用于监测破碎机头部的运动的系统和方法与流程

1.本公开总体上涉及用于监测还被称为“头部旋转(head spin)”的主轴旋转和主轴在破碎机内的竖向位置的一种系统和一种方法。更具体地说，本公开涉及用于监测头部旋转和主轴的竖向位置以在破碎机空转和/或破碎材料时评估破碎机的运行健康状况的一种方法和系统。


背景技术：

2.在破碎机中，更具体地说，在初级回转破碎机(primary gyratory crusher)中，当破碎机空转时以及当破碎机破碎进入的进料时，主轴旋转。主轴/头部旋转可用于在破碎机空转和/或破碎时评估机器的运行健康状况。
3.在空转期间，头部旋转的典型观察值是大约5至20rpm，但是该值可能受到不同因素影响。影响头部旋转的一个主要因素是星型支架衬套(spider bushing，十字叉衬套)与主轴的上轴颈之间的配合。如果星型支架衬套开始失去与主轴上轴颈的摩擦配合，则这些部件之间的摩擦减小,进而主轴/头部旋转会升高到超过观察到的“基线”。
4.如果监测头部旋转并将其与在破碎机处于理想条件下的正常运行期间测量的基线值进行比较，则可以确定星型支架衬套何时磨损。此外，通过监测相对于基线值的头部旋转，可以分析导致头部旋转的变化的其他部件，诸如防尘密封和主轴下轴颈与偏心衬套之间的配合，以确定磨损情况。此外，头部旋转还可能受外壳(mantle)重量的潜在影响。由于当外壳磨损时，外壳的重量会随着时间而改变，因此头部旋转的微小变化也会指示并潜在地允许对外壳磨损寿命的监测。


技术实现要素：

5.通过监测头部旋转，本公开将允许对回转破碎机的运行健康状况有更大的可见性，这将有助于防止计划外停机并且使生产损失最小化。
6.除了监测头部旋转之外，本公开的系统和方法将允许监测主轴相对于破碎机的竖向位移。通过监测主轴的竖向位移，本公开将允许检测对破碎机的整体运行健康状况有负面影响的主轴跳动。通过监测竖向位置，本公开将允许潜在地去除用于监测主轴位置的现有传感器，这通过监测mps活塞来实现。
7.本公开的方法和系统利用由移动的破碎机头部引起的磁通量偏差来识别移动的破碎机头部的旋转和位置。利用诸如磁力计的磁性传感器来检测磁通量的变化。由磁性传感器产生的数据可以由控制器解释，以提供对主轴头部旋转和竖向位移的分析。
8.根据本公开的示例性实施例，磁性元件安装到主轴的顶端，该主轴可以由磁性传感器感测。在一个示例性实施例中，磁性元件是位于主轴的顶部上的吊耳。吊耳由铁磁金属材料形成。吊耳通常用于在破碎机的组装期间提升主轴。吊耳具有矩形形状，其足以以磁力计将能够识别吊耳和相关主轴的旋转和位置的方式干扰磁通量。在本公开的示例性实施例中，在破碎机操作期间，吊耳位于星型支架衬套腔体内。星型支架衬套腔体被金属环绕，使
得星型支架衬套腔体将充当“法拉第笼”，并且防止磁/电干扰影响磁力计的读数。尽管吊耳是一种类型的磁性元件，但不同质量的铁磁材料可以附接到主轴的顶端。这种材料的质量还可以由磁力计以与吊耳相同的方式感测。
9.在本公开的另一预期示例性实施例中，如果需要更强的磁场来改进感测，则磁性元件可包括单独地或与吊耳组合地安装在主轴的顶端上的永磁体。在磁性元件包括吊耳和永磁体两者的实施例中，永磁体可以装配到吊耳中形成的现有孔中。目前，在提升主轴时，利用吊耳中的孔来安装钩环(shackle)。如果使用永磁体，则在主轴安装到破碎机中之后，永磁体将安装在吊耳内。
10.本公开中使用的磁力计能够感测通过旋转主轴产生的磁场变化。主轴的旋转将引起磁性元件在磁通量中产生干扰。磁通量的变化将转化为由磁力计产生的输出信号。来自磁力计的输出信号进而可以被解释为提供主轴头旋转和/或主轴的竖向位移的表示。
11.根据本公开，利用由磁场变化引起的磁通量来监测破碎机“头部”的位置和旋转。本公开的方法和系统可以对现有破碎机进行改进，并且将能够承受这些破碎机所经受的恶劣环境。监测主轴/头部旋转的能力多年来一直是人们所期望的，并且本公开除了允许监测主轴跳动之外，还解决了这个挑战。
12.从下面结合附图的描述，本发明的各种其它特征、目的和优点将变得显而易见。
附图说明
13.附图示出了目前设想的实施本公开的最佳模式。在附图中：
14.图1是包括本公开的星型支架和监测系统的回转破碎机的立体组装图；
15.图2是回转破碎机的局部剖视图；
16.图3是示出本公开的破碎机头部监测系统的放大图；
17.图4是穿过星型支架的剖视图并且示出了磁性传感器和永磁体的位置；
18.图5是示出由永磁体产生的磁通量线的立体图；
19.图6是示出磁场与磁通量之间的关系的示意图；和
20.图7是本公开的控制系统的电气示意图。
具体实施方式
21.图1和图2总体上示出了根据本公开构造的回转式岩石破碎机10。如图2所示，回转岩石破碎机10包括壳体组件12，其由接合到下顶部壳体16的上顶部壳体14形成。顶部壳体14、16支撑一系列凹陷部18，这些凹陷部沿着壳体组件12的内表面定位以限定大致锥形的截头圆锥形内表面20，该截头圆锥形内表面引导材料从敞开的顶端22向下穿过收缩的破碎腔体24，该破碎腔体形成在由成排的凹陷部18的内表面20与定位在回转主轴30上的截头圆锥形罩壳28的外表面26之间。随着主轴30回转，材料在内表面20与外表面26之间的破碎腔体24的高度上被破碎，最终破碎发生在破碎间隙32内。
22.最佳如图2和图3所示，主轴的上端34支撑在包含于星型支架40的中心毂38内的星型支架衬套36内。星型支架40安装到上顶部壳体14的上轮缘41并包括至少一对星型支架臂42。如图4所示，每个星型支架臂42容纳星型支架臂护罩44，该星型支架臂护罩为下面的星型支架臂42提供磨损保护。每个星型支架臂42包括大致中空的敞开腔体46。星型支架臂42
支撑中心毂38，使得中心毂38可以为旋转主轴30的上端34提供旋转支撑。
23.返回参照图2和图4，中心毂38包括有助于支撑星型支架盖50的圆形内脊部48。星型支架盖50包括支撑在中心毂38的肩部53上的外壁51。星型支架盖50提供额外的磨损保护并形成星型支架盖腔体52。在图3所示的实施例中，金属盖板54附接到中心毂38的内脊部48。盖板54包括圆柱形的中心部分56，该中心部分具有从盖板54向上延伸的圆形外壁58。外壁58支撑顶壁60。盖板54牢固地附接到内脊部48，使得盖板54形成封闭的星型支架轮衬套腔体62。
24.如图3和图4所示，星型支架衬套36通过一系列连接器64固定到中心毂38。连接器64将星型支架衬套36牢固地保持就位，同时允许主轴的上端34在固定的中心毂38内竖向运动和旋转。
25.如图2和图3所示，主轴的上端34容纳被安装到顶部部分67的吊耳66。吊耳66和顶部部分67附接到主轴的上端34，并且提供用于主轴的附接点，使得整个主轴可以利用诸如高架起重机的机械设备进行提升。吊耳66由铁磁金属材料形成，其包括延伸穿过吊耳66的宽度的吊孔68。吊孔68提供了用于在回转破碎机的组装期间提升整个主轴的附接点。
26.如图3和4所示，吊耳66通常与盖板54的中心部分56对齐。通过这种方式，吊耳66完全容纳在由盖板54和中心毂38的上部的侧壁70所限定的星型支架衬套腔体62内，该侧壁70终止于内脊部48。由于中心毂38和盖板54两者均由铁磁材料制成，所以星型支架衬套腔体62形成了围绕吊耳66的“法拉第笼”。
27.现在参照图4，根据本公开，回转破碎机包括用于在操作期间监测主轴的至少一个运动参数的系统。监测系统能够检测主轴的旋转运动(如图4中的箭头72所示)和主轴的竖向运动(也如图4中的箭头74所示)两者。如图3所示，感测系统包括定位在星型支架衬套腔体62内的磁性传感器76。磁性传感器76由安装支架78支撑，该安装支架又由连接器80安装到星型支架衬套36的顶端。传感器线缆82延伸穿过星型支架臂42的敞开腔体46并且延伸到外轮缘84之外。线缆82连接到控制器86，如图1所示。控制器86接收来自磁性传感器76的输出信号，并且解释来自磁性传感器的输出信号，从而以下面将更详细描述的方式监测主轴的旋转运动和主轴的竖向运动。
28.在本公开的优选实施例中，磁性传感器76是固定磁力计，其可操作以检测星型支架衬套腔体62内的磁通量的变化。磁力计是一种能够测量磁场的矢量分量的特殊类型的磁性传感器。磁力计基于磁场的矢量分量产生输出信号。如果由铁磁材料形成的磁性构件移动到固定磁力计附近的磁场中，则铁磁材料将干扰磁场并在由磁力计感测的磁通量中产生变化。由磁性构件引起的磁通量的变化可以被解释以确定铁磁构件的运动方向。
29.在本公开中，由磁力计感测的磁性构件是吊耳66。吊耳66由相对较大部分的铁磁金属材料形成。在主轴的头部旋转或跳动期间，吊耳66将在星型支架衬套腔体62内旋转或竖向运动。吊耳66的运动足以干扰磁通量，使得磁力计能够识别吊耳的旋转运动或吊耳的竖向运动。在主轴不包括吊耳66的替代实施例中，另一块铁磁材料可以安装到主轴的顶端。该块材料也将被磁力计感测。如前所述，星型支架衬套腔体62通常形成“法拉第笼”，其防止磁/电干扰影响磁力计的读数。以这种方式，磁力计将仅感测吊耳的运动。
30.尽管利用磁性传感器感测吊耳或类似磁性构件的旋转运动和竖向运动是本公开的一个实施例，但是在本公开的另一实施例中，磁性构件可以是安装到主轴的顶端的永磁
体88。永磁体88可以单独安装或者可以安装到该块铁磁材料。在所示实施例中，永磁体88插入到形成在吊耳66中的吊孔68中，如图5最佳所示。在图5所示的实施例中，永磁体88具有圆柱形形状并且从第一端90延伸到第二端92。众所周知，永磁体88产生在第一端90与第二端92之间延伸的磁场94。如果使用永磁体88，则在主轴30已经安装到破碎机中之后安装永磁体88，并且在操作期间不再需要吊耳66。如果需要更换或维修吊耳66，则稍后可以移除永磁体88。
31.如图5中可以理解的，通过将永磁体88用作磁性元件所产生的磁场94增强了星型支架衬套腔体62内的磁场，如图4中清楚地示出。如图4所示，磁性传感器76紧邻永磁体88定位，使得磁场94能够容易地被磁性传感器76感测到。如果主轴开始旋转(如箭头72所示)或者竖向运动(如箭头74所示)，则由永磁体88的运动产生的磁场变化将被磁性传感器76感测。磁通量的变化由磁性传感器76感测，并且输出信号被转送到控制器86，使得控制器86可以向用户/操作者提供已经检测到主轴的竖向运动或者已经检测到主轴的旋转运动的指示。
32.图6是由永磁体产生的磁场94与磁通量之间的关系的图示。由变化磁场产生的变化磁通量之间的关系由磁性传感器76感测，并且由控制器用于确定主轴是竖向运动还是旋转运动。尽管在附图的实施例中示出了永磁体88，但是永磁体88可以被去除，并且对由磁性传感器76感测的磁通量的干扰将仅由吊耳66的铁磁材料引起。这种干扰可以由磁性传感器感测并由控制器分析。然而，永磁体88的使用被认为产生更强的磁场，这将使其更容易识别磁通量的较小变化。
33.图7提供了本公开的感测系统95的示意图。感测系统95包括与磁性传感器76通信的控制器86。磁性传感器76被定位成与诸如吊耳66等磁性元件紧密相关，吊耳66可以包括或不包括永磁体。如前所述，吊耳66既可竖向移动又可根据回转破碎机和相关联主轴的操作而旋转。磁性传感器76感测由主轴的竖向运动或旋转运动引起的磁通量的变化。磁性传感器76操作以产生表示磁通量的运动和变化的电信号。由磁性传感器76产生的电信号被转送到控制器86。控制器86又被编程以解释来自磁性传感器76的变化的电输出信号，并产生提供关于主轴的旋转运动或主轴的竖向运动的信息的输出信号。在图7所示的实施例中，控制器86连接到视觉显示器96，使得所感测的信息可以转送到操作者/用户。尽管示出了显示器96，但是应该理解，控制器86可以采取其它方式将信息转送给操作者/用户，诸如通过视觉指示器、听觉指示器或回转破碎机的操作者可接受的任何其它方式。
34.在图7所示的实施例中，用户输入98还连接到控制器86，使得操作者/用户可以将操作参数和控制值输入到控制器86中。用户输入98可以是任何类型的常规用户输入，诸如键盘、触摸屏或允许用户将信息输入到控制器中的任何其它类型的输入装置。控制器86还连接到电源100，该电源不仅为控制器86而且为磁性传感器76提供电力。根据控制器86的位置和配置，电源100可以是电池电源或市电电源。
35.可以设想，来自磁性传感器76的电信号将被提供到控制器86，并且控制器86可以监测来自磁性传感器的电信号的变化。提供到控制器的磁性传感器电输出信号的变化将指示由吊耳66的旋转运动或吊耳的竖向运动引起的磁通量的变化。基于该信息，控制器86将能够确定主轴是竖向运动还是旋转。可以设想，磁性传感器76将被布置成，只要破碎机通电就可以操作。因此，在正常操作期间，磁性传感器76将能够监测主轴在回转破碎机内的运
动。可以设想，传感器76可以根据回转破碎机的操作的具体要求和情况而关闭。然而，磁性传感器76的使用将提供关于回转破碎机的运行状态和健康状态的额外信息
36.本说明书使用示例公开本发明，其包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够制作并使用本发明。本发明的可专利范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有的结构元件与权利要求书的文字语言所表述的没有不同，或者如果它们包括与权利要求书的文字语言具有非实质性差异的等效的结构元件，则它们应该在权利要求书的范围内。