FI64254C - Kabeluppsamlingssystem foer el-drivna gruvfordon och arbetsmaskiner - Google Patents

Description

1 64254

Kaapelinkeräysjärjestelmä sähkökäyttöisissä kaivosajoneuvoissa ja työkoneissa - Kabeluppsamlingssystem för el-drivna gruv-fordon och arbetsmaskiner

Keksintö kohdistuu kaapelinkeräysjärjestelmään sähkökäyttöisissä, ahtaissa maanalaisissa tiloissa toimivissa, taipuisan kaapelin välityksellä käyttövoimansa saavissa ajoneuvoissa tai työkoneissa, joiden kulloisestakin asemasta riippuva kaapelin ylimääräinen pituus kerätään ko. ajoneuvon yhteydessä olevaan järjestelmään, jossa kaapeli kelataan olennaisesti ajoneuvon keskiviivalla sijaitsevan pystyakselin ympäri pyörivään kerä-yselimeen ja jossa kaapelin lopullisen lähtöpisteen ajoneuvon suhteen määrää keräyselimen akselin kanssa samankeskeisesti kääntyvän ulokkeen päässä sijaitseva ohjauselin.

Pääperiaatteena on käyttää ajoneuvon keskiviivalle sijoitettua, pyörivää pystyakselista kaapelinkeräyselintä ja sen kanssa samankeskisesti laakeroidun ulokkeen päässä sijaitsevaa ohja-uselintä, jolloin kaapelin kelauksen suorittava momentti vaikuttaa ulokkeen ja keräyselimen välillä.

Maan alla työskentelevissä kuljetus-, kuormaus- ym. ajoneuvoissa ja työkoneissa ollaan mm. pakokaasuhaittojen vuoksi siirtymässä sähkön käyttöön dieselvoiman asemesta. Kehitystä on hidastanut ajoneuvon ja kiinteän sähköverkon välillä tarvittavan kaapeliyhteyden aiheuttamat hankaluudet kuten rajoitettu ajomatka, kaapelin lyhyt elinikä sekä kaapelirummun suuri tilantarve. Tunnetut keräysjärjestelmät eivät salli tyydyttävää kaapelin kiinnityspisteen ohiajoa, ja siksi joudutaan tunnelissa tai käytävässä toimimaan usein vain yhteen suuntaan kiin-nityspisteestä. Tämä merkitsee kaksinkertaista kaapelinpituutta verrattuna tapaukseen, jossa kinnityspiste sijaitsisi ajomatkan keskivälissä.

2 64254

Tunnetuissa keräysjärjestelmissä käytetään ajoneuvon peräosaan asennettua vaakasuoraa rumpua, jolle poikkileikkaukseltaan pyöreä kaapeli kelataan. Rummun tyhjä sisäosa muodostaa hukka-tilan, joten järjestelmän tilantarve on suuri. Kaapeli ohjataan rummulle tavallisesti neljän ristikkäisen rullan muodostamasta portista, joka leveää rumpua käytettäessä on yhdistetty rinnak-kainkelauslaitteen ratsastajaan. Suoraankin ajettaessa kaapeli laskeutuu tällöin aaltoviivan muotoon. Kaapeli lähtee ajoneuvosta suoraan taaksepäin ja jokainen ajokulmanmuutos taivuttaa kaapelia porttirullien kaapelin läpimittaan nähden pakostakin pienenlaisella säteellä. Välttävä kiinnityspisteen ohiajo on pyritty tekemään mahdolliseksi sijoittamalla ajoneuvon takakulmiin pitkiä pystyrullia, jotka ohjaavat kaapelin pitkin ajoneuvon sivua. Nämäkin käytännön syistä pieniläpimittaiset rullat vaurioittavat kaapelia, jota ne eivät myöskään pysty siirtämään turvallisen kauas ajoneuvon sivusta.

Tunnetaan myös järjestelmä, jossa kaapeli kerätään pyörivän ohjausvarren avulla eräänlaisen pystyasentoisen tynnyrin sisälle. Kaapelin kierteitä ja sykkyröitä aiheuttavan toimintaperiaatteen ja mutkikkaan rakenteen johdosta tämän järjestelmän soveltaminen käytäntöön on vaikeaa.

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan kaapelinkeräysjärjes-telmä, jossa mainituilta epäkohdilta vältyttäisiin.

Tarkoituksen saavuttamiseksi keksinnön mukaisessa järjestelmässä uloke ja kerävselin muodostavat yhtenäisen ajoneuvon suhteen vapaasti kääntyvän yksikön, jolloin keräyselimen akseliin vaikuttava voimaelin, esim. moottori on liitetty ulokkeen akseliin. On mahdollista käyttää pyöreääkin, useampaan kerrokseen kelattavaa kaapelia, mutta tällöin menetetään osa keksinnön eduista.

64254 3

Keksinnön mukaan kaapeli johdetaan keräyselimen kanssa saman-keskeisen pystyakselin varassa vapaasti kaapelin kulloiseenkin tulosuuntaan kääntyvän ulokkeen ulkopäässä olevan ohjauselimen (esim. rullaston) kautta ulos ajoneuvosta. Ulokkeen ja ohjaus-elimen asettuminen aina vetosuuntaan vähentää ratkaisevasti kaapelin voimakasta taivuttelua. Kääntösektori voi olla rajoitettu siten, että uloke ääriasennoissaan osoittaa sivullepäin. Ulokkeen pituus on sopivimmin sellainen, että em. ääriasennoissa kaapelin ulostulokohta sijaitsee ajoneuvon sivuviivan ulkopuolella. Kaapelin tulosuunta voi tällöin olla myös ajoneuvon etupuolelta ja kiinnityspisteen ohiajo on turvallista ahtaissakin tiloissa. Ulokkeen vapaa kääntyminen kaapelin tulosuuntaan on keksinnön perusoivalluksen mukaisesti saatu aikaan kytkemällä kelausmomentti vaikuttamaan ulokeen ja keräyselimen välille kuten jäljempänä tarkemmin selostetaan.

Ohjauselin on sovitettu siten, että nauhakaapeli joutuu taipumaan vain leveän sivunsa ympäri, jolloin pienetkin taivutussä-teet ovat mahdollisia ilman kaapelin vaurioitumista. Nauhakaa-pelia käytettäessä voi myös kaapelinkerääjän sisäläpimitta ja vastaava hukkatilavuus olla varsin pieni. Pyörökaapeliakin käytettäessä on litteähkön, pystyakselisen kelan sijoittaminen ajoneuvon pohjalle edullista ja yläpuolisten tilojen hyötykäyttö on omiaan pienentämään ajoneuvon ulkomittoja.

Keksintöä ja erästä sen sovellutusmuotoa selostetaan lähemmin viittaamalla oheisiin kaaviollisiin piirustuksiin, joissa

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaisella järjestelmällä varustetun kuormaajan toimintaa kaivoskäytävässä päältä katsottuna.

Kuvio 2 esittää keksinnön mukaisen järjestelmän peruskomponenttien sijoittelua päältä katsottuna.

4 64254

Kuvio 3 esittää vastaavan järjestelmän, johon keksintöä ei ole sovellettu.

Kuvio 4 esittää keksinnön erästä sovellutusmuotoa sivuleikka-uksena.

Kuvio 5 esittää kuvion 4 mukaista sovellutusta päältä katsottuna.

Järjestelmän yleistä toimintaa havainnollistetaan kuviossa 1, jossa katkoviivoin kuvattu kaivoskuormaaja 1 ohittaa kaapelin 2 kiinnityspisteen 3 siirtyessään kaivoskäytävässä 4 asemasta A asemaan B. Kuormaajan 1 takaosassa sijaitseva, ehjällä viivalla esitetty keräysjärjestelmä 5 pitää kaapelin 2 koko ajan sopivan tiukalla sotkeutumisen estämiseksi. Asemassa A, jossa kaapelin 2 tulosuunta on kuormaajan 1 etupuolelta, kaapelin 2 lähtöpiste keräysjärjestelmästä 5 sijaitsee kuormaajan 1 sivuviivan ulkopuolella. Kaapeli 2 ei pääse kosketukseen kuormaajan 1 minkään osan kanssa ja siten vaurioitumaan. Asemat B ja C havainnollistavat, kuinka takasektorista tuleva kaapeli 2 suuntautuu aina samaan, kuormaajan 1 keskiviivalla olevaan pisteeseen.

Kuvioista 2 ja 3 ilmenee keksinnön perusajatus siten, että kuvio 2 havainnollistaa keksinnön mukaisen järjestelmän toimintaa, kun taas kuviosta 3 nähdään täsmälleen samoista komponenteista kootun, ennestään tunnetun järjestelmän toiminta. Ajoneuvon 1 keskiviivalle pystyakselin 6 varassa pyörivään keräys-elimeen 7 sillä olevine kaapelista 2 muodostuneine keloineen 8 vaikuttaa nuolella M merkitty kelausmomentti. Kaapeli 2 lähtee ajoneuvosta 1 vedon P suuntaan keräyselimen 7 kanssa samankes-keisesti laakeroidun ulokkeen 11 päässä olevan ohjauselimen 13 kautta. Ulokkeen asento kaapelin tulosuunnan ollessa suoraan ajoneuvon takaa on merkitty kirjaimella A, kahta muuta tulosuuntaa taas kirjaimilla B ja C.

5 64254

Kuviossa 2 kelausmomentti M vaikuttaa keksinnön mukaisesti ke-räyselimen 7 ja ulokkeen 11 välillä. Koko järjestelmä siis pääsee vapaasti kääntymään ajoneuvon 1 suhteen akselin 6 ympäri. Kaapelin 2 vetovoiman P vastareaktio on siten akseliin 6 kohdistuva, vaakatasossa samalla suoralla sijaitseva päinvastaiseen suuntaan vaikuttava voima. Koska myös ohjuri 13 sijaitsee samalla suoralla, suuntautuu kaapeli 2 aina samaan, ajoneuvon keskiviivalla sijaitsevaan pisteeseen 6.

Kuviossa 3 kalusmomentti M vaikuttaa ennestään tunnettuun tapaan keräyselimen 7 ja kuormaajan 1 välillä. Uloke 11 ohjurei-neen 13 on samoin ennestään tunnettuun tapaan laakeroitu vapaasti kääntyväksi sekä keräyselimen 7 että ajoneuvon 1 suhteen. Kaapeli 2 lähtee kelalta 8 tangentiaalisesti vedon P suuntaan, koska uloke 11 on täysin vapaasti kääntyvä eikä aiheuta kaapeliin 2 kulmanmuutosta. Kaapelivedon P vastareaktio muodostuu akselille 6 vaikuttavasta tukivoimasta ja momentista eikä uloke 11 koskaan asetu vetosuuntaan. Useissa maanpäällisissä sovellutuksissa (ruohonleikkurit jne.) tällä ei ole sanottavaa merkitystä. Haitat korostuvat kuitenkin kaivoskuormaajissa, joissa täysinäisen kelan läpimitta vastaa lähes ajoneuvon leveyttä.

Koneen sivulta lähtevä kaapeli on alttiimpi vaurioille ja epäsymmetrinen, kelakoon mukaan muuttuva lähtöpiste hankaloittaa ajoa ahtaissa kaivoskäytävissä.

Kuvioiden 4 ja 5 mukaisessa sovellutuksessa litteä kaapeli 2 kelataan spiraalimaiseksi kelaksi 8 pystyakselin 6 varassa pyörivälle lautasmaiselle keräyselimelle 7 ulokkeen 11 päässä sijaitsevan ohjauselimen 13 kautta. Sähkövoiman ulosottoa varten on akselin 6 yläpäässä katkoviivoin esitetty liukurenqasjärjes-telmä 14. Uloke 11 on laakeroitu keräyselimen 7 kanssa saman-keskeisesti siten, että ulokkeen 11 ontto akseli 12 toimii keräyselimen 7 akselin 6 laakerina. Akselia 12 kannattaa laakeri 9, joka on kiinnitetty vinoviivoituksella esitettyyn kuor- 6 64254 maajän 1 kiinteään rakenteeseen. Ulokeen 11 kärjessä oleva ohjauselin 13 muodostuu kiinteästi ulokkeeseen 11 liitettyihin pystyakseleihin 13D laakeroidusta rullaparista 13E ja ristini-velen 13F välityksellä liitetystä toisesta rullaparista 13A akseleineen 13B ja ohjainrunkoineen 13C. Ristinivel 13F pääsee kääntymään ulokkeen 11 kärjessä, lähellä rullia 13D sijaitsevan pystyakselin 13G varassa. Ohjainrunko 13C puolestaan kääntyy ristiniveleeseen 13F liittyvän vaaka-akselin 13H varassa. Sekä ulokkeen 11 että ristinivelen 13F kääntökulma vaakatasossa on rajoitettu siten, että esim. oikealle kääntyneenä ne ovat kuvioon 5 katkoviivoin piirretyssä ääriasennossa. Kaapelin 2 tulosuunnan ollessa suoraan kuormaajan 1 etupuolelta sijaitsee kaapelin lähtöpiste silloin etäisyydellä S kuormaajan 1 kyljestä.

Ohjauselimen 13 edellä kuvatun rakenteen ansiosta nauhakaapeli 2 joutuu taipumaan vain poikkileikkauksensa leveän sivun ympäri. Kaapelin 2 kelauksen ja kiristyksen suorittaa esim. hydrauli-käyttöinen moottori 10, joka on kiinnitetty ulokkeen 11 onttoon akseliin 12 ja joka käyttää suoraan keräyselimen akselia 6. Vääntömomentin suuntaa on kuviossa 5 kuvattu nuolella. Koko järjestelmä muodostaa yhtenäisen yksikön, joka pääsee vapaasti kääntymään kuormaajan 1 keskiviivalla sijaitsevan pystylaakerin 9 varassa. Keksinnön sisältämän oivalluksen mukaisesti kelaus-momentti sekä kelan 8 ja ohjurin 13 väliset voimat ovat tämän yksikön sisäisiä ja kumoavat toisensa. Ainoa ulkoinen voima, kaapelin veto, kääntää siis ulokeen 11 ohjureineen 13 aina kaapelin 2 tulosuuntaan, koska vastaava tukivoima vaikuttaa kääntökeskiössä eikä voi siten aiheuttaa momenttia. Kaapelin tasaisen kireyden aikaansaamiseksi voidaan moottori 10 varustaa laittein, jotka automaattisesti säätävät vääntömomenttia kaapelikelan 6 kulloisenkin läpimitan mukaisesti.

Kuvio 5 havainnollistaa myös, että keräyselimen 7 ja ulokkeen 7 64254 11 samankeskeisen laakeroinnin ansiosta uloke 11 pysyy kääntyessäänkin pääasiassa ajoneuvon 1 ääriviivojen sisäpuolella. Vauriolle altis järjestelmän ulkovena osa, jonka pituuden mitta S lähinnä määrää, voi olla siis varsin lyhyt.

Keksintö ei ole rajoitettu kuvattuun suoritusmuotoon, vaan voi vaihdella seuraavien patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (5)

64254

1. Kaapelinkeräysjärjestelmä sähkökäyttöisissä, ahtaissa maanalaisissa tiloissa toimivissa, taipuisan kaapelin välityksellä käyttövoimansa saavissa ajoneuvoissa tai työkoneissa, joiden kulloisestakin asemasta riippuva kaapelin ylimääräinen pituus kerätään ko. ajoneuvon yhteydessä olevaan järjestelmään, jossa kaapeli (2) kelataan olennaisesti ajoneuvon (1) keskiviivalla sijaitsevan pystyakselin (6) ympäri pyörivään keräyselimeen (7) ja jossa kaapelin (2) lopullisen lähtöpisteen ajoneuvon (1) suhteen määrää keräyselimen akselin (6) kanssa samankeskeisesti kääntyvän ulokkeen (11) päässä sijaitseva ohjauselin (13) tunnettu siitä, että uloke (11) ja keräyselin (7) muodostavat yhtenäisen ajoneuvon (1) suhteen vapaasti kääntyvän yksikön, jolloin keräyselimen (7) akseliin (6) vaikuttava voimae-lin, esim. moottori (10) on liitetty ulokkeen (11) akseliin (12).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että pyörivään keräyselimeen (7) vaikuttavaa momenttia automaattisesti säädetään muodostuneen kaapelikelan (8) kulloisenkin läpimitan mukaisesti muuttumattoman kelaus- ja kiristysvoiman aikaansaamiseksi.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että ulokkeen (11) kääntösektori on rajoitettu.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että ohjauselin (13) on kääntyvä ulo-keen (11) suhteen.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että koskettaessaan alapuolellaan olevaa ylivoimaista estettä ulokkeen (11) ulkopää ohjauselimineen (13) pääsee vapaasti nousemaan ja siten väistämään esteen.