用于感测材料碎化机械的碎化元件的磨损的系统和方法
【专利说明】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N0.61/736，303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、煤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，包括固有的受伤风险、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N0.7，290, 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US2010/0076697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块的透视图；
[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是图不第二级保护的侧视图；
[0054]图44是图4