专利名称：一种井下矿石动态称重及品位实时分析装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及计算机测量及控制技术，特别是涉及一种井下矿石动态称重及品位实时分析装置。
背景技术：
目前轨道衡计量常用的是压力测量技术和传感器贴片技术。压力测量技术虽然能很好地获得垂直方向上的压力，但其需要挖基坑，构造整体道床和称重台面，安装繁琐，施工周期长，检修不方便。而传感器贴片机就是将传感器应变片安装到钢轨上，钢轨就是传感器，虽然能较好地测得矿石的重量，并且精确性高，但是加工工艺复杂，且稳定性能较低，维修极不方便，寿命短，同时，现有的轨道衡对过衡的机车速度有严格的限制，当机车的过衡速度超过最大限速，计量得到的矿石重量误差很大，不能正确的反映矿石的重量，且由于目前的轨道衡多采用硬件对数据信号进行处理，数据信号灵活性较差。而要避免这种情况，需要用特制的钢轨更换原有的钢轨，不仅工序复杂，而且增加成本。而井下矿石品位的测量工作，目前主要是人工采样和化学分析，由于矿石密度不均勻、样品的代表性差，在运行的矿车上取样不仅难度大、生产效率低，而且人工估算精确度差，不能客观反映出铁矿石品位，不仅影响生产和铁矿石的出厂质量，而且由于人为因素的干扰，也影响到工人的劳动积极性。现有的铁矿石品位测试装置都是根据射线探测矿石的结构来测量品位值，这种测量方法存在探测点数目有限、不能很好的反映整车的品位的缺点，而且由于不能实现动态实时测试显示，在很大程度上影响了矿山企业的生产效率。
实用新型内容本实用新型的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种井下矿石动态称重及品位实时分析装置，使其具有安装方便、施工周期短、检修方便、无需更换原有设施、成本低、自动实时计量与品位分析同步、精确性和灵敏性高、避免人为的干扰、工人劳动强度小、 劳动积极性高、保证矿车运行速度的特点。本实用新型提供的一种井下矿石动态称重及品位实时分析装置，包括与矿车车轮数量相等且对称设置在两条钢轨腹壁中和轴上的塞入式剪切力称重传感器、与塞入式剪切力称重传感器连接的传感器接线盒、与传感器接线盒连接的电源、沿矿车运动方向设置在巷道顶部并与传感器接线盒相连接的激光测距扫描仪、设置于巷道内并与传感器接线盒相连接的光电开关、分别与传感器接线盒和电源相连接的工控机以及分别与工控机和电源相连接的显示器，其中，所述塞入式剪切力称重传感器至少为两对，相邻的塞入式剪切力称重传感器之间的距离与同侧相邻矿车车轮之间的距离相等。在上述技术方案中，所述塞入式剪切力称重传感器共有四对。在上述技术方案中，井下矿石动态称重及品位实时分析装置还包括分别与电源和工控机相连接的打印机。在上述技术方案中，所述塞入式剪切力称重传感器由弹性体、电阻应变片、温度补偿电路、引线和外壳组成，其中，电阻应变片粘贴在弹性体上，组成惠斯登电桥。在上述技术方案中，光电开关包括设置于巷道顶部的光电开关发射器和设置于巷道侧壁上的光电开关接收器。本实用新型的井下矿石动态称重及品位实时分析装置，具有以下有益效果(1)实现了矿石自动实时计量与品位分析同步，即通过计量矿石重量的塞入式剪切力称重传感器实时测量重量、光电开关实时控制计量开启及激光测距扫描仪实时测量矿石体积，运用多传感器并行处理的方法相结合，实现井下矿石自动化计量统计，安装方便、 检修方便、精确度和灵敏性高，而且无需用特制钢轨更换原有钢轨，施工周期短、成本低。(2)降低取样工人的劳动强度、避免取样过程的安全隐患并避免人为的干扰，从根本上改变了取样工人的工作方式，工人只需定期在交接班时打印报表，根本无需繁琐的体力活动且工作舒适安全，提高了工人的生产积极性，避免了人为的干扰。(3)装置在计量过程中不必停车，保证了矿车的运行速度，进行动态称重，节约时间，提高矿石运输效率。通过对机车过衡速度的检测，可以督促机车司机安全行驶，提高生产安全性(4)提高矿山企业计算机自动化计量水平。节约管理成本，提升企业科技创新实力，深化企业电子化计量办公程度，加大企业计量管理创新力度等。
图1为本实用新型井下矿石动态称重及品位实时分析装置整体结构原理示意图；图2为本实用新型中塞入式剪切力称重传感器与钢轨配合称量的结构放大图；图3为本实用新型中矿车运行到两个塞入式剪切力称重传感器之间时的称重区域结构示意图；图4为本实用新型中前排矿车车轮压住第一传感器安装点时的荷载分布图；图5为本实用新型中后排矿车车轮压住第二传感器安装点时的荷载分布图；图6为本实用新型中前后排的两个矿车车轮刚好分别压在第一传感器安装点和第二传感器安装点时的荷载分布图；图7为本实用新型中矿车接受光电开关和激光测距扫描仪检测时的结构主视图；图8为本实用新型中矿车接受光电开关和激光测距扫描仪检测时的结构左视图；图9为本实用新型中矿车接受光电开关和激光测距扫描仪检测时的结构俯视图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本实用新型的限制。参见图1至图3，本实用新型井下矿石动态称重及品位实时分析装置包括塞入式剪切力称重传感器3、激光测距扫描仪4、光电开关5、传感器接线盒7、电源插头8、电源插座 9、信号线10、工控机11、显示器12、打印电缆13和打印机14。塞入式剪切力称重传感器3与矿车车轮16. 1数量相等且对称设置在两条钢轨1 腹壁中和轴上，相邻的塞入式剪切力称重传感器3之间的距离与同侧相邻矿车车轮16. 1之间的距离相等，所述塞入式剪切力称重传感器3至少为两对，在本实施例中，矿车车轮16. 1
4有4对，塞入式剪切力称重传感器3也有4对，所述塞入式剪切力称重传感器3为圆锥型塞入式剪切力称重传感器，由弹性体、电阻应变片、温度补偿电路、引线和外壳组成，其中，电阻应变片粘贴在弹性体上，组成惠斯登电桥。根据塞入式剪切力称重传感器3的形状，在两钢轨1的腹壁中和轴位置加工锥形孔，然后装入成品圆锥型塞入式剪切力称重传感器。参见图3，左侧的锥形孔为第一传感器安装点3. 1，右侧的锥形孔为第二传感器安装点3. 2。塞入式剪切力称重传感器3通过信号线10与传感器接线盒7相连接，传感器接线盒7通过电源插头8与电源插座9相连接，所述传感器接线盒7的作用是实现传感器信号的放大与转换。激光测距扫描仪4沿矿车16运动方向设置在巷道6顶部并通过信号线10与传感器接线盒7相连接，其作用是通过测量激光测距扫描仪4与矿石(图中未示出)顶部的距离确定矿车16中矿石的高度从而得出矿石的体积。光电开关5设置于巷道6内并通过信号线10与传感器接线盒7相连接，在本实施例中，参见图7至图9，光电开关5为对射式光电开关，包括光电开关发射器5. 1和光电开关接收器5. 2，光电开关发射器5. 1设置在巷道6顶部，即安装在钢轨1上方，距离模电线 (图中未示出)上方200mm，光电开关接收器5. 2设置于巷道6侧壁上。所述光电开关5的作用是检测矿车16的有无，决定数据的采集。传感器接线盒7通过信号线10与工控机11相连接，所述工控机11通过电源插头 8与电源插座9相连接。显示器12与工控机11通过信号线10相连接，并通过电源插头8 与电源插座9相连接。打印机14通过打印电缆13与工控机11相连接，并通过电源插头8 与电源插座9相连接。电源插头8包括第一电源插头8. 1、第二电源插头8. 2、第三电源插头8. 3和第四电源插头8. 4，电源插座9包括第一电源插座9. 1、第二电源插座9. 2、第三电源插座9. 3和第四电源插座9. 4。第一电源插座9. 1、第二电源插座9. 2、第三电源插座9. 3和第四电源插座9. 4并联在一起，并均与220V交流电源相连。传感器接线盒7通过第一电源插头8. 1与第一电源插座9. 1相连接，工控机11通过第二电源插头8. 2与第二电源插座9. 2相连接， 打印机14通过第三电源插头8. 3与第三电源插座9. 3相连接，显示器12通过第四电源插头8. 4与第四电源插座9. 4相连接。使用时，先将各个部件安装到位，开启塞入式剪切力称重传感器3、激光测距扫描仪4和光电开关5，当矿车16运行时，光电开关发射器5. 1发出的红外线被挡住，光电开关接收器5. 2接收不到信号，发出高信号，工控机11开始采集数据。当矿车16通过由钢轨1、枕木2和塞入式剪切力称重传感器3组成的称量区15时， 钢轨1因加载发生弯曲弯形，钢轨1中和轴以上的部分受到压力，钢轨1中和轴以下的部分受到拉力，在中和轴上既不受压又不受拉，因此可在钢轨1中和轴位置安装塞入式剪切力称重传感器3，通过剪切力信号大小进行称重。由于电阻应变片粘贴在弹性体上，组成一个惠斯登电桥，当弹性体发生形变时，在供桥电压的作用下，桥路的输出端产生与重力成正比的电压。同时，钢轨1自身就是称重台架，矿车16的载重直接作用在钢轨1上传递给塞入式剪切力称重传感器3中的应变片，随着应变片电阻值的增减，惠斯登电桥产生差动输出， 就形成了一个常规的传感信号。参见图4至图9，当载荷在钢轨1上移动时，钢轨1上的荷载分布也呈现不同的情况，当前排矿车车轮16. 1. 1压住第一传感器安装点3. 1时，荷载主要集中在第一传感器安装点3. 1上，第一传感器安装点3. 1两侧分布的荷载很少；当后排矿车车轮16. 1. 2压住第二传感器安装点3. 2时，荷载主要集中在第二传感器安装点3. 2上，第二传感器安装点3. 2 两侧分布的荷载很少；当前后排的两个矿车车轮16. 1刚好分别压在第一传感器安装点3. 1 和第二传感器安装点3. 2时，荷载均勻分布于第一传感器安装点3. 1和第二传感器安装点 3. 2之间。无论是那种情况，可以看出，称量区15外的钢轨1即使受到载荷的作用，对两个塞入式剪切力称重传感器3的影响也微乎其微。当矿车16在称量区称重时，激光测距扫描仪4的激光源发出激光信号，激光信号遇到矿车16表面后，部分信号被反射回来，反射回来的信号被转换器接收，根据激光在空气中的传播速度和从发送到接收到信号的时间，计算出距离，并转换为电信号送到控制仪表，控制仪表处理后计算出高度，发送给工控机11。具体而言，就是根据矿车16的运行速度 v(间距ΔΧ = νΧ At)，对矿车16中的矿石高度按一定的时间间隔At实施等间距采样， 激光测距扫描仪4将测量到矿车16中矿石上表面至激光测距扫描仪4之间的距离，且激光测距扫描仪4与矿车16车厢厢底之间的距离是固定值，这样两者相减就可以得出矿车16 中各微元(xi，yi)中的矿石高度的二维数组。hll，hl2，hl3，......，hlnh21，h22，h23，......，h2nhnl，hn2，hn3，......，hnn则矿车16中矿石高度可由这些多重数值的积分得出，在采样时间内，矿车16车厢厢底的面积为常数(ΔχΧ Δ y)，则矿石体积(含矿块之间的孔隙)为此二维数组hi j的逐项和与该常数的乘积。由称量区15采得的该矿车16中铁矿石重量除以矿石体积可得出该矿车16矿石的密度，再利用多年生产实践和积累得到的铁矿石品位与密度(含孔隙)之间的相关关系， 由工控机11算出铁矿石的品位，由显示器12显示并由打印机14打印出报表，完成矿量等指标的统计管理工作。显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
权利要求1.一种井下矿石动态称重及品位实时分析装置，其特征在于包括与矿车车轮(16. 1) 数量相等且对称设置在两条钢轨(1)腹壁中和轴上的塞入式剪切力称重传感器(3)、与塞入式剪切力称重传感器C3)连接的传感器接线盒(7)、与传感器接线盒(7)连接的电源、沿矿车运动方向设置在巷道(6)顶部并与传感器接线盒(7)相连接的激光测距扫描仪G)、 设置于巷道(6)内并与传感器接线盒(7)相连接的光电开关(5)、分别与传感器接线盒(7) 和电源相连接的工控机(11)以及分别与工控机(11)和电源相连接的显示器(12)，其中，所述塞入式剪切力称重传感器C3)至少为两对，相邻的塞入式剪切力称重传感器C3)之间的距离与同侧相邻矿车车轮(16. 1)之间的距离相等。
2.根据权利要求1所述的一种井下矿石动态称重及品位实时分析装置，其特征在于 所述塞入式剪切力称重传感器C3)共有四对。
3.根据权利要求1或2所述的一种井下矿石动态称重及品位实时分析装置，其特征在于井下矿石动态称重及品位实时分析装置还包括分别与电源和工控机(11)相连接的打印机(14)。
4.根据权利要求1或2所述的一种井下矿石动态称重及品位实时分析装置，其特征在于所述塞入式剪切力称重传感器(3)由弹性体、电阻应变片、温度补偿电路、引线和外壳组成，其中，电阻应变片粘贴在弹性体上，组成惠斯登电桥。
5.根据权利要求1或2所述的一种井下矿石动态称重及品位实时分析装置，其特征在于光电开关(5)包括设置于巷道(6)顶部的光电开关发射器(5. 1)和设置于巷道(6)侧壁上的光电开关接收器(5. 2)。
专利摘要本实用新型公开了一种井下矿石动态称重及品位实时分析装置，包括与矿车车轮数量相等且对称设置在两条钢轨腹壁中和轴上的塞入式剪切力称重传感器、与塞入式剪切力称重传感器连接的传感器接线盒、与传感器接线盒连接的电源、沿矿车运动方向设置在巷道顶部并与传感器接线盒相连接的激光测距扫描仪、设置于巷道内并与传感器接线盒相连接的光电开关、分别与传感器接线盒和电源相连接的工控机以及分别与工控机和电源相连接的显示器，所述塞入式剪切力称重传感器至少为两对，相邻的塞入式剪切力称重传感器之间的距离与同侧相邻矿车车轮之间的距离相等。本实用新型具有安装方便、成本低、精确性和灵敏性高的特点，是广泛使用的井下计算机测量及控制技术。
文档编号G01G19/03GK202109970SQ20112021246
公开日2012年1月11日 申请日期2011年6月22日 优先权日2011年6月22日
发明者刘金安, 夏鸿, 宋红, 李铁一 申请人:武汉钢铁(集团)公司