基部846可以限定中心开口850。中心开口850可以被构造为接收索环852(参见图41)。在某些示例中,冲击吸收结构840可以被设置并且被构造为在受冲击时关于腿部854弯曲和屈曲。
[0105] 参见图43,示出了第三级保护的侧视透视图。图44是图43的一部分的放大图。在图44中,冲击吸收结构840(例如减缓结构)可以被定位在托盘832的后面,以帮助响应于通过初始阻挡层806(参见图37)和作用在托盘832上的冲击而吸纳托盘832的运动。冲击吸收结构840的腿部854被构造为在受冲击时弯曲。
[0106] 在一些示例中,冲击吸收结构840可以包括响应于冲击而无弹性变形的结构。在这种情况下,冲击吸收结构840将在受冲击后保持弯曲。应认识到的是,这样的结构比弹性结构将可能需要固定或更频繁的更换。在其它示例中,冲击吸收结构840可以由塑料材料制成,用于在受冲击时提供柔性,以使得冲击吸收结构840不会在受冲击后保持弯曲。
[0107] 在某些示例中,冲击吸收结构840可以包括弹性/有弹力的结构,该结构将托盘832偏压向感测位置,并且使得托盘832能够响应于冲击而远离碎化部件移动。在冲击之后,这样的有弹力的冲击吸收结构840可以将受冲击的托盘832偏压回其对应的感测位置。图44-48图示并且详细描述了第三级保护。
[0108] 仍参见图44,冲击吸收结构840的腿部854可以联接至托盘832,以将托盘832沿板834固定。具有安装在其上的冲击吸收结构840的板834被示出为定位在通道836中。
[0109] 参见图45,示出了多层磨损传感器保护系统802的仰视图。图46图示并且详细描述了多层磨损传感器保护系统的构造的细节。
[0110] 在图46中,示出了图45的一部分的放大图。多级磨损传感器保护系统802的构造使得被固定至冲击吸收结构840上的托盘832的单元能够通过板834从机械的左侧或右侧插入通道836中。
[0111] 再次参见图44和46,板834可以在台肩856的顶部上滑入通道836中。在某些示例中,台肩856可以焊接至沿滚筒轴线纵向延伸的细长构件858上。在一个示例中,位于通道836中的轨道838(参见图40)可以接收楔子860。
[0112] 参见图47,示出了多层磨损传感器保护系统的侧视图。图48是多层磨损传感器保护系统802的剖视图,图示了沿滚筒轴线在通道836中的托盘832的阵列。图49是图48的一部分的放大图。
[0113] 参见图49,楔子860可以包括锥形端部862。在一个示例中,楔子860可以从机械的左侧和/或右侧沿轨道838(参见图46)插入。因此,轨道838可以在插入期间引导楔子860。楔子860可以被插入,以使得在完全插入时楔子860的锥形端部862在通道836的中心部分中接合斜面864。
[0114] 在一个示例中,楔子860给板834提供向下的力,以对托盘832施加压力,以提供稳定性并且将板834保持在适当的位置中。例如,板834被夹靠在台肩856上。在某些示例中,楔子860可以联接至L形的支架866上,以将楔子860保持在适当的位置中。在一个示例中,楔子860可以被螺栓连接至L形的支架866上。L形的支架866可以附接至主支架868(参见图47)上并且可以通过紧固件相对于主框架移动,以控制楔子860的外端(即,非锥形端部)的位置,从而确保板834沿其整个长度被牢固地夹靠在通道836的台肩/肩部856上。
[0115] 根据上述详细说明,明显的是,可以在不背离本公开的精神和范围的情况下作出多种修改和变化。
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