用于运行链传动装置的方法和具有链传动装置的设施与流程

本发明涉及用于运行链传动装置的方法以及具有用于执行该方法的链传动装置和控制装置的设施。

背景技术：

在无尽循环的链传动装置上，像其例如在地下煤矿中使用在链式刮板输送机中，其也被称为铠面输送机afc(刮板输送机，armouredfaceconveyor)或者分段装载机(英文：stageloader)以及使用在刨削机组中那样，正确地选择链条预紧力对于设施的运行安全性和使用寿命来说至关重要。公知的是在这种情况下还使用带有液力离合器的驱动件。

如果链传动装置的链条的链张紧力太小，那么在链条的驱动件之后会形成垂链，并且主要在下运行段中，也就是在链传动装置的下方的回行侧导致链条的扭结(verklanken)伴随链条索的锁死并且导致接下来的链条断裂。

如果链张紧力太大，那么会导致链轮或链星形件和链条的磨损增加，并且在链引导的取向不合适、尤其是非最优时会导致附加的强制力和链引导的提高的功率需求和磨损。例如在刮板输送机的各个槽的水平和垂直的弯曲的情况下形成与链引导的理想取向的偏差，以便跟随矿层走向。

理想的是，链条以如下方式张紧，即，链条在转入下运行段之前仍然具有预紧力，这个预紧力在短暂出现的负载高峰时避免过大的链条垂度(kettendurchhang)。相反地，在第二链星形件上(链条在其之后转入上运行段)，链条应该具有很小的松弛。出于这些要求，产生对链预紧力和主驱动件与辅助驱动件之间的负载分配的规定。

在刮板输送机设施中，刮板输送机的方位在每次的返回过程中都发生变化。为了避免由于链条破裂导致的不可预见的停机，链条在大部分情况下都比所要求的更大地张紧，以便不必不停地适配链张紧力。增加的磨损和能量消耗在此是接受的。

刨削机组大部分情况下都没有张紧装置。链张紧力通过如下方式手动地施加，即，单侧固定链条并且借助液压系统或者利用驱动件施加预紧力，并且紧接着缩短链条的松弛环节。在刮板输送机和分段输送机中经常以手动预设的压力使用液压张紧槽。由于内部和外部的摩擦，例如由于碎煤阻塞张紧路径，所以这种方法是非常不精准的。

也存在通过机器框架上的应变计来测量轴负载的方法，在机器框架中支承有链星形件。对于分段输送机来说存在用于测量垂链的系统，其借助磁场传感器测量链条垂度。

技术实现要素：

因此，本发明的任务是提供一种设备和一种方法，它们能够简单地调整链传动装置，尤其是其链张紧力。

根据本发明的解决方案通过权利要求1和权利要求10的特征来表征。有利的设计方案在从属权利要求中得以反映。

据此，优选的是如下用于运行具有链轮的链传动装置的方法，其中，确定链轮上的链牵引力矩并且由此自动化地确定用于运行链传动装置的预设值。

链牵引力矩尤其是由作用于链轮上的力矩组成，这些力矩在其中每个链轮上相互叠加地产生可测量的或者可确定的总力矩。这些力矩尤其是由其中每个链轮的上行点中的链牵引力和下行点中的链牵引力产生。各个链牵引力由总力矩来确定。总力矩可以直接或间接地在链传动装置的区域内确定，尤其是在链轮或者它的驱动件的区域内确定。因此，尤其有利的是提供一种用于由驱动力矩获知链力的方法。

借助链牵引力可以自动化地确定预设值，这尤其是对应于非手动地确定并且尤其是在有处理器支持的情况下确定预设值。预设值尤其是用于调节链传动装置的部件或功能的调节参量。

在此，可以在独立的处理器中执行分析性以及计算性的方法步骤，这个处理器配属于带有链传动装置的设施或者仅配属于链传动装置本身。这种处理器也可以设计成控制装置的组成部分，用于控制链传动装置和尤其是链传动装置的驱动件的其他功能。

但这种处理器也可以是像用于工厂大厅的中央控制设施那样的上级机构的中央组成部分，这个中央控制设施也控制、调节和/或监控除了链传动装置之外的其他设施。

因此，有利的是提供预设值，其直接涉及在链传动装置中在链条和链轮上起作用的力矩。这能够实现可靠地调整链传动装置的部件，例如尤其是依赖于实际起作用的力矩和力利用简单的机构在耗费很小的同时实现了链张紧力的调整。尤其是能够通过因此能够实现的自动化实现对链传动装置的部件的及时调整或调节，尤其是直到实现实时调节。

链轮在此优选地是通过环绕的链条相互连接的、尤其是相邻的链轮，和/或尤其是分别具有至少一个驱动件的链轮。结合链传动装置，链轮和链星形件或者说轮和星形件是同等的概念，这些概念仅在语言上强调转动的轮的功能或设有齿部的轮的功能。

一个设计方案在于，在引入四个力的情况下来确定预设值，其中，这四个力分别对应于其中每个链轮的在上行点中的链牵引力和下行点中的链牵引力，或者由此来确定。

因此，各个相互叠加地作用于链轮上的链牵引力由两个链轮的总力矩确定并且被考虑。这能够实现单独地考虑针对每个链轮的或单独地针对每个配属于其中一个链轮的驱动件的力和力矩情况。

一个设计方案在于，分析链牵引力矩的关于时间的或依赖于转动角度的变化曲线。

因此，有利的是考虑到了在链传动装置中在转动角度变化曲线和/或时间上变化的、作用于链传动装置和尤其是链轮上的力和力矩。这可以包括确定的力矩的长期的变化和短期的、尤其是连续不断的、周期性的变化。

一个设计方案在于，针对其中每个链牵引力矩确定极端的链轮力矩，并且由此分别确定其中每个链轮的在上行点重的链牵引力和下行点中的链牵引力。

最小值和最大值尤其是通过在运行时连续变化的起作用的链轮半径产生，这是由链轮上的链引导在结构上决定的。因此，有利的是考虑到了链传动装置的部件的结构影响，并且能够实现对链传动装置的与之相协调的调整。

这样极端的链轮力矩根据优选的设计方案是链轮力矩的周期性出现的最小值和最大值。周期性在此涉及链轮的转动角度的变化的变化曲线。最大值和最小值的时间顺序因此依赖于角速度的时间变化曲线。

一个设计方案在于，确定用于调节链轮的轴间距的调节值或链张紧力来作为预设值。

链张紧力是用于运行链传动装置的重要参量，从而能够及时且/或能够尽可能精确地考虑到该重要参量，以调整链传动装置的部件。这能够实现增加的使用寿命、减少的磨损和运行时减少的能量消耗。尤其是可以避免由于不合适的链张紧力造成的运行故障。

因此，预设值优选是用于调节链轮的轴间距的调节值，以便因此在需要时调整出更好的链张紧力和/或链预紧力。

调节也理解为对例如预紧力的调整，尤其是一次性的调整。

一个设计方案在于，自动化地确定用于将负载分配到用于运行链传动装置的驱动件上的预设值来作为预设值，或者从预设值中自动化地确定用于将负载分配到用于运行链传动装置的驱动件上的预设值。

一个设计方案在于，这样的链牵引力矩借助传感器、尤其是转速传感器或者力或力矩传感器确定。

一个设计方案在于，传感器布置在链轮上、布置在链轮的驱动件上或者布置在配属于链轮和驱动件的传动机构上。

因此，这涉及直接或间接地获知至少一个力或力矩。因此，尤其是确定作用于链轮上的总力或总力矩。

一个设计方案在于，这样的链牵引力矩以间接方式来确定，尤其是借助驱动件的特征参量或控制参量来确定。

在使用电动机机作为驱动件时，例如可以分析由驱动件消耗的电流或者与之等同的电压或者用于提供电流或电压的控制参量作为与力矩相对应的参量，以便确定在驱动件中起作用的力矩。

另一这样的特征参量是转速，它或者它关于时间的变化可以推导出在链轮上起作用的力矩。

根据另一设计方案，代替总链牵引力矩，也可以直接确定各个在链轮上起作用的力或力矩，尤其是单个地确定其中每个链轮的在上行点中的链牵引力和在下行点中的链牵引力。

据此，一个优选的设计方案也是具有带链轮的链传动装置并且具有至少部分配属于这个链传动装置的控制装置的设施，其中，控制装置被设置和/或编程成用于执行这样的方法。

因此，控制装置尤其是提供用于运行链传动装置的预设值。提供可以经由显示装置或者打印机或者用于传输到另一尤其是移动设备的端口实现。因此，操作人员于是可以进行对至少一个部件的手动的、部分自动化的或者自动的调整以及调节，尤其是链轮的轴间距的调整。也可以按如下方式提供预设值，即，该控制装置或另一控制装置或者配属的处理器自动地执行对链传动装置的一个或多个部件的调整。控制装置也可以按中央上级的方式(zentralübergeordnet)被设置成用于共同控制其他设备。

一个设计方案在于，链传动装置是链式刮板输送机的组成部分，或者是刨削机组、尤其是采矿刨削机组的组成部分。

因此，提供了用于获知链星形件力矩的测量系统。通过尤其是高分辨率地测量输出力矩识别出测量信号中的多边形效应(polygoneffekt)。该力矩测量信号根据预期的模式进行分析，并且因此尤其是确定出参量，例如在上运行段和下运行段中的链力、实时的链预紧力、对于实时的负载来说理想的预紧力、理想的负载分配和张紧路径的适配。

这尤其是能够通过确定和尤其是显示实时的且需要的链张紧力实现，以便相应简单地对它们进行适配。以理想的方式，这种适配自动地通过合适的链张紧装置来实现。

附图说明

根据本发明的解决方案在下面借助附图来阐述。不同附图中的相同的附图标记表示相同或者作用相同的部件或功能，从而对此也可以描述其他的附图。在附图中详细示出如下内容：

图1以示意性的简化图示出链传动装置的基本结构；

图2示出链轮力矩的分量的示例性的变化曲线；

图3示出动态的链轮半径的分量的示例性的变化曲线；

图4示出处于另一运行状态下的链轮；以及

图5示出扁平链的动态的链轮半径的分量的示例性的变化曲线。

具体实施方式

图1示例性示出了构造成链输送机的链传动装置1，其具有两个链轮2、3和由它们驱动的、带有上运行段5和下运行段6的运输带4。驱动件7作为主驱动件布置在左侧概略地画出的链轮2上，以便驱动该链轮。另一驱动件8作为辅助驱动件布置在另一链轮3上，以便驱动该另一链轮。

控制装置9用于驱控驱动件7、8。示例性地，控制装置9经由线路10、11与驱动件7、8相连，其中，其他的传输系统尤其是也可以用于测量及控制信号。尤其是可以由控制装置9向驱动件7、8传输用于驱控驱动件7、8的控制信号s1、s2。可以借助驱动件7、8驱动的运输带4用于运输传送物12，例如碎煤。

通过与链轮2、3或链轮2、3的齿部啮合的、本身刚性的链环节的在空间上的延伸，在链轮2、3转动期间，在各自的链轮的轴与其外周边之间的有效链轮半径或链星形件半径发生改变。这通过多边形概略地画出，多边形作为分别具有外圆13和内圆14的各自的链轮2、3，外圆和内圆概略地画出链轮半径的调节范围。对于链传动装置1的链张紧力来说，分别在链轮2、3上起作用的链轮力矩m最大、m最小的最大和最小的极限值通过由此得到的最大链轮半径r_最大和由此得到的最小链轮半径r_最小得到。

链轮力矩m最大、m最小的极限值分别由链轮2或3上的上行点中的的链牵引力f上行和链轮2或3上的下行点中的链牵引力f下行得到。

另一控制装置或者该控制装置9被设计成用于依赖于分别在链轮2、3上获知的链星形件或链轮力矩m1或m2来提供链张紧力。为了获知这些总链轮力矩m1、m2，该设施具有力矩传感器15或16，它们例如获知所配属的驱动件7、8上的各自的功率。

为了确定预设值δl，尤其是说明了链轮2、3的轴之间的轴间距的必要的变化的调节值，分别使用了两个在链轮2、3上起作用的链力t1、t2、t3、t4，它们由链轮2或3上的各自的链牵引力f上行、f下行得出。它们尤其是可以由链轮力矩m1或m2确定。

预设值δl可以由控制装置9例如经由显示装置输出给操作人员，从而使操作人员因此手动地、自动化地或者部分自动化地适配轴间距。可选地，在其中一个或者两个链轮2、3上布置有张紧设备17，它借助控制装置9能够自动化地实现对链张紧力的改变。

为了方法的执行相应地考虑到多边形效应，它基于链轮2、3或链星形件与理想圆的偏差。依据齿的数量得到其动态的链星形件半径的周期性的变化。

尤其是链式刮板输送机或分段输送机的大部分的链轮具有奇数数量的齿。在例如具有7个齿的链轮中，有效的链轮半径周期性地改变大约-10％。如果这个链条在链轮之后也处于张紧，那么多边形效应不仅在上行点而且在下行点上起作用。在具有奇数的齿数的链轮中，这个效应在下行点中相对于上行点偏移半个齿角。在链力恒定时，多边形效应因此导致链轮力矩中的典型的模式。

图2示出了链轮或链星形件在其转动角度范围上起作用的力矩。在此示例性地假设在上运行段和下运行段中的恒定的链牵引力f上行＝1000kn或f下行＝400kn，和根据图3的附属的动态的链星形件半径的周期性变化。总力矩m总和由叠加的链牵引力组成，也就是上行点中的链轮上的链牵引力f上行的力矩m上行和下行点中的链轮上的链牵引力f下行的力矩m下行。总力矩m总和以尤其是类似z字的变化曲线作用于链轮，这个变化曲线在链轮力矩的最小值m最小和链轮力矩的最大值m最大之间具有略微的弧形走向或动态半径。

总力矩m总和例如利用力矩传感器15或16测得。总力矩由下面得出：

m总和＝f上行·r动态,上行-f下行·r动态,下行。

动态或有效半径r动态,上行、r动态,下行依赖于链轮直径或链星形件直径和实时的转动角度，也就是在几何上是确定的。图3示例性地概略地画出有效的链轮半径r动态的变化曲线，其具有依赖于链轮的转动角度j的走向。在此有效的还是在上行点和下行点中的有效半径r动态,上行、r动态,下行。

通过分析总力矩m总和在峰值区域内的质量变化曲线，可以计算出上行点中的链牵引力f上行和下行点中的链牵引力f下行作为运行力(trumkraft)。

对运行力的确定可以示例性地执行，其方法是分析链轮力矩m最大和m最小的极限值。以如下方式选择链轮的转动角度j的零点，即，使得这里存在针对上行运行的链条5的最大链轮半径r_最大。总是恰好在模量为j/tw＜w·dt时，得到针对上行运行的链条5的最大链轮半径r_最大，其中，tw是齿距角，tw＝360°/zn，zn是链轮的齿数，dt是两个测量值之间的时间增量，并且w是链轮的角速度。为了清楚显示简化地设定如下前提：上行运行的和下行运行的链条5、6是平行的，也就是链牵引力f上行和f下行之间的夹角等于180°，于是对于下行运行的链条来说在这个时间点中，最小的链轮半径r_最小起作用，并且产生的链轮力矩变得最大m最大，正如借助在图1中的左边概略地画出的链轮清楚显示的那样。

图4示出的是，当链轮半径对于上行运行的链条5来说变得最小并且对于下行运行的链条6来说变得最大时，链轮力矩变得最小m最小。当模量为(j+tw/2)/tw＜w·dt时，恰恰就是这种情况。

对于极限的链轮力矩m最大和m最小来说，以下计算是适用的：

m最大＝f上行·r_最大-f下行·r_最小(i)

m最小＝f上行·r_最小-f下行·r_最大(ii)。

示例性地清楚显示地由以下出发，即，在齿啮合期间，也就是在链轮转动齿距角tw期间，链牵引力f上行和f下行没有发生明显的变化。于是，(i)和(ii)是两个带有两个未知量f上行和f下行的方程，其可以根据f上行和f下行求解，其方法例如是，(i)根据f上行求解，并且f上行用在(ii)中。由此得出：

f下行＝max(0.0,(m最小-m最大·rk)/b)

f上行＝(m最大/r_最大)+rk·f下行，

其中，rk＝r_最小/r_最大，并且b＝(r_最小²/r_最大)-r_最大。

因此以如下方式执行测量，即，在每个齿啮合间隔内确定链轮力矩的局部的最大值和最小值m最大或m最小，并且由此按照公式计算出分别两个链力f上行和f下行。

因此能够实现在链预紧力和功率分配方面对链力的评估。如果已知两个驱动件上的所有链力，也就是在主驱动件7上带有运行力或链牵引力t1:＝f上行和t2:＝f下行，并且在辅助驱动件8上带有链牵引力t3:＝f上行和t4:＝f下行，那么可以计算出实时的链预紧力t0,实际：

t0,实际＝(t1+t2+t3+t4)/4。

上运行段的牵引力需求t需求,上运行段是：

t需求,上运行段＝t1-t4。

并且下运行段的牵引力需求t需求,下运行段是：

t需求,下运行段＝t3-t2。

在尚不考虑动态负载峰值的情况下的理想的链预紧力t0,额定在实时的情况下是：

t0,额定＝(t需求,上运行段+t需求,下运行段)/4。

对于链条刚性来说适用的是：

c链＝e·a/(2·轴间距)，

其中，e作为链条的例如大约50kn/mm²的弹性模量，a作为链环节的某个区段的以mm²为单位的横截面积。从例如c链＝361.6kn/m的链条刚性c链中根据如下公式得到用于改变链轮2、3的轴间距的预设值：

δl＝(t0,额定-t0，实际)/c链。

可选地，尤其是在驱控驱动件7、8和/或预设值δl时可以考虑到其他的方面。

利用以下方法方式例如还能够实现对链预紧力、功率分配和过载保护的组合式的调整。

在第一步骤中，辅助驱动件提供(ziehen)下运行段的功率需求加上预紧力，这个预紧力根据过载保护而覆盖实时的周边力和最大的周边力之间的差。在下一步骤中，主驱动件提供上运行段的功率需求减去由辅助驱动件通过预紧力施加的部分。紧接着调整链预紧力，从而使得辅助驱动件之后的力恰好变为零。于是，过载保护与链传动装置、例如采煤机的位置和实时的功率需求协调一致。一旦主驱动件的功率需求达到标称功率，那么由辅助驱动件施加进一步的提高。如果两个驱动件都达到了它们的标称功率，那么将进一步的提高均匀地分配给两个驱动件。如果功率需求再次下降，那么就相反地执行这个逻辑，也就是说，均匀地减轻两个驱动件的负载，直至达到标称功率，然后减轻辅助驱动件的负载，直至达到第一步骤的额定值。

有利地，实时的功率需求相对于所建立的功率越小，那么链力的可能的减小以及进而对机组的保护和功率需求的减小就越大。

因为过高的链力基于不可避免的取向错误和因此造成的在链引导中的强制力会产生更高的牵引力需求，所以牵引力需求t需求,上运行段和t需求,下运行段在实践中比计算所得的要更低。因此可选地，可以相应地进一步再调整，并且可选地也可以表明功率需求和由此带来的磨损的所实现的减小。

链牵引力在实践中剧烈波动。相应地，链轮力矩m1、m2的信号也明显消失。因为已经知道在测量值的信号中的哪里进行搜索以及搜索什么，并且评估对时间没有严格要求，所以可以从力矩测量中生成必要的信息。尤其是可以过滤该信号和/或使其平滑。例如可以搜索或观察并分析齿啮合频率，并且为此必要时过滤掉相关的频率范围。

对链轮的转动角度的测量不是一定必要的。在时间区间上确定链轮力矩的局部最大值和最小值就够了，然而转动角度j是已知的，因此可以例如从最大值/最小值相对于预期方位的偏移中推导出系统的故障，尤其是链轮和链条上的磨损。因此可以例如从力矩测量中导出链星形件的磨损，从而可以考虑的是有效链星形件半径和多边形效应的相位由此偏移了多少。

对力矩、尤其是链轮力矩m1、m2和链轮上的转动角度的确定或测量在原则上可以在驱动系中的不同的部位上进行。链轮力矩也可以在与直接在链轮上测量不同的部位上测量。这种测量例如也可以在使用液力离合器时在离合器的输出侧上、尤其是在这个离合器的涡轮上或者在传动机构输入端上进行，并且换算到链轮上。为此可以实现在传动机构输出端/星形件上的力矩测量，其在这个部位上提供特别好的信号。尤其是可以将必要的力矩测量整合到涡轮离合器中，这导致显著的功能性获利在马达和传动机构输入端之间使用液力离合器时，由于多边形效应在链星形件上引起的力矩波动在传动机构输入端可以作为力矩及转速波动的组合被察觉到。如果链力获知因此在液力离合器中或者在传动机构输入端上实现，那么这可以通过相应准确地测量力矩和转速实现。

作为针对间接的力矩测量的示例，也可以实施的是借助电动机/变频器利用例如电流测量进行力矩确定，其有利地不需要附加的传感器，并且优选地与尽可能坚固的马达/传动机构联轴器相结合地实现。为此优选地使用马达和链轮之间的转动弹性的连接，并且尤其是不使用涡轮离合器。因此，该方法也可以用于变频器驱动件。因此还可以充分利用的是，链力或链张紧力可以间接地借助变频器受到影响。尤其是可以与带有液力离合器的驱动件相结合地使用。

能够实现连续地获知角牵引力、也就是主驱动件及辅助驱动之前和之后的链牵引力，并且从中生成控制参量。这尤其是通过利用相应的信号处理足够精确地获知驱动力矩得以实现。控制参量尤其是作为针对最优的链预紧力的链张紧装置的张紧路径变化的预设参量的预设值δl、用于主驱动件的额定力矩、用于辅助驱动件的额定力矩、用于主驱动件的力矩限定和/或用于辅助驱动件的力矩限定。

可选地也可以考虑的是，针对其维持了安全预紧力的动态负载峰值可以变为多大。负载峰值例如在刨削机组中由切割力的波动造成，在刮板输送机中由突然提高的来自崩落或者来自采煤机的龙门之前的材料堵塞的装载物造成。链张紧系统的优选的设计方案因此也包含驱动系中的合适的负载限定。

如果在链轮的区域内的链引导以如下方式实施，即，使上行运行的和下行运行的链条之间的角度偏差180°，那么最大值和最小值之间的相位推移相应地偏差tw/2。于是相应地适配所说明的方程式。

如果使用如下链条，在该链条中，站立的链环节相比横躺的链环节具有不同的齿距，如这例如在扁平链的情况下是这样的情况并且在图5中概略地画出，那么在计算最大的和最小的半径时就考虑到这一点。

因为链力在啮合期间不是恒定的，所以计算出的链力会有波动，如从图5中可看到的那样。这例如可以通过平滑地形成平均值得以削弱。精确度也可以通过以下方式提高，即，除了极限的链轮力矩m最大和m最小这对值以外，获知链轮力矩的下一最大值m最大2，并且从这对值m最小和m最大2中确定力f上行2和f下行2，其方法是，方程式(ii)根据f上行2求解，并且用在方程式(i)中：

f下行2＝max(0.0，(m最大-m最小*rg)/b2)

f上行2＝(m最小/r_最小)+rg*f下行2

其中，rg＝r_最大/r_最小，b2＝(r_最大²/r_最小)-r_最小。由f下行和f下行2以及f上行和f上行2形成平均值。

其他修改方案和改进方案是可实现的。替代示例性的来自煤矿开采的链输送机地，也可以实现在其他的行业、其他的技术领域还有在其他的具有链传动装置的设计方案中的实施。所有的数值和尺寸说明都是纯粹示例性地提供的。

附图标记列表

1链传动装置、尤其是链输送机

2、3链轮

4运输带

5上运行段

6下运行段

7、8驱动件

9控制装置

10、11线路

12传送物

13外圆

14内圆

15、16力矩传感器

17张紧设备

f上行上行点中的链牵引力

f下行下行点中的链牵引力

j链轮的转动角度

m1、m2链轮力矩

m上行上行点中的链牵引力f上行的力矩

m下行下行点中的链牵引力f下行的力矩

m最大、m最小极限的链轮力矩

r动态有效半径

r动态,上行、r动态,下行在上行点或下行点中的有效半径

r_最大最大链轮半径

r_最小最小链轮半径

s1、s2控制信号

t1、t2、t3、t4作为运行力的有效链力

δl用于轴间距的调节值或预设值