工業(yè)機(jī)械的鏟斗下落檢測和減輕的制作方法
【專利摘要】一種工業(yè)機(jī)械，其包括鏟斗、用戶界面、傳感器、提升驅(qū)動裝置和控制器。所述傳感器可以產(chǎn)生與工業(yè)機(jī)械的實際特征相關(guān)的第一信號。所述用戶界面可以產(chǎn)生與工業(yè)機(jī)械的需求特征相關(guān)的第二信號。所述提升驅(qū)動裝置至少具有一個運(yùn)行參數(shù)。所述控制器被設(shè)置為接收與所述實際特征相關(guān)的第一信號、接收與所述需求特征相關(guān)的第二信號、比較需求特征與實際特征以檢測鏟斗下落工況、并在檢測到鏟斗下落工況后調(diào)整所述提升驅(qū)動裝置的所述至少一個運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置。所述鏟斗下落工況在需求特征與實際特征不符之后被檢測到。
【專利說明】
工業(yè)機(jī)械的鏟斗下落檢測和減輕
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] 本發(fā)明涉及對諸如鋼絲繩if/Helectric rope shovel)或動力|產(chǎn)（口〇界61 shove 1)的工業(yè)機(jī)械的操作的控制。
【背景技術(shù)】
[0002] 諸如鋼絲繩電鏟的工業(yè)機(jī)械被用來執(zhí)行從例如礦藏中移除物料的挖掘操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 在挖掘操作中，機(jī)械故障或操作失誤會導(dǎo)致組件或鏟斗突然且不受控制地下落。 此類不受控的運(yùn)動非常危險且有害，而且通常需要關(guān)閉工業(yè)機(jī)械來確定鏟斗下落的原因。 工業(yè)機(jī)械的停產(chǎn)時間會因為產(chǎn)量的減少和改變原定挖掘操作的后勤而增加成本。
[0004] 可以監(jiān)視工業(yè)機(jī)械的多個特征或參數(shù)來識別鏟斗正在下落或已經(jīng)下落。當(dāng)檢測或 識別到鏟斗下落工況(drop condition)時，采取校正動作來消除或減輕鏟斗下落工況的不 良影響。根據(jù)事件的嚴(yán)重程度，可以采取不同的校正動作。例如，對于并不嚴(yán)重的鏟斗下落 事件，工業(yè)機(jī)械可以在操作員沒有意識到該事件的情況下，調(diào)整或控制所應(yīng)用的扭矩來減 緩該下落并保持機(jī)械繼續(xù)運(yùn)行。對于更加嚴(yán)重的鏟斗下落事件，工業(yè)機(jī)械可以自動地使用 提升制動器來抓住鏟斗。通過比操作者更快地識別或校正鏟斗下落工況，對工業(yè)機(jī)械的損 害以及對旁觀者可能造成的傷害可以被阻止或者減輕。
[0005] 在某些實施例中，所述工業(yè)機(jī)械監(jiān)視或確定提升扭矩、提升速度、鏟斗位置等等來 確定是否出現(xiàn)鏟斗下落工況。這些工況可以與期待或需求的值相比較來確定所述工業(yè)機(jī)械 是否按需求運(yùn)行或者是否出現(xiàn)鏟斗下落工況。在某些實施例中，預(yù)定的電機(jī)扭矩的產(chǎn)生被 用于識別鏟斗下落工況。在其他實施例中，可以監(jiān)視提升繩的伸展/回收來識別鏟斗下落工 況。除了調(diào)整扭矩和使用制動器來減輕鏟斗下落工況，所述工業(yè)機(jī)械還使所述鏟斗安穩(wěn)下 落，推擠所述鏟斗使其停在礦藏處，或者擺動鏟斗以使其遠(yuǎn)離卡車，從而保護(hù)卡車司機(jī)和卡 車免受傷害和損壞。
[0006] 本發(fā)明的實施例提供了用于在鏟斗下落工況期間控制工業(yè)機(jī)械的操作的系統(tǒng)。所 述系統(tǒng)包括監(jiān)視和比較所述工業(yè)機(jī)械的提升特征(例如，提升速度)和需求的提升特征的控 制器。如果控制器確定實際提升特征不同于所需求的特征，所述控制器調(diào)整提升參數(shù)(例如 提升扭矩)來解決或減輕鏟斗下落工況。如果所述鏟斗下落工況無法通過調(diào)整所述提升參 數(shù)而得到解決，所述控制器能夠執(zhí)行進(jìn)一步操作，例如對一個或多個系統(tǒng)電機(jī)使用制動器。 [0007]在某個實施例中，本發(fā)明提供了一種工業(yè)機(jī)械，該工業(yè)機(jī)械包括鏟斗、用戶界面、 傳感器、提升驅(qū)動裝置和控制器。所述傳感器用于產(chǎn)生與工業(yè)機(jī)械的實際特征相關(guān)的第一 信號。所述用戶界面用于根據(jù)操作人員輸入產(chǎn)生與工業(yè)機(jī)械的需求特征相關(guān)的第二信號。 所述提升驅(qū)動裝置具有至少一個運(yùn)行參數(shù)。所述控制器被配置成:接收與工業(yè)機(jī)械的實際 特征相關(guān)的第一信號;接收與工業(yè)機(jī)械的需求特征相關(guān)的第二信號；比較工業(yè)機(jī)械的需求 特征與實際特征以檢測鏟斗下落工況；以及在檢測到鏟斗下落工況后調(diào)整提升驅(qū)動裝置的 所述至少一個運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置。所述鏟斗下落工況在工業(yè)機(jī)械的需求特征與實際特征不符 之后被檢測到。
[0008] 在另一個實施例中，本發(fā)明提供了一種控制包括鏟斗的工業(yè)機(jī)械的方法。所述方 法包括:從傳感器接收與工業(yè)機(jī)械的實際特征相關(guān)的第一信號;基于在用戶界面的操作人 員輸入接收與工業(yè)機(jī)械的需求特征相關(guān)的第二信號；比較工業(yè)機(jī)械的需求特征與實際特征 以檢測鏟斗下落工況；以及在檢測到鏟斗下落工況后調(diào)整提升驅(qū)動裝置的至少一個運(yùn)行參 數(shù)的設(shè)置。所述鏟斗下落工況在工業(yè)機(jī)械的需求特征不匹配實際特征后被檢測到。
[0009] 在另一個實施例中，本發(fā)明提供了一種工業(yè)機(jī)械，所述工業(yè)機(jī)械包括組件、用戶界 面、傳感器、驅(qū)動裝置、控制器。所述傳感器可用于產(chǎn)生與工業(yè)機(jī)械的實際特征相關(guān)的第一 信號。所述用戶界面可用于根據(jù)操作人員輸入產(chǎn)生與工業(yè)機(jī)械的需求特征相關(guān)的第二信 號。所述驅(qū)動裝置具有至少一個運(yùn)行參數(shù)。所述控制器被配置成:接收與工業(yè)機(jī)械的實際特 征相關(guān)的第一信號；接收與工業(yè)機(jī)械的需求特征相關(guān)的第二信號；比較工業(yè)機(jī)械的需求特 征與實際特征以檢測組件下落工況，以及在檢測到組件下落工況后調(diào)整驅(qū)動裝置的所述至 少一個運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置。所述組件下落工況在工業(yè)機(jī)械的需求特征不匹配實際特征之后被 檢測到。
[0010] 在詳細(xì)解釋本發(fā)明的任何實施例之前，應(yīng)明白，本發(fā)明的應(yīng)用不限于以下說明書 中所闡述或附圖中所示意的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和部件布置。本發(fā)明能夠具有其它實施例，并能以其 它方式來實踐或?qū)嵤?。此外，?yīng)明白，本文所采用的措辭和術(shù)語是為了說明的目的，而不應(yīng) 被認(rèn)為是限制。本文中的"包括"、"包含"、"具有"及其變型的使用將包含此后列出的項目和 它們的等同方式以及其他的項目。術(shù)語"安裝"、"連接"、"支承"和"聯(lián)接"及其變形在廣義上 進(jìn)行使用并且包含直接和間接的安裝、連接、支承和聯(lián)接。
[0011] 此外，應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明的實施例可包括硬件、軟件和電子部件或模塊，這些硬件、 軟件和電子部件或模塊為了描述的目的而被示出或描述成好像這些零部件的大部分僅僅 是以硬件的形式來實施。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員基于對本文的詳細(xì)描述的理解將明白，在至 少一個實施例中，本發(fā)明的以電子為基礎(chǔ)的方面可通過以一個或多個比如微處理器和/或 專用集成電路(ASICs)來執(zhí)行的軟件（比如存儲在非易失的計算機(jī)可讀介質(zhì)中）來實施。因 此，應(yīng)當(dāng)注意，多個基于硬件和軟件的設(shè)備以及多個不同結(jié)構(gòu)的部件可用來實施本發(fā)明。例 如，在說明書中所描述的"服務(wù)器"和"計算設(shè)備"可包括一個或多個處理單元、一個或多個 計算機(jī)可讀介質(zhì)模塊、一個或多個輸入/輸出界面和連接所述部件的不同連接裝置(比如系 統(tǒng)總線）。
[0012] 本發(fā)明的其它方面通過考慮詳細(xì)描述和附圖將會變得顯而易見。
【附圖說明】
[0013] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的工業(yè)機(jī)械。
[0014] 圖2示出了如圖1所示的工業(yè)機(jī)械的根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的控制系統(tǒng)。
[0015] 圖3示出了如圖1所示的工業(yè)機(jī)械的根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的控制系統(tǒng)。
[0016] 圖4和5示出了檢測和減輕部件或鏟斗下落工況的流程。
【具體實施方式】
[0017] 本文所描述的發(fā)明涉及與工業(yè)機(jī)械的動態(tài)控制（比如控制工業(yè)機(jī)械的一項或多項 設(shè)置或參數(shù))相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)、方法、裝置以及計算機(jī)可讀介質(zhì)。諸如鋼絲繩電鏟或類似的采 礦機(jī)械的工業(yè)機(jī)械可用于執(zhí)行挖掘操作，以從礦藏移走凈載荷（即物料等）。在挖掘操作的 執(zhí)行過程中，機(jī)械故障或操作失誤會導(dǎo)致組件(例如，鏟斗）突然且不受控制地下落。在組件 或鏟斗下落工況下，操作者暫時失去對鏟斗運(yùn)動的控制，從而使得實際的鏟斗運(yùn)動(例如， 下落)沒有對應(yīng)于操作者需求的鏟斗運(yùn)動(例如，上升）。為了阻止這種情況，工業(yè)機(jī)械的控 制系統(tǒng)被配置成動態(tài)地控制與阻止或減輕鏟斗下落工況有關(guān)的參數(shù)(例如，提升力、提升電 機(jī)扭矩、提升電機(jī)速度等等）。作為說明性實例，為了阻止或減輕鏟斗下落工況，提升參數(shù) (例如提升扭矩等)可以被調(diào)整以補(bǔ)償實際參數(shù)和需求參數(shù)(例如，提升速度的方向、鏟斗運(yùn) 動的方向等）之間的差異。隨著對工業(yè)機(jī)械的提升參數(shù)的調(diào)整，工業(yè)機(jī)械的運(yùn)行繼續(xù)被監(jiān) 視，以確定鏟斗下落工況是否已經(jīng)被阻止或減輕。如果所述鏟斗下落工況在給定期間內(nèi)還 沒有被減輕，所述工業(yè)機(jī)械可以使用制動器或采取其他動作來控制鏟斗的運(yùn)動。
[0018] 雖然本文所描述的發(fā)明能夠應(yīng)用于各種工業(yè)機(jī)械（例如繩鏟、索鏟、AC機(jī)械、DC機(jī) 械）、由各種工業(yè)機(jī)械實施或與各種工業(yè)機(jī)械結(jié)合使用，但本文所描述的發(fā)明的實施例是針 對鋼絲繩電鏟或動力鏟進(jìn)行描述的，諸如圖1中所示的電鏟10。電鏟10包括用以推動所述電 鏟10向前或后退并且使電鏟10轉(zhuǎn)向的履帶15(例如，通過改變左履帶和右履帶彼此間的相 對速度和/或方向）。所述履帶15支撐基座25,所述基座25包括駕駛室30。所述基座25可以繞 著擺動軸35擺動或旋轉(zhuǎn)，例如，從挖掘位置運(yùn)動到卸料位置。履帶15的運(yùn)動對于擺動動作并 不是必須的。電鏟10還進(jìn)一步包括可旋轉(zhuǎn)的鏟斗臂45和鏟斗50。所述鏟斗50包括用以排卸 鏟斗中內(nèi)存物的門55。
[0019] 所述電鏟10包括聯(lián)接在所述基座25和懸臂65之間以支撐所述懸臂65的懸索60。所 述動力鏟還包括附接至在基座25內(nèi)的絞盤和提升卷筒上的鋼絲繩或提升索70,絞盤和提升 卷筒用以卷繞所述提升索70來提升或降低所述鏟斗50，以及連接在另一個絞盤（圖中未顯 示)和鏟斗門55之間的開斗索75。所述電鏟10還包括鞍塊80和滑輪85。在某些實施例中，所 述電鏟10為由Joy Global Inc.制造的P&H?4100系列動力鏟。
[0020] 圖2示出了與圖1的電鏟10或者其他工業(yè)機(jī)械相關(guān)聯(lián)的控制器200?？刂破?00與工 業(yè)機(jī)械10的多個模塊或部件電連接和/或通信連接。例如，所示控制器200被連接到一個或 多個指示器205、用戶界面模塊210、一個或多個提升驅(qū)動裝置或電機(jī)以及提升傳動裝置 215、一個或多個挖掘驅(qū)動裝置或電機(jī)以及挖掘傳動裝置220、一個或多個擺動驅(qū)動裝置或 電機(jī)以及擺動傳動裝置225、數(shù)據(jù)存儲器或數(shù)據(jù)庫230、功率供應(yīng)模塊235、一個或多個傳感 器240。所述控制器200包括可操作地用以例如控制工業(yè)機(jī)械10的操作、控制懸臂65、鏟斗臂 45、鏟斗50等的位置、啟動一個或多個指示器205(例如液晶顯示器〃 IXD")、監(jiān)視動力鏟10的 操作等的硬件和軟件的組合。其中，所述一個或多個傳感器240包括例如負(fù)載銷應(yīng)變計、一 個或多個傾角計、吊架銷(gantry pin)、一個或多個電機(jī)現(xiàn)場模塊(motor field module)、 一個或多個旋轉(zhuǎn)變壓器等。在一些實施例中，除了電機(jī)型的挖掘傳動裝置外，還能夠使用其 它挖掘傳動裝置(例如單腿桿、操縱桿、液壓缸型等的挖掘傳動裝置）。
[0021] 在某些實施例中，控制器200包括對在控制器200和/或工業(yè)機(jī)械10內(nèi)的多個部件 和模塊提供電力、操作控制和保護(hù)的多個電氣和電子部件。例如，控制器200除其他之外還 包括處理單元250(例如微處理器、微控制器或其它合適的可編程裝置）、存儲器255、輸入單 元260和輸出單元265。其中，處理單元250除其它之外還包括:控制單元270、算術(shù)邏輯單元 (〃ALU〃)275和多個寄存器280(圖2所示為一組寄存器），并且使用諸如改進(jìn)的哈佛體系結(jié)構(gòu) (Harvard architecture)、馮?諾伊曼體系結(jié)構(gòu)等的已知計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)來實施。處理單 元250、存儲器255、輸入單元260、輸出單元265以及被連接到控制器200的各個模塊通過一 條或多條控制和/或數(shù)據(jù)總線(例如公用總線285)來連接。為了示例的目的，控制和/或數(shù)據(jù) 總線在圖2中概括性地示出。鑒于本文所描述的發(fā)明，使用一條或多條控制和/或數(shù)據(jù)總線 來實現(xiàn)各個模塊和部件之間的互相連接和相互通訊對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是已知的。在 一些實施例中，控制器200部分或完全地在半導(dǎo)體芯片上實施，該半導(dǎo)體芯片是現(xiàn)場可編程 陣列半導(dǎo)體（"FPGA"）、專用集成電路（"ASIC")等。
[0022]存儲器255包括例如程序儲存區(qū)和數(shù)據(jù)儲存區(qū)。程序儲存區(qū)和數(shù)據(jù)儲存區(qū)可以包 括不同類型的存儲器的組合，諸如只讀存儲器("ROM")、隨機(jī)存取存儲器("RAM")(例如動態(tài) RAM[ 〃DRAM〃 ]、同步DRAM[ 〃SDRAM〃 ]等）、電可擦可編程只讀存儲器(〃EEPR0M〃）、閃存、硬盤、 SD卡或其它合適的磁性、光學(xué)、物理或電子存儲器裝置或其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。處理單元250被連 接到存儲器255并執(zhí)行被存儲在存儲器255的RAM(例如在執(zhí)行期間）、存儲器255的ROM(例如 在基本永久基礎(chǔ)上)或諸如其它存儲器或磁盤的其它非暫時性計算機(jī)可讀介質(zhì)中的軟件指 令。包括在工業(yè)機(jī)械10的實施中的軟件可以被儲存在控制器200的存儲器255中。所述軟件 包括例如固件、一個或多個應(yīng)用程序、程序數(shù)據(jù)、篩選程序、規(guī)則、一個或多個程序模塊以及 其它可執(zhí)行指令。其中，控制器200被構(gòu)造成從存儲器取回并執(zhí)行涉及本文描述的控制流程 和方法的指令。在其它結(jié)構(gòu)中，控制器200包括另外的、更少的或不同的部件。
[0023]功率供應(yīng)模塊235向控制器200或工業(yè)機(jī)械10的其它部件或模塊提供額定AC或DC 電壓。功率供應(yīng)模塊235例如由具有100V和240V AC之間的額定線電壓和大約50-60HZ的頻 率的電源供電。功率供應(yīng)模塊235還被構(gòu)造成提供較低電壓，以操作控制器200或工業(yè)機(jī)械 10內(nèi)部的電路和部件。在其它結(jié)構(gòu)中，控制器200或工業(yè)機(jī)械10內(nèi)的其它部件和模塊由一個 或多個電池或電池組，或其它不依賴電網(wǎng)的電源(例如發(fā)電機(jī)、太陽能板等)供電。
[0024]用戶界面模塊210用來控制或監(jiān)視工業(yè)機(jī)械10。例如，用戶界面模塊210可操作地 連接到控制器200,以控制鏟斗50的位置、懸臂65的位置、鏟斗臂45的位置等。用戶界面模塊 210包括用于實現(xiàn)對工業(yè)機(jī)械10進(jìn)行期望水平的控制和監(jiān)視所需的數(shù)字和模擬輸入或輸出 裝置的組合。例如，用戶界面模塊210包括顯示器(例如主顯示器、第二顯示器等）和輸入裝 置，諸如觸摸屏顯示器、多個旋鈕、表盤、開關(guān)、按鈕等。顯示器例如是液晶顯示器（"LCD")、 發(fā)光二極管（〃LED〃）顯示器、有機(jī)LED(〃0LED〃）顯示器、電致發(fā)光顯示器（1〇)〃）、表面?zhèn)鲗?dǎo) 電子發(fā)射體顯示器(^0〃）、場致發(fā)射顯示器( /仰0〃）、薄膜晶體管（/%1'〃凡0)等。用戶界面 模塊210還能夠被構(gòu)造成實時或大致實時地顯示與工業(yè)機(jī)械10相關(guān)聯(lián)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)。例如， 用戶界面模塊210被構(gòu)造成顯示所測量的工業(yè)機(jī)械10的電特征、工業(yè)機(jī)械10的狀況、鏟斗50 的位置、鏟斗臂45的位置等。在一些實施方式中，聯(lián)合控制用戶界面模塊210和一個或多個 指示器205(例如LEDs、揚(yáng)聲器等），以提供工業(yè)機(jī)械10的狀態(tài)或狀況的視覺或聽覺指示。 [0025]圖3示出了用于工業(yè)機(jī)械10的更詳細(xì)控制系統(tǒng)400。例如，工業(yè)機(jī)械10包括主控制 器405、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)410、控制箱415、輔助控制箱420、操作員駕駛室425、第一提升驅(qū)動模塊 430、第二提升驅(qū)動模塊435、挖掘驅(qū)動模塊440、擺動驅(qū)動模塊445、提升現(xiàn)場模塊450、挖掘 現(xiàn)場模塊455和擺動現(xiàn)場模塊460。控制系統(tǒng)400的各個部件例如使用用于工業(yè)自動化的一 個或多個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的光纖通信系統(tǒng)連接并通過該光纖通信系統(tǒng)通信，所述光纖通信系統(tǒng)利 用諸如過程現(xiàn)場總線（"PROFIBUS")、以太網(wǎng)、控制網(wǎng)、基金會現(xiàn)場總線、INTERBUS、控制器局 域網(wǎng)（"CAN")總線等的一個或多個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議?？刂葡到y(tǒng)400能夠包括以上參照圖2所述的部 件和模塊。例如，所述一個或多個提升驅(qū)動裝置和/或傳動裝置215對應(yīng)于第一和第二提升 驅(qū)動模塊430和435, 一個或多個挖掘驅(qū)動裝置和/或傳動裝置220對應(yīng)于挖掘驅(qū)動模塊440， 并且一個或多個擺動驅(qū)動裝置和/或傳動裝置225對應(yīng)于擺動驅(qū)動模塊445。用戶界面模塊 210和指示器205能夠被包括在操作員駕駛室425等中。應(yīng)變計、傾斜計、吊架銷和旋轉(zhuǎn)變壓 器等能夠?qū)㈦娦盘柼峁┙o主控制器405、控制箱415、輔助控制箱420等。
[0026]第一提升驅(qū)動模塊430、第二提升驅(qū)動模塊435、挖掘驅(qū)動模塊440和擺動驅(qū)動模塊 445能夠被構(gòu)造成從例如主控制器接收控制信號，以控制工業(yè)機(jī)械10的提升、挖掘和擺動操 作。所述控制信號與用于工業(yè)機(jī)械10的提升驅(qū)動裝置215、挖掘驅(qū)動裝置220和擺動驅(qū)動裝 置225的驅(qū)動信號相關(guān)聯(lián)。當(dāng)驅(qū)動信號被施加到驅(qū)動裝置215、220和225時，驅(qū)動裝置的輸出 (例如，電氣和機(jī)械輸出）被監(jiān)視并被反饋回到主控制器405(例如，經(jīng)由現(xiàn)場模塊450-460)。 驅(qū)動裝置的輸出包括例如速度、扭矩、功率、電流、壓力等?；谂c工業(yè)機(jī)械10相關(guān)聯(lián)的這些 和其它信號，主控制器405被構(gòu)造成確定或計算工業(yè)機(jī)械10或其組件的一個或多個操作狀 態(tài)或位置。在一些實施例中，主控制器405確定鏟斗位置、鏟斗臂的角度或位置、提升索包 角、提升電機(jī)每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)("RPM")、挖掘電機(jī)RPM、鏟斗速度、鏟斗加速度等。
[0027]上述工業(yè)機(jī)械10的控制器200和/或控制系統(tǒng)400被用于基于工業(yè)機(jī)械的實際性能 (例如工業(yè)機(jī)械的實際或被檢測的工況、特征或者參數(shù))和操作者需求的工業(yè)機(jī)械的性能 (例如工業(yè)機(jī)械的操作者所需求的工況、特征或參數(shù))之間的比較來控制所述工業(yè)機(jī)械10的 操作。例如，控制器200被配置成根據(jù)工業(yè)機(jī)械的實際參數(shù)或特征(例如，實際提升速度、提 升方向、電機(jī)扭矩、鏟斗位置等)和需求參數(shù)或特征(需求提升速度、提升方向、電機(jī)扭矩、鏟 斗位置等)之間的比較來確定是否出現(xiàn)組件或鏟斗下落工況。在某些實施例中，在提升電機(jī) 扭矩被期望時，提升扭矩的存在可以被用來識別鏟斗下落工況。在其他實施例中，提升繩的 伸展/收縮可以被用來識別鏟斗下落工況(例如，當(dāng)鏟斗50向錯誤方向運(yùn)動時）。當(dāng)鏟斗下落 工況被識別時，所述控制器200或控制系統(tǒng)400被配置成基于對鏟斗下落工況的識別來控制 或調(diào)整工業(yè)機(jī)械的性能。例如，控制器200或控制系統(tǒng)400可以調(diào)整工業(yè)機(jī)械(例如，工業(yè)機(jī) 械的驅(qū)動裝置、提升驅(qū)動裝置，提升電機(jī))的提升參數(shù)(例如，提升扭矩、提升速度、提升電機(jī) 電流等），以阻止或減輕鏟斗下落工況。
[0028]所述控制的例子將針對如下所述的流程500來進(jìn)行描述。所述流程500與挖掘操作 或者在操作過程中應(yīng)用的作用力（例如，提升力等)有關(guān)，并并且在此針對挖掘操作或者在 操作過程中應(yīng)用的作用力來進(jìn)行描述。雖然多個特征和/或參數(shù)可以被用于檢測、阻止、和/ 或減緩鏟斗下落工況，所述流程500被具體針對監(jiān)測的提升速度的方向（例如，鏟斗向上或 向下）以及操作者需求的提升速度的方向來描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員在考慮到本文所描述的 發(fā)明的情況下將明白可以依據(jù)不同的特征和/或參數(shù)(例如，提升速度、電機(jī)扭矩、電機(jī)速 度、鏟斗位置等)實施流程500。在本文中針對流程500所描述的各個步驟能夠同時地、并行 地或以不同于所示連續(xù)執(zhí)行方式的次序來執(zhí)行。所述流程500還能使用比所示實施例中示 出的更少的步驟來執(zhí)行。例如，一個或多個函數(shù)、公式或算法能夠被用于調(diào)整工業(yè)機(jī)械的性 能，以解決或減輕鏟斗下落工況。
[0029] 如圖4或5所示，流程500從步驟505開始，其中控制器200經(jīng)由用戶界面模塊210接 收針對工業(yè)機(jī)械10的操作人員輸入。該操作人員輸入包括所需求的挖掘、提升和/或擺動的 特征或參數(shù)(比如速率、速度、方向、扭矩、電流，位置等）。比如，需求提升參數(shù)可包括1產(chǎn)斗50 在提升方向上的需求位置、提升驅(qū)動裝置215的需求速度或方向，或者提升驅(qū)動裝置215的 提升扭矩，以及其他可能的需求參數(shù)。根據(jù)操作者的輸入(例如，需求參數(shù)），控制器200產(chǎn)生 如上所述的用于提升驅(qū)動裝置215、挖掘驅(qū)動裝置220和擺動驅(qū)動裝置225的驅(qū)動信號。在步 驟510中，驅(qū)動裝置215、220、225和工業(yè)機(jī)械的其他傳感器(比如分解器、傾角器等）的相應(yīng) 操作特征或參數(shù)(例如，電壓、電流、位置、功率、扭矩、速度、方向等)被監(jiān)測并反饋至控制器 200 〇
[0030] 可被監(jiān)測的特征或參數(shù)包括提升電機(jī)速度、提升扭矩、提升方向、提升電機(jī)電流 等。提升速度根據(jù)提升電機(jī)215的轉(zhuǎn)動方向可以被描述為正向運(yùn)動或負(fù)向運(yùn)動(也就是，速 度大于0或者小于0)。例如，對應(yīng)于負(fù)值(例如，小于0的值)的操作者需求參數(shù)對應(yīng)于鏟斗50 朝向地面的運(yùn)動方向（也就是，向下）。對應(yīng)于正值(也就是，大于〇的值）的操作者需求參數(shù) 對應(yīng)于鏟斗50遠(yuǎn)離地面的運(yùn)動方向（也就是，朝上）。如果在步驟515中，所述被監(jiān)測的提升 速度的方向為負(fù)值，而需求的提升速度的方向是〇或正值，那么所述鏟斗下落工況可能存 在，并且所述控制器200啟動或打開計時器(步驟520)。如果在步驟515中，監(jiān)測的提升速度 的方向與需求的提升速度的方向相匹配，所述流程500返回到步驟510并繼續(xù)監(jiān)測提升速度 的方向。
[0031] 如果在步驟525中，所述計時器達(dá)到第一時限，那么鏟斗下落工況被檢測或者識別 到，并且所述流程500轉(zhuǎn)到步驟530,所述工業(yè)機(jī)械的性能被調(diào)整(例如，提升扭矩提高）。工 業(yè)機(jī)械性能的調(diào)整可以包括參數(shù)(例如，驅(qū)動裝置的、提升驅(qū)動裝置的、提升電機(jī)的等等）的 數(shù)值被設(shè)定到預(yù)設(shè)的數(shù)值或者被設(shè)定到根據(jù)實際和需求性能之間的差異大小的比例來確 定的數(shù)值。例如，作用力或扭矩(例如，提升作用力、提升扭矩等等)可以被提高到正?；虍?dāng) 前的（也就是，現(xiàn)有的）運(yùn)行提升扭矩的一定百分比或比率(例如，大于或等于正?；蜃畲笳?常操作提升扭矩的100 %、正常操作扭矩的100 %至150 %、達(dá)到正常操作扭矩的300 %等 等）。所述的百分比或比率既可以是事先設(shè)定的固定值，比如不管實際和需求性能差距的大 小而可以用于所有鏟斗下落工況，也可以根據(jù)實際和需求性能之間差距的大小的比例來確 定(例如，計算）。
[0032] 如果，在步驟525中，所述計時器并沒有達(dá)到第一時限，所述流程500返回到步驟 510,工業(yè)機(jī)械的實際參數(shù)再次被監(jiān)測，并且實際的提升速度的方向與需求的提升速度的方 向進(jìn)行比較。步驟510-525被一直重復(fù)，直到所述工業(yè)機(jī)械的需求的和實際的性能彼此一致 或者計時器達(dá)到第一時限。在步驟535中，控制器200啟動計數(shù)器來記錄所檢測到的鏟斗下 落工況的次數(shù)。在某些實施例中，不同的計數(shù)器被用來根據(jù)嚴(yán)重程度記錄鏟斗下落工況。流 程500然后轉(zhuǎn)到圖5中所示并據(jù)此所述的B部分。
[0033]所述控制器200繼續(xù)監(jiān)視所述提升速度的實際方向（步驟540)，并通過確定實際的 提升速度方向是否依然不同于需求的提升速度方向（步驟545)來確定鏟斗下落工況是否被 清除。如果，在步驟545中，監(jiān)測到的提升速度的方向與需求的提升速度方向匹配，則鏟斗下 落工況被清除，并且流程500返回到步驟505來等待獲得新的或被更新的操作者輸入。如果 在步驟545中，鏟斗50的運(yùn)動方向被確定為負(fù)向，并且需求的鏟斗50的運(yùn)動方向依然為零或 正向，則鏟斗下落工況沒有被清除。所述控制器200啟動或打開第二計時器(步驟550)將所 述計時器的數(shù)值與第二時限對比（步驟555)。
[0034] 如果計時器沒有達(dá)到第二時限，所述流程500返回到步驟545,提升速度的方向繼 續(xù)被監(jiān)測并且與所需求的提升速度的方向進(jìn)行比較(步驟545)。如果，在步驟555中，所述計 時器達(dá)到第二時限，所述控制器200對一個或多個提升驅(qū)動裝置215使用或應(yīng)用提升制動器 (步驟560)。計數(shù)器隨后被啟動來記錄鏟斗下落工況導(dǎo)致應(yīng)用提升制動器(例如，調(diào)整所述 工業(yè)機(jī)械的性能已經(jīng)不足以阻止或有效減輕鏟斗下落工況)的事件的數(shù)目。
[0035] 在某些實施例中，鏟斗下落工況可以被通過調(diào)整工業(yè)機(jī)械的除了提升參數(shù)(例如， 提升扭矩）之外的一個或多個參數(shù)來阻止或減輕。例如，如果如前所述地發(fā)生鏟斗下落工 況，所述工業(yè)機(jī)械也可以使鏟斗安穩(wěn)下落，推擠所述鏟斗使其停在礦藏處，或者擺動鏟斗使 其遠(yuǎn)離卡車，從而保護(hù)卡車司機(jī)和卡車免受傷害和損壞。
[0036] 因此，除了別的以外，本發(fā)明提供了基于比較比如實際提升參數(shù)和需求提升參數(shù) 來檢測工業(yè)機(jī)械的鏟斗下落工況并減輕其效果的系統(tǒng)、方法、設(shè)備和計算機(jī)可讀介質(zhì)。本發(fā) 明的各個特征和優(yōu)勢將陳述于下面的權(quán)利要求中。
【主權(quán)項】
1. 一種工業(yè)機(jī)械，包括： 鏟斗； 傳感器，其用于產(chǎn)生與工業(yè)機(jī)械的實際特征相關(guān)的第一信號； 用戶界面，其用于根據(jù)操作人員的輸入產(chǎn)生與工業(yè)機(jī)械的需求特征相關(guān)的第二信號； 具有至少一個運(yùn)行參數(shù)的提升驅(qū)動裝置；以及 控制器，其被配置成： 接收與工業(yè)機(jī)械的實際特征相關(guān)的第一信號； 接收與工業(yè)機(jī)械的需求特征相關(guān)的第二信號； 比較工業(yè)機(jī)械的需求特征與實際特征以檢測鏟斗下落工況，所述鏟斗下落工況在工業(yè) 機(jī)械的需求特征不匹配工業(yè)機(jī)械的實際特征之后被檢測到；以及 在檢測到所述鏟斗下落工況后，調(diào)整提升驅(qū)動裝置的所述至少一個運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)機(jī)械，其特征在于，所述工業(yè)機(jī)械的需求特征和實際特征 為所述提升驅(qū)動裝置的提升速度。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的工業(yè)機(jī)械，其特征在于，所述工業(yè)機(jī)械的需求特征和實際特征 為所述提升驅(qū)動裝置的提升速度的方向。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)機(jī)械，其特征在于，所述提升驅(qū)動裝置為提升電機(jī)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的工業(yè)機(jī)械，其特征在于，所述提升電機(jī)的至少一個運(yùn)行參數(shù)為 提升扭矩。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)機(jī)械，其特征在于，所述控制器被配置成在檢測到鏟斗下 落工況后啟動第一計時器。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的工業(yè)機(jī)械，其特征在于，在所述第一計時器達(dá)到第一時限后， 設(shè)置所述提升驅(qū)動裝置的所述至少一個運(yùn)行參數(shù)。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的工業(yè)機(jī)械，其特征在于，所述控制器進(jìn)一步被配置為在設(shè)置所 述提升驅(qū)動裝置的至少一個運(yùn)行參數(shù)之后啟動第二計時器。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的工業(yè)機(jī)械，其特征在于，所述控制器進(jìn)一步被配置為在所述第 二計時器達(dá)到第二時限后啟動提升制動器。10. -種控制包括鏟斗的工業(yè)機(jī)械的方法，所述方法包括： 從傳感器接收與工業(yè)機(jī)械的實際特征相關(guān)的第一信號； 根據(jù)操作人員在用戶界面的輸入，接收與工業(yè)機(jī)械的需求特征相關(guān)的第二信號； 比較工業(yè)機(jī)械的需求特征與實際特征以檢測鏟斗下落工況，所述鏟斗下落工況在工業(yè) 機(jī)械的需求特征不匹配工業(yè)機(jī)械的實際特征不符之后被檢測到；以及 在檢測到所述鏟斗下落工況后，調(diào)整提升驅(qū)動裝置的至少一個運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述工業(yè)機(jī)械的需求特征和實際特征為 所述提升驅(qū)動裝置的提升速度。12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述工業(yè)機(jī)械的需求特征和實際特征為 所述提升驅(qū)動裝置的提升速度的方向。13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述提升驅(qū)動裝置為提升電機(jī)。14. 權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述提升電機(jī)的所述至少一個運(yùn)行參數(shù)為提 升扭矩。15. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括在檢測到鏟斗下落工況后啟動 第一計時器。16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，在所述第一計時器達(dá)到第一時限后，設(shè) 置所述提升驅(qū)動裝置的所述至少一個運(yùn)行參數(shù)。17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括在設(shè)置所述提升驅(qū)動裝置的至 少一個參數(shù)之后啟動第二計時器。18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，所述方法進(jìn)一步包括在所述第二計時器達(dá)到第二時 限后啟動提升制動器。19. 一種工業(yè)機(jī)械，包括： 組件； 傳感器，其用于產(chǎn)生與工業(yè)機(jī)械的實際特征相關(guān)的第一信號； 用戶界面，其用于根據(jù)操作人員的輸入產(chǎn)生與工業(yè)機(jī)械的需求特征相關(guān)的第二信號； 具有至少一個運(yùn)行參數(shù)的驅(qū)動裝置；以及 控制器，其被配置成 接收與工業(yè)機(jī)械的實際特征相關(guān)的第一信號； 接收與工業(yè)機(jī)械的需求特征相關(guān)的第二信號； 比較工業(yè)機(jī)械的需求特征與實際特征以檢測組件下落工況，所述組件下落工況在所述 工業(yè)機(jī)械的需求特征不匹配實際特征之后被檢測到；以及 在檢測到所述組件下落工況后調(diào)整所述驅(qū)動裝置的至少一個運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置。20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的工業(yè)機(jī)械，其特征在于，所述組件為鏟斗。21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的工業(yè)機(jī)械，其特征在于，所述工業(yè)機(jī)械的需求特征和實際特 征為所述組件的速度。22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的工業(yè)機(jī)械，其特征在于，所述工業(yè)機(jī)械的需求特征和實際特 征為所述組件的速度的方向。23. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的工業(yè)機(jī)械，其特征在于，所述驅(qū)動裝置為提升驅(qū)動裝置。24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的工業(yè)機(jī)械，其特征在于，所述提升驅(qū)動裝置的至少一個運(yùn)行 參數(shù)為提升力。25. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的工業(yè)機(jī)械，其特征在于，所述控制器被進(jìn)一步配置為在檢測 到所述組件下落工況后啟動第一計時器。26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的工業(yè)機(jī)械，其特征在于，在所述第一計時器達(dá)到第一時限 后，設(shè)置所述驅(qū)動裝置的至少一個運(yùn)行參數(shù)。27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的工業(yè)機(jī)械，其特征在于，所述控制器進(jìn)一步被配置為在設(shè)置 所述驅(qū)動裝置的至少一個參數(shù)之后啟動第二計時器。28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的工業(yè)機(jī)械，其特征在于，所述控制器被進(jìn)一步配置為在所述 第二計時器達(dá)到第二時限后啟動制動器。
【文檔編號】E02F9/26GK106065643SQ201610262198
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年4月25日 公開號201610262198.X, CN 106065643 A, CN 106065643A, CN 201610262198, CN-A-106065643, CN106065643 A, CN106065643A, CN201610262198, CN201610262198.X
【發(fā)明人】N·R·沃爾茨
【申請人】哈尼斯菲格技術(shù)公司